紡織數位化趨勢與高分子材料應用

 

刊登日期:2019/10/5
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物聯網(IoT)的概念不斷擴展到各領域應用,紡織品數位化之趨勢在近幾年來顯著發展,尤其是結合紡織技術與偵測元件進行數據收集與分析並應用於運動或照護管理。藉由高分子材料與相關數位設計,實現紡織品智能化與智慧化,未來可望進一步應用於軟性電路模組,促成紡織關鍵技術升級。本文將從以下大綱,介紹聚氨酯材料特性及數位化紡織技術。
‧前言
‧水性聚氨酯材料
 1. 聚氨酯材料結構
 2. 多元醇(Polyol)
 3. 異氰酸酯(Di-isocyanate)
 4. 熱塑性高分子材料的種類
  (1) 陽離子性
  (2) 陰離子性
  (3) 兩性離化物
  (4) 非離子性
 5. 熱塑性高分子材枓
‧紡織品數位化趨勢之織造與高分子貼合應用
‧結論
 
【內文精選】
前言
智慧服飾(Smart Textiles)目前使用的偵測晶片包含感測心律、溫度、血壓、肌電訊號等的電子元件,但往往偵測效果會因偵測位置與電路可靠度,而產生錯誤訊息或不必要的雜訊,進而影響收集到的訊號可信度。因此,透過熱塑性高分子應用之探討,作為軟性電路(Flexible Circuit)織片的開發基礎,未來將能進一步結合晶片與電路織片形成軟性電路織片模組,使晶片設計位置獲得更多元的組合。
 
根據市場調查機構IDTechEx預估,全球智慧型紡織品市場規模正快速成長,如圖一所示,預估到2026年將達32.6億美元,年均複合成長率達33%。各類別中最大占比項目為運動健身,預估至2026年市場規模將達15.3億美元;其次為醫療及健康應用,市場規模將達6.7億美元;家飾紡織品應用為第三位,市場規模將達4.1億美元。
 
圖一、2016~2026年全球智慧型紡織品市場規模預估
圖一、2016~2026年全球智慧型紡織品市場規模預估
 
近年來由於環保意識高漲和法律限制,使溶劑型聚氨酯用量顯著降低,取而代之的是水性聚氨酯(Waterborne Polyurethane; WPU),經過不斷的技術改良後,可具有良好的耐曲折撕裂性、防水性、延伸性、耐磨性,以及優良的抗寒凍裂特性,應用於數位化紡織品可作為良好的功能性基材。
 
水性聚氨酯材料
4. 熱塑性高分子材料的種類
為了要使聚氨酯能分散於水中,最常見的作法是在聚氨酯分子主鏈結構上引入親水的官能基或離子基,利用親水性官能基或離子性官能基來達到親水目的。此種具有特殊離子性的官能基稱為聚氨酯離子體,根據聚氨酯分子在側鏈或主鏈上是否含有離子基團,來判別是否屬於聚氨酯離子體。聚氨酯離子體在水中具有分散性,因此可均勻的分散在水中,而此種具有親水性的官能基或離子基稱為內部乳化劑(Internal Emulsifiers),因為親水基的不同,可分類為陽離子性(Cationomer)、陰離子性(Anionomer)、兩性離化物(Zwitterionomer)與非離子性。常見的內部乳化劑分類如圖四所示。
 
圖四、常見的內部乳化劑
圖四、常見的內部乳化劑
 
紡織品數位化趨勢之織造與高分子貼合應用
在數位化的浪潮中,分析消費者的需求與喜好成為重要的一環。已有業者投入發展人體3D掃描與自動尺寸分析,進行虛實技術整合達到快速掃描與建模,並獲取人體肩寬、腰圍、袖長、褲長等上百組數據,可廣泛應用於各式服裝訂製與客製化服務。此外,人體3D掃描與建模之數位資料亦可與織造端相互聯結,透過無縫(Seamless)編製技術繪製版型,並結合人體構圖(Body Mapping)、紗線材料、組織面料結構等快速織造成品。無縫技術特點在於使用軟體進行版型設計時即可帶入不同部位之織法,並於程式編寫織造參數及調配張力數值,完成數位化織造並提升穿著舒適性。
 
開發無縫圓編運動服飾的過程中,除了符合Body Mapping之應用需求外,減緩運動傷害亦是主要開發項目之一。以慢跑運動為例,長時間運動時,肌肉收縮與舒張的過程會伴隨著三種現象發生:其一為血液流動效率與組織代謝降低、其二為肌腱反覆拉伸、其三為與周邊組織摩擦。圖九顯示,當肌肉收縮時,下靜脈瓣膜會配合關閉,並開放上靜脈瓣膜促使靜脈中血液回流至心臟;接著當肌肉舒張時,會驅使下靜脈瓣膜打開引入血液,如此肌肉的收縮舒張搭配靜脈瓣膜開合,可帶動靜脈血液回流至心臟進行代謝,以維持細胞所需養分。但長時間下來隨著肌肉耐力降低,也會影響血液回流,進而減緩代謝速度,使得疲勞感受逐漸上升。
 
為透過紡織技術解決以上潛在運動傷害發生,可藉由壓縮作用、梯度壓差、仿貼紮法、固定作用等形式,進行運動紡織品的開發,並結合組織設計以及材料特性,緩解疲勞產生並提升運動表現。壓縮作用主要目的為穩定肌群與關節,將肌肉與肌腱束縛集中後,可微幅限制肌肉收縮,並協助肌肉進行舒張,以促進靜脈瓣膜推動血液回流,提升代謝速度的同時亦可減緩疲勞度的產生。梯度壓差則主要運用於小腿處,藉由…以上為部分節錄資料,完整內容請見下方附檔。
 
作者:鄭敬哲、張昌榮/工研院材化所
★本文節錄自「工業材料雜誌」394期,更多資料請見下方附檔。

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