Materiale Textile Inteligente - Function Ale

U.A.U.I.M. – MATERIALE TEXTILEMaster Tendinte, Materiale si Tehnologii Noi in Arhitectura de Interior si Design

Materiale Textile Inteligente - Functionale.

STANESCU LINDA MARY ANN AN I – MASTER T.A.I.

Materiale Textile Inteligente - Functionale 2

Master Tendinte, Materiale si Tehnologii Noi in Arhitectura de Interior si Design

Viata cotidiana impune folosirea telefoanelor celulare, a PDA-urilor, a

camerelor digitale, obiecte de care omul modern nu se poate lipsi. Alternativa

eleganta si, in acelasi timp functionala, o reprezinta textilele inteligente -

“imbracamintea care proceseaza”: camasi, sacouri, pulovere, covoare, toate obtinute

prin teserea firelor cu grad mare de conductibilitate impreuna cu firele de bumbac,

nylon sau poliester. Fibrele metalice fac legatura intre senzori si microcontrolerele

inserate in produsele de imbracaminte, iar programe special controleaza

comunicatiile din reteaua semifabricatului. Acestea pot chiar emite semnale radio si

se pot conecta direct la Internet.

Semnificatia termenului de “imbracaminte inteligenta” sau de “e-textile”, care

este, de fapt, o combinatie intre imbracamintea de inalta tehnologie si

imbracamintea la moda. Termenul poate include toate obiectele de imbracaminte

realizate din textile de inalta tehnologie sau imbracaminte in care elemente

tehnologice de ultima ora au fost incorporate. Prin integrarea electronicii in textile,

creste numarul functiilor imbracamintei traditionale, creându-se aplicatii noi. Se

poate vorbi despre trei functii de baza :

1. functia de bariera, de izolatie termica, chiar si atunci când temperatura

exterioara tinde spre extreme. Solutia o reprezinta materialele de tipul celor cu

schimbare de faza, cu memorare a formei sau cu retea de capilare.

2. functia de organizator al vietii personale. Buzunarele hainelor sunt folosite

la pastrarea obiectelor personale sau a celor specifice unor activitati profesionale.

3. functia de comunicare, indeplinita mai ales de dispozitivele de comunicatie

moderna incluse in structura textila, precum si de materialul cu efecte cromatice:

costume de baie care isi modifica culoarea in functie de umiditate sau temperatura,

imbracamintea de protectie din diferite domenii de activitate, imbracamintea care isi

schimba culoarea in functie de sentimente.

Desi introdusa de mai multe decenii, notiunea de “materiale inteligente” a

inceput sa fie folosita cu frecventa in anii ´90 pentru a defini materiale care prezinta

un comportament dinamic, modificandu-si proprietatile sub actiunea unui factor

extern .



Atat natura stimulului cat si a raspunsului pentru aceste materiale sunt extrem

de diverse. Astfel, factorii externi includ campuri magnetice sau electrice, variatii ale

regimului termic, actiuni mecanice, etc. Materialele inteligente pot sa-si modifice

starea, gradul de vascozitate, dimensiunile, proprietatile electrice, caracteristici

legate de aspect, etc.

Materialele inteligente sunt realizate prin introducerea unor substante cu

proprietati speciale - polimeri, substante ceramice, aliaje metalice, parafine si saruri

– in materiale de diferite naturi – textile, metale sau aliaje, plastic, microprocesoare,

ciment sau alte materiale pentru constructii, etc. Pe langa termenul de “materiale

inteligente” se mai folosesc si: “materiale active”, “materiale adaptabile”, iar uneori

pot fi incluse si in categoria actuatori / senzori. Termenul “inteligent” mai poate fi

intalnit asociat la notiunea de sistem sau de structura. Toata aceasta complexitate

de materiale, comportament dinamic si aplicatii face incompleta orice clasificare.

Materiale textile inteligente

Materialele textile inteligente (MTI) reprezinta urmatoarea generatie de fibre

materiale si produse textile si pot fi descrise conform definitiei generale ca

“gandind”, adaptandu-si proprietatile conform conditiilor externe. Intre altele, aceste

materiale :

- Isi pot schimba culoarea;

- Pot genera si transfera caldura utilizand curentul electric sau modificarea de

stare;

- Pot fi folosite ca senzori, sensibili la modificarile de temperatura din mediu

sau din corpul uman;

- Pot memora forme si reveni la forma anterioara, in general sub actiunea

caldurii.

