形态记忆纺织品2

1、形状记忆智能纺织品现状及前景形状记忆智能纺织品现状及前景形状记忆织物形状记忆织物形状记忆纱线形状记忆纱线形状记忆纤维形状记忆纤维 形状记忆合金纤维、形状记忆聚合物纤维、形状记忆水凝胶纤维形状记忆效应形状记忆效应形态记忆效应的概念形态记忆效应的概念 形状记忆效应（SME）指的是通过热、化学、机械、光、磁、电等外界刺激，触发材料响应，从而改变材料的形状、位置、应变、硬度、频率、抗震、摩擦等动态或静态技术参数的现象。形状记忆效应的由来形状记忆效应的由来 形状记忆效应的发现可追溯到1938年。当时美国Greningerh和Mooradian在Cu-Zn合金中发展了马氏体的热弹性转变。随后，前苏联Kur

2、djumov对于这种行为进行了研究。1951年美国Chang和Read在Au47.5Cd（金的摩尔分数为47.5%）合金中发现了形状记忆效应。直到1962年，美国Buehler发现了NiTi合金中的形状记忆效应，才开始了“形状记忆形状记忆”的实用阶段。形态记忆作用原理形态记忆作用原理 形态记忆纺织品的作用原理基于形态记忆纤维 , 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

3、地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最初形状记忆的功能。形态记忆纤维的概念形态记忆纤维的概念 形态记忆纤维是指具有某一原始形态具有某一原始形态的纤维，发生形变后，在特定的外界条件下如热、光、电等的刺激下，又可自动恢复初始形态的智能纤维。其可以简单表示为“记忆初始态记忆初始态固定变形固定变形恢复起恢复起始态始态”的循环。 也就是说最终的产品具有对纤维最初形状最初形状记忆的特性，使用该种形状记忆纤维制得的织物被称为形状记忆面料。面料设计成服装用手揉搓面料产生褶皱 抚平褶皱恢复原状 根据原料来源根据原料来源 形状记忆聚形状记忆聚 合物合物形状记忆合形状记忆合金首先被

4、加金首先被加工成细丝，工成细丝，然后金属丝然后金属丝需要在极高需要在极高的温度加工的温度加工以获得形状以获得形状记忆效果。记忆效果。常见的聚合物纤维如聚氨酯形状常见的聚合物纤维如聚氨酯形状记忆纤维，可通过溶液湿法或熔记忆纤维，可通过溶液湿法或熔法纺丝而制备法纺丝而制备形状记忆纤维的分类形状记忆纤维的分类 形态记忆纤维的制作形态记忆纤维的制作形状记忆纤维的制作主要分为 3 类：第 1 类是利用 20 世纪 60 年代新兴的形态记忆合金、聚合物形态记忆合金、聚合物 ,直接制造或合成的形态记忆纤维 。形状记忆合金通常是两种或两种以上的具有形状记忆效应的金属构成的合金。而形状记忆聚合物的纺丝工艺主要包

5、括溶液干法、溶液湿法、熔融挤出法和化学反应法，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 , 织造成具有形态记忆的布匹。第2类是通过后期使用整理剂整理整理剂整理的方法，赋予天然的或人造的纤维形状记忆功能的纤维 , 它解决了普通纤维易起皱、缩水、定形不稳定等问题，这种整理技术大致经历了防皱防缩、洗可穿和耐久压烫整理等几个发展阶段，最早提出的形状记忆纤维指的就是此种纤维 。其作用原理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果。 利用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

6、 , 对温度具有很强的热敏感性 。 第 3 类是利用接枝接枝 , 包埋包埋等技术 , 把具有形态记忆的高分子材料接枝到纤维上 , 或者把具有形态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 。形状记忆合金纤维形状记忆合金纤维 已发现的形状记忆合金种类很多，具有使用价值的形状记忆合金大致可归纳为3类：镍镍-钛形状记忆合金，铜基形状记忆合金和铁基形钛形状记忆合金，铜基形状记忆合金和铁基形状记忆合金状记忆合金。 机理是：将已在高温下定形的形状记忆合金放置于低温或常温下使其产生塑性变形，当环境温度升高到临界温度（相变温度）时，合金变形

7、消失并可恢复到定形时的原始形态。迄今为止 , 研究 、应用最普遍的合金形状记忆纤维是镍钛合金纤维镍钛合金纤维 。1具有优异的形状记忆和超弹性性能、良好的力学性能和耐蚀性、生物相容性及高阻尼性。2经适宜控制成分和加热处理，冷拉伸长率可高达100%。该合金可以通过真空自耗熔炼-真空感应重熔方法制造，将它在大气中锻造、轧制、拉拔后可制成纤维。3该纤维具有较大的形状记忆应变（6%-10%）和较高的恢复应力，200-760MPa，具有较高的记忆寿命，循环次数可达107以上。Company L镍钛记忆合金 如英国防护服装和纺织品机构研制的防烫伤服装中, 镍钛合金纤维先被加工成宝塔式螺旋弹簧状宝塔式螺旋弹簧

