智能调温纤维

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1、关于智能调温纤维的概述摘要：智能调温纤维是相变材料技术与纤维制造技术相结合开发的一种新型功能性纤 维，可随外界环境温度的转变通过相变、吸收或放热来调节温度从智能调温纤维的调温机 理、相变材料的选择、加工方式(中空纤维浸渍法、熔融复合纺丝法、涂层法、微胶囊复合 纺丝法)、性能评价和国内外进展现状等方面进行了综述，并指出了目前智能调温纤维存在 的不足的地方。关键字：智能调温纤维调温机理用途性能评价智能调温纤维是将相变材料技术与纤维制造技术相结合开发出的一类新型 功能性制品,具有双向温度调节作用。当外界环境温度升高时,纤维中包括的相变 材料发生相变,从固态变成液态,吸收热量贮存于纤维内部；当外界环境

2、温度降低 时,相变材料从液态变成固态,释放出贮存的热量,这种吸热和放热进程是自动 的、可逆的、无穷次的。因此，智能调温面料有助于维持人体体表温度,带给人 体舒适性的同时还能节省空调能耗，低碳环保1。1智能调温纤维的调温机理智能调温纺织品的调温机理与传统保温衣物有明显不同：传统衣物主如果利 用空气热传导率极小的特点，采用提高织物内部静止空气的方式来避免热量散失 的，其绝热效果主要取决于织物的厚度和密度，且其保温效果受外界紧缩和水分 的影响；智能调温纺织品利用其内部的相变材料来调节热量而不是隔间热，是一 种对水分和外界压力影响不敏感的，能为人体提供舒适微气候环境的全新保温纤 维B.PAUSE测试了

3、普通纺织品的热阻值和含有相变材料纺织品的热阻值，结果 如表1所示2。表1织物的大体特征与保温性能试样面密度/(g-m-2)厚度/mm热阻/clo静态动态总热阻不含相变物质14800含5%相变物质1160相变材料(Phase Change Mat erials，简称PCM)的调温机理如图一、图2。ftPC詁机度PCM涓麓 穌于冰克FCM腥度 高于増点披 熱图】相变材料的制冷作用图2相变材料的加热作用2 智能调温纤维的原料选择相变材料能随环境温度的转变而发生相转变，但并非是能发生相转变的物质 就可作为相变材料。相变材料选择是制备智能调温纤维及其纺织品的第一步，作 为适宜工业化应用的相变材料应具有以

4、下特点3：a）适合的相变温度。相变材料的应用领域、具体的应用处合不同，所要求的相变温度不同，应按照具体的应用要求，选择具有适宜相变温度的相变材料。b）储热能力强。一方面要求材料的相变潜热（相变焓）大，另一方面要求单位质量和单位体积材料贮存的热量多（即储热密度大）。c）在相变进程中的体积转变小。在相变进程中，相变材料的体积转变越小越好，相变时体积转变大的相变材料难以在实际中应用。d）相变进程的可逆性好。e）导热快，即相变材料具有较高的传热能力，吸热和放热的速度快。f）化学性质稳固，无毒，无侵蚀性，不易燃。g）结晶速度快，过冷程度低。h）密度大。许多应用处合要求相变材料具有较大的密度，以减小体积。

5、i）价钱低。相变材料分为无机相变材料、有机相变材料和复合相变材料迄今为止，已 开发和应用的单一型相变材料有500多种，还有通过复合技术开发和应用的具有 独特相变特性的复合相变材料，可是能完全符合述要求的材料很少。通常常利用于纺织品的相变材料有4：无机相变材料，如MgC126H20、CaCl26H20、Na2SO410H2O Na2HPO412H2O等，相变温度小于35C，相变热为100300 J/g；有机相变材 料，如有机酸酯类、多元醇类、高级烷烃类和有机酯类等，应用较多的相变材料 直链烷烃的相变热可达200300 J/g、相变温度为1840C.表2是一些可用于纺 织品的相变材料的物理性质通过

