纺织品前瞻性制备技术及应用研究现状与发展趋势

乌 婧，江振林，吉 鹏，谢锐敏，陈 烨，陈向玲，王华平

(1.东华大学 纺织产业关键技术协同创新中心，上海 201620；2.东华大学 纺织科技创新中心，上海 201620；3.东华大学 纤维材料改性国家重点实验室，上海 201620；4.上海工程技术大学 化学化工学院，上海 201620；5.东华大学 材料科学与工程学院，上海 201620；6.东华大学 环境科学与工程学院，上海 201620)

当今世界处于百年未有的大变革时代，知识、技术和信息更迭日新月异，推动产业快速发展。化纤产量近20年来连续位居世界首位，2021年高达6 025万t，占全球总产量的70%以上。预测至2050年，全球纺织纤维加工量达2.35亿t，表明纺织产业具有巨大的发展空间。

现阶段纺织产业的发展也面临严峻挑战，主要体现在以下4个方面。1)纤维原料资源匮乏：传统化纤原料严重依赖石油资源，为进一步实现可持续发展且避免与粮食等的竞争问题，天然纤维、再生纤维和合成纤维的来源需另觅出路[1]。2)加工生产成本上升：劳动力成本日益提高，能源、运输和环境治理成本高，且国产原料品质无法满足加工需求[2]。3)产品面临双重挤压：中低档产品优势不复存在，生产加工成本优势下降，产业向外转移趋势明显。4)原创技术缺乏：战略用纺织材料自主创新不足且很多技术受到发达国家的封锁[3]。

从全球发展趋势来看，纺织行业的应用已不再局限于传统制造业。随着纤维技术的发展，碳纤维、玻璃纤维和陶瓷纤维等在复合材料方面实现了新突破并迈入了全新的发展时代。如今，很多发达国家已将纺织产业列为具有重要战略意义的“新产业”，主要体现在高性能、功能和智能纤维上，并持续在国防、军工、先进医疗和环保等领域获得突破。美国和德国等发达国家在国家政策层面已经拉开了新一轮制造业革命的序幕：美国创立了革命性纤维与织物制造机构，以开发面向未来的纤维和织物，并助力美国纺织制造业的快速复苏；德国的“工业4.0”则将纺织业作为首要突破口之一，确立了名为“未来纺织”(futureTEX)的国家级战略。新一代纺织产品和纤维在穿着和美观上超越了传统理念，具有不同以往的力、热、电等性能，并形成了数据传输和能量存储等全新应用。未来纺织的高水平、可持续发展需要满足多重产业升级需求，持续提高产品品质和附加值；满足产业结构优化需求的同时需自主研发纺织新材料，以支撑国家战略需求；满足智能制造，优化生产成本；满足可持续发展需求，多维发展再生循环和生物基纤维，提高生态纺织及绿色制造节能低碳技术等。

近年来，我国纺织产业也呈现出诸多创新元素和突破性发展，一些具有革命性的新思路已具雏形。为了更加深入地了解这些发展现状，本文结合当前纺织产业发展趋势，总结纺织品上下游产业链中涉及的原料、纤维和纺织品成形技术及智能制造等技术，对未来纺织品的制造及应用进行展望，以期为我国纺织行业的可持续创新发展提供思路。

1 纤维原料与纺织材料

1.1 合成生物学与催化转化技术

纤维原料的创新是推动纺织品细分领域革新的源动力。随着近年来全球在基因工程、合成生物学及材料基因工程等方面的发展，纤维原料的筛选和开发进程逐渐加快。新兴的技术手段为进一步提升原料及纤维产品的“绿色”“可持续性”赋能，推动了生物基原料的技术进步；同时，有助于降低聚合物结构设计“试错”发展模式所需的高成本，这对减少全生命周期纤维材料的碳足迹将起到重要的作用。