8、状, 再进一步加工成平面状, 然后固定在服装面料内，该类服装表面接触高温时, 形状记忆纤维的形变被激发, 纤维迅速由平面状变成宝塔状, 在两层织物内形成很大的空腔, 使高温远离人体皮肤, 防止烫伤。又如2001 年意大利 Corpo Nove 公司设计出一款“懒人衬衫”,在衬衫面料里加入镍-钛和尼龙纤维 , 使之具有“ 形状记忆功能” 的特性，当外界气温偏高时,衬衫的袖子会在几秒内自动从手腕卷到肘部; 当温度降低时, 袖子能自动复原。 在未激发的状态，内外层织物接近保持最小的空气缝隙，因而热绝缘性也最小。当热威胁发生时，外层织物1通过传导片3将热传递到形状记忆弹簧5，弹簧迅速由平面状变化为宝塔

9、状，在两层织物间形成很大的空隙，形成良好的绝缘空气缝隙。绝缘片4是为了防止热能通过弹簧片传到里层织物2。形状记忆聚合物纤维形状记忆聚合物纤维 形状记忆聚合物（SMP）运用现代高分子物理学理论和高分子合成及改性技术，对通用高分子材料进行分子组合和改性，如聚乙烯、聚酯、聚氨酯等高分子材料通过分子设计及分子结构的调整，使它们在一定条件下，被赋予一定的形状，当外部条件发生变化时，它可相应地改变形状并将其固定，如果外部环境以特定的方式和规律再次发生变化，它们便可逆地恢复至起始态。由于促使它们完成上述循环的外部环境有热能、光能、电能和声能等物理因素以及酸碱度、鳌合反应和相转变反应等化学因素，所以SMP分为

10、热致热致SMP、电、电致致SMP、光致、光致SMP、化学感应型、化学感应型SMP等等。目前, 得到应用的形状记忆高聚物有聚降冰片烯、反式 1,4- 聚异戊二烯、 交联聚乙烯、聚氨酯、聚酰胺、含氟高聚物等。 自法国的CDF Chimie公司于1984年成功开发了具有形态记忆功能的聚降冰片烯聚降冰片烯之后，形态记忆聚合物受到广泛关注，各种形态记忆聚合物不断问世。形态记忆聚合物具有质轻价廉、形变量大、成形和赋形容易，以及形状回复温度便于调整等优点，在纺织业具有巨大的发展潜力，其可以通过纺丝的方式赋予纺织品形态记忆功能。 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

11、性。 聚氨酯形状记忆纤维聚氨酯形状记忆纤维现在广泛用于各行各业。聚氨酯属热致感应型形状记忆高分子。形状记忆聚氨酯是日本三菱重工业公司于1988年6月首先公布于世的。该公司开发出的有形状记忆功能的聚氨酯类聚合物Diaplex，能广泛地用于服装、医疗、航空航天、化学、工业材料、食品和整容化妆等行业。 Diaplex聚氨酯聚氨酯有许多优异性能。例如，它的软化温度能够在白天温度变化范围内随意调节。当气温低于该设定温度时，它便能恢复到原先形状；当温度升高时到设定温度以上时，由于激活了微布朗运动，增大了聚合物分子之间的间隙，产生微孔，水蒸气可以通过。所以Diaplex是一种理想的智能化防水透湿材料，目前，

12、Diaplex在纺织上主要用来制作防水透湿织物和服装。 香港理工大学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1.0 1 . 5 cN /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 。 最近研究较多的PTT纤维纤维也属于形状记忆聚合物纤维。PTT

13、纤维是聚对苯二甲酸1，3丙二醇酯纤维的英文缩写,与PET (聚对苯二甲酸乙二酯) 纤维 、PBT( 聚对苯二甲酸丁二酯) 纤维同属聚酯纤维 ,由同类聚合物纺丝而成。最早是由 Shell Chemical( 壳牌化学公司) 与美国杜邦公司分别从石油工艺路线及生物玉米工艺路线通过聚合、纺丝制成的新型聚酯纤维 。 由于由于PTTPTT大分子链能够有如同弹簧一样的弹性变形大分子链能够有如同弹簧一样的弹性变形 , ,而且在弹性变形过程中分子的构象并未发而且在弹性变形过程中分子的构象并未发生变化生变化 , ,当外力消失后又会恢复原状当外力消失后又会恢复原状 , ,构象转变完全是可逆的构象转变完全是可逆的

14、, ,从而使从而使 PTT PTT纤维具有良好的弹纤维具有良好的弹性回复性能，它自己可完成记忆起始态和回复起始态的作用。性回复性能，它自己可完成记忆起始态和回复起始态的作用。PTTPTT“形状记忆形状记忆”织物具有优良的易护理性，即织物具有优良的易护理性，即在存储或运输中服装被折叠压皱后只要用手抚在存储或运输中服装被折叠压皱后只要用手抚摸就可回复到初始的平展状态摸就可回复到初始的平展状态, ,达到了免烫要求，达到了免烫要求，形状记忆面料得天独厚的性能优势形状记忆面料得天独厚的性能优势, ,使其成为当使其成为当今时尚面料的宠儿。如右图所示：今时尚面料的宠儿。如右图所示：如右图所示，这种弧度造型的

