Chapter-4.-Smart-Textiles课件

1,Chapter4.SmartTextiles,2,4.1Introduction引言,智能纺织品定义(Definitionofsmarttextiles)：是指对环境条件或环境因素的刺激有感知和能做出响应的纺织品，如在热，光，电，湿，机械和化学物质等因素的作用下，它们能通过颜色，振动，电性能，能量贮藏等变化，对外界的刺激做出响应。,3,Smarttextilesarematerialsandstructuresthatsenseandreacttoenvironmentalconditionsorstimuli,suchasthosefrommechanical,thermal,chemical,electrical,magneticorothersources,4,Classificationsofsmarttextiles智能纺织品分类,按感知状态不同,5,A.被动智能型纺织品PassiveSmartTextiles仅能感知外界刺激，却不能自动控制。whichcanonlysensetheenvironmentalconditionorstimuli.例如：光电纤维导电纤维,导电纤维,电致发光纤维,6,B:主动智能型纺织品ActiveSmartTextiles不仅能感知外界刺激，还能做出响应。whichsenseandreacttotheconditionorstimuli例如：形状记忆纺织品防水透湿纺织品变色纺织品调温蓄热纺织品,胡金莲教授在检测形状记忆纤维,7,C非常智能型纺织品（又称适应型智能纺织品）VerySmartTextiles/adaptivetextiles)除对外界环境刺激感知和响应外，还能适应环境条件。whichcansense,reactandadaptthemselvesaccordingly,具备探测血液功能的智能纺织品,例如：可发出动听的音乐纺织品。可随时监测人体的心率，血糖，体温等指标，以便及时就医纺织品。,8,智能纺织品的应用,具有导电和显示功能,智能纺织品与导电纤维,9,4.2防水透湿织物waterproofandmoisturepermeablefabrics,指水（主要指雨水）在一定的压力下不浸透织物，而人体散发的汗液以水蒸气的形式通过织物传导至外界，不致在人体表面和织物之间积聚使人感到不舒适的功能性织物。,Watercannotpermeateintotextilesunderacertainpressure,whiletheemittedsweatcanpassthroughthefabricastheformofvapor.,10,聚氨酯湿法防水透湿涂层布，多功能防水透湿面料,Mechanismofwaterproofandmoisturepermeablefabric,11,4.2.1利用孔隙自然扩散机理设计具有防水透湿功能的高密织物,特点：透湿性，柔软度，悬垂性好。但耐静水压低，一般小于9.8kpa,且纺织及染整加工困难，织物的撕破强度低，耐磨性较差。仅用于要求不高的场合。,DesigningHighDensityFabrichavingwaterproofandmoisturepermeabilityonthebasisoftheprincipleofporousnaturaldiffusion,12,4.2.2利用微孔透湿机理设计的微孔膜防水透湿织物,特点：透湿量较高，透气性也好，但在长时间雨淋条件下，水蒸气会通过表面微孔结构渗入内容，不重负荷的用途。同时，微孔在外力作用下易受破坏，又由于比表面积大，易被沾污和堵塞，影响透湿性。,研究证明，用PVDF微孔膜制取防水透湿织物是完全可行的,Designingmicro-porousmembranehavingwaterproofandmoisturepermeabilityonthebasisoftheprincipleofmicro-porousmoisturepermeability,13,4.2.3利用高分子间“孔”和亲水基团透湿机理设计无孔膜防水透湿织物,选择合适的高分子材料至关重要。同时由于无孔，故防水，防风性好，但透湿性较微孔膜稍差。,PTFE材料原料图防水透气透湿,Designingwaterproofandmoisturepermeablenon-porousmembraneforfabriconbasisoftheprincipleofpolymermoisturepermeabilitythroughthe“pores”amongpolymerchainorthehydrophilicgroup,14,4.2.4利用形状记忆高分子材料的温敏性导致的透湿性变化设计的防水透湿织物,Shapememoryfabriccoats,Designingwaterproofandmoisturepermeablefabricsusingthetemperature-sensitiveWVPpropertiesofshapememorypolymers,15,Figure47.IllustrationofWVPmechanismofsmartfabricswithDiaplexmembraneandtheirgarments(citedfrom,Figure47.IllustrationofWVPmechanismofsmartfabricswithDiaplexmembraneandtheirgarments(citedfrom,16,4.3调温纺织品Temperatureregulatingtextile,含有相变材料的纺织品在外界环境温度升高时，相变材料吸收热量,指根据环境温度的变化，在一定的温度范围内可以自由调节温度的纺织品。