1.1.1 基因工程

利用基因工程进行生物体遗传学和化学改造，近年来已在天然植物和动物纤维(如棉、蚕丝)性能改良、纤维和人工合成生物基单体领域获得了应用。例如，美国杰能科和杜邦公司率先将酿酒酵母菌中可使葡萄糖转化为甘油的基因插入大肠杆菌体内，再插入能将甘油转化为1,3-丙二醇(1,3-PDO)的克雷伯氏菌(Klebsiellapneumoniae)的基因，然后在以葡萄糖为底物的条件下实现一步法生产1,3-PDO[4-5]。该生产方法除了在效率上提高了500倍，在成本上也比化学法降低了25%，实现了1,3-PDO高效基因工程菌的开发。近年来，清华大学和大连理工大学等高校采用克雷伯氏菌野生菌对甘油转化生产1,3-PDO的工艺进行研究，转化率高于60%，对生物基聚对苯二甲酸丙二醇酯全产业链的形成起到了推动作用[6]。

1.1.2 合成生物学

合成生物学是在现代生物学基础上，通过融入设计、构建、调试和优化的工程学循环思想，形成涵盖分子生物学、计算机、工程技术和信息技术等多个学科的交叉领域。合成生物学通过重建或改造自然界生物体系可构建出具有特定功能的可控生命体系，已在食品科学、化学品制造、环境保护、生物医药和生物能源等多个领域得到应用。其中，生物传感器技术可高效指导生物代谢途径的构建、工程酶的筛选、目标产物菌株产量的提高和调控代谢物在细胞内的水平等。同时，基因编辑技术和基因芯片技术的发展，可进一步实现在核苷酸层面的精准编辑和检测，极大加速工程酶筛选速度的同时也提高了筛选的精度。这些技术为纤维原料的开发，特别是生物基单体的结构设计和制备以及天然纤维的改性提供了实质性的帮助。近年来，我国在生物基1,3-丙二醇、乳酸、1,4-丁二酸、1,5-戊二胺和长碳链二元酸等新单体方面发展迅速，形成了聚对苯二甲酸丙二醇酯(PTT)、聚乳酸(PLA)、聚丁二酸丁二醇酯(PBS)和聚酰胺56等新型纤维及聚合物品种[7]。合成生物学的发展将进一步推动生物基纤维及纺织品的快速发展。

1.1.3 材料基因工程

传统材料研发不仅周期长、投入大，而且还存在频繁试错的风险，而纤维材料的开发路径也不例外。由于材料的组分-结构-性能关系受到复杂参数的影响，因此难以进行准确预测。近年来材料基因工程迅猛发展，有望推动材料研发模式的新一代革命。材料基因工程的理念在于进行高通量集成计算与多层次材料设计，揭示各要素协同调控材料性能的机制或规律，其目的是实现按需求设计，快速低耗地发展新材料[8]。

1.1.4 生物基与碳循环

天然及合成生物基材料具有典型的低碳甚至负碳特性，是实现纺织行业碳中和的重要途径。以秸秆、芦苇、树枝、果树、海藻和壳聚糖等农林海洋废弃生物质为原料，经化学处理开发新型再生纤维；或者通过发酵和化学转化等方式制备新型生物基单体，再借助加聚或缩聚反应合成线型高分子化合物，最后经纺丝工艺可制得生物基合成纤维。生物质具备的黏合性、抗菌性、亲水性和吸水性等特征赋予了纺织品新的特性。同时，也可利用这些丰富的生物质资源制备敷料，如以秸秆灰为原料生产生物基(纳米)二氧化硅，可广泛应用于功能纺织品的制备中。目前，生物基材料由于价格偏高且综合性能欠佳，尚难提供与石油基材料同等水平的性价比。未来借助分子生物学和材料基因组技术实现技术革新和扩大生产规模，有望降低生物基材料的生产成本，提高其综合性能。

1.1.5 含杂原子纤维材料基体

随着合成技术手段的发展，纤维材料基体已由传统的碳、氢、氧原子为主的纯有机高分子逐渐拓展为涵盖无机、金属及有机-无机杂化纤维材料。这些新型纤维已进一步拓展到生物医用和能源等应用领域[9]。利用水热合成法、嵌段共聚物法和表面活性剂法等，可制备多种有机-无机杂化材料。另外，利用自组装方法，借助共价键或非共价键的相互作用可自发形成热力学平衡状态下的有序结构。例如，肽组装纳米纤维是一种新型超分子组装体，在温和条件下，双亲短肽可自动生成有序的超分子纳米结构，有望作为理想状态下的人工模拟酶制备材料[10-11]。

