纺织品按其加工形态主要包括纤维、纱线和织物三大类，在制备智能与功能纺织品时，纱线是易被低估的纺织品类型，因为其一般作为传统纺织品最终成品的中间材料形式而被忽视。但实际上，纱线基智能或功能纺织品具有结构变化多样、易成形和集成、产品服用性能（透气、透湿及手感等性能）好等优势，因此近年来逐渐引起人们的关注，其发展呈迅速上升态势。

　　普通纱线具有均匀、稳定的结构，但缺少变化与装饰性。而花式纱线原料来源广泛、结构丰富，可在原料、色彩和成纱结构等方面做出多种改变，实现色彩、结构、功能等的变化创新，通过新颖的结构、缤纷的色彩和多重功能形成极具个性化外观效果的纱线。目前，花式纱线已从传统的服装、家纺和装饰用，逐渐延伸至产业用，并且拓展了功能性和增加了智能性，具有防切割、阻燃、导电和电磁屏蔽等功能的花式纱线以及传感和储能花式纱线被应用于功能和智能纺织品等领域，为传统纺织业注入新的生命力和发展动力。

　　本研究从包覆纱、包芯纱和雪尼尔纱入手，分别探讨其在智能与功能方面的研究进展，为花式纱线的创新研发提供思路。

　　1 包覆纱

　　包覆纱（亦称包缠纱）由芯纱和外包纱组成。无捻（或弱捻）纤维或长丝束作为芯纱，长丝或者短纤纱包缠在芯纱外形成的纱线即为包覆纱。包覆纱是将两种或两种以上纤维进行复合，在性能上可以弥补单一组分的缺陷，充分发挥多种纤维的优势。

　　1.1　传感包覆纱

　　近些年，随着智能可穿戴纺织品的发展，具有柔性、弹性、宽应变范围和可加工性好的纱线基传感器受到研究者的关注，纱线基传感器是以纱线为基础，通过化学作用或结构设计等方式制备而成，在具备高效灵敏传感性能的同时，保留了纺织品的柔软、可拉伸等特点，具有广阔的应用市场。因此，具有多层结构、弹性好、易于集成导电物质的包覆纱，在纱线基传感器的开发中较受青睐。

　　基于纱线的柔性应变传感器具有可穿戴和可集成的优势，然而，实现具有宽线性应变范围、低滞后性和长耐久性的纱线基应变传感器，用于全范围人体运动检测仍然是一个巨大的挑战。有研究采用在氨纶表面缠绕和热黏合锦纶长丝的方法制备了包覆纱（DTY），与之前的包覆纱不同，该设计中纱线结构是通过使用低熔点热熔锦纶长丝的热黏合性能实现的。采用热黏合方法可以使两者形成异质结构一体化，熔点较低的锦纶黏附在氨纶表面，两者形成整体结构，避免了纤维间滑移摩擦的存在。制备Ecoflex/碳纳米管（CNT）/DTY应变传感器时，先将清洗干净的DTY浸入带正电荷的聚乙烯醇（PVA）溶液中，使PVA附着在DTY表面，然后将DTY浸入带负电的CNT悬浮液中，使CNT静电沉积到DTY表面，CNT涂覆后，DTY表面完全变黑；然后，一定量的聚乙烯吡咯烷酮（PVP）在超声波作用下对CNT表面进行改性，使CNT均匀稳定地分散在去离子水（DI）中；最后，Ecoflex层将CNT导电层与DTY合二为一，避免了导电层与热熔丝的剥离。该研究制备的柔性应变传感器具有线性应变范围宽（100%）、灵敏度高（GF=12.43）、滞后小、响应快（158 ms）、重复性高（50%应变下，循环2 000次）和疏水等优点。　　

