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1、形状记忆纺织品概述摘要：形态记忆纺织品有哪些，以及在服装上的应用。前言：形状记忆材料是一种新型功能材料,它可分为形状记忆合金(Shape Memory A lloySMA)、形状记忆聚合物以及形状记忆陶瓷。形状记忆合金在服装上的应用形状记忆合金是一种特殊的金属材料，迄今为止，形状记忆合金在空间技术、医疗器械、机械器具、电子设备、能源开发、汽车工业各方面都有了广泛的应用，作为一种新型的功能材料，形状记忆合金的应用前途不可估量。但这些材料在纺织业的应用才刚刚开始，国内的形状记忆合金织物的研究尚处于起步阶段。由于形状记忆合金特有的形状记忆效应，将其应用到纺织品后能赋予织物特殊的动感和变化，从而从外观
2、上人们较大的视觉冲击。纺织上应用形状记忆合金最多的是镍钛合金，他的形变回复率大，稳定性好并且有很好的生物相容性，适合做婚纱的衬裙、胸罩托架等需要定形的织物。形状记忆聚合物在智能纺织品中的应用形状记忆聚合物(SMPs)是形状记忆材料的一种,是指那些在某一原始形状下能感知外界刺激并对之作出反应的高分子材料。与形状记忆合金和形状记忆陶瓷相比,形状记忆聚合物具有质量轻、成本低、抗腐蚀、易成型、易加工等特性。目前,具有形状记忆功能的聚合物有聚降冰片烯、反式聚异戊二烯、苯乙烯 2 丁二烯共聚物、聚乙烯、嵌段聚氨酯等.SMPs 在纺织中的应用形状记忆功能在纺织中的应用可追溯到弹力丝的生产,它利用弹力丝的热收
3、缩性能来赋予纱线特殊的性能,可应用在各种纺织产品中,如户外用服装、紧身衣。形状记忆合金在纺织上也有一些应用,如阻燃涂层等。但形状记忆聚合物在纺织业中的应用更有发展潜力。与其他形状记忆材料相比,形状记忆聚合物在纺织品、服装和其他相关产品中的应用方式更多,包括绝热织物、透气面料、服用面料的防缩整理。加工方法主要有后整理、涂层、层合、混合及其他新型结构。日本三菱重工的一个子公司开发出了一种非常重要的新材料Diaplex,是一种具有形状记忆功能的聚氨酯类聚合物 ,适用于制造在环境温度较高时能产生散热和水气通道的智能服装。Diaplex 聚氨酯有许多优异性能,例如它的柔软化温度能够在白天温度变化范围内随
4、意调节。当气温低于该设定温度时,它便能恢复到原来的形状;Diaplex 材料的分子会因温度变化而产生微布朗运动,所以当温度升高到设定温度以上时,由于微布朗运动被激活,使得聚合物分子之间的间隙增大,产生微孔,汗湿气能散发出去。同时由于形状记忆聚氨酯为无孔膜,可以保证良好的防水效果。据报道,Diaplex 织物的水压阻抗为0.1960.392MPa,透气量为 600012000g/(m2 24h)。由于这种材料具有像天然纤维一样的亲水性,既能吸收湿气,也能释放湿气,所以表面不会凝结水珠。目前已有公司用这种材料生产运动服装;它也可用于制作登山服和帐篷等。 SMPs在纺织品中应用的另一个实例为:通过涂
5、层加工,将形状记忆聚合物粉末应用于机织物或无纺布,使它们具有形状记忆行为。织物可以由天然纤维/或合成纤维织成,也可以由 100%的形状记忆聚合物纤维织成,或者由形状记忆聚合物纤维和普通天然纤维或合成纤维的混纺纤维织成。另外,也可以将 SMPs 材料应用在复合材料中,使之具有抗振性和传感性。除上述应用外,还可通过一些新技术将形状记忆聚合物加以应用,其发展潜力相当大。例如,那些在大气温度至 100的温度范围内能显现形状记忆和其他效应的聚合物,已促使许多研究人员在从事将它们应用于纺织业的开发工作。据文献报道,由于 SMPURs 膜在不同温度条件下能表现出形态恢复,它们在热防护和冷防护作业中的应用均有
6、开发潜力。具有形状记忆功能的单一用途或其使用范围有所限制的服装,可用来预防如烹调油之类的热流质中的有害气体。另一方面,SMPs 能用来改进普通织物的性能,如提高棉/丝织物的免烫性能,或改善毛织物的防缩性能。形状记忆陶瓷暂没有发现在纺织服装上的应用形状记忆纺织品概念形状记忆材料概念的提出由来已久,主要指具有优异性能如形状记忆效应、高恢复形变、良好的抗震和适应性,材料易于加工成线、纤维形式的一类材料。从字义上解释,是指该材料能够对形状有记忆,即在一定条件下的响应。条件指的是外界条件,如温度、力、光等。形状记忆材料能以整理和涂层的形式附加到纺织品上,从而使纺织品拥有形状记忆的特性,也可以利用线性的形