1.2 纤维性能升级与多功能化应用

1.2.1 纤维材料结构多维化

从原料的角度，纤维主链结构由最初的碳原子为主链，发展为以碳、氮、硅、硫、磷等元素为主链。以碳纤维为例，最初的碳纤维由聚合物或小分子链段融合成纳米级石墨烯堆叠连接而成，这赋予碳纤维高的力学强度，但同时影响了其导电性能[12]。后续研究通过共价连接sp2在一维方向上杂化碳原子制得的碳纳米管纤维则表现出兼具高力学性能和导电性能的特性[13]。如今，纤维材料的原料、结构、组成和形态等出现多维发展的趋势。纤维的结构维度可分为一维、二维和更复杂的三维结构。一维纤维作为最小的结构单元，通过编织(如加捻、缠绕或混纺)、针织、非织造布缝合和毡合等制造方法[14]，可将一维纤维进一步集成到二维或三维纤维中，二维纤维相较于一维纤维具有尺寸微小、强度高、灵活度高、多重稳定性和结构完整性等优点，而三维立体织物除具有强度、稳定性等优势之外，高透气率和高比表面积是其独特的性能优势[15]。

1.2.2 纤维线密度低尺度化

纤维新兴应用不断推动纤维直径尺度上的突破(见图1)。由于长丝与纱线横切片的形状呈现出不规则结构，且纱线表面存在大量毛羽，因此主要以线密度描述纤维的粗细。线密度向低尺度的不断突破与纤维成形加工技术的革新息息相关，线密度的极限也代表了纺丝技术的先进程度。天然纤维包括头发、棉、麻、蚕丝和蜘蛛丝等，直径为微米级。目前，合成纤维的制备技术主要为熔融纺丝、干湿法纺丝、微流控纺丝、静电纺丝[16]及3D打印技术等[17]。熔融纺丝与干湿法纺丝是将聚合物形成熔体，高黏度聚合物熔体再通过喷丝孔喷出，最后进入凝固浴(熔融纺丝和干法纺丝为空气)中形成纤维的纺丝方法，得到的纤维直径通常在几十微米到几百微米之间；由湿法纺丝得到的纤维直径则可达1 mm以上。2种方法制备的纤维多以单纤维形式存在。新兴的微流控纺丝法是与天然纺丝最接近的方法之一[18]，它遵循自然纺纱中基本的流体力学原理。基于层流结构，液体的扩散速度相对较慢，这些界面有助于创建精准控制的 pH值梯度。通过增加流速，沿甬道方向产生剪切力，可得到直径在数百纳米到数百微米之间的单根纤维[19]。静电纺丝法则是获得纳米级纤维的有效方法，通过静电力连续拉出纤维，控制多个纺丝参数(电导率、挥发性、表面张力、溶液特性和浓度)和设备条件(电场强度、喷嘴配置和喷嘴与接丝装置间的距离)来控制纤维性能(尺寸、成分、结构、表面形态和孔隙率)，得到的纳米纤维具备高比表面积、高孔隙率和纤细的直径等特性，已在纺织品和生物材料生产等领域获得应用[20]。近年来发展的3D打印技术是一种基于材料直写的增材制造技术，可将“墨水”移动并沉积到指定位置，逐层定位并构建复杂的架构，以自下而上的方式直接转化为物理对象。3D打印技术在构筑复杂生物医学组件方面具有不可比拟的优势，通过支架的三维微周期阵列方法得到的纤维其直径通常在几微米到几百微米之间[21]。

图1 纤维加工工艺与极限直径间的演变历程

1.2.3 纤维性能高性能化

1.2.4 纤维功能多样化

为满足多样化的应用需求，功能纤维的研究进程飞速发展，具备特殊功能的新型纤维按其属性可分为基于压阻传感、绝缘/半导体/导体等性能的智能纤维；基于天然/废弃高分子化合物的再生纤维；具有耐高温、抗紫外线、抗原子氧侵蚀等特殊物理性能的纤维；具有耐酸碱、阻燃、抗菌等特殊功能的纤维[24]；可用于潜水、防寒、军用伪装、航空航天、特殊环境防护等极限状态的纤维等[25]。未来功能高分子纤维的开发重点将集中在高分子结构设计、复合化纳米化、新型成形技术等集成创新方面，赋予纤维多功能性以适应时代的发展要求。