Textilele inteligente au marele avantaj al flexibilitatii materialelor textile. Ele pot fi

croite pe corpul uman precum obiectele de imbracaminte (camasi, rochii), permitând

unei persoane sa “poarte” efectiv dispozitivele electronice. Totodata, acestea pot lua

forma unor obiecte de intrebuintare casnica sau chiar decorative. Spre deosebire de

dispozitivele electronice traditionale, textilele inteligente trebuie sa prezinte un set

diferit de proprietati , dintre care amintim:



• consum de energie scazut. Datorita imposibilitatii existentei unor surse

exterioare de energie si a unor acumulatori de masa ridicata, consumul energetic

trebuie sa fie foarte scazut. Exista si metode noi de generare a energiei, precum

energia cinetica sau termica dar care prin tehnologiile actuale nu permit producerea

de curenti mari, deci consumul de energie a imbracamintei inteligente trebuie sa fie

cit mai scazut. Gasirea unei arhitecturi care sa minimizeze numarul de noduri de

procesare si de comunicatie necesare unui anumit scop va permite realizarea unui

astfel de deziderat.

• capacitate de procesare distribuita. Limitarea puterii de procesare a unui nod

singular se datoreaza constrângerilor de tipul costului, al marimii si al energiei

consumate. In timp ce procesul de miniaturizare face posibila aplicabilitatea in

domeniul textilelor inteligente, tehnici moderne de tipul procesarii paralele vor fi

necesare pentru maximizarea puterii de calcul a nodurilor existente. Totodata

constrângerea legata de consumul de energie implica gasirea unor solutii optime de

procesare si de utilizare optima a puterii de calcul.

• multiple canale de comunicatie. Existenta a mai multor noduri de procesare

implica utilizarea a mai multor canale de comunicatie. Prezenta defectelor implica

definirea unei topologii si a unui protocol care sa ia in calcul atât erorile de

comunicatie, cât si reconfigurarea retelei pentru a face fata problemelor aparute.

Cele mai importante grupe de materiale textile inteligente sunt:

Materiale PCM (Phase Change Materials), materiale care isi modifica starea;

Materiale SMM (Shape Memory Materials), materiale care memoreaza forma;

Materiale conductive, materiale cu proprietati conductive si textile electronice

Materiale cromatice, materiale care isi modifica culoarea.

Materiale textile care isi modifica starea (PCM)

Materialele capabile sa-si modifice starea sunt substante care absorb sau

elibereaza cantitati semnificative de energie pe durata procesului de topire,

solidificare sau sublimare. Aceasta caracteristica poate fi utilizata pentru asigurarea

unui control dinamic al fluxului termic, materialul functionand ca o interfata termica

cu exteriorul.



Toate aplicatiile posibile sunt caracterizate de un ciclu termic, nu de un regim

termic constant. Datorita costurilor ridicate, materialele PCM sunt folosite in conditii

restrictive de spatiu, in care alte tipuri de dispozitive de stocare a energiei termice

sunt inutilizabile. Aceste materiale isi gasesc aplicatii din cele mai diverse, cum ar fi

telecomunicatii, stocarea de energie termica / sisteme de protectie termica,

agricultura, constructii, industria spatiala, etc.

Spre deosebire de materialele conventionale, o data atins punctul de topire,

materialul PCM absoarbe energie fara a-si modifica temperatura. In procesul de

solidificare materialul elibereaza energia stocata. In domeniul termic al confortului

uman (200 – 300) PCM sunt extrem de efective, putand stoca o cantitate de 5 pana la

14 ori mai mare decat in cazul materialelor conventionale, precum apa sau rocile.

Cum functioneaza PCM in tesatura?

Atunci cand capsula de PCM ajunge la punctul de topire, incepe sa absoarba

energie pe tot parcursul perioadei de transformare din stare solida in stare lichida.

Aceasta schimbare de stare produce un efect temporar de racire in straturile de

tesaturi. Energia de incalzire poate proveni direct din corpul uman sau dintr-un

mediu incalzit.

Cele mai importante materiale PCM sunt materialele de tip “solid – lichid”.

Indiferent de starea normala a unui astfel de material, ambele procese isi gasesc

aplicabilitate, fie pentru incalzirea mediului, fie pentru racire. La trecerea la stare

lichida , materialul stocheaza o cantitate mare de energie. Temperatura ramane

constanta pe intreaga durata a procesului de topire. Din acest motiv, energia

acumulata este numita caldura latenta sau ascunsa.

Cele mai potrivite materiale pentru stocarea si reutilizarea caldurii latente sunt

sarurile anorganice si amestecurile de saruri, precum si parafinele.

Produsele de imbracaminte realizate din acest tip de materiale trebuie sa

asigure o balanta termica intre caldura generata de corpul uman pe durata efortului

fizic si caldura eliberata in mediul inconjurator. Aceasta cerinta nu este intotdeauna

respectata de imbracamintea conventionala. Deseori, caldura generata de corp pe

durata unui efort fizic intens nu este disipata complet in exterior, producand situatii



de stress termic. In plus, in perioadele de relaxare intre activitatile fizice, corpul

elibereaza mai putina caldura, putand apare hipotermia.

Materialele textile PCM sunt caracterizate de autoreglaj termic. Este important

de subliniat ca acest efect se obtine respectandu-se cerintele specifice impuse de

destinatie.