（当环境温度高于或低于人体温度时，调温纺织品可以吸收热量或释放热量，从而起到调节温度的作用。Temperatureregulatingtextilesarethosetextilesthatcanadjustitstemperaturewithinacertainrangeaccordingtothechangeofsurroundingtemperature.Thatis,whenthesurroundingtemperatureishigherorlowerthanhumanbodytemperature,thetemperatureregulatingtextilescanabsorbheatorreleaseheattoadjustthetemperature.,17,相变保温无机纤维喷涂.,Onbasisoftheusedmaterials,Temperatureregulatingfabricbasedonphase-changematerials,Temperatureregulatingfabricwithadditionofsolvents,Temperatureregulatingfabricbasedonplastic-crystals,Electro-heatingregulatingfabric,18,相变材料及其热效应(phase-changematerialsanditsthermaleffect)相变材料是指在一定的明确的温度范围（相变温度范围）内可以改变物理状态的材料。Phase-changematerialsarethosematerialswhichcanadjustitsphysicalstatewithinatemperaturerangeofphase-transitiontemperature1）当外界温度升高时，材料吸收并贮藏热量发生熔化，材料由固相变为液相，直至完全熔化，停止贮热；Whentheexternaltemperatureishigh,thePCMwillabsorbandstoretheheatenergy,resultingthemeltingofmaterialsfromsolidtoliquid.ItwillnotstopuntilthePCMismeltcompletely.2）外界温度降低时，材料将贮藏的热向环境释放，同时，材料由液相变为固相。PCMreleaseitsstoredheatenergytothesurroundingwhenthetemperatureislow,andthematerialschangefromliquidtosolid.如：,0oC水,0oC冰,固定相,液相,19,相变材料种类PCMtypes,无机相变材料(InorganicPCM)MgCl2.6H2OCaCl2.6H2ONaSO4.10H2O.(T=35,相变热为120-300KJ/Kg),有机相变材料(OrganicPCM)脂肪酸类，多元醇类，高级烷烃类有机酯类例如聚乙二醇T=18-40，相变热为2000-300KJ/Kg,20,相变材料与储能技术,21,4.3.2相变材料在纺织品上的应用ApplicationsofPCMintextilesfield,相变材料,纤维纺织品,1）充填法Fillingmethod2）浸轧法Paddingmethod3）微胶囊法Methodofmicrocapsule,微胶囊,PCM,Fabrics,22,4.3.3智能型调温纺织品Smarttemperatureregulatingtextiles,1.Outlasttemperatureregulatingfiberandfabric调温纤维和织物,Outlast空调型内衣,23,2.汽车顶棚用调温纺织品,汽车顶棚面料,24,3调温聚氨酯涂层织物（空调织物）,空调纤维纺织品是近年流行的新型纺织品，空调弹力织物能随外界环境的变化自动调节温湿度，遇冷变热，遇热变冷，最大温差调节达5。,日本小松精练公司开发了具有吸热、贮热和保暖功能的织物“Dyna-Live”,并于1998年4月正式上市销售。,Polytech公司的Uneatech产品,temperatureregulatingpolyurethanecoatedfabrics(regulatingtextiles),第二节课,25,4.4仿生纺织品Bionicstextiles,4.4.1.