形狀記憶材料及其在紡織服裝上的應(yīng)用6頁

1、形狀記憶材料及其在紡織服裝上的應(yīng)用摘要：形狀記憶材料是近年來智能材料科學(xué)研究發(fā)展的一個重要前沿課題, 其在紡織服裝、生物醫(yī)學(xué)、國防軍工材料等領(lǐng)域中顯示出廣闊的應(yīng)用前景。通常可分為三大類：形狀記憶金屬合金(SMA)、形狀記憶陶瓷(SMC)和形狀記憶聚合物(SMP)材料。本文綜述形狀記憶金屬合金及形狀記憶聚合物材料的概念，分析其工作機(jī)理、特性,介紹其在紡織服裝中的應(yīng)用,并展望其應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞: 鎳一鈦(Ni一Ti)形狀記憶合金纖維; 形狀記憶聚合物; PTT形狀高聚物材料; 紡織服裝。 “形狀記憶材料”是指具有某一原始形狀的制品，經(jīng)過形變并固定后，在特定的外界條件（如熱、化學(xué)、機(jī)械、光、磁或電等

2、外加刺激）下能自動回復(fù)到初始形狀的一類材料。通?？煞譃槿箢悾盒螤钣洃浗饘俸辖?SMA)、形狀記憶陶瓷(SMC)和形狀記憶聚合物(SMP)材料,其中，形狀記憶金屬合金及形狀記憶高聚物在紡織服裝上的應(yīng)用極其廣泛。1 形狀記憶合金 1.1 工作機(jī)理當(dāng)合金的母相在應(yīng)力下誘發(fā)成馬氏體，發(fā)生形狀改變，而在去除應(yīng)力后形狀并不回復(fù)，或母相經(jīng)相變成馬氏體后發(fā)生塑性變形，但通過加熱后，回復(fù)原形。比如NiTi合金絲在較高溫度時有一定的形狀（如密排的彈簧），在低溫時使其變形（彈簧被拉長），外力去除后，其變形保留了下來，但當(dāng)加熱到一定溫度時，合金絲就能自動回復(fù)到原先的形狀（密排彈簧）。 1.2特性（鎳鈦形狀記憶合金）

3、鎳鈦形狀記憶合金具有可恢復(fù)形變大、輸出能量密度大的特點(diǎn), 也是研究和應(yīng)用最普遍的形狀記憶纖維。這種纖維是通過將鎳鈦合金纖維化加工以后制成的, 如瑞士MicrofilIndustries公司生產(chǎn)的一種鎳鈦合金( 鎳5063%) 纖維直徑為300m。 1.3在紡織服裝上的應(yīng)用在紡織領(lǐng)域,研究和應(yīng)用最多的是鎳一鈦(Ni一Ti)形狀記憶合金纖維。鎳一鈦形狀記憶纖維同時被用作文胸的支架,起托墊保形的作用。在溫度升高(從室溫到體溫)時,使文胸恢復(fù)到預(yù)設(shè)的最佳形狀,可以提供最優(yōu)美的身體曲線,舒適感和彈性并存。同理,鎳一鈦合金纖維被植入婚紗面料、演出服裝等,可使面料更挺括、服裝不依賴人體支撐,自由體現(xiàn)設(shè)計(jì)師的

4、造形創(chuàng)意,而且可以折疊,方便儲存和運(yùn)輸，在使用前，只需用電吹風(fēng)吹一下，就可獲得理想造型。(a)胸罩的支架 (b)婚紗的襯裙 (c)演出服裝支架 (d)冰雪鞋的防滑鞋釘鎳鈦合金在紡織服裝中應(yīng)用實(shí)例在防燙傷服裝中, 鎳鈦合金纖維首先被加工成寶塔式螺旋彈簧, 再進(jìn)一步加工成平面狀, 然后固定在服裝的面料內(nèi), 當(dāng)服裝表面接觸高溫時, 形狀記憶合金纖維的形變被觸發(fā), 纖維迅速由平面狀變化為寶塔狀, 在兩層織物之間形成很大的空腔, 使高溫遠(yuǎn)離人體皮膚,防止?fàn)C傷發(fā)生。 1.4應(yīng)用前景形狀記憶合金因其獨(dú)特的形狀記憶效果賦予了織物與眾不同的功能以及外觀造型, 使其前所未有地具有了活力和動感, 帶給人們以視覺沖擊