1.2.5 纤维应用智能化

近年来，智能可穿戴电子产品呈现爆炸式发展。智能器件已逐步渗透到人类衣食住行等领域。如智能可穿戴设备及智能服装，其中可包含的智能器件有生理传感器[26]、机械传感器(用于应变、脉冲和运动)[27]、化学传感器、生物标志物监测器(葡萄糖传感的隐形眼镜、多模式汗液感应腕带等)[28]、神经刺激器(e-dura、m-LED)[29-30]和人体器官替代物(如假肢人工视网膜、皮肤假体)[31]。通过智能纤维材料编织或者改性、外接电子技术等方法可实现服装的智能化，表现为服装具有传感、自修复和自动调节等功能。基于个体的多元化和全面型的智能体验将是未来智能服装发展的重要方向。同时结合线上检索、视频播放、温度调节和智能提示的实用性与功能性的服装设计，将为人们提供更加便捷、高效和舒适的生活方式。

2 未来纺织制造技术

2.1 纤维成形与染色技术

纺织品加工产业链每个单元都在快速创新与发展。面向未来，纤维材料成形技术逐步朝着高效化、绿色化、精细化发展，实现纤维多重结构精确构筑。熔体纺丝与溶液纺丝是目前纤维加工最重要的两大方法体系。以再生丝素蛋白和纤维素纤维作为可再生资源，融合湿法纺丝、静电纺丝和干法纺丝技术，将微观可再生资源纤维单元组装制备宏观纤维集合体。基于微流体的干法纺丝技术，可集纤维素纤维、蛋白的浓缩、剪切、拉伸、离子调控和纺丝于一体，从而实现仿生纺丝。由3D打印技术制备的多结构复合功能纺织品具有高度可设计、结构精确构筑的特点[32]。例如，可将计算机生成的图案设计与彩色、清晰和半透明的材料相结合，以模仿从蝴蝶翅膀到昆虫眼睛的各种事物，创造出色彩和光线的幻觉。

颜色是反映纺织品品质的重要属性。传统纺织品印染、整理过程会造成大量废水排放，一直是环保管理的重中之重。使用原液着色法生产有色纤维，不仅能减少印染过程和降低能耗，而且在纤维的使用过程中其织物颜色鲜艳、色泽均匀、不易褪色、经久耐用、对人体亲和性好，整个工艺生产流程绿色环保，符合当代对环境保护的要求。另外，结构生色是近年来发展的新型织物显色技术。不同于传统染料和颜料产生的化学色，结构生色不用依靠着色剂即可产生颜色，织物色泽具有高饱和度和永不褪色等特征，其着色方式符合环保的要求[33]。结构生色纺织品除了具有上述特征外，在特定条件下，还可具有保湿、抗菌、抗紫外线甚至光-热、光-电等功能转换特性。

2.2 纺织智能制造加工体系

纺织工业在发展的同时也伴随着制造体系的自动化和智能化发展。“十三五”期间，化纤行业已基本实现全流程自动化、信息化和数字化。未来，全行业将继续探索“智改数转”路径，为全面实现化纤行业的智能制造做出更大贡献。

2.2.1 多层级数据驱动体系

1)最小生产单元数字化：从化纤的最小生产单元实现数字化，如熔体纺丝组件单元、纺丝冷却吹风单元等，利用新型纺织设备自带的智能通信接口，或额外布局智能传感器，将每个生产单元产生的海量数据进行智能化分析和处理，在生产工艺优化与决策上提供科学的指导[34]。

2)化纤车间智能化：由若干智能单元构成智能车间，如纺丝车间、加弹车间、染整车间等，再在每个智能车间中，将生产设备、原料辅料、车间环境、能源消耗等方面进行自动化、智能化改造革新，真正实现化纤车间的智能化。

3)化纤工厂智能化：在工厂建设初期，通过三维建模、系统仿真等手段，实现数字化工厂设计；再利用5G等移动通信技术，将聚合、纺丝、加弹等智能车间之间的数据进行互联互通，从而实现整个化纤工厂的智能化。