　　还有研究人员为了提高纱线传感器的灵敏度和应变范围，将一维多壁碳纳米管（MWCNTs）与二维石墨烯（Gr）相结合制备了一种复合导电油墨，采用棉纱反复浸涂导电油墨制备了导电棉纱（CCY），然后以氨纶丝（PU）为芯纱，外包CCY，得到具有导电鞘?柔性芯的螺旋形Gr/MWCNTs复合纱（SGCCY）。高弹性PU和螺旋缠绕的CCY为SGCCY提供了较宽的应变范围和高灵敏度，具备稳定、可逆且可重复的应变传感系统。性能测试结果显示，SGCCY的拉伸率可达296.35%；即0~200%的拉伸下，其具有3个阶段应变响应规律，当应变在0~13%时灵敏度最高（30.77），应变在13%~185%时灵敏度减缓，应变在185%~200%时灵敏度达到17.44；即使经过多次拉伸?释放测试，R/R0的峰值略有增加且保持不变，表明SGCCY具有优异的抗疲劳性能。

　　为了探究包覆方式对纱线传感器性能的影响，有研究者以氨纶为芯纱，聚吡咯复合镀银锦纶长丝为外包纱，制备单包和双包两种包覆纱应变传感器，分别对其表观形貌和电学性能进行表征，探究纱线传感器的传感性能与包覆方式以及氨纶预拉伸之间的关系。研究表明，聚吡咯涂层镀银包覆纱应变传感器的电阻变化率和伸长率可分别达到17%和50%；双包覆纱的电阻较单包覆纱降低了49.7%，但单包覆纱的灵敏度更高；氨纶预牵伸可以调节单包覆纱应变传感器的电阻，但对纱线传感器的灵敏度影响较小。

　　目前，如何将高线性度、快速响应和低检测限有机地结合在一起，同时具有良好的伸展性和结构稳定性，仍然是纱线基传感器的一个挑战。为此，有研究以1 777 dtex橡胶长丝为芯纱，外面双向包缠222 dtex涤纶长丝，制备包覆纱（DCY）；然后通过原位化学还原法，在DCY上沉积银纳米颗粒（AgNPs），得到银纳米颗粒/双层包覆纱（AgNPs/DCY），这种复合结构产生了一种混和传感机制，即裂纹扩展和导电接触面积的变化。该纱线作为应变传感器，可同时实现宽应变传感范围（50%）、超低检测限（0.05%）、高灵敏度（GF=10）、即时响应时间（24 ms）和高重复性。此外，该传感纱线可隐形集成到纺织数据手套中，其对各种手指动作的实时监测能力以及对手语的有效识别，证明该纱线具有良好的传感性能和实用性。

　　1.2　超级电容器包覆纱

　　随着智能纺织品、可穿戴设备等新兴事物的出现，对可弯折、可拉伸的柔性储能设备的需求也日益迫切。与传统电容器相比，纱线基超级电容器具有快速充电/放电、出色的循环寿命、柔软和可拉伸等优点，成功吸引了研究人员的关注。

　　有研究开发了一种可产业化生产的高性能汗液纱线基超级电容器（SYBSC），它具有两个对称排列的电极，由亲水性棉纱缠绕在聚吡咯（PPy）/聚（3，4?乙烯二氧噻吩）∶聚（苯乙烯磺酸盐）（PEDOT∶PSS）改性的不锈钢纱线上制成。一旦用人工汗液激活，SYBSC可以在0.5 mA/cm2下提供343.1 mF/cm2的高面积电容。在连续充电放电循环下弯曲10 000次和机洗25次后，该设备可以分别以68%和73%的百分率保持电容。SYBSC与基于纱线的汗液激活电池集成，制成混合自充电电源装置。混合自充电电源装置、pH值传感纤维和微型分析仪被编织成汗液激活的一体式传感纺织品，其中混合自充电电源装置可以为分析仪供电，以便进行实时数据收集和无线传输。一体式电子纺织品可成功用于实时监测志愿者在运动期间汗液的pH值。

　　1.3　防切割包覆纱

　　传统防切割材料（如金属网、厚重皮革）存在笨重、透气性差、活动受限等问题。轻薄、柔软、透气性好的防切割纺织品可适配经典老虎机场景（如日常防割手套、户外防护服装等），在保障安全的同时可提升穿戴舒适性与实用性。为此，有研究人员开发了可用于防切割纺织品的包覆纱。