Daca costumul din PCM este purtat intr-un mediu rece unde temperatura este

sub punctul de inghet al PCM, iar temperatura tesaturii scade sub temperatura de

tranzitie, lichidul de PCM din microcapsule va trece din nou in starea solida

anterioara. Astfel genereaza o energie de incalzire si un efect temporar de racire.

Dezvoltatorii materialului sustin ca aceasta schimbare de temperatura produce un

efect de tamponare in tesatura hainei, minimizand schimbarile in temperatura pielii

prelungind comfortul termal al purtatorului. Straturile articolului de imbracaminte ce

contin PCM trebuie sa treaca prin schimbarea de temperatura inainte ca PCM sa isi

schimbe starea si sa genereze sau sa absoarba caldura. Astfel, purtatorul trebuie sa

actioneze pentru a provoca schimbarea de stare a PCM-ului. PCM-ul este un

fenomen trecator. Nu are nici un efect in conditii stabile

De exemplu este necesar sa se respecte corelatia existenta intre cantitatea

de PCM introdusa in material si nivelul de activitate fizica prevazut, respectiv durata

de viata considerata pentru articol. Un alt factor de influenta al echilibrului termic

general este proiectarea produsului, care trebuie sa favorizeze efectul de autoreglaj

termic. Materialele textile PCM asigura o izolare termica activa, controland fluxul de

caldura intre straturile de imbracaminte conform nivelului de activitate fizica si a

conditiilor climatice existente. In cazul in care caldura emisa de corp depaseste

capacitatea de transport caloric a straturilor textile, excesul de caldura este absorbit

si stocat de material. Daca insa caldura eliberata prin straturile de imbracaminte este

mai mare decat cantitatea emisa, diferenta este compensata de materialul PCM.

Dinamismul activitatilor umane, precum si simpla modificare a conditiilor climaterice

permite intotdeauna incarcarea microcapsulelor PCM, limitand astfel cantitatile de

substante PCM necesare.

Intensitatea si durata efectului de izolare termica depinde in principal de

capacitatea de stocare calorica a microcapsulelor PCM, de cantitatea acestora in

material si de structura materialului textil. De exemplu, materiale textile cu grosime

redusa si desime ridicata favorizeaza procesul de racire, in timp ce un material de



grosime mai mare si de compactitate mai mica permite temporizarea si prin aceasta

eficientizarea procesului de eliberare de caldura.

Evaporarea lichida nu este scumpa, insa furnizeaza o racire de scurta durata

intr-un mediu umed ce se gaseste in imbracamintea de protectie. Fibrele trebuie re-

umezite pentru a se putea re-imbraca hainele. Haina pe baza de gel rigid/apa este

preferata de catre armata si poate furniza racoare pe o durata mai lunga, atingand

chiar 0‘C. Dezavantajele sale sunt insa racoarea simtita si de piele cerand o

temperatura inconjuratoare foarte joasa pentru a re-incarca haina. Cand hainele sunt

incarcate in totalitate, dezavantajul lor devine si acela ca sunt foarte grele si rigide,

nepermitand o respiratie normala – da impresia de sufocare.

Aplicatii ale produselor de imbracaminte PCM

Domeniile posibile pentru utilizarea materilalelor textile PCM sunt practic

nelimitate, atat pentru materiale destinate racirii, cat si pentru cele proiectate pentru

eliberare de energie termica. Se pot mentiona produse de protectie termica dinamica

in domenii industriale – constructii, activitate industriala, pentru pompieri, trupele de

politie si cele militare, in activitatile sportive, in medicina, etc.

Articole sportive PCM

Echilibrul termic este esential in toate ramurile sportive, astfel incat

materialele PCM sunt ideale pentru aceste aplicatii, precum ciclismul, motociclismul,

cursele auto, alpinismul, vanatoarea si pescuitul, atletism, scufundari, etc. Gama de

articole PCM include articole de imbracaminte – jachete, pantaloni, sorturi, manusi –

pantofi, casti, etc.

Exemple de produse PCM pentru activitati sportive – Frisby Technologies.



Articole pentru protectie

Materialele PCM reprezinta o alternativa viabila pentru protectia termica atat

la temperaturi ridicate, cat si la temperaturi scazute.

Aceste materiale pot fi utilizate introduse in costumele de protectie pentru

pompieri, ca o bariera termica impotriva caldurii. Microcapsulele PCM permit

mentinerea constanta timp de ore a unei temperaturi de confort, putand fi refolosite

sute de ori. Articolele PCM pot fi utilizate si in activitatea militara, in expeditii in

conditii climaterice adverse sau in activitatea industriala.

Costum de protectie pentru pompieri – Glazier Tek Co.

.

Articole medicale

Produsele textile PCM pot fi folosite in tratamentele medicale, fie in conditii de

temperatura scazuta fie pentru izolare termica. Terapia la temperatura constanta

este aplicabila pentru sistemele de racire personale sunt folosite cu succes in cazul

inflamatiilor rezultate in urma unor leziuni, atat in medicina umana , cat si in

medicina veterinara. Aceste produse se dovedesc superioare ghetii, ca performanta

si durata. Un alt domeniu potential sunt bolile neurologice, pentru care aceasta

terapie poate usura simptomele de durere in cazuri precum scleroza multipla sau

displazia ectodermala.