4)工厂基础设施智能化：化纤产业链的智能化发展离不开网络基础设施、移动互联网平台和电子商务平台的协同建设，推进化纤产业数据采集传感器布局，成立纺织产业大数据公共服务平台，规范数据交换标准、线上商品和服务授权准入和接口协议，从而构建智能化的化纤产业链[35]。

5)供应链智能化：化纤制造业从上游对苯二甲酸(PTA)、乙醇等原材料的采购，到中间产品锦纶、涤纶等化纤成品，再到后端服装等，形成了一条从上游材料到制造以及销售终端的供应链。通过智能优化算法优化采购策略，并将供应链进行可视化，为化纤企业的供应链提供智慧管理，提升供应链效能、柔性和韧性。

2.2.2 化纤工厂智能计算体系

化纤大数据处理平台通常将纤维制造的设备层、执行层和运营层所产出的数据进行全面挖掘及分析，是化纤工厂实现智能化的基础，主要核心技术包括5G网络、边缘计算、数字孪生等。

5G网络技术在化纤智能制造过程中应用广泛。如基于5G网络的纺丝智能巡检机器人，通过使用5G网络对采集的图像进行高速回传，再利用AI算法模型对图像进行处理、分析，捕获缺陷点，确定产品生产过程中是否存在异常。

边缘计算就是在网络边缘就近执行大量的数据计算。边缘计算可以降低时延，提高实时性需求，减少向上的传输带宽，更重要的是可将关键数据留存在企业内，更具可追溯性与安全性。

数字孪生是以数字化的形式对某一物理实体过去和目前的行为或流程进行动态呈现和反馈[36]。化纤行业中常利用数字孪生技术对全流程进行三维数字化建模及优化，不仅可模拟缩短熔体输送管道后的运行状态，还能克服因管道缩短带来的应力释放、循环乙二醇液封槽防爆设计等技术难点。

2.2.3 智能检测与设备维护系统

从提升产品品质角度考虑，首要环节是对初生纤维进行理化性能的在线预测，可分为基于机制模型的和基于数据模型的性能预测。例如，利用深度学习算法，将酯化釜、缩聚釜附近的温度、流量等变量以及原料PTA等参数作为输入，对熔体黏度、分子质量分布等关键性能指标进行预测[37]。

在对初生纤维理化性能智能化预测的基础上，开发生产工艺优化系统，以纤维的单个或多个性能指标为优化目标，采用元启发式智能优化算法，建立相应的工艺优化模型。例如，在对涤纶长丝熔体直纺各环节内的工艺进行优化的同时，研究生产环节自身的合理、优化的组合，实现产品性能的提升和成本的降低。

其次对化纤成品的外观进行智能化在线检测，可有效提高质量检测效率及准确率。如涤纶长丝外观检测机器人等，采用基于机器视觉的图像检测技术，通过工业视觉、图像检测算法和自动化控制系统的相互配合，实现对成品丝外观缺陷的自动化智能化工业视觉检测[35]。

最后对关键设备进行预测性维护也是保证产品品质至关重要的一点。构建聚合反应釜、热定形牵伸辊等关键装备的故障预测系统，运用故障机制分析等智能化技术对设备进行模式识别以及预测性维护调优，实现关键设备的智能化维护，从而更进一步地提升终端产品品质。

2.2.4 数字化柔性生产系统

利用新兴互联网和通信技术，将产品个性化需求和生产制造环节相连接，建立基于大数据网络平台的数字化柔性生产系统。运用数字化控制技术可保障产品个性化与差异化需求的小批量等多品种生产模式，以及产品品质的稳定性和可靠性。

发展基于互联网的纺织智能制造新模式，建立从纤维—纱线—面料—印染—服装的全流程功能化、个性化定制系统和大众化服装定制系统。人工智能可以根据消费者的需求数据，实现柔性化生产，达到快速响应市场需求变化的目的。

采用传统成形工艺制造的合成纤维逐渐无法满足低成本快速制造、环境友好等要求，为此，采用生物基复合材料作为原料进行3D打印的成形技术逐渐得到发展。例如，选取连续苎麻纤维增强聚乳酸基生物质复合材料，采用原位浸渍3D打印工艺制备不同铺层方式的样件[38]。

