《SMARTCOMP:复合材料的智能纺织品》

  • 来源专题:中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
  • 编译者: 冯瑞华
  • 发布时间:2018-01-29
  • SMARTCOMP是基于Textronic 元素和功能材料实施的智能复合材料的研究和开发的项目,该项目的实施旨在研发用于装饰,室内设计,住处和创新产业复合材料制造的智能纺织品结构。

    项目负责人AITEX 分享智能纺织品广泛应用所需的丰富经验,其中包括研究所将传感器集成到复合材料中,创造出一种能够对外部刺激做出剧烈反应的纺织品的能力。

    AITEX在SMARTCOMP 项目范围中,开发智能功能材料的措施包括以下内容。

    纺织绣花电路技术。 刺绣技术可以将股线编织成柔软的表面,该技术用于将高性能导电纱线插入到不同类型的织物中。 这是将传感器、执行器、连接和能量供应系统集成到布料中的一种高效方式。 这种方式也适用于丝绸,羊毛和亚麻纱等,允许插入各种形状和尺寸的亮片,并可以编织或插入胶带和鞋带。 刺绣所提供的多样化功能也可以用于该项目应用领域的功能复合材料的开发。

    柔性电路的数字印刷技术。电子印刷允许使用与印刷技术更通用的技术,将电子或光子装置压印到织物上,两者主要区别在于使用导电或半导电油墨。电子印刷不再处于实验阶段,今天已经成为现实,该技术开创了无数种可能,蕴藏着巨大的潜力。电子印刷技术赋予商业上可获得的纺织产品的创新功能和不同特性。其最突出的特点是灵活性、易集成性、适应不同环境的能力、成本效益以及它能够相对容易地扩展成更大格式。现代印刷设备和油墨的发展使得能够将连续的层叠加在彼此之上,每层是由具有不同导电性和电化学特性的材料制成的,目的是能够创建新的应用和开发功能性纺织品,诸如电致发光,加热织物和具有传感功能等特性的织物。

    连续层压技术。有多种类型的层压可用。连续层压技术是使用一种不间断的系统,该系统通过施加压力和温度来粘合不同类型的基材。该过程在隧道中进行,通过该隧道将材料在涂有聚四氟乙烯涂层的传送带上传送。该系统包括完全独立的加热和冷却组件,目的是确保材料和粘合剂被加热到正确的温度并成功粘合。然后将复合物冷却以确保各层保持稳定并完全对齐。该系统可以粘合各种各样的部件以形成一个完整的复合材料,包括刚性和柔性的纺织品、泡沫、聚合物等,以及不同的厚度,重量和性能。压力、温度、速度和皮带之间的间隙都可以调整到最佳状态。连续层压与其他方法不同之处在于其能够使用各种粘合剂(粉末、膜或膜等中的粘合剂)生产长期的复合材料。除了在部件层之间提供必要的粘附性之外,粘合剂还根据所施加的热塑性聚合物和层压期间使用的重量的不同而施加不同的机械性能。该系统在包含智能纺织部件的层压复合材料的开发中具有巨大的潜力。