Master Tendinte, Materiale si Tehnologii Noi in Arhitectura de Interior si Design Exemple de sisteme textile PCM pentru

tratarea leziunilor – Southeastern Medical

Produsele PCM pentru situatii medicale in care este necesara mentinerea

temperaturii la un nivel superior includ bandaje aplicate pentru diferite tipuri de boli,

pentru fizioterapie si pentru lauze pentru a favoriza alaptarea, precum si paturile,

lenjeria de pat sau alte surse de incalzire utilizate pentru pacienti cu probleme de

circulatie, etc.

Materiale PCM utilizate pentru tapisarea interiorului automobilelor

Functie de anotimp si de regimul climateric, automobilele pot fi supuse unor

temperaturi excesive, fie ridicate, fie scazute. Autovehiculele moderne sunt echipate

cu sisteme de conditionare a mediului (racire sau incalzire), care insa implica un

consum suplimentar de energie. In conditiile in care acest consum a crescut, datorita

sistemelor de monitorizare si control, constructorii de masini sunt in prezent tentati

sa caute solutii alternative de conditionare a interiorului automobilelor. Materialele

PCM pot fi utilizate cu succes in diferite aplicatii in interiorul masinilor, pentru a

controla ambientul si a regla confortul termic, fara a necesita energie exterioara.

Asigurarea confortului termic in interiorul automobilelor prin materiale PCM implica

un studiu aprofundat al dinamicii microclimatului in conditiile variatiei temperaturii si

a radiatiei solare. Un astfel de studiu determina localizarea optima in interiorul

autovehiculelor a materialelor PCM, astfel incat randamentul sa fie maxim.

Experienta acumulata a indicat capota si scaunele ca localizari corespunzatoare

pentru materialele PCM.

Capota

In interiorul masinii, aerul cald, produs in principal prin supraincalzirea

geamurilor, se acumuleaza la nivelul superior si incalzeste la randul sau capota.

Capitonand capota cu un material PCM, acesta va putea absorbi surplusul de

caldura, mentinand temperatura din interior in limitele confortului. Caldura stocata in

material poate fi eliminata pe durata deplasarii automobilului sau in timpul noptii.

Materialul PCM utilizat este un material compozit.



Sectiunea unui material PCM folosit pentru capote

Materialele PCM avute in vedere pentru capote sunt proiectate sa absoarba

caldura generata in intervalul 25º - 45ºC. Substanta PCM este incorporata intr-un

material textil subtire, dispus intre stratul inferior de piele si stratul de spuma.

Capacitatea de stocare a energiei termice a unui astfel de material cu 1 mm grosime

este de aproximativ 100 kJ/m2, suficient pentru a evita incalzirea tapiseriei capotei,

chiar si in conditii de caldura extrema.

Scaunele automobilului

Controlul temperaturii si al umiditatii prin tapiseria scaunelor unui autovehicul

este esential pentru confortul termo-fiziologic al pasagerilor. Temperatura este

reglata prin intermediul izolarii termice oferite de componentele interne ale

multistratificatului folosit si prin absorbtia realizata de stratul exterior. Controlul

umiditatii se face prin transportul vaporilor de apa prin straturile interioare si prin

absorbtia acestora de catre stratul exterior.

Aplicat la tapiseria scaunelor, materialul PCM absoarbe rapid si eficient surplus de

caldura, permitand cresterea treptata a temperaturii in microclimatul format si

reducandu-i umiditatea. Intr-un mediu ambient cu temperaturi scazute, caldura

eliberata de microcapsulele PCM minimizeaza pierderile termice ale corpului uman.

Partea inferioara este alcatuita din doua straturi de spuma. Stratului de spuma

superior se ataseaza un tricot cu fire suplimentare. Stratul exterior este realizat din

material tesut.



Sectiunea unui scaun cu sistem de incalzire

Selectarea substantei PCM si a suportului textil depinde de cantitatea de

caldura generata de corpul uman, de conditiile mediului din interiorul automobilului si

de fluxul termic al materialului. Suportul optim pentru substanta s-a dovedit a fi un

strat de spuma de 3-5 mm grosime, pozitionat sub stratul exterior. Concentratia

capsulelor de PCM nu depaseste 50%, pentru a nu reduce permeabilitatea la vapori

a ansamblului.

Principala provocare in dezvoltarea structurii textilelor pe baza de PCM este

metoda aplicarii sale. Incapsularea PCM-ului intr-o capsula polimerica este una

dintre alegeri, dar prezinta dezavantajul ca ingreuneaza tesatura foarte mult.

Materialele ce isi schimba starea pot fi de tip organic sau anorganic (saruri). In

tabelul urmator sunt prezentate cateva avantaje si dezavantaje ale celor doua tipuri de PCM.