3 未来纺织品应用与模式

3.1 服装与可穿戴纺织品

3.1.1 先进制造服装体系与革新消费模式

随着人们生活水平的提高以及消费的快速发展，现有服装体系产生资源浪费，造成大量的纺织品和服装垃圾滞留，因此，迫切需要对现有服装体系进行改造和升级。例如，基于租赁基础上的共享服装或许也是未来的一种解决方案。消费者不仅能花较少的钱就可穿多风格的服装，还可有效延长服装使用周期，使每件服装物尽其用，可有效减少服装资源的浪费。

在运动、工作等不同的场景中，身体不同部位的功能需求不一样，通过结合不同功能的纱线和织法，可实现同一块面料的多功能化，同时满足人体的多维度需求。如人们上班通勤时穿着的衬衣，其肩膀和肘部磨损较为严重，可采用耐磨纱线；腋下部位容易出汗，需要透气速干或者密度低的组织结构；后背面料要求具有高弹力；前胸面料要求挺括而不皱。或者将同一块面料制成多功能层，以同时满足防水透气、隔温保暖、亲肤顺滑及快干的性能要求。3D打印技术将颠覆现有成衣制造模式，没有纱线、面料与裁片之分，原料到成衣只需要通过3D打印。通过建立版型数据库，根据用户上传的全身照即可给出最佳的版型方案。通过涤纶、锦纶、棉、粘胶、氨纶等不同纤维的设计组合，再根据应用需求选择面料、款式、颜色、风格等，最终定制出客户满意的成衣。

3.1.2 高性能与低损耗服装

通过纤维原料、纱线与织物结构的调整，结合先进的后整理技术，实现纤维及制品的性能提升。通过纤维材料的分子结构疏水、疏油设计，表面结构构筑，纺丝工艺设计和面料设计与后整理技术开发耐污易清洗制品，使其具有不沾水、不沾油的功能。研究表明，用洗衣机洗1件衣服平均使用1 L水，每升洗涤水中纤维微塑料含量为87～7 360根，每件纺织品的洗涤会造成超过1 900根纤维的脱落排放，同时伴有洗涤用电等的能量消耗[39]。纤维及织物的高性能和抗污改性，赋予衣服在穿着过程中具有抵抗机械磨损的能力，对常见的污渍具有较好的“抵御”能力，减少服装打理次数，延长服装生命周期，并降低洗涤剂和洗涤水用量，减少纤维微塑料排放。

3.1.3 轻量化服装

纤维细旦化可减少其在服装上的使用数量和降低消耗水平，实现户外运动服及装备、军装、作训服等用品的轻量化。

3.1.4 功能化服装

随着纺织技术及消费者要求的提高，产品从单功能向多功能转变是必然趋势。纤维产品的多功能复合可赋予终端制品的多功能性，克服单一纤维制品带来的缺陷，有利于促进纺织品向更高层次方向发展。例如:在同一款面料或服装上实现抗菌、吸湿透气、手感柔软、超强耐磨的特性；一件衬衫上不同衣着部位兼具不同的功能，如衣领与袖口应具备防水、防油、防污的特性，后片和袖子则应具备高保形免烫、吸水速干的功能；羽绒服在后背、帽子和袖子部位具备防风防水功能，在脊椎和腰部位置则应具备发热保暖功能。

3.1.5 智能化服装

智能纺织品将信息、传感、纤维、织造与服装加工完美结合在一起，是具备感知环境与人体状态变化，对各种变化能做出快速响应的功能纺织品。智能纺织品正逐步接近人们的日常生活，已涉及通信、医疗、运动、军事、娱乐等领域[40]。智能服装在军事领域具有极大发展潜力，在士兵作战服上配备生化感应器，能及时检测环境中的有毒物质及其浓度，还能监测身体各项体能和健康指标。在特殊专业运动服上配备血液感应器能识别伤口并及时响应，通过服装膨胀实现伤口快速止血，甚至可以用微型计算机进行远程治疗。美国Owelt公司开发的智能袜子内附有传感器，可监测皮肤温度、心率、脉搏和血氧含量等数据。