　　超高分子量聚乙烯（UHMWPE）长丝具有高强度、高模量的物理性能，防切割性好，并且其密度小，质地轻薄。不锈钢（SSF）长丝耐磨、强度高、抗剪切性强。锦纶（PA）的弹性、耐磨性和服用性均较好。以UHMWPE长丝和SSF长丝为芯，外面双向包缠PA长丝，制备UHMWPE长丝/SSF长丝/PA包覆纱。将刚性大、强度高的SSF长丝和UHMWPE长丝作为芯层，以刚性小、柔软舒适的PA长丝作为纱线外层，不但可以使包覆纱具有较强的防切割性能，还可以提升纱线与人体皮肤接触时的舒适感；采用双向包覆工艺，还可以有效改善因UHMWPE长丝和SSF长丝表面光滑而影响包覆效果的问题。

　　1.4　阻燃包覆纱

　　为获得阻燃、高强、耐磨和服用性能好的功能纱线，满足复杂抢险救援环境下防护织物的用纱要求，以高强、高模和具有优异耐高温性能的玄武岩长丝和耐磨性好、强度高的锦纶长丝作为芯纱，采用具有优异阻燃性和耐化学性的聚酰亚胺和芳纶1313长丝作为外包丝，纺制出玄武岩纤维/聚酰亚胺/芳纶1313/锦纶43/23/23/11 30 tex×2包覆纱。该包覆纱的芯纱和外包纱优势互补，弥补了单一原料的性能不足，提高了纱线的综合性能，所纺包覆纱兼具耐磨、高强、耐高温和阻燃性强等特点。

　　1.5　电磁屏蔽包覆纱

　　针对面向个体防护装备的涂层类电磁屏蔽材料存在弹性差、不耐洗涤、保形性和透气性差等不足，以氨纶（124.4 tex）为纱芯、SSF长丝（30 μm）和棉股线（18.22 tex×2）为第一和第二外包覆层，纺制兼具优良弹性和电磁屏蔽性能的棉/SSF长丝/氨纶包覆纱，纺纱工艺过程如图1所示。试验结果表明，所纺包覆纱具有高弹性，且其最大伸长与氨纶的预牵伸倍数呈正相关；包覆纱电阻变化对拉伸应变不敏感；基于该包覆纱织制的纬向弹性机织物具有优良的可拉伸性，且电磁屏蔽性能与织物放置方向和拉伸应变程度等参数密切相关。

　　1.6　导电包覆纱

　　导电纱线在电子纺织品中作为传感器或执行器的电源通道或信号传输通道发挥着重要作用，决定了电子纺织品的穿着舒适性与功能稳定性。为了开发一种可连续生产且具备可拉伸性和导电稳定性的导电纱线，有研究人员采用高强高模聚乙烯长丝作为外层，聚氨酯漆包铜线为内层包覆导电材料，氨纶为芯纱，纺制双层包覆结构的导电包覆纱。所纺纱线的断裂伸长率为（367.16±25.80）%，断裂强力为（7.18±0.74）N，单次拉伸断裂最大电阻变化率为（1.40±0.43）%，弹性回复率为（92.21±1.52）%。该包覆纱所织针织物具有良好的兼容性、极佳的电学性能、优秀的耐洗涤性、可拉伸性与耐疲劳性。

　　2  包芯纱

　　包芯纱由芯纱和外包纤维两部分组成，芯纱为长丝束或细特短纤纱，外包纤维将芯纱完全包覆在纱芯。包芯纱集芯纱和外包纤维的优点于一体，不但具有外包纤维的外观风格、手感和服用性能，还具有芯纱的特点。用于制备包芯纱的纤维品种多，纤维利用率高，可根据实际需求通过调整纤维种类及其配比来开发特定功能和智能纱线。