Avantaje Dezavantaje

Organice Usor de folosit

Necorozive

Nu se racesc exagerat

Reciclabile

Foarte scumpe

Au desitate foarte mica de caldura

O arie mai larga de topire

Schimbarea volumului in timpul schimbari

de stare

Pot fi combustibile

Reactineaza cu betonul

Pe baza de

saruri

Ieftine

O buna densitate a caldurii

O conductibilitate mare termica

Neinflamabile

Biodegradabile si reciclabile

Au nevoie de o preparare atenta

Au nevoie de aditivi pentru stabilizare

pentru o perioada mai lunga de folosire

Tind sa se supraraceasca

Pot fi corozive in contact cu unele metale



Materiale textile care memoreaza forma (Shape Memory Materials)

Acest tip de materiale pot fi definite ca materiale care sub actiunea caldurii pot

trece din forma ocupata la un moment dat la o forma anterioara. Incorporarea de

materiale SMM in produse de imbracaminte imbunatateste capacitatea de protectie

termica la temperaturi extreme. Activarea acestor materiale in articolul textil permite

extinderea dimensiunilor zonelor de aer existente intre straturile textile, ceea ce

determina cresterea proprietatii de izolare termica. Exista mai multe tipuri de

materialele care prezinta potential de memorizare a formei.

TESATURA CE MEMOREAZA FORMA

Aliaje. Astfel de aliaje, precum nichel-titanium Ni-Ti prezinta o modificare in

proprietati la temperaturi sub si deasupra valorii de activare. Sub nivelul de activare,

aliajul este usor deformabil. Odata atinsa aceasta temperatura, aliajul adopta o

forma anterioara si devine mult mai rigid. Pragul de activare poate fi modificat prin

proportiile de nichel si titanium din aliaj.

Alt tip de aliaj inclus in grupul materialelor care memorizeaza forma este

aliajul cupru-zinc Cu-Zi. Acest aliaj poate fi activat in doua moduri, fiind capabil sa

produca modificarile reversibile necesare pentru protectie termica in conditii

climaterice in schimbare. Totodata reactioneaza la variatiile de temperatura



corporala. Aliajele care memorizeaza forma se utilizeaza in forma de arcuri lamelare,

care la temperatura inferioara sunt plate, iar la temperaturi superioare nivelului de

activare se incovoaie, asigurand izolarea termica necesara.

Polimeri. Acesti polimeri - poliuretani termoplastici - au aceeasi comportare

ca si aliajele nichel-titanium, cu avantajul unei compatibilitati superioare cu materialul

textil. Temperatura de topire inferioara celei a aliajelor limiteaza utilizarea acestor

polimeri pentru materiale non-inflamabile. Pentru aplicatii vestimentare, modificarea

de forma se constata la temperaturi apropiate de temperatura corpului uman.

TESATURA INAINTE DE MODIFICARE TESATURA DUPA MODIFICARE

Pelicule poliuretanice. In prezent exista pelicule poliuretanice incorporate in

produse de imbracaminte. Cand temperatura stratului exterior a scazut suficient,

pelicula poliuretanica se deformeaza tridimensional, marind spatiul liber dintre

straturi. Noua forma trebuie sa fie suficient de rigida pentru a rezista la presiunea

exercitata de straturile de imbracaminte si la fortele care apar cand purtatorul este in

miscare.

Pelicule bimateriale laminate. Aceste pelicule se bazeaza pe diferentele

existente intre valorile coeficientului de expansiune termica pentru a crea un efect

reversibil de incovoiere. Acest fenomen poate fi folosit pentru a determina separarea

straturilor textile si cresterea izolarii termice. Modificarea dimensionala trebuie sa fie

de minim 3%, principala problema care poate sa se produca in momentul

expansiunii fiind riscul delaminarii. Materialele din pelicula absorb lichide la o rata

diferita, ceea ce face ca aceasta sa se incovoaie.

Aplicatii ale aliajelor care memoreaza forma includ produse casnice - precum

valve pentru dusuri, filtre pentru cafea, etc.; domenii utilitare – valve de siguranta



anti incendiu pentru conducte de alimentare sau pentru sistemele de conditionare a

aerului ; domeniul produselor si sistemelor miniaturizate, etc.

Exemplu de aplicatie in domeniul textil: DiAPLEX

DiAPLEX este un polimer poliuretanic care memoreaza forma, produs de

Mitsubishi Heavy Industries si folosit pentru produse de imbracaminte inteligente.

Materialul poate fi introdus in diferite materiale textile, care este utilizat in produse

de imbracaminte pentru activitati sportive si pentru sezonul rece. Pe langa

sensibilitatea dimensionala, materialul este caracterizat de o gama de proprietati

diverse: impermeabilitate la apa, permeabilitate la vapori si la aer si anticondensare.