通过纤维材料技术和服装技术的结合，开发集变色、抗皱、凉感、保暖、挺括、吸湿排汗等功能于一体的一衣多穿服装，能同时满足社交、通勤、休闲、运动等不同场景的需求，减少消费者对服装的需求量。Hsu等[41]将非对称发射极嵌入具有不同厚度的纳米多孔聚乙烯基体中，并将碳材料的高发射率层和铜材料的低发射率层分别置于一层纳米多孔聚乙烯上，2层发射极经叠加后，由该材料制备的织物不需要外来电源就具备降温和保暖功能，通过调整织物的正反面就能变换功能，可提供全时段和全温段的服务，减少衣服的置换。

3.2 家纺产品

随着人们生活品质的提高，家用纺织品已不再只是单一的生活必需品，还兼具改善生活质量、美化家居环境的重要作用。消费者越来越注重家纺产品品牌质量、个性化和功能性；同时，家纺产品智能化和健康化成为未来发展的大趋势。将能检测湿度、温度、光照、声音、空气质量等的传感和控制系统应用于家用纺织品，可智能调节环境的温湿度、光线强度及空气质量。另外，还可将语音识别、震动传感等微型制品与家用纺织品组合，以满足消费者对娱乐放松、运动保健和通信的要求。美国Rem-Fit公司推出智能枕头ZEEQ，可在入睡、睡眠和唤醒等全过程跟踪改善睡眠质量。Mirahome团队推出具有可实时捕捉用户心率、呼吸和体动等功能的Mooring恒温睡毯，能实现睡毯温度的智能调节。LUNA智能床垫内配备的传感器可有效检测用户呼吸和心率、跟踪用户的睡眠状态并监听用户的鼾声状态，以营造适宜的睡眠环境。随着智能生态系统的发展，在未来，窗帘、沙发、靠枕等都可以作为智能终端，硬件+软件+家纺成为趋势，根据用户习性自动提供个性化服务。

3.3 极限新领域中的未来纺织品

3.3.1 生物医用领域

生物医用纺织材料朝着可降解、功能化、复合化、智能化和微创化方向发展。如配置风机、电池及过滤单元的智能防护服，外部的空气通过过滤单元传送入防护服内，不仅能提供新鲜空气，还能带走内部热量与水蒸气，提高人体穿着舒适度。人工肾等人造器官越来越“仿真”，构建同时具有肾小球过滤功能和肾小管重吸收功能的生物人工肾，可将分子从细胞一侧运输到另一侧。美国马斯克研发的脑机接口(Neuralink)可以植入大脑，记录并刺激大脑活动，用于治疗脑部疾病和神经系统病[42]。

3.3.2 生态环境领域

智能、功能纺织品在环境保护、生态修复中逐渐获得应用。在城市化进程中建筑用地的增加挤占了植被面积,使得城市空气质量下降。利用聚酯、玻璃纤维、聚四氟乙烯等制备的复合式多功能墙壁、屋顶绿化、隔离绿化带等系统,能够净化空气,实现污水循环利用、降温、降噪的作用。

除此之外,环境保护过滤用纺织品也拥有广阔的市场，在工业空气净化过滤等装置中应用屡见不鲜。利用超细纤维非织造材料与亚微米/纳米级非织造材料相结合,可大幅提升过滤介质的比表面积,降低介质材料的孔径尺寸，实现气体、液体,甚至分子尺度的高效过滤[43]。同时,纤网固结技术在高效节能型水刺技术领域和海水淡化领域有着重要应用，除了产品的开发，产品的优化也相当重要，能够实现纤维网络的多梯度缠结复合，获得性能更优异的复合结构，优化工艺降低能耗和原材料消耗，降低过滤阻力的同时可选择性地提高过滤精度也是未来发展的趋势。

3.3.3 能源领域

高性能纤维及其复合材料在能源领域得到广泛应用。纳米纤维形态的材料对于解决众多能源和环境问题具有重要作用，静电纺丝允许从各种材料(如有机物和无机物材料)以不同的构造和组件生产纳米纤维，用取向的纳米纤维金属制造的激子太阳能电池氧化物电极可提供更高的太阳能-电能转换效率。纤维及其复合材料也可用于风能发电等领域，风力涡轮机叶片可由传统复合材料(玻璃纤维/环氧树脂复合材料)、天然复合材料和纳米工程复合材料制成，其中制造风机叶片的最佳材料是碳纤维/环氧树脂复合材料。

