文/张慢乐 杨群

我国是纺织服装产品制造和出口大国，在制造方面占据市场规模优势，但在服装设计方面存在严重短板，在新型功能材料开发上也没有竞争力。随着我国化学纤维生产产能的扩张，常规产品面临着激烈的市场竞争，化纤产品差别化和功能化成为企业在市场竞争中制胜的关键。新型功能性纤维材料以其差别性、特殊性和功能针对性，成为纺织产品领域发展的重点。

我国是纺织服装产品制造和出口大国，在制造方面占据市场规模优势，但在服装设计方面存在严重短板，在新型功能材料开发上也没有竞争力。随着我国化学纤维生产产能的扩张，常规产品面临着激烈的市场竞争，化纤产品差别化和功能化成为企业在市场竞争中制胜的关键。新型功能性纤维材料以其差别性、特殊性和功能针对性，成为纺织产品领域发展的重点。

本文总结近年来新型功能材料在纺织服装中的最新应用，分类归纳了不同类新型功能材料与纺织服装相关的技术进步、应用前景和工业化实例。

1 新型功能材料简介

功能材料的定义：具有优良的电学、磁学、热学、光学、声学、力学、生物学、化学功能和相互转化功能的高技术材料。在国外，这类材料被称为功能材料、精细材料或特种材料。在纺织领域，功能性材料除了具有普通布料所有的功能外，还具有防水、抗静电、保温和抗菌除臭等功能。

根据作用方式的差异，功能材料大致可分为光功能高分子材料、生物材料、热力学材料和电磁材料。另外纳米材料和石墨烯材料因分子尺寸和构造的特殊性能而展现出有别于传统功能材料的优良性能，在纺织领域具有广阔的应用前景。

2 纺织服装领域的新型功能材料

2.1 光功能高分子材料

一种对光传输、吸收、储存和转换的高分子材料。光功能高分子材料主要包括光致变色材料和隐身材料。

光致变色材料：在一定波长光的照射下，能够发生颜色变化的材料。它的原理是在一定波长光的照射下，化合物的分子结构发生变化，光的吸收峰值即颜色发生改变，并且这种改变一般是可逆的。把光致变色材料制作成涂层，可以应用于很多产品中，如游泳衣、工作服、儿童服装等。东华大学教授研制的光致变纤维，经紫外线照射由无色变为蓝色，停止光照后变为无色，且具有良好的光照耐久性。

隐身材料主要有以下3种，红外隐身材料、可见光隐身材料和激光隐身材料。在透过红外线的粘结剂中，加入铝粉和二价铁离子，构成红外隐身涂料。金属氧化物粉、铝粉和有机物复合而成可见光隐身材料。红外隐身材料有坚固耐用、成本低廉和制造方便等优点，成为近些年来发展最快的热隐身材料。如美国的陆军装备研究司令部、澳大利亚国防科技组织的材料研究室、英国的BTRRLC公司材料系统部和瑞典的巴拉居达公司都已开发了第二代产品。

2.2 生物材料

与生命系统相接触和发生相互作用的材料统称为生物材料。生物材料分为天然材料、人工合成材料、单一材料、复合材料、活体细胞或天然组织与无生命的材料结合而成的杂化材料。人工合成材料的应用已非常成熟，本文主要介绍新兴的天然材料。

2.2.1 细菌材料

麻省理工学院BioLogic团队开展了新项目，用微生物为服装增加科学功能。BioLogic团队使用纳豆枯草芽孢杆菌，和松果一样，纳豆枯草芽孢杆菌根据空气的湿度自动膨胀和收缩。根据这个原理，BioLogic团队发明了称为“第二皮肤”的新式服装，此服装随穿着者体温和湿度的增加膨胀而变得更加透气。BioLogic团队把纳豆枯草芽孢杆菌制成生物膜，与氨纶布料整合在一起，生物膜的形状不一样，效果也不同。而且，生物膜的透气效果与湿度是成正比，当湿度达到100%，生物膜会完全敞开，透气达到最大化。