　　2.1　传感包芯纱

　　为了降低柔性应变传感器的检测限和提高工作范围，有学者研究了一种MWCNTs和还原氧化石墨烯（rGO）共修饰的多功能包芯纱柔性应变传感器（CGY FSS）。先以聚多巴胺（PDA）覆盖弹力包芯纱，得到PDA@Core纱；然后，将PDA@Core纱放入MWCNTs和rGO混合溶液中，使纱线表面涂满碳材料，得到由碳/PDA/纤维复合材料组成的CGY FSS。研究发现，MWCNTs和rGO之间的良好搭接赋予了传感器较高的工作范围（工作应变>300%），而包芯纱的螺旋结构使其对非常微小的变形（0.1%）敏感；另外，使用PDA改善了纱线和导电材料之间的界面结合力，确保了传感器在10%应变下的10 000次拉伸循环测试中电信号的传导稳定。这些特性使其适用于人体运动检测和健康监测。

　　具有温度监测和人体运动检测功能的电子纺织品引起了人们的广泛兴趣，然而，受限的工作条件和较差的拉伸性限制了其实际应用。ZOU S Z等以氨纶长丝为芯纱，先包覆喷涂CNT的芳纶，再包覆未处理的芳纶，在摩擦纺纱机上纺制阻燃传感包芯纱，用于温度监测和应变传感器应用。所得氨纶/CNT@芳纶/芳纶纱线（SCAA）的拉伸性高达160%，具有优异的耐热性、出色的隔热性能和在50 ℃~400 ℃宽范围内的温度监测能力。此外，基于SCAA的纺织品在宽工作温度范围（0 ℃~300 ℃）内表现出了优异的应变感应性能。

　　另有研究提出了一种不使用橡胶材料（如聚氨酯纤维或橡胶涂层）的传感器纱线，其具有快速响应时间，并且对水润湿和汗水不敏感。该纱线由金属芯纱和炭黑涂层聚酯复合纤维（CB 涂层纤维）覆盖，形成包芯纱结构，然后将其合股而成；镀银锦纶6，6长丝（Ag/Ny）或SSF长丝用作包芯纱的导电纤维，并且两根包芯纱之间均匀地覆盖有外层纤维，以防止它们之间的电短路。当施加垂直于双合股纱线轴向的外力或拉力时，两根导电纤维之间的电阻会发生变化，从而可以检测到施加的力；由于该纱线包含一个带有两端电极的传感器，因此可以嵌入机织物或针织物中以检测外力。

　　2.2　超级电容器包芯纱

　　可拉伸导电体在可穿戴电子设备中具有广阔的应用前景。稳定的导电性对于可穿戴设备的稳定性至关重要。然而，报道的大多数纱线在变形时电阻会急剧增加。有研究通过对聚苯胺（PANI）纳米阵列和MXene进行表面改性，并进行同轴缠绕，制备了同轴螺旋结构（DCS）纱线，制备的纱线具有高导电性、良好的柔韧性、应变不敏感性能和电化学性能。PANI/MXene基弹性包芯纱表现出了良好的应变传感性能，其中灵敏度2.98，传感范围0~269%。更重要的是，制备的DCS纱线表现出了应变不敏感性能，相对电阻变化小于25.4%，当DCS纱线拉伸应变为200%时，可获得高达17.95的品质因数。DCS纱线的应变不敏感性能使其成为可拉伸导体和纱线状超级电容器的理想选择，因为DCS纱线具有良好的电化学性能（比电容256.8 mF/cm）和可拉伸性（工作应变200%），超过了大多数可拉伸纱线超级电容器。

