智能纺织品在运动健身领域前景广阔

文/香港理工大学纺织及制衣学系 杨晨啸 李鹂

到2026年，智能纺织品在运动健身领域的市场规模将达15.3亿美元，占整体智能型纺织品的46.8%

据市场调研公司Allied Market Research预测，到2022年全球智能纺织品市场规模将从2015年的9.43亿美元增长到53.69亿美元，2016年～2022年间的复合年增长率为28.4%。经过20多年的发展，智能纺织品已经可以将光学纤维、压电纤维、导电纤维、形状记忆纤维、变色纤维、柔性电池材料等完好地结合在一起，即创新实现电子组件纺织化，得到不同的产品功能，使得其市场需求不断增加，市场规模不断扩大。

导电纤维/纱线是其关键组件

实现智能纺织品不同功能的关键基础是新兴的柔性导电纤维/纱线技术，包含以金属化纤维取代漆包线、以面料纹路结构取代电子回路、以织物电池取代固形电池等技术，使纺织品满足穿戴者所期待的互动机能，例如内在身体讯号的撷取、外在环境的提醒、外在信息的给予等机能。

柔性导电纤维/纱线可以通过机织、针织或刺绣、缝纫的方式植入基底织物中而建立出电路图案，制作屏蔽电磁信号、柔性传感器、电热组件等功能性材料。其可提供诸多超越传统漆包线电线的优点，例如新型导电材料会更耐用、耐穿、耐拉扯，可使可穿戴智能导电纺织品重量更轻、更柔软、具有弹性、更加灵活，可以随着穿着者身体的机械运动而弯曲、扭转、拉伸或摇晃等，同时非腐蚀性更容易处理和更具成本效益。

表1 不同纺纱方法的特点和适用场景

01 镀层法纤维形态。

02 熔融/干湿纺丝法纤维形态。

03 拉丝纺丝法纤维形态。

根据选取原材料的不同，导电纤维/纱线可以分为：导电金属、金属氧化物或金属盐纤维/纱线；本质型导电聚合物纤维/纱线；镀层导电的聚合物纤维/纱线；导电碳纤维/纱线等。而制造方法可以分为：镀层法，熔融/干湿纺丝法，拉丝纺丝法，这3种方法适用于不同的原材料和纺制不同的纺织品形态，具体适用条件，见表1；具体纤维形态，见图1、图2、图3。

而运用上述导电材料，可制作：智能纤维集合体器件，例如纤维场效应管和纱线超级电容；微电子与纤维集成器件，以实现可视、可听、可传感、可通讯的多功能性能；微电子与纤维集合体集成器件，例如嵌入式柔性可拉伸电子器件；纤维集合体微电子器件。

其中纤维集合体微电子器件包括3种电子组件，一是电子纺织部件：光纤晶体管、织物天线、织物显示器、织物电路板；二是传感器与传感网络：压力和剪切应力、大平面内应变、生物电势、人造电子皮肤；三是可穿戴的能量采集与能源存储设备：基于纤维结构的纳米发电器，可将环境、人体运动产生的能量转换为电能，储存并应用于可穿戴微电子系统等，如太阳能电池、单纤维型超级电容器、织物型超级电容器。

除了上述多维度、广角度的运用，还可以采用表面涂层、喷墨、丝网、3D印刷或者表面自组装等工艺制备可穿戴式柔性电子器件。

运动健身是其应用最广的领域

智能纺织品在运动健身领域的应用是最广的，据预测，到2026年，其市场规模将达15.3亿美元，占整体智能型纺织品的46.8%。这类智能纺织品可以用于吸湿快干、温感调剂、疲劳缓解、缓冲防护、感测使用者生理，例如心率、呼吸、EMG肌电图以及惯性运动和相对运动（如四肢或关节的相对运动）等，为运动者提供专属健身建议、提升运动表现效能等。

针对智能纺织技术在体育行业良好的应用前景，近年来具有市场领导性的品牌企业不断投入，具有一定规模的新创公司也积极参与，所以产业生态系统逐渐形成。在这个产业生态系统中，也有不同技术背景的企业进入，实现跨领域合作，例如纺织企业、服装时尚制造商、运动品牌、信息电子制造商、互联网企业、人工智能技术公司等都参与到一个项目中去，共同推出一个新型功能的智能纺织产品，这种多领域的跨界合作将大大加速智能纺织技术的推广和产业化。

智能纺织品在医疗及健康领域和家饰纺织品领域的应用紧随其后，市场规模分别将达6.7亿美元和4.1亿美元，分别占整体智能型纺织品的20.7%和12.7%。而随着社会老龄化问题的突出，智能纤维在医疗健康和家居纺织方面的应用将越来越广泛。尤其是通过整合导电材料的感测、运算、制动、联网及能源系统而形成的智能服装，不需额外配戴，就可以快速地融入到老年人的日常生活护理中，进一步在运动健身、医疗照护、居家生活等领域协助消费者。除了可帮助老年群体，婴儿及慢性病患者等也都是潜在应用对象。