能量存储器件也是纤维在能源领域的一个应用方向。海浪、潮汐和海流等海洋资源自带能量，大规模的海洋储能前景广阔，能源储存和运输已成为未来可持续能源供应的关键。纳米纤维具有的高表面积和孔隙率使其能用于制备能量存储器，如纳米纤维薄膜可用于制备一种高度扩展的“纸状”多合一海水超级电容器，面向海洋环境中的电化学能量存储，具有轻巧的特点和出色的力学性能，在未来海洋环境里大型分布式能量存储系统中具有潜在应用。

3.3.4 农业生产领域

农业工厂化是未来农业的主要发展方向，现代农业中的植物工厂领域就是其高新技术成果之一。植物工厂是集生物技术、光电技术、信息技术和工业制造为一体的高科技工厂化农业系统，农业用纺织品在其中发挥了重要作用。非织造布具有透光性好、透气率高、透湿性强的特点,植物工厂采用非织造布替代聚乙烯膜作地膜,有望解决薄膜污染土壤的环境问题。近年来,高吸水性纤维以及复合技术的开发，使得高性能大棚布及其它可生物降解纺织品得到了大力发展。例如,日本研究开发了聚丙烯酸盐高吸水树脂作为化学保水剂添加到栽培基质中以提高其保水性。

3.3.5 建筑交通领域

高性能纤维及其复合材料在建筑等领域获得广泛应用。用碳纤维复合材料代替传统金属制的电缆芯，具有减轻质量、降低能耗、易增容等优势，可应用于电力输送；此外，可用碳纤维复合材料对桥梁及高层建筑进行加固；碳纤维复合材料在石油开采领域的运用不仅可以减轻质量，还能提高生产效率。在交通领域，利用芳纶与碳纤维等高性能纤维复合材料替代传统汽车、飞机机身金属材料，可大幅减轻质量，减少燃油消耗和碳排放[44]。新一代低碳汽车采用碳纤维及芳纶复合材料作为车身材料，其车身比钢铁车身质量减少50%；芳纶/橡胶复合材料可减小轮胎变形量和滚动阻力，并提高其散热性能。目前，碳纤维及芳纶复合材料也已成为高速列车车身和内部装饰等零配件不可或缺的关键材料。

3.3.6 深空深海领域

随着人类对深海、太空及外星球等领域的不断探索，纤维制品在极端环境中出现诸多应用。为解决宇航员穿衣、洗衣难等问题，科学家们开始研究如何在空间站中制造纤维，制成可直接穿着的服装，并解决服装的洗涤及循环利用问题。一种思路是设计并制造轻量级的纺丝、织造设备，解决在失重情况下工作的问题；另外一种思路是直接利用3D打印技术。2020年我国首飞成功的长征五号B型运载火箭上搭载了新一代的再燃飞船实验船，并在船上配置了3D打印机，实现外太空失重情况下的材料制造。结合现有3D打印纤维及服装技术，在太空实现纺织制造将成为现实。

深海环境相对于陆地环境要复杂,深海养殖网箱材料要求比较高。为提高耐盐、防紫外线性能，研究人员开发特力夫高性能纤维网衣，其具有理想的耐老化抗风浪的效果。

4 结束语

纺织行业和纺织技术的发展在人类文明进化的历程中起到了至关重要的作用。作为一个历史悠久的行业，纺织行业的技术进步与全球各个行业的进步同频发展。21世纪的今天，纺织业也不再仅仅是满足人类穿衣需求的传统行业，其技术进步更加呈现高端化和前沿化。纤维成形工艺的拓展及纤维在多维尺度上的演化为终端应用提供了无限想象的空间。在数字化、信息化及人工智能日新月异的今天，以一维纤维材料为基元发展出的全产业链环节均已呈现革新式的发展与技术进步。畅想未来，纺织行业已经呈现出多维度的创新发展，将为人类文明和技术进步提供更为广泛的空间。