5、。形狀記憶織物的開發(fā)研究目前尚處于起步階段, 許多方面如纖維加工、紗線生產(chǎn)、織物織造等尚需要進(jìn)一步的改進(jìn); 很多產(chǎn)品有待開發(fā), 例如不同原始形狀的、更細(xì)的、不同反應(yīng)時間、不同激發(fā)溫度、不同回復(fù)力的產(chǎn)品等。功能織物和裝飾織物的開發(fā)將成為未來形狀記憶合金織物的主要研究開發(fā)方向。隨著研究的進(jìn)一步深入和加工技術(shù)的不斷提高, 形狀記憶合金必將在紡織業(yè)有更為廣泛的應(yīng)用前景。2 形狀記憶聚合物 2.1 工作機(jī)理形狀記憶聚合物一般由共聚物構(gòu)成。該聚合物要具備剛性點(diǎn)/段（固定相）和無定形/柔性段/區(qū)（可逆相），這兩點(diǎn)是形狀記憶聚合物具有良好形狀記憶效果的必備條件。固定相的作用是初始形狀的記憶和恢復(fù)，第二次變形和

6、固定則由可逆相來完成。從廣義上講，凡是具有固定相和軟化 硬化可逆相轉(zhuǎn)變結(jié)構(gòu)的聚合物都可以作為形狀記憶聚合物，但其形狀記憶功能的應(yīng)用價(jià)值取決于可逆相相轉(zhuǎn)變所需的外界條件，例如，PET高聚物同樣具有兩相結(jié)構(gòu)，理論上可作為形狀記憶材料使用，但是它80 的相轉(zhuǎn)變溫度（Tg）與人體溫度和環(huán)境溫度都相差較遠(yuǎn)，使它在日常生活中很難體現(xiàn)形狀記憶功能。 2.2 特性與形狀記憶合金相比，形狀記憶聚合物（Shape MemoryPolymer，SMP）材料具有溫度記憶可選擇范圍寬、質(zhì)量輕、耐氣候性好、原料來源和加工容易、形變量大和重復(fù)形變效果好等優(yōu)點(diǎn)。 2.3 在紡織服裝中的應(yīng)用與其他形狀記憶材料相比, 形狀記憶聚

7、合物（SMPs）在紡織品、服裝和其他相關(guān)產(chǎn)品中的應(yīng)用方式更多,包括絕熱織物、透氣面料、服用面料的防縮整理。 2.3.1 在防水透氣織物中的應(yīng)用利用形狀記憶聚氨酯的透氣性可受溫度控制這一特點(diǎn),在響應(yīng)溫度范圍附近其透氣性有明顯的改變,將響應(yīng)溫度設(shè)定在室溫,則涂層織物能起到在低溫(低于響應(yīng)溫度)時,低透氣性的保暖作用;在高溫(高于響應(yīng)溫度)時,高透氣性的散熱作用。由于薄膜的孔徑遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于水滴平均直徑,可起到防水效果,從而使織物在各種溫度條件下都能保持良好的穿著舒適性。據(jù)日本三菱重工公司報(bào)道,采用形狀記憶聚氨酯涂層織物“Azekura”不僅可以防水透氣,而且其透氣性可以通過體溫加以控制,達(dá)到調(diào)節(jié)體溫的作

8、用。其作用機(jī)理在于聚氨酯的分子間隔會隨體溫的升高或降低而擴(kuò)張或收縮,正如人體皮膚一樣,能根據(jù)體溫張開或閉合毛孔,而起到調(diào)溫保暖的作用,從而改善織物對穿著環(huán)境的適應(yīng)性及舒適性。 2.3.2 在防皺整理中的應(yīng)用利用聚合物的形狀記憶恢復(fù)功能,以此類織物紗線或經(jīng)形狀記憶整理的織物制成的服裝,具有不同于傳統(tǒng)意義上的防皺功能。當(dāng)此類服裝具有足夠強(qiáng)的形狀記憶功能時,服裝在常溫下形成的折皺可以通過升溫來消除折痕,回復(fù)至原來的形狀。甚至我們可以將響應(yīng)溫度設(shè)計(jì)在室溫或人體溫度范圍內(nèi),從而可即刻消除形成的折皺。日本Kobayashi 及Kayashi 等曾報(bào)道,利用形狀記憶高分子粉末對織物進(jìn)行涂層整理,經(jīng)整理的織物

9、能在常溫或高溫下恢復(fù)折皺痕跡,具有良好的形狀記憶效果。 2.4 應(yīng)用前景隨著研究的進(jìn)一步深入,形狀記憶聚合物的性能將不斷提高,成本不斷降低。形狀記憶聚合物作為一種新型的功能性高分子材料,將在紡織、服裝和日用品等領(lǐng)域得到更廣泛的應(yīng)用,并獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。 2.5 PTT形狀記憶聚合物 2.5.1 概述PTT是20世紀(jì)90年代中期取得產(chǎn)業(yè)化開發(fā)成功的新型聚酯產(chǎn)品。在化學(xué)纖維應(yīng)用領(lǐng)域中，PTT纖維綜合了錦綸的柔軟性（并具有更好的色牢度）、腈綸的蓬松性（而避免了磨損傾向）、滌綸的抗污性（卻具備了很好的手感），加上PTT纖維本身固有的彈性和彈性恢復(fù)性，將各種纖維的優(yōu)良服用性能集于一體，成為當(dāng)