    通过这种方法,SMARTCOMP 项目旨在验证用于开发和制造增强型功能性物品的有效雏形。

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    • 发布时间:2019-09-26
    • 看着衣橱满满却仍然“缺少”合适一件的你,可能永远不会想到的一个事实是:中国现在每年新增废旧纺织品大约2600万吨,存量已高达1.5亿吨,闲置、浪费的化学纤维和棉纤维相当于一年用掉了半个大庆油田;另一方面,目前中国对废旧纺织品的资源化利用仅限于做拖把、手套、擦机布、大棚保温被、隔音罩等低端产品,再生利用率不足10%;与此同时,如果是填埋或焚烧处理,大约掩埋一吨废旧织物需要5平方米的土地,每吨的焚烧碳排量则是3.2t,并且会释放二噁英等有害气体。   巨大的经济价值,惊人的浪费,令人头疼的处置难题,三者同时并存,如何才能更好地实现废旧纺织物的资源化增值化再利用呢?   在刚刚开幕的第21届中国国际工业博览会上,华东理工大学材料学院吴驰飞教授的展品和他的技术项目“涤纶为主的废旧纺织品循环利用产品”,给我们提供了一个非常具有启发性和操作可行性的答案。      在华东理工大学的工博会展位上,吴老师提供的展品,包括展位的地板、墙板、桌椅、样品柜,以及其他诸如管道、片板带材料、花盆、穴盘、排水板、类“木塑”的纤维增强复合材料等,都是应用他的新技术由废旧纺织品纤维增强聚烯烃改性材料制备而成。   在材料设计创新性方面,吴驰飞老师提出了废弃纺织纤维循环利用的新思路,实现了废纺纤维作为塑料的增强材料的资源转换、增值循环利用;在工艺创新性方面,他开发了先塑化、后分散,低温强挤出的新工艺,实现了锥双强制喂料→单螺杆预分散→异向平双挤出分散的集成创新。目前,他们已经推出了首款No-PVC的FPC纤塑新型环保地板。   原先形状、质地各不相同的废旧织物,现在却能制成各式各样的纤塑制品,个中的奥秘,其实都在吴老师他们这些科研人员的手中掌握。简单地说,首先需要将按目前的技术回收困难的混杂纤维或者复合纤维材料直接破碎成废旧纤维,然后要通过控制纤维的尺寸、纤维在复合材料中的比例以及分散情况,设计出性能各异的复合材料,实现从纤维到工程塑料的转变。与基体聚烯烃相比,用吴老师研发技术制备出的复合材料具有强度和模量高、熔体流动速率低等特性,可成型加工成管材、片材、板材、型材等高附加值产品。   “这种从废旧纤维到纤维增强塑料的转变,不仅开拓了纤维回收的新方式,而且通过‘同质复合’的理念成功制备出可多次回收利用的高分子纤维增强高分子基体的复合材料,为废旧纤维的资源回收再利用提供了新的途径。”吴驰飞说。   据介绍,这些纤维增强塑料可应用到各个领域中,例如工业领域的管道、定制托盘、土工格栅、土工格室、铲板,农业领域的穴盘、排水板、花盆,潮汐苗床,建筑领域的地板、墙板,生活领域的箱包,等等。   据业界粗略估计,目前由环境污染造成的损失已占到我国GDP总值的15%,严重影响国家的可持续发展。如果我国聚酯纺织品再生能突破1000万吨/年,则年直接碳税效益就有3.2亿-6.4亿美元。如果我国废旧纺织品能全部循环利用,相当于每年可节约原油2400万吨和近三分之一的棉花种植面积,可减少8000万吨的二氧化碳排放。所以,作为国家战略新兴产业和无废城市建设的重要组成,废旧纺织物的资源化增值化利用其实蕴藏着巨大的空间,仍然需要科研人员持之以恒的努力。
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    • 来源专题:纳米科技
    • 编译者:郭文姣
    • 发布时间:2018-09-12
    • 特拉华大学(University of Delaware)的一个工程师团队正在开发下一代智能纺织品,他们在包括棉花、尼龙和羊毛在内的多种纤维上制造柔性碳纳米管复合涂层。他们的发现发表在《ACS传感器》杂志上。在杂志上,他们展示了测量异常大范围压力的能力——从指尖轻触到叉车。 涂有这种传感技术的织物可以用于未来的“智能服装”,在这种服装中,传感器可以插入鞋底或缝入衣服中,以检测人体运动。 碳纳米管赋予这种轻盈、柔韧、透气的织物涂层令人印象深刻的传感能力。当材料被挤压时,织物的电性变化很容易测量。 “作为一种传感器,它对从触摸到吨的各种力都非常敏感,”机械工程和材料科学与工程学系副教授埃里克索斯滕森(Erik Thostenson)说。 