2.2.2 生物基材料

生物基纤维是用生物本身或者它的提取物制成的纤维。聚乳酸纤维是以玉米、甜菜、小麦等为原料，在力学性能、生物降解性、抗菌性和导湿排汗性等方面，聚乳酸纤维比传统纤维表现出良好的性能。海藻酸盐纤维以褐藻类植物为原料，这类纤维不但环保，且性能优良。海藻酸盐纤维是生产高吸湿性医用敷料的原材料，因此在医疗卫生领域有很大的应用价值。

2020年，国家发改委印发了《关于进一步加强塑料污染治理的意见》，提出限塑时间表。以玉米、秸秆等加工而成的聚乳酸纤维很快被大众知悉。聚乳酸纤维具有与人体皮肤相近的弱酸性，因此在内衣和家纺等领域具有优势，但是还不成规模。据报道，FibFab项目开发了一种新的生物基化合物，该生物基化合物不但能够满足服装领域对纤维的性能要求，而且适用于工业用纤维的生产。

2.2.3 生物抗菌材料

生物抗菌材料大多数是从动植物材料里提炼而成，其主要有壳聚糖、桂皮油、罗汉柏油和鱼精蛋白等，具有耐候性强、低毒性和使用安全等优点，主要缺点是药效持续时间短和耐热性差。其中典型代表是壳聚糖。目前提出的壳聚糖抗菌机理有以下两种：a.低分子量的壳聚糖分子入侵微生物细胞，阻碍微生物遗传密码DNA到RNA的复制；b.壳聚糖的氨基阳离子与构成微生物细胞壁的唾液酸磷酯等阴离子相互吸引，束缚了阴离子的自由度。在纺织品生产过程中，赋予织物抗菌性能的壳聚糖用作后处理整理剂。据报道，缩水甘油三甲基氯化铵和甲壳素反应生成季铵盐，用季铵盐处理后的短纤单丝具有抗菌性，对表皮葡萄球菌的灭菌率达到99.8%至100%。

2.3 热力学材料

2.3.1 热致变色材料

热致变色材料是把液晶材料封闭在微胶囊之中，形成涂层制得。其原理是在面料内附着直径约为2μm的微胶囊，内贮因温度而变色的染料和液晶材料，这些微胶囊分散在液态树脂粘合剂中，把它们涂在纤维上。

日本东丽株式会社把微胶囊和树脂涂在基布上面，得到在低温下显色，在高温下消色的织物。当温度达到0℃及以下，纺织物变成黑色，从而可以吸收阳光起到保暖作用，当温度达到5℃以上，纺织物变成白色，从而抑制对阳光的吸收。

2.3.2 保温材料

早期的保温材料是由于金属具有反射性能，从而抑制热量散发。镀有金属铝的“金属棉”有良好的保温性能，但是有一些缺点，比如热传导强、缺乏着色性、透湿透气性差和不能洗涤等。20世纪80年代开发了碳化锆保温纤维，其吸收可见光，反射红外线。此材料吸收太阳光中95%的2μm以下波长的能源，通过热转换，能源被储存在里面。人体产生红外线，波长为10μm左右，将碳化锆系化合物和高聚物混合纺织成纤维制成服装，从人体散发的热量被服装反射，阻止热量向外扩散，起到保温作用。

近年来，新型保温材料主要有阳光蓄热保温纤维和远红外纤维。美国3M公司制造的保温纤维“新雪丽”，和传统保温材料相比，它非常保暖，厚度为1厘米，保暖性为羽绒的约1.5倍，是其他保温材料的约两倍。其功效是源于它的超细纤维，它的直径是普通纤维的约十分之一，纤维间留存出更多的空气，在同样大的空间，有更多的纤维，因此非常保暖。同时，它的吸水量是自重的1%，在潮湿的环境中具有很好的保暖性。