　　2.3　防切割包芯纱

　　随着劳动法对劳动者个体安全防护规范的完善，以及人们安全防护意识的提升，对安全防护用纺织品的综合使用性能要求越发严格，而且对高品质防切割类产品的开发也愈发迫切。有研究者针对常被用作防切割纱线原材料的UHMWPE长丝和芳纶存在的吸湿性差、难染色和成本高等问题，以具有良好耐高温性、吸湿性和高强高模的聚乙烯醇（PVA）纤维为原料，纺制了PVA短纤纱、PVA/钨丝包芯纱和PVA/玻璃纤维包芯纱，并织造了具有防切割功能的织物。通过拉伸、防切割、撕裂和耐磨性能测试以及可染性试验，探究了防割用PVA织物的综合性能。研究结果表明，与PVA/玻璃纤维包芯纱相比，PVA/钨丝包芯纱具有更好的耐折性能；PVA纱线耐高温性优于超高分子量聚乙烯纱线，且具有良好的染色性；PVA/钨丝包芯纱织物的防切割综合性能最优。

　　UHMWPE短纤具有高模量、低密度、耐冲击性和耐腐蚀性好等特点，在保证防割性能的基础上可以减轻产品质量。SSF短纤不仅具有高弹性模量、高抗弯性等金属材料所具有的优点，还具有一定的柔韧性、耐磨性和弹性。氨纶具有良好的抗皱性、化学稳定性和耐热性等，更拥有优异的弹性。以氨纶长丝为芯纱，外包UHMWPE短纤和SSF短纤混纺纤维，在环锭细纱机上纺制包芯纱，再以该包芯纱为原料，编织防切割针织手套。试验结果表明，该防切割针织手套弹性高、服用舒适性好；SSF短纤含量是影响该手套防切割性能的主要因素，随着纱线中SSF短纤含量的增加，织物防切割性能增强。

　　2.4　阻燃包芯纱

　　芳纶具有良好的阻燃性、力学性能和化学稳定性等，是防护织物中应用最广的高性能纤维之一。但芳纶分子链中含有大量发色基团，容易在高能射线尤其是紫外光环境下发生光降解老化，具有典型的紫外光老化性能，严重影响了芳纶产品的户外耐用性。腈纶是一种优良的防紫外线纤维，其耐日晒及耐气候性能在所有天然纤维及化学纤维中居于首位。另外，阻燃粘胶具有一定的阻燃性能，且吸湿、亲肤。为了提高芳纶在户外环境中的长期使用性能，有研究人员以芳纶长丝作为芯纱，外面先包阻燃粘胶，再包阻燃腈纶，纺制阻燃腈纶/阻燃粘胶/芳纶包芯纱；然后，以芳纶股线为经纱，所纺包芯纱为纬纱，织造了平纹织物。经过测试发现，该织物具有良好的紫外光稳定性、阻燃性以及服用舒适性。

　　2.5　电磁屏蔽包芯纱

　　金属纤维对电磁波的反射作用赋予其面料永久的防辐射功能，其中应用较多的是SSF纤维。但由于SSF纤维的刚性及摩擦因数较大使其在纱线中难以均匀分布，致使成纱容易产生条干不匀、易起毛以及混纺纱中的SSF纤维易暴露在外等问题；暴露的SSF纤维会大幅影响织物的服用性能，如穿着时产生刺痒感；另外，SSF纤维染色困难，导致织物色泽受到影响。因此，可用SSF长丝为芯纱，外包本色棉纤维和有色棉纤维，纺制既有防静电和电磁屏蔽效果，又有良好服用舒适性的SSF/棉包芯花色纱；该电磁屏蔽包芯纱可用于机织或针织面料。

　　2.6　导电包芯纱

　　以导电金属丝为芯纱，外层包覆非导电纤维，纺制的导电包芯纱具有类似导线的性能。此类导电纱线，因为金属丝位于芯部，短纤维之间、短纤维与芯丝之间紧密抱合，可以很好地保护金属丝，在一定程度上可降低对导电金属丝的磨损且外层纤维可起到绝缘作用。对于某些织物结构电路，采用导电包芯纱电路可以避免使用过程中导电纱线直接接触短路以及减少对导电纱线的磨损，同时也可以节省电路封装程序。鉴于此，有研究采用赛络纺纱技术纺制导电包芯纱，保持一定间距的两根棉粗纱经牵伸区牵伸后输出，在加捻作用下围绕SSF长丝发生位移，棉纤维紧密包覆在SSF长丝表面，且在内外转移过程中与SSF长丝缠结，纺制出具有较稳定皮芯结构的SSF长丝包芯纱。该导电包芯纱具有导电性能好、包覆效果好、毛羽少、强力高和条干好等优点。