6、合理复配能够取得在必然温度范围内具有调温 作用的复合相变材料，如表3所示。表2 一些烷烃的物理性质六烷烷烃 熔点/C 结晶温度/C热焓/(J-g-1)237213十七烷壬烷辛烷222表扌常用楫娈耐料“无机相盘材料右机粕窒林料杵种水合址陥SCVHH心脂肪婭.石蜡旨盼醴，脂予冗鹏洪:新戊二醉.三径甲 堆王愷一聚乙二醉等埼匕希购域就合集列，爺脱土，踱 球堆.超轻陶砂脂册議更舍系列， 层然坍钛旷孫列固-液卧統遇-固固-固常帛.可讴常猱可调*営阳,可询节常徂，可四节和变熔冊lOtf-XW15O-3OG100-300IU0-300榔性好程好熱传肆性好好祖好柿料易得愉桔便宜,储釀能力 遐、也传导徒早大席融烘

7、大*穗垃件好，不島 出现过冷利挤出旳喪小.过馬度小，筋敢卑样能密建k舟热忤好爲定11好， 品于邙工触点易出现过券和所出,僭环性差. 用于対耳品JM水诜性轻倆热密度小，导热性罢制备匚艺相对艺杂至构复亲.界而竝理出琏3 智能调温纤维的加工方式中空纤维浸渍法中空纤维填充相变材料始于20世纪80年代中期，该法是将中空纤维浸渍于相 变材料溶液中，使中空部份充满相变材料，再将纤维两头封锁，缺点是中空纤维 浸渍法存在封端困难。20世纪80年代初，Vigo等人将无机固一液相变材料CaCl2 6H2O、 SrCl2 6H2O充填到人造丝和聚丙烯等中空纤维。20世纪80年代中期，他们又将聚乙二醇整理到织物表面和封

8、入到中空纤维内部5。东华大学研 究了将三羟甲基乙烷/新戊二醇二元体系固一固相变材料采用水溶液真空填充的方式填充到涤纶中空纤维，取得了相变材料填充率为24的调温纤维。用中空纤 维填充法制得的调温纤维内径较大，相变物质残留于纤维表面，故易于渗出和洗 出，作为服用纤维利用还有专门大局限性。熔融复合纺丝法低温相变物质的熔融粘度很低，无可纺性。单纯将相变物质用于熔融复合纺 丝很困难，加人增塑剂后能够用于纺丝。将石蜡烃类相变材料混合必然的二氧化 硅粉末，与聚烯烃进行熔融纺丝，能够取得相变温度为1565C的调温纤维。国 外有人以聚丙烯(PP)和分子质量为100020000的聚乙二醇(PEG)及增稠剂为主 要

9、原料，采用熔融复合纺丝法研制出了蓄热调温纤维6。涂层法涂层法是把相变物质固定到织物上的简便易行的方式。将聚乙二醇用2D树 脂(DMDHEU)在氯化镁及对甲基苯磺酸催化下，将其固着在纤维上，经处置的织 物最高的热焓达J/g,缺点是通过整理的织物因树脂固着而手感变硬。采用二 异氰酸酯、乙二醇与聚乙二醇聚合取得具有防水透湿性的调温涂料能够涂覆在纺 织品表面取得调温功能。用聚乙二醇和2D免烫树脂整理剂混合整理棉、麻等纤 维素织物，在酸性催化剂作用下经浸轧一焙烘工艺取得具有必然调温功能的面 料。天津工业大学将正硅酸乙酯、无水乙醇和蒸馏水常温水解聚合成二氧化硅网 状结构凝胶，然后加人醇类相变材料而制成复合

10、相变材料，最后将复合相变材料 与粘合剂混合后涂覆在纺织面料的表面而制成智能调温纺织品，并取得了国家专 利。微胶囊纺丝法将平均直径15 Um的含有相变物质的微胶囊与成纤聚合物溶液混合后纺 丝，其他工艺与复合纺丝相同。随着高分子合成技术的进展，生产工艺简单化， 使相变材料主要以微胶囊形式出现，采用微胶囊技术包覆相变复合材料。微胶囊 法是目前加工相变纤维最先进的方式之一，它已经成功地应用于聚丙烯腈系列纤 维的溶液纺丝中，取得了 PCM散布均匀、蓄热能力显著的相变纤维。熔纺相变 纤维在使历时有专门大的优越性。可是，在温度较高(200C)条件下，微胶囊PCM 容易失去，而且熔纺不易进行。Triangle