利用聚乙烯亚胺功能化碳纳米管的电泳沉积(EPD)在纤维上形成神经状的导电纳米复合涂层。 托斯滕森说:“这种薄膜的作用很像一种染料,可以增加电子传感功能。”“我们实验室开发的EPD工艺创造了这种非常统一的纳米复合涂层,这种涂层与纤维表面紧密结合。这个过程对于未来的应用程序是可扩展的。 现在,研究人员可以将这些传感器添加到织物上,这种方式优于目前制造智能纺织品的方法。UD的多功能复合材料实验室的负责人Thostenson说,现有的技术,例如用金属电镀纤维或编织纤维和金属线结合在一起,会降低织物的舒适性和耐久性。Thostenson小组开发的纳米复合涂层具有柔韧性和手感,已经在包括凯夫拉尔、羊毛、尼龙、氨纶和聚酯在内的一系列天然和合成纤维上进行了测试。这种涂层只有250到750纳米厚——大约0.25到0.75%的厚度相当于一张纸那么厚——对于一般的鞋子或衣服来说,只会增加大约1克的重量。更重要的是,用于制造传感器涂层的材料既便宜又相对环保,因为它们可以在室温下用水作为溶剂进行处理。 探索未来的应用 传感器涂层织物的一个潜在应用是测量人们走路时脚上的力。这些数据可以帮助临床医生评估受伤后的不平衡,或者帮助预防运动员受伤。具体来说,Thostenson的研究小组正在与机械工程教授、UD神经肌肉生物力学实验室主任Jill Higginson合作,她的小组是由Delaware INBRE资助的一个试点项目的一部分。他们的目标是观察当这些传感器嵌入到鞋子中时,它们如何与生物力学实验室技术(如仪器式跑步机和运动捕捉)相比较。 在实验室测试中,人们知道自己被监视,但在实验室之外,他们的行为可能会有所不同。 托斯坦森说:“我们的想法之一是,我们可以在实验室以外的地方利用这些新奇的纺织品——走在大街上,在家里,在任何地方。” Sagar Doshi是UD大学机械工程专业的博士生,是这篇论文的主要作者。他致力于制造传感器,优化它们的灵敏度,测试它们的机械性能,并将它们集成到凉鞋和鞋子中。他在初步测试中戴上了传感器,到目前为止,传感器收集的数据与力板收集的数据相比。力板是一种实验室设备,通常需要数千美元。 Doshi说:“因为这种低成本的传感器又薄又灵活,所以有可能通过集成电子设备来定制鞋子和其他服装,在日常生活中存储数据。”“研究人员或治疗师可以稍后对这些数据进行分析,以评估绩效,最终降低医疗成本。” 这项技术在运动医学应用、手术后恢复和评估儿科人群的运动障碍方面也有前景。 “收集”也是非常有挑战性的运动数据的孩子在一段时间内,在一个现实的背景下,“罗伯特·阿金斯来说说儿科临床研究与发展中心的主任内穆尔,阿尔弗雷德·威尔明顿和附属儿童医院教授材料科学与工程、生物医学工程和生物科学在特拉华大学。“像这样轻薄、灵活、高度敏感的传感器可以帮助物理治疗师和医生远程评估孩子的活动能力,这意味着临床医生可以以一种成本效益高的方式收集更多数据,可能还能收集到更好的数据,这比目前的方法需要更少的就诊次数。” 跨学科的合作对于发展未来的应用至关重要,在特拉华大学,工程师有一个独特的机会与健康科学学院的教师和学生一起工作在特拉华大学的科学、技术和先进研究(STAR)校园。 Doshi说:“作为工程师,我们开发新材料和传感器,但我们并不总能理解医生、物理治疗师和病人面临的关键问题。”“我们与他们合作,共同解决他们面临的问题,要么指导他们找到现有的解决方案,要么创造一个创新的解决方案来解决这个问题。” Thostenson的研究小组还将基于纳米管的传感器用于其他应用,例如结构健康监测。 “长期以来,我们一直在使用碳纳米管和纳米管为基础的复合传感器,”特拉华大学复合材料中心(UD- ccm)的教职员工Thostenson说。他的团队与土木工程的研究人员合作,开创了柔性纳米管传感器的发展,以帮助检测桥梁和其他大型结构的裂缝。“关于复合材料,有一件事一直让我感兴趣,那就是我们以不同的尺度来设计它们,从宏观的几何形状,飞机或飞机机翼或汽车的一部分,到织物结构或纤维水平。”然后,纳米级的增强材料,如碳纳米管和石墨烯,为我们提供了另一个层次来调整材料的结构和功能特性。虽然我们的研究可能是基础的,但总有对应用的关注。uc - ccm通过其工业联盟将实验室的基础研究发现转化为商业产品已经有很长的历史了。 这项工作得到了美国国家科学基金会(NSF)职业项目和特拉华州INBRE项目的支持,并得到了美国国家自然科学基金会(NIH-NIGMS) (P20-GM103446)和特拉华州的资助。 ——文章发布于2018年8月16日