　　3  雪尼尔纱

　　雪尼尔纱通过被环锭加捻的芯纱夹持垂直喂入的饰纱，在捻回力的作用下饰纱呈螺旋状分散开来形成雪尼尔纱独特的外观。因此，雪尼尔纱由芯纱和饰纱组成，饰纱呈螺旋形呈现在芯纱的周围，芯纱用于固定绒毛并为纱线提供强力。相较于包覆纱和包芯纱，智能与功能性雪尼尔纱的研究成果相对较少。以下就智能和功能雪尼尔纱作以介绍。

　　将传感器集成到家用纺织品中，可以在不影响环境的前提下实现更精确和安全的监测。基于摩擦纳米发电机（TENG）的柔性传感器，因其结构简单、易于制造而在智能家居系统中脱颖而出。DONG S S等开发了一种柔软、温暖且可大规模生产的摩擦电地毯织物，结合机器学习技术，该地毯可实现个人行为识别和家庭安全监控功能。首先纺制一种特殊的导电雪尼尔纱，以该纱线作为主要原料，采用纬编插入技术开发出雪尼尔摩擦纳米发电机（C?TENG）。这种C?TENG织物由高弹性的罗纹底布与雪尼尔纱纬编插入而成，其中罗纹针脚紧密包裹住雪尼尔纱，而雪尼尔纱的短纤维则从针眼缝隙中逸出，形成柔软舒适的绒面。该地毯织物在接触?分离模式下可产生约2 942 mW/m?的最大功率密度，通过简单的电路管理即可为小型电子设备供电。此外，在机器学习的支持下，它还可用于行为识别和用户身份认证，在智能家居安全监控系统中展现出巨大的应用潜力。

　　雪尼尔纱的特殊纱线结构结合功能性纤维，可以制造出具有特殊功能的花式纱线。比如，二醋酸纤维具有较好的吸附性，其所制作的香烟滤嘴具有良好的热稳定性和弹性，吸附力强、截滤效率显著，可有效减少烟气中的有害成分，且不失香烟基本口感，是目前生产香烟过滤嘴的主要材料，广泛应用于纺织、过滤和包装等领域。有研究分别以涤/棉股线和二醋酸纤维素丝束作为芯纱和绒纱，纺制雪尼尔纱并对纱线的烟气过滤性能进行研究。结果表明，与传统卷烟滤嘴中二醋酸纤维丝束的轴向排列不同，所纺纱线中二醋酸纤维丝束沿垂直于烟气的流向排列，具有结构新颖、纤维用量少、降温效果好、吸阻小等特点。

　　4  结语

　　随着科技的不断发展，对智能和功能花式纱线的研究也将不断深入。目前，已开发出传感、超级电容器、防切割、阻燃、电磁屏蔽和导电花式纱线，花式纱线的应用已涉及智能可穿戴、智能家纺、防护用纺织品等领域。为了加快智能和功能花式纱线的发展，为我国纺织业注入活力和提升纺织业竞争力，未来的研究工作可从以下3个方面展开。

　　（1）当前开发的智能和功能花式纱线主要为包覆纱、包芯纱和雪尼尔纱等少数几个花式纱线品种，未来可扩大花式纱线品种，深入挖掘不同结构和原料性能的花式纱线在智能化和功能化方面的潜能。

　　（2）目前的功能花式纱线性能较为稳定，产业化生产难度也相对较小；而智能花式纱线的性能稳定性还有待进一步改善和提升，且其产业化生产尚存在一定难度，需要创新研发或改造现有纺纱设备，以满足生产要求。

　　（3）智能和功能花式纱线的开发还应关注生产过程对生态环境的影响，在原料选择时也应考虑原料的回收和再利用问题，以便契合我国纺织业的可持续发展战略。