11、公司对此问题进行研究后，纺制出了熔 纺相变纤维。目前Outlast公司授权英国的Acordis公司生产的纤维细度最低可达 到dtex，能够知足用于生产针织物和机织物的要求上述4种生产智能调温纤维的方式中，复合熔融纺丝法需要加入大量增塑剂 才能用于纺丝，中空纤维浸渍法存在封端困难，涂层织物虽然热焓值很高，但普 遍存在手感较差的缺点。所以，微胶囊复合纺丝法生产智能调温纤维是目前最实 用的先进的加工方式。通常，微胶囊中的相变材料质量分数不超过80（大多数 在50%60%），微胶囊连同其中的相变材料的热焓多在100200J/g。4 应用领域服装 穿着智能调温纺织品的人体与外界环境之间的热量流动减少或被

12、中断，从而 在人体与外界环境之间成立一种相对的动态热平衡，对人体起到踊跃的温度调节 作用。不仅能令您在严冬感到温暖如春，在盛暑也能感到丝丝凉意。据报导，英国玛莎推出了温度可调服装。英国玛莎（Marks&Spencer）公司为 改良男士服装舒适性，在其新的温度可调节系列内衣中应用了 Outlast公司PCM （相变）技术；日本钟纺公司开发出能够使服装内温度维持在舒适范围的聚酰胺纤 维“Thermo Supprot，该纤维是一种芯层为温度可调节聚合物、皮层为尼龙6 的皮芯型复合纤维；Mid6技术公司开发了一种新型的智能潜水服SmartSkin，其 外层是闭孔氯丁橡胶泡沫材料，中间夹层是温敏性水凝胶

13、与开孔的聚氨酯泡沫材 料的复合物；香港福田实业集团与美国杜邦公司合作，采用Outlast相变材料微胶 囊技术，生产出具有温度调节功能的针织面料，制成的“ Fountian ”牌温度响应 型智能服装， 已开始投放国内外高级服装专卖店；杭州求兴科技有限公司与浙 江大学、浙江理工大学合作研发出多种新型智能调温纤维（纱线），有棉、腈纶、 锦纶、涤纶等品种9。床上用品床垫、褥子、棉被、枕头和毛毯等床上用品采用智能调温纤维，可将床上的 温度和湿度维持在理想的范围内，能让利用者维持良好的睡眠状态。如金华新佳 家纺有限公司2007年9月研制出了自动调温被芯，产品名为“天芙棉”，已申请 国家发明专利。它主要用物

14、理方式改变棉纤维的空间结构，使弹性、强度、收缩 性等性能取得改善。在常温下“天芙棉”处于休眠状态，人体体温传过去后，天 芙棉体积开始膨胀，纤维间的体积增大，透气性增强，排出多余的湿气和热量， 达到调温的效果。医疗卫生用品智能调温纺织品被应用于诸如手术服、病人床上物品时，不仅能够改善医生 或忠者的穿着舒适度，而且对病人的心里起到良好的安抚作用。保护性装置智能调温纺织品应用于头盔、膝盖护垫、肘部衬垫等防护性装备中，能够适 本地控制这些部位汗液的产生与排放。以减少湿热的产生，从而为人体的这些部 位提供适当的冷却度。如Bio Skin系列产品都是以SmartSki n膜材料作为中间层， 成功开发了护腕

15、、护肘、护膝和足垫等运动保护产品。汽车装饰物在汽车内部采用智能调温纺织品作为内衬，一样能够为乘客提供温度调节效 果，来维持车内温度的相对恒定。如浙江有一家企业开发生产了一种能给汽车降 热保温的防尘罩。此防尘罩非一般的防尘罩，它是采用相变材料微胶囊技术工艺 生产出来的。在纤维中藏有微粒胶囊，当外界环境温度升高时，藏在纤维中的相 变材料吸收热量，从固态变成液态，降低了覆盖物表面温度。相反，当外界环境 温度降低时，相变材料放出热量，从液态变成固态，以维持周围正常的微气候环 境10。5 功能评价方式为了测定智能调温纤维在织物上的效果，目前主要采用3种方式：差示扫描 量热法(DSC)、动态热转换测定法、温度转变测定法。DSC通常常利用来测定储 热能力及植入到织物结构中的PCM微胶囊的相变温度范围。动态热转换测量法 是一种新的方式，可测定动态保暖效果，并可清楚地与织物结构提供的大体保暖 效果分开，可由此比较含有与不含有蓄热微胶囊的织物的热性能。这种独特的测 定方式既可测定PCM吸热时织物产生的凉爽效果，也可测定放热时产生的保暖 效果