15、塑造,不需要经过复杂的裁剪和缝制工艺,只需要通过简单的手工折叠或抓捏过程即可形成。目前PTT的应用领域主要是 : 地毯工业领域、服用材料领域、非织造布领域等。形状记忆水凝胶纤维形状记忆水凝胶纤维 水凝胶水凝胶是一种智能材料 , 它的一个重要特性是在一定的环境刺激条件下会发生体积相变, 即当外界环境条件连续变化时, 凝胶体积产生不连续的变化。研究表明, 凝胶的尺寸越小, 其对刺激作出的响应越快。纤维作为一种长径比非常大的材料,有利于提高凝胶的响应速率。因此利用共聚 、交联、共混、涂层、复合纺丝等方法可以将水凝胶制成纤维或引到其它纤维上, 进而开发成具有特种智能的纺织品。目前在研究的智能型抗浸服其

16、抗浸机理是：一旦落水，抗浸服中的水凝胶吸水溶胀，将织物中透水导湿的通道封闭，阻止水进入服装；浸湿的服装晾干后，水凝胶脱水，又恢复到原状。形状记忆纱线形状记忆纱线 纱线的形状记忆特征表现为，在不同温度条件下表现出不同的形状特征。如常温下形状记忆纱芯为直线，当温度上升到转换温度以上时，由于纱芯回复到原始形状而使纱线变成明显的螺旋状。 形状记忆纤维可纺成具有多种功能的纱线形状记忆纤维可纺成具有多种功能的纱线，如高伸长性、高耐磨性、耐火性。高抗击性等。聚合物纤维可纯纺，也可与任何一种天然纤维或其他化学纤维以多种比例纺成混纺纱或包缠纱，可作为单丝或复丝。用形状记忆丝加捻纺成的纱线，当环境温度变化而受激发

17、力回复原始形状时，会使纱线变得蓬松、卷曲，形成变形纱。形状记忆金属丝也可纺成具有各种外观的花式纱线形状记忆金属丝也可纺成具有各种外观的花式纱线。 目前 , 开发、应用较成功的形状记忆纱线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纱线 。 如苏格兰 Herior - W att 大学纺织学院 Chan 等在 Gemmel and Dun -smone的带领下 , 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 。

18、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 。如图所示：形态记忆织物形态记忆织物 应用形状记忆材料，采用织造、涂层、整理、复合等方法得到的织物，具有了这些材料所具备的形状记忆功能，即当织物定形后，织物记住了定形时的形状，在低于激发温度的环境下，织物可任意变形或折皱，当织物处于激发温度环境时，织物自动回复到定形时的形状，这种织物称为形状记忆织物形状记忆织物。 形状记忆织物又分为形状记忆非织造织物、形状记忆织造织物和形状记忆整理形状记忆非织造织物、形状记忆织造织物和形状记忆整理织物织物。形状记忆织造织物形状记忆织造织物 采用形状记忆聚氨酯纤维织

19、造的织物有纯纺织物、纯纺纱与普通天然纤维或其他合成纤维纱的交织物以及形状记忆纤维与普通天然纤维或其他合成纤维的混纺纱织成的织物。 采用形状记忆纤维织造出的机织物和针织物具有独特的形状记忆效果。机织物有呢绒布、牛仔布呢绒布、牛仔布等，均以形状记忆纤维作纬纱，其他纤维作经纱。由纯形状记忆纤维编织的环状针织物，小尺寸的可套在手腕上，而且人体体温可使织物变得柔软舒适并收缩至紧贴皮肤。形状记忆非织造织物形状记忆非织造织物 现已开发的形状记忆聚合物织物除了机织物、针织物机织物、针织物外，还有非织造织物非织造织物，主要是通过在织物/非纺织物上层压聚氨酯涂层来赋予。美国专利公开了一种形状记忆织物的制备方法，这

20、种织物是由天然纤维/合称纤维和一层具有形状记忆的聚合物粉末组成，二者之间通过粘结剂粘结，聚合物粉末和粘合剂也可先用合适的溶剂溶解，然后通过辊压至织物的纤维之间或表面形成一层薄而平滑的薄膜，这种织物具有合适的形状记忆触发温度，用于服装衬布、包带，具有良好的抗皱和耐磨等性能，在使用过程中产生的皱痕可以通过升高温度使其恢复原来的形状。形状记忆整理织物形状记忆整理织物 织物的许多功能是通过整理获得的，如抗菌、免烫抗皱、阻燃、防水、防静电等。纺织面料的功能特性除了一部分依靠特种纤维材料获得以外，大部分是通过后整理而取得的。由于传统的整理剂始终含有或多或少的甲醛，对人体健康造成一定的威胁才，因此人们不断地改进整理技术、开发新产品。 形状记忆整理看可以通过树脂整理剂树脂整理剂和形状记忆高分子整理剂形状记忆高分子整理剂