仿荷叶纺织品Lotusleaf-likefabric(荷叶效应Lotus-leafeffect）4.4.2仿珊瑚纺织品Imitationcoraltextiles4.4.3仿生纤维Bionicfiber（超微坑纤维Superpitfiber）4.4.4仿植物叶子的可排气织物Exhaustfabric4.4.5人造蜘蛛丝Spidersilk（生物钢Biologicalsteel）,26,Lotusleaf-likefabric(荷叶效应Lotus-leafeffect）,荷叶效应与纳米涂层,荷叶出淤泥而不染的特点是其表面具有超疏水性质引起的，这种超疏水的性质是荷叶效应,Thelotuseffectreferstotheveryhighwaterrepellency(superhydrophobicity)exhibitedbytheleavesofthelotusflower,27,天堂三折伞仿荷叶原理制造,纳米仿荷叶材料，聚水成字，水滴在面料表面滚动,NanostructureLotusleaf-likematerials,28,Imitationcoraltextiles,仿珊瑚绒面料/灯芯条面料,29,Bionicfiber（Superpitfiber),“空气絮片”具有北极圈的鸭子胸毛（鸭绒）特性和形状，模仿了水鸟胸毛（羽绒球）的构造，使用涤纶等化学纤维开发了作为再现其特殊形状的仿生纤维,30,Spidersilk（Biologicalsteel）,蜘蛛丝是自然界中已知的最坚韧材料,荷兰科学家用蜘蛛丝山羊乳造“防弹皮肤”,刀枪不入将成真？,加小指的姿勢，射出超級彈性人造蜘蛛絲,美国军方正在研究利用人工方法生产这种蜘蛛丝,很多科学家把蜘蛛丝叫做“生物钢”，有着超强抗张强度,31,4.5变色纺织品Discolorationtextiles,变色纺织品是一种对外界刺激（如光，热等）进行响应，能自动改变颜色的纺织品。,Discolorationtextilesarethosetextielswhichcanchangetheircorloraccordingtotheexternalstimulus,likelight,temperature,etc.,热敏变色毛巾,光敏变色毛巾,32,Discolorationtextiles,TemperaturesenstiveDiscolorationtextiles,LightsensitiveDiscolorationtextiles,Discolorationtextileswithoutdyes,33,MilitaryuniformfabricatedwithDiscolorationfiber,热敏变色纺织品,34,4.6电子纺织品electronictextiles,characteristicsofelectronictextiles电子纺织品的特点：1）在纺织服装中可以使用一些具有特异功能的纺织品Somespecialtextilescanbeusedinthegarments2）电子智能纺织品包括传感器，电子通讯设备，它能检查，储存，控制信息.Electronictextilescontainsensor,electroniccommunicationdevice,havingtheexamination,storing,andcontrollinginformations3）使用微型芯片标签，可以储存信息，通过集成无线可进行无线数据交换。Usingthemicrochiplabel,informationcanbestored;anditcanalsobewirelessdataexchangethroughthewirelesssystem,35,Forexample,Softswitchfabric,36,Intelligentshirt智能衫,北极环境用智能电子服装,智能毯IntelligentBlanket,37,歐美國家中的太陽能電子夾克,38,智能工业电热毯,温度可调式，智能恒温毯,智能衫有望进行个人心脏监测,39,4.7智能安全防护纺织品Intelligentprotectivetextile,4.7.1自修复纤维Self-Healingfiber,40,新型阻燃防护服Flameretardantprotectiveclothing,智能热防护纺织品,IntelligentThermalprotectivetextiles,智能抗浸透湿潜水服intelligentImmersionresistanceandmoisturepermeabilitydivingsuit,41,4.8纺织品智能化的方法Fabricationmethodofsmarttextiles,1）智能材料的开发是智能纺织品开发的基础Developmentofsmartmaterialsisthefoundationofsmarttextiles2）对普通纺织品进行智能加工整理，赋予其智能特性；Commont