现代仿生技术在纺织服装领域的应用

2022-11-08曾靖涵

辽宁丝绸 2022年4期

曾靖涵杨亚

（常熟理工学院纺织服装与设计学院，江苏常熟 215500）

纺织服装的发展与自然息息相关，无论中西，都出现了服装的仿生设计现象，如Dior的郁金香廓形，中国古代服饰的马蹄袖、鱼鳞百褶裙等。随着科技的进步，服装更加多样化，应用于纺织服装行业的仿生设计也逐渐地从“模仿”变成了“创造”，现代仿生技术的诞生推动着纺织服装领域的技术进步。

1 仿生纤维

1.1 视觉表现——以外观效果为主

因生物表面微型结构的特异性，影响了光的传播路径，使最后看到的光呈现特殊效果。多层扁平纤维的灵感来源于一种生活在热带雨林的“蓝闪蝶”，因其翅膀散发出绚丽的蓝色光泽而被命名。蓝闪蝶的翅膀并无蓝色色素，不属于色素显色，而是结构显色。翅膀鳞片之间的狭缝构造，使光线不断地进行反射、折射、干涉，并彼此叠加，因此增加了蓝光振幅，显现出了艳丽的蓝色金属光泽。根据这一特性，可将两种热收缩率不同的聚酯切片混合后熔融纺丝，经热处理过程，使纤维束产生类似的狭缝结构，从而达到仿生效果。有些研究人员以变色龙的变色原理为灵感，制成变色纤维，通过添加光敏变色物质，与聚丙烯切片混合后，再熔融纺丝形成纤维，来实现视觉效果上的变化。一般这种视觉性的仿生纤维用于对色彩有特殊设计的服装，例如：高级时装、军用服装等。

1.2 功能表现——以实际作用效果为主

中空纤维是以动物血管的膜管状形态为灵感，研究发现这种结构能储存空气和能量，有效减少热损失。目前生产方法主要通过化学试剂法或物理成型法来形成孔洞结构，其所形成的纤维手感蓬松，且保暖性很好，因此一般用在床上用品、服装填充上。

北极熊的毛发有很好的保暖性和疏水性。研究结果显示，北极熊的每一根毛发都具有空腔结构，空气被封存在了空腔内，减少了热散失[1]。其毛发由长毛和绒毛组成，浓密的毛发间具有疏水性。根据北极熊毛发的特征，研发出了多孔纤维。蜘蛛丝经研究发现它的强度和钢丝相近，且优于任何一种天然纤维；它弹性好，强度大的优点，可与Kevlar媲美。因蛋白质的本质特性，其可降解，对环境无害。尽管具有如此优异的特性，但由于受到蜘蛛生存习性的影响，导致蜘蛛丝生产进度缓慢，无法像蚕丝一样进行商业化生产[2]，故科学家考虑使用人造方法大量生产这种纤维。目前已经揭示了蜘蛛丝的主要成分，破译了其基因组结构，可实现通过DNA重组技术、转基因技术以及化学合成的方法来制备人造蜘蛛丝。但因制备过程复杂，成本高，现仍存在着批量生产的问题。目前人造蜘蛛丝常用于国防、建筑、农业和生物医学领域。

2 仿生织物

2.1 KEG保温面料

动物皮毛具有很强的耐寒作用，这也吸引着科学家对其进行研究，研究发现，动物皮毛大多由近皮处的绒毛和外表的长毛组成，这样的绒毛结构，使空气静止，减少了热对流，从而达到保温的效果。科学家们基于这种多层次皮毛结构原理，研制出了KEG保温性能面料。KEG保温面料由三层组成，绒粒层能将人体散发的热能储存于绒毛间的静止空气中；中间层为KEG弹性导湿抗风层，可保持人体体温稳定；最外层则为装饰层，可根据需求进行外观设计[3]。该保温材料因具有保暖、轻薄防静电、抗菌等特性，可用于制作运动服、工作服、手术服等。

2.2 超疏水面料

“出淤泥而不染”，古人就已经发现荷的这一特性。现代科学研究表明，这是由于荷叶表面存在着大量的微型凹凸结构，这些凹凸结构上附着一种蜡状物。在荷叶表面形成的水珠与凹结构之间形成空腔，封锁了空气，空腔中的空气对水珠起到了支撑作用，超疏水材料即参考这种原理被研制出来。但大自然中的疏水现象还远不止于荷花，比如蝴蝶翅膀的微纳米鳞片结构，玫瑰花瓣表面的纳米折叠结构，水黾的腿部结构等。

3 仿生染色

过去使用的染料多为自然染料或化学合成染料。天然色素色彩缤纷，但色牢度低，会褪色或掉色，时间长了可能会发生氧化导致变色。后来有了化工合成染料，但染色过程中产生的废水会对环境造成危害，而且染料中含有致癌物。

仿生染色即模仿生物色素的组成成分、特征结构来进行染色。生物色素是随自然演变进化而形成，不会对生态环境造成严重威胁。生物色的显色原理分为化学显色和物理显色，物理显色也称结构显色，如上文提到的“蓝闪蝶”的显色原理，就是一种光学原理；化学显色是由生物体内含有的色素引起，根据生物色素提取来源可分为动物色素、植物色素与原生生物色素。例如，提取于原生生物界的岩藻黄素，和蛋白质结合呈红色，和叶绿素结合呈褐色，当混合煮沸后，岩黄素和蛋白质分离，红色逐渐消失，只剩下绿色[4]。

4 现代仿生技术存在的问题及未来展望

仿生技术面临的根本问题是制备技术不完善。制备技术的不完善导致工厂制备困难，产量低、成本高，制备出的成品受用群体小，不符合市场需求。需要继续探索符合大众需求的仿生材料，并不断完善制备技术，提高产量。产业链也要跟上技术发展，使纺织工厂更加科技化、现代化、绿色化。

纺织行业不仅解决穿衣问题，更是国民经济发展的关键。根据纺织发展纲要的要求，需要加强关键技术突破，包括纤维新材料技术、纺织绿色技术、先进纺织制品技术以及纺织智能制造与装备技术。仿生技术从自然中来，为纺织行业的“绿色”“科学”发展起到推进作用。仿生技术作为纺织服装行业可持续发展的推动力，未来将会实现更多的技术突破，为人民带来美好生活。

5 结合现代仿生技术的服装创意设计

因工业发展，生态平衡被打破，人类也逐渐认知到了回归自然的重要性，各大秀场刮起了生态风热潮，仿生服装设计成为流行趋势。作者灵活运用抽象、具象、意向三种仿生设计方法，融入现代仿生技术，打造创意时装。

春是生命的象征，是美的象征。以“春”为题，选择“桃花”、“嫩芽”为元素，设计理想型服装。桃花以粉红色为主，故以不同深浅的粉色为主题色。以桃花盛开时的形状为元素，重组打散，形成裙身。裙身采用仿生结构生色纤维制成的面料，在光照下色彩亮丽，很好地表达了桃花在阳光下的粉艳动人感。如图1（a）所示。参照树芽儿的生长形态，将具象元素树叶、枝条进行抽象排列。嫩叶在不同光线下，会显现出不同的色彩。以此为灵感，在仿绿叶的面料上喷涂光敏变色涂层，随光线的不同，面料颜色由浅绿向深绿逐渐变化，打破了色彩的统一。裙摆与地面接触，为避免裙摆染上污渍，可采用超疏水面料。如图1（b）所示。