Reprezentarea structurala a planurilor gemene a tesaturii de DIAPLEX

Acest polimer este proiectat sa fie activat la o temperatura de tranzitie,

adaptand corpul uman la modificarile termice produse atat in interior, cat si la

exteriorul produsului. La atingerea temperaturii de tranzitie, datorata fie unei activitati

fizice intense, fie modificarilor din mediul exterior, materialul isi mareste

impermeabilitatea la apa si permeabilitatea la vapori.

Materiale textile conductive – textile electronice



Materialele textile conductive combina cel mai avansat proces de finisare cu

utilizarea unor materii prime caracterizate de un inalt continut metalic si proprietati

electrice. Ele permit trecerea prin material a curentului electric, ceea ce face din

suprafata textila o alta modalitate de conexiune, o interfata alternativa. O alta

definitie a textilelor electronice le caracterizeaza ca acele materiale sau produse

textile care contin incorporate dispozitive electronice portatile.

Indiferent de compania producatoare, acest tip de materiale au aceleasi

caracteristici:

masa redusa,

flexibilitate extrema, pot fi supuse fara nici o problema solicitarilor mecanice care

apar in timpul procesului de productie, noncorozivitate,

durabilitate,

costuri de productie scazute,

inlocuirea suporturilor rigide cu interfete flexibile si usor de manevrat,

eliminarea cablurilor, intrerupatoarelor sau altor parti metalice,

completa mobilitate pentru utilizator, utilizarea fiind extrem de simpla.

Materialele textile conductive par a fi solutia perfecta pentru inlocuirea

calculatoarelor si dispozitivelor electronice clasice cu variante flexibile, introduse in

imbracamintea cotidiana.

MATERIALE CONDUCTIVE



Exista numeroase variante de materiale textile conductive, functie de tipul si

nivelul raspunsului dorit. In prezent, cele mai frecvente sunt materialele pentru

pozitionare X-Y si materialele sensibile la presiune.

Fire, fibre si materiale conductive

Cum bumbacul, poliesterul sau nylon-ul nu sunt conducatoare de electricitate

si deci nu pot realiza functiile de mediu de comunicatie si de alimentare cu energie

necesare imbracamintei inteligente, se prefera combinarea lor cu fire metalice, cum

ar fi cele de cupru. In aceasta directie, cercetatorii utilizeaza fire de matase

infasurate cu o folie de cupru.

TESEREA PE RAZBOI A UNUI MATERIAL DIN FIRE CONDUCTIVE

Aceasta constructie este ideala pentru imbracamintea computerizata,

deoarece firele astfel realizate prezinta conductibilitate ridicata. Firul de urzeala este

obtinut prin cablarea a doua fire simple, torsionate in sens invers sensului de

torsiune a firelor si infasurate cu o banda subtire de cupru. Aceasta banda confera

ansamblului o conductibilitate sporita si flexibilitate, iar realizarea practica este

asemanatoare cablului telefonic . Deoarece constructia astfel realizata este

rezistenta, firul poarte fi folosit la operatiile de coasere sau de brodare cu ajutorul

masinilor industriale.



MATERIAL DIN FIRE CONDUCTIVE PE BAZA DE LANA

Croirea reperelor trebuie sa tina cont de dispunerea circuitelor integrate pe

material. Dispozitivele simple, ca: rezistorii, condensatoarele sau bobinele, sunt

cusute direct pe tesatura. Alte componente, cum ar fi ledurile, cristalele sau

componentele cu montare pe suprafata (SMD), sunt cositorite direct pe tesatura.

Dispozitive, cum sunt circuitele integrate, pot utiliza socluri cu montare mecanica pe

tesatura, pentru a putea fi inlaturate in procesul de curatare.

Circuitele textile includ elemente cusute sau introduse in material care

functioneaza ca senzori, electrozi, sau unitati discrete (exemplu rezistori). Exista

materii prime textile care prezinta proprietati electrice specifice, mentinute si pe

durata procesului de productie, utilizabile pentru astfel de aplicatii.

Fire metalice de organza

Aceste fire sunt obtinute prin infasurarea unui fir de aur extrem de fin si cu o

conductivitate inalta (~0.1 /cm), in jurul unui fir de matase. Materialele tesute cu firele

metalice de organza sunt cunoscute de cel putin doua secole, fiind originare din

India. Firele metalice sunt dispuse numai ca fire de batatura, limitand astfel

anizotropia conductiva a materialului. Componenta de matase a firului rasucit este

rezistenta la solicitari mecanice si la temperaturi ridicate.



Material tesut cu fire metalice de organza

Fire metalice

Firele din otel inoxidabil au fost initial utilizate pentru filtrarea granulelor fine.

Otelul inoxidabil prezinta un avantaj: nu este sensibil la actiunea apei, deci poate

spalat si suporta transpiratia. Compozitia acestui tip de fire variaza de la 100% otel

la compozite cu fire poliesterice. Proportia amestecului determina valoarea

rezistivitatii firului. Conductivitatea este limitata de valoarea specifica otelului,

procesul de productie textil si dimensiunea transversala a fibrelor metalice.