10、前國際上最新開發(fā)的熱門高分子新材料之一。PTT聚合物同樣具有軟、硬段交替排列的多嵌段結(jié)構(gòu)，其無定形區(qū)作為可逆相，結(jié)晶區(qū)作為固定相，就構(gòu)成理論上的形狀記憶聚合物。 2.5.2 特性 (1)服裝易打理.存儲或運(yùn)輸中服裝被折壓皺后只要用手撫摸就可回復(fù)到初始的平展?fàn)顟B(tài),屬于力和體溫聯(lián)合刺激誘發(fā)形狀記憶功能的產(chǎn)品;(2) 可塑性好,方便服裝造形,可通過手工折疊或抓捏將面料做成所需形狀,如郁金香式時裝等。(3) PTT 記憶布的視覺風(fēng)格素雅新穎,不同于已有面料,手感柔軟,使之很快被用于女時裝、男女風(fēng)衣、夾克等。2.5.3 在紡織服裝中的應(yīng)用 2.5.3.1 服用材料領(lǐng)域由于PTT纖維具有內(nèi)在的彈性回復(fù)性能

11、, 且柔軟性遠(yuǎn)優(yōu)于PET 纖維,和錦綸纖維接近,它既有滌綸PET的穩(wěn)定性又具錦綸的柔軟性,所以其面料質(zhì)地蓬松、手感柔軟、穿著舒適。因此可以被廣泛應(yīng)用于各類服裝服飾領(lǐng)域。如: 休閑裝、彈力牛仔、運(yùn)動衣、內(nèi)衣、時裝、塑身內(nèi)衣、無縫針織服裝、泳裝、彈性緊身服、襪子等。用PTT短纖紗制成的各種紡織品手感極好, 由它制作的服裝穿著舒適, 具有手感柔軟、易洗、快干、免燙的特點(diǎn)。它在服裝上的應(yīng)用主要有:（1） PTT形狀記憶織物可用作襯衣、內(nèi)衣、外套、裝飾等用途。尤其可以滿足襯衣的領(lǐng)口、袖口或其它需要較高形狀保持要求的部位和服裝。（2） 上衣肘部、褲子膝蓋或其它起拱后形狀回復(fù)要求較高的服裝。（3） 牛仔布的

12、定型彈性要求。（4） 針織物的形狀穩(wěn)定要求; PTT 形狀記憶針織物克服了針織物保型性差的缺點(diǎn), 當(dāng)服裝使用產(chǎn)生變形后, 只要將環(huán)境溫度增加到變形回復(fù)溫度以上就可以回復(fù)到定型時的形狀。（5） 滿足服裝中不同造型效果的要求。 2.5.3.2 非織造布領(lǐng)域PTT纖維不僅可以制成各種高彈伸縮及手感柔軟的彈性織物, 而且可以通過采用紡粘法和熔噴法生產(chǎn)出各種非織造布。PTT 潛在的可回收性和防Y射線性對于其應(yīng)用于非織造布領(lǐng)域也很有價(jià)值。因此PTT對開發(fā)非織造布市場具有很大的潛力, 如婦女衛(wèi)生巾、一次性尿布、棉胎、裝飾布以及汽車、家具坐墊、建筑安全網(wǎng)等。 2.5.4 應(yīng)用前景目前國內(nèi)對PTT的研究還不充分

13、，PTT形狀記憶紡織品還處于試驗(yàn)室研究階段。在具體的應(yīng)用中還存在一些有待解決的實(shí)際問題, 如: 成本較高, 材料加工性能較差, 以及記憶效應(yīng)的穩(wěn)定性不好等。隨著合成技術(shù)以及紡絲工藝的不斷進(jìn)步, 以及形狀記憶材料基礎(chǔ)理論的日趨完善, PTT 及其形狀記憶材料的應(yīng)用將遍及紡織服裝工業(yè)的各個領(lǐng)域, 它對開發(fā)紡織產(chǎn)品和服裝設(shè)計(jì)的促進(jìn)作用將是無法估量的。參考文獻(xiàn)：1、形狀記憶合金紡織品及其開發(fā) 劉曉霞 (上海工程技術(shù)大學(xué), 上海, 201620) 戴自怡 (上海市毛麻紡織科學(xué)技術(shù)研究所, 上海, 200023)2、形狀記憶材料在紡織服裝中的應(yīng)用 丁希凡 (蘇州大學(xué)藝術(shù)學(xué)院, 江蘇蘇州 215021）3、記憶型面料:何以讓時裝有“記憶” 王府梅 秦麗4、PTT纖維及其形狀記憶織物的發(fā)展研究綜述 周玲 張?jiān)鰪?qiáng) (五邑大學(xué),廣東江門529020)5、形狀記憶聚合物包芯紗及織物開發(fā) 呂晶 胡金蓮 劉巖 （香港理工大學(xué)紡織及制衣學(xué)院）5、形狀記憶織物的發(fā)展及展望 趙