7、状记忆材料纺织成形状记忆纺织品。形状记忆材料在纺织领域的应用已受到越来越广泛的重视。形状记忆作用原理形状记忆纺织品的作用原理基于形状记忆纤维,它是智能纤维的主要品种之一。该种纤维在第 1 次成型时,能记忆外界赋予的初始形状,且形状固定后的纤维可发生形变,并在较低温度下将此形变固定下来(2 次成型)或者是在外力的强迫下将此变形固定下来,当再次给予变形的纤维加热或热水洗涤等外部刺激时,能可逆地恢复到原始状态。也就是说,最终的产品具有对纤维最初形状记忆的功能。形状记忆纺织品分类形状记忆纺织品的分类有多种,从形态上主要分为形状记忆纤维、形状记忆纱线、形状记忆织物。从应用上可分为生活用纺织品,特殊功能纺
8、织品,医疗、电子、航天等用纺织品。纤维类型形状记忆纤维1、20 世纪 60 年代新兴的形状记忆合金、聚合物,直接制造或合成的形状记忆维。该类纤维可编织成具有特殊外观的织物,或设计成美观的花式纱线,织造成具有形状记忆的布匹。2、整理剂整理出的具有形状记忆功能的纤维,最早提出的形状记忆纤维指的就是此种纤维。形状记忆整理剂整理出的纤维除具有传统的防皱、防缩功能外,对温度具有很强的热敏感性。形状固定后的纤维在外力的作用下发生形变,在高温的条件下可以恢复到原始的形态。其作用原理主要是形状记忆高分子在纤维上面生成连接点,当形状记忆高分子在一定条件下发生运动时就会拉动纤维运动,从而达到纤维恢复到原始状态的效
9、果。3、利用接枝,包埋等技术,把具有形状记忆的高分子材料接枝到纤维上,或者把具有形状记忆效应的材料包埋到纤维中,赋予新纤维形状记忆特征。此类纤维属于复合材料,主要应用于电子、航天工业。形状记忆纤维根据形状记忆纤维所用生产原料的不同,形状记忆纤维可分为形状记忆合金纤维和形状记忆聚合物纤维。在高温下处理成一定形状的金属急冷下来后,在低温相状态下经塑性变形为另一种形状,然后加热到高温相成为稳定态温度时,通过马氏体逆向相变,恢复到低温塑性变形前的形状现象称为形状记忆效应。具有这种效应的金属通常是由两种以上金属元素构成的合金,这就是通常所说的形状记忆合金。迄今为止,研究、应用最普遍的形状记忆纤维是镍钛合
10、金纤维。对于合金纤维,受其直径限制,在纺织上应用一般需要特殊设计。如意大利一家公司,利用形状记忆合金纤维制造的一件智能化衬衣,采用的是钛镍记忆合金纤维和尼龙混织,比例为 5 根尼龙丝配 1 根钛镍合金丝。该智能衬衣在周围环境温度升高时,衬衣的袖子会立即自动卷起。且衬衣还不怕起皱,即使揉成乱糟糟的一团,用电吹风吹一下,马上就能复原,甚至人的体温也可以自动把它“熨平”8。对形状记忆聚合物纤维,其纺丝工艺主要包括溶液干法、溶液湿法、熔融挤出法和化学反应法等。具有形状记忆的聚合物除了应满足可纺性要求外,最主要的是纤维必须具有形状记忆特性。香港理工大学纺织及制衣学系使用常用工业聚氨酯合成设备,合成出了形
11、状记忆聚氨酯,然后利用传统湿法纺丝工艺及设备纺出了具有形状记忆的纤维。所得纤维的断裂强度可达 110115cN/dtex,断裂伸长率100% 400%,其形变固定率和形变回复率均在 90%以上。该发明已申请了中国发明专利。目前,形状记忆纤维的熔体纺丝方法正在研究、开发中,与普通氨纶相比,因其特殊的微观结构和宏观上的功能,对合成工艺和纺丝工艺要求更高。目前,由香港理工大学开发的熔纺丝法生产的形状记忆纤维,其断裂强度尚低于由湿法纺丝纺出的形状记忆纤维的断裂强度,即纤维的性能还有待于进一步提高。形状记忆纱线目前开发、应用较成功的形状记忆纱线是利用形状记忆合金纤维同其他纤维混纺而成的具有形状记忆的各式
12、纱线。如苏格兰 Herior-Watt 大学纺织学院 Chan 等在 GemmelandDun2smone9带领下,利用已有形状记忆合金材料纺出的雪尼尔线、螺旋花线、短纤竹节纱、粗松螺旋花线、花边线等花式纱线。这些纱线以包芯纱为主,形状记忆合金纤维作为纱芯,在外界环境影响下纱芯进行形状记忆的活动。而包覆在记忆纤维外部的彩色纱线,则随着纱芯的伸展、翻转、扭曲,变幻出不同的图案和样式,形状记忆织物形状记忆织物通常是由具有形状记忆功能的纱线,通过特殊设计、编织或交织而成的纺织品。而利用具有形状记忆特性的化学整理剂对传统织物进行整理而得到的纺织品,也属于形状记忆物的范畴。因此,形状记忆织物的制备方法主要包括用形状记忆纤维直接织造法和织物后整理法。形状记忆纱线编织法日本 KazuyukiKobayashi 等人在 1992 年的专利中描述的机织物,是用形状记忆纤维或者混纺的形状记忆纤维作为纬线编织而成的。该织物的形状转变点与形状记忆纤维形变回复温度(玻璃化转变温度)是一致的,可用作衬衫的领口、袖口、衬里的垫肩。