Materialele textile conductive pot fi folosite in aplicatii tehnice pentru produse

industriale - ca interfata electromagnetica: pentru izolare si pentru conducere a

campurilor electromagnetice ; pentru produse de imbracaminte –asa numita

imbracaminte electronica - sau textile decorative; pentru articole medicale de

tratament sau de monitorizare; pentru activitatea militara, etc. Intre aplicatiile posibile

se numara produsele de imbracaminte incalzite pentru conditii termice extreme pe

durata sezonului rece sau costumele pentru scufundatori in ape foarte reci.

Exemple de aplicatii ale textilelor electronice

Tastatura textila

Tastatura textila este realizata din doua straturi din tesatura cu organza

metalica, cu zone orizontale non-conductive, separate de o retea de nylon (tulle). La



aplicarea unei presiuni in zone prestabilite, cele doua straturi conductive realizeaza

contact in interiorul celulelor din retea. Contactul permite trecerea curentului electric

de la o sursa la firele metalice de organza. Tastatura este extrem de flexibila, putand

fi indoita, spalata, presata fara a-i afecta performanta.

Tastatura textila.

Jacheta muzicala

Jacheta muzicala Levi

“Jacheta muzicala”, asa cum a fost denumita comercial de catre firma Levi ,

foloseste tesatura de fire din amestec de otel inoxidabil si poliester. Functiile de

comanda sunt controlate printr-o tastatura capacitiva realizata prin brodare cu fire

conductive. Aceasta face legatura cu un sintetizator MIDI ce poate reda compozitii

muzicale. Sursa de energie poate fi una solara, eoliana sau mecanica in functie de

activitatea purtatorului.



Jacheta muzicala

Interfata pentru calculatoare si jocuri

Astfel de materiale pot fi folosite ca tastaturi pentru telefoanele celulare sau

ca mouse tactil pentru calculatoare. Jocurile comandate in aceasta maniera

inlocuiesc manetele si consolele de control cu elemente de comanda introduse in

produsele de imbracaminte, facilitand mobilitatea utilizatorului.

Uniformele militare

In cadrul armatei Statelor Unite al Americii, se desfasoara un program numit

“Objective Force Warrior”. Acest program analizeaza comportarea soldatilor ce au in

dotare computere ce controleaza miscarea acestora pe câmpul de lupta,

comunicatiile desfasurate, precum si alte functiuni de monitorizare. Faptul ca soldatii

trebuie sa poarte o masa mare datorita diversitatii aparatelor din dotare i-a

determinat pe acestia sa opteze pentru imbracamintea inteligenta. Proiectata de

Georgia Institute of Technology, Altanta, uniforma militara monitorizeaza semnalele

vitale, transmitând in timp real informatii legate de pozitia si starea soldatului pe

câmpul de lupta.



Prototipul uniformei militare “inteligente” (dupa SensaTex Inc.)

Conceptul de “wearable motherboard” a fost introdus in 1996 de catre U.S.

Navy fiind folosit pentru detectarea ranilor prin impuscare la soldatii in misiune prin

transmiterea unui semnal luminos de la un capat la celalalt al fibrei optice. Daca

lumina nu ajunge in celalalt capat al fibrei, inseamna ca imbracamintea a fost

deteriorata si deci soldatul a fost impuscat. Uniforma este tesuta dintr-un amestec de

bumbac, poliester si fibre optice, care atunci când este deteriorata, indica exact locul

in care a trecut glontul. De asemenea, aceasta monitorizeaza semnele vitale ale

purtatorului si face legatura directa cu comandantul batalionului. Uniforma

pompierilor, dotata cu senzori de gaze si de temperatura poate fi o alta aplicatie a

textilelor inteligente

Bandaje inteligente

Bandajele inteligente sunt utilizate pentru monitorizarea starii unui pacient, stocarea

si transmiterea datelor acumulate. Aceste bandaje pot fi aplicate in cazul unor leziuni

si postoperatoriu pentru a semnala modificari ale starii generale. O alta directie o

reprezinta tratamentele pentru diferite boli – deficiente oculare de tipul amiliopiei,

diabet sau monitorizarea noilor nascuti.

In afara bandajelor inteligente, aplicatiile medicale de monitorizare mai includ:



ciorapi “inteligenti”, folositi pentru detectarea bacteriilor, a zonelor de presiune

ridicata si cu dureri in cazul persoanelor cu leziuni de coloana sau a diabeticilor,

a ulceratiilor

uniforme militare cu fibre optice integrate, care permit evaluarea rapida a

leziunilor

sutiene inteligente, cu un comportament dinamic pe durata activitatii fizice,

facilitand sau restrictionand miscarile sanilor

imbracaminte sportiva, pentru monitorizarea si restrictionarea regimului de

activitate

Imbracamintea nou-nascutilor este un alt exemplu de utilizare al textilelor

inteligente. Acestea detecteaza momentul in care copilul nu mai respira sau necesita

ingrijire si transmite alarma parintilor. Prin monitorizarea functiilor inimii, cele

respiratorii, precum si a temperaturii corpului, se poate preveni sindromul mortii

subite.