图4 2016年－2026年全球智能型纺织品市场规模预估

表2 国外可穿戴电子智能纺织品制造商代表

除了上述应用领域，智能纺织品还在时尚娱乐、服装时尚、工商、军事等不同领域中应用。

成本是制约其在国内发展的因素

根据IDTechEx（2016.01）的调研，智能纺织品在不同场景中的应用和推广，都将随着总体市场规模的增长而增长，具体市场规模见图4，其中北美、欧洲和亚太市场分别为第一、第二和第三大市场。而国外可穿戴电子智能纺织品制造商代表见表2，其中美国生产厂商和欧洲生产厂商在化纤基导电高分子纤维上占据该类纤维的近八成市场；日本生产厂商以导电、抗静电性能优良的炭黑型和金属镀层型纤维占据这两种类型纤维高端商品的市场；近两年来，韩国生产厂商和日本生产厂商的可乐丽株式会社也在进军金属化合物型和导电高分子型纤维市场；而欧洲比利时的贝卡尔特股份有限公司几乎占据了国际上超高导电性能不锈钢导电纤维的整个市场。

相较而言，国内生产厂商的产品仅涉及不锈钢纤维、聚合物炭母粒混合纤维以及科研院所刚研发出来的低导电率导电聚合物纤维，只能满足低端产品市场的需要，无法进军高端导电纤维市场。国内生产的导电纤维在导电性能、防静电性能、电阻率参数等方面与国外大公司的产品有一定的差距，无法满足各领域对其性能的要求，导致国内市场对高端导电纤维产品的需求基本全部靠进口。从竞争生态位上来说，我国属于行业的新进入者，战略位置处在挑战者的位置，虽然智能纤维产品的产能已初具规模，但是在产品的稳定性及核心技术的拥有上，尚处于追赶的地位，而高昂的生产成本则是主要制约因素。

智能纺织品采用高端材料，并且内部制作复杂，电子设备与组件的成本居高不下，这些无疑都抬升了其价格成本，而针对推动中国智能纺织技术的发展，中国纺织工业联合会和银川市人民政府合力实行 “推进银川国家智能型纺织基地建设战略合作”，标志着创建国家智能型纺织基地建设项目工作正式全面启动。因此以科学技术为主导，掌握智能纺织品的关键技术和知识产权已经成为上游纺织产业在这股浪潮中的核心竞争优势和核心竞争力。

寻求技术改进和突破

近年来，智能纺织品出现了供不应求的情况，出现了传统纺织材料和智能纺织材料母粒的供需矛盾，并且国内外市场需求量大对生产效率提高的内在要求不断加大，迫使智能纺织纤维市场不得不积极寻找高效的新型纤维材料制造方法，并不断探索其生产制备高端设备。

为应对这种供需不平衡，全球重要的生产商已经或正在积极加紧对以下四个方面的重点研发技术进行改进或者寻求技术突破：一是提高智能纤维的使用性能，尤其是提高导电纤维的细度、导电稳定性能、拉伸断裂强度和可纺织性能，例如改善纤维纱线的均匀度、柔软度和服用舒适性，通过设计改造高端加工设备以改善智能纤维的质量等；二是高分子合成技术的进步，加强高分子聚合物材料功能性的创新和研发，例如将导电纤维纱线与低电阻值的电子组件无缝连接，组成柔软舒适的可穿戴电子回路是当今急需解决的技术难题之一；三是利用日益发展成熟的纳米技术和生物技术，对智能纤维内部结构进行形态和聚集态的改进和调整，促进技术攻关和产品创新；四是加强跨界合作的平台建设，因为智能纺织品已不再局限于纺织领域，而是需要来自于物理、化学、生物、电子功能、信息通讯等不同领域的专业知识，在这个平台中，如何向不同背景的设计师和技术人员诠释不同的专业知识，达成共识和亲密的合作，来推动智能纺织的产业化已经显得尤为重要。

除了上述宏观方向的市场、技术瓶颈，在实际应用中仍存在一些需要攻克的难题，例如智能纺织品的柔软性、弹性、最大程度的形变量、健康与安全性、耐用性与耐洗性、外界评价、标准化及生产成本等，这也是为什么在众多的各项先进研究项目里，许多技术目前尚未被用于大规模的生产。但是在研究人员、设计师和生产厂商的合力推动下，消费者依然能够感受到愈来愈多高性能纺织产品所带来的舒适与便利。因此，智能纺织品要想进一步进入大众市场，则需要更多的研究与努力。