2.3.3 温控材料

其原理是物质在相转变的过程中，自动释放或者吸收热量，使用充填法、浸轧法和微胶囊法将相变物质处理到纤维或者纤维制品中。

把一种能贮存热量并且在低温的时候保持热量的相变物质制作成微胶囊加到高聚物溶液中，纺丝制成纤维，这就是微胶囊法。某些塑性晶体在固一固转变过程中产生热变化，可以制作成塑性晶体类的温控纤维。把季戊四醇加到中空纤维里或者用传统涂层法处理到纤维织物上，赋予纤维所需的贮热和释热性能。试验证明，改性后的尼龙纤维热含量是改性前的3.5～4倍，改性后的聚丙烯纤维热含量是改性前的2倍，将以上改性后的纤维制成温控织物，温度在5℃～100℃。把导电树脂涂在织物表面，通过电流时织物会发热，可通过调节电流大小和织物的密度来控制织物的温度。日本东丽公司根据以上原理制成了一种双层结构的纤维织物，此织物被用在医疗加热的被单、电热地毯和车辆用的加温垫等。

2.4 电磁材料

2.4.1 防辐射材料

防辐射服的防辐射材料主要有金属纤维材质和银纤维材质，由于银纤维含量的不同银纤维材质分为半银纤维材质和全银纤维材质。全银纤维材质是由100%的银纤维混纺优质棉织物制作而成。全银纤维材质不但具有防辐射性能，还具有很强的抗菌和除臭功效，是制作防辐射服的理想面料。

2.4.2 防静电材料

防静电面料的消电机理是基于电荷的泄放和中和。在接地的时候， 一方面导电纤维的电晕放电和面料上的静电中和，另一方面经导电纤维向大地泄放；不接地时，则由导电纤维的电晕放电来中和。

防静电织物很多都是用导电纤维制作而成的，导电成分复合纤维使用较为广泛。防静电服装广泛应用在电子、制药、微生物、仪器等行业。

日本钟纺公司公布了最新研究成果9R和BR系列。这是第二代导电纤维的代表。熔融态的尼龙和碳粉混合后经喷丝孔和基体尼龙复合，形成双组分导电纤维。双组分导电纤维的优势在于不会因为摩擦和洗涤导致碳颗粒脱落，它有着良好的耐洗、抗弯曲和耐磨损等性能。其导电表面积越大，导电性越好。

2.5 石墨烯材料

石墨烯是导电性能极佳的新型纳米材料，它具有极好的强度、柔韧性、导电性、导热性和光学性质，在物理、化学、环境、材料和能源等方面有着非常广泛的应用。

把石墨烯加入到人造纤维溶液中或者附着在纤维上，制成石墨烯纤维。石墨烯纤维有非常好的导电性、保暖性和抑菌性，和棉织物一样吸湿透气，穿着亲肤舒适。夏季可抵挡紫外线。石墨烯纤维还可与棉、莫代尔和粘胶纤维混纺，用于制作高档的服装、运动装、袜子和婴儿服装。石墨烯纤维还可以做棉被、睡袋和羽绒服等的填充物。

2.6 纳米材料

纳米粒子是指粒径在0.1mm～100mm间的微粒。纳米粒子在光学、催化、化学、磁性、蒸汽压、相变温度和超导等方面表现出特殊的性能，近年来，越来越多地将纳米材料应用在服装的生产中，纳米服装具有防水、防油和防尘的性能。纳米级的微粒覆盖在纤维表面或者镶嵌在纤维甚至分子间隙间，由于微粒小、表面积大和表面能高，在物质表面形成均匀的、极薄的“气雾状”保护层，正是由于保护层的存在，使常温下大于100nm的水滴、油滴、尘埃、污渍甚至细菌都很难进到布料的内部。同时，由于形成保护层的纳米级微粒极其微小，不会改变原布料的舒适度和透气性等。

3 总结

新型功能材料特异性突出，往往针对极端的环境研发，用在纺织服装领域面临使用环境单一、使用条件严苛、高成本和高消耗的窘境。在研发方面初始投入很大，大部分技术尚不成熟，目前大多停留在实验室阶段，产业转化率较低。

随着人们生活水平的提高，消费市场对服装安全、舒适和时尚性提出更高的要求，新型功能材料在纺织服装领域的市场不断扩大。服装设计方面更依赖新型功能材料的开发。尤其是智能穿戴概念的兴起，复合材料越来越为纤维制品生产商所接受，一方面提供了更多的功能选择，另一方面纤维纺织品结构的多层设计带来了更加舒适的消费体验。技术和时尚完美融合于现代社会的日常生活中。