Materiale cromatice

Material textil cromatic



Materialele textile cromatice sunt caracterizate de posibilitatea de a-si schimba

culoarea conform conditiilor externe, fiind cunoscute si ca materiale cameleon. In

aceasta categorie sunt incluse materiale care radiaza, anuleaza sau modifica

culoarea. Considerand natura stimulului exterior, materialele cromatice se impart in:

Materiale fotocromatice – stimulul este lumina;

Materiale termocromatice – stimulul este energia termica (caldura);

Materiale electrocromatice – stimulul este electricitatea;

Materiale piezocromatice – stimulul este presiunea;

Materiale solvatocromatice – stimulul este prezenta unui solvent lichid;

Materiale carsolcromatice – stimulul este un flux de electroni.

Materialele fotocromatice sunt caracterizate de fenomenul de fotocromism –

modificarea culorii sub actiunea luminii. Fotocromismul isi gaseste aplicabilitatea in

domeniul sistemelor de imagini, fiind mai putin utilizat in aplicatii textile. Exista doua

grupe de fibre fotocromatice: fibre care emit culoare sub actiunea luminii din

domeniul vizibil si fibrele pentru care factorul activant sunt radiatiile ultraviolete. Cele

mai cunoscute sunt fibrele fotocromatice sensibile la radiatii ultraviolete, datorita

intensitatii culorii emise, a densitatii ridicate si a gamei largi de aplicatii posibile.

Materialele termocromatice isi modifica culoarea sub actiunea caldurii, in special

prin aplicarea unor coloranti termocromici, care au diferite niveluri de temperatura de

activare. Pana in prezent se utilizeaza cu succes doua tipuri de sisteme

termocromatice: sisteme cu cristale lichide si sisteme cu reordonare moleculara. In

ambele cazuri, colorantii sunt introdusi in microcapsule si sunt aplicati intr-un strat de

rasina materialului textil, similar unui pigment.

Restul materialelor cromatice sunt mai mult materiale “in moda”, fiind de asteptat ca

acestea sa dispara dupa un timp. Principala problema ar fi lipsa lor de rezistenta la

lumina, cat si lipsa preciziei in variatia coloristica.

Astfel de materiale pot fi utilizate in industria de moda sau in domeniul tehnic.

Aplicatiile tehnice se refera la imbracamintea de protectie: pentru muncitori in conditii

de vizibilitate redusa; pentru pompieri, pentru a ajuta la localizare; pentru persoane

aflate intr-un mediu cu luminozitate extrem de puternica; sageti pe covoare in cladiri



cu destinatie sociala pentru a semnaliza traseele de iesire in cazul in care are loc o

pana de curent.

Potentialul creat de imbinarea celor doua domenii de utilitate cum sunt

tehnologia textilelor si cea a informatiei, confera noi valente atât imbracamintii de zi

cu zi, cât si celei profesionale. Având aplicatii concrete in toate domeniile de

activitate, textilele inteligente reprezinta implementarea tehnologiei de mâine in

imbracamintea de azi. Toate acestea ne permit in concluzie, sa afirmam ca:

• imbracamintea constituie interfata ideala dintre oameni si mediul

inconjurator, cât si un foarte bun suport pentru integrarea dispozitivelor moderne.

• integrarea tehnologiei in produsele vestimentare poate insemna inceputul

unei noi ere pentru industria textila. Aceasta noua generatie de haine inteligente

necesita inovatie din partea industriei confectiilor si ofera totodata un imens potential

pentru noi domenii de afaceri si de cercetare.

BIBLIOGRAFIE

- Raluca Brad, “Imbracaminte inteligenta”, Revista Romana de Textile-Pielarie, nr.2/2001, Facultatea de Textile Pielarie Iasi

- D. Marculescu, R. Marculescu and Pradeep K. Khosla, "Challenges and Opportunities in Electronic Textile Modeling and Optimization", in Proc. ACM/IEEE Design Automation Conference (DAC), New Orleans, LA, June 2002

- E. R. Post, M. Orth, P. R. Russo, and N. Gershenfeld, “E-broidery: Design and fabrication of textile-based computing”, IBM Systems Journal, Volume 39, Numbers 3 & 4, MIT Media Laboratory, 2000

- E. R. Post and M. Orth, “Smart Fabric, or Washable Computing”, First IEEE International Symposium on Wearable Computers, October 1997

- D. Marculescu, R. Marculescu, S. Park and S. Jayaraman, “Ready to Ware”, IEEE Spectrum, vol.40, no.10, October 2003

- http://www.globalsources.com/MAGAZINE/CP/0209/WEARIA01.HTM

- http://www.diaplex.com/extremehp.html

http://www.globalsources.com/MAGAZINE/CP/0209/WEARIA01.HTM

Documents

Materiale Textile Inteligente - Function Ale