形態(tài)記憶紡織品2

1、形狀記憶智能紡織品現(xiàn)狀及前景形狀記憶智能紡織品現(xiàn)狀及前景形狀記憶織物形狀記憶織物形狀記憶紗線形狀記憶紗線形狀記憶纖維形狀記憶纖維 形狀記憶合金纖維、形狀記憶聚合物纖維、形狀記憶水凝膠纖維形狀記憶效應(yīng)形狀記憶效應(yīng)形態(tài)記憶效應(yīng)的概念形態(tài)記憶效應(yīng)的概念 形狀記憶效應(yīng)（SME）指的是通過(guò)熱、化學(xué)、機(jī)械、光、磁、電等外界刺激，觸發(fā)材料響應(yīng)，從而改變材料的形狀、位置、應(yīng)變、硬度、頻率、抗震、摩擦等動(dòng)態(tài)或靜態(tài)技術(shù)參數(shù)的現(xiàn)象。形狀記憶效應(yīng)的由來(lái)形狀記憶效應(yīng)的由來(lái) 形狀記憶效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)可追溯到1938年。當(dāng)時(shí)美國(guó)Greningerh和Mooradian在Cu-Zn合金中發(fā)展了馬氏體的熱彈性轉(zhuǎn)變。隨后，前蘇聯(lián)Kur

2、djumov對(duì)于這種行為進(jìn)行了研究。1951年美國(guó)Chang和Read在Au47.5Cd（金的摩爾分?jǐn)?shù)為47.5%）合金中發(fā)現(xiàn)了形狀記憶效應(yīng)。直到1962年，美國(guó)Buehler發(fā)現(xiàn)了NiTi合金中的形狀記憶效應(yīng)，才開始了“形狀記憶形狀記憶”的實(shí)用階段。形態(tài)記憶作用原理形態(tài)記憶作用原理 形態(tài)記憶紡織品的作用原理基于形態(tài)記憶纖維 , 它是智能纖維的主要品種之一 。 該種纖維在第1次成型時(shí) , 能記憶外界賦予的初始形狀 , 且形狀固定后的纖維可發(fā)生形變 , 并在較低溫度下將此形變固定下來(lái)(2 次成型)或者是在外力的強(qiáng)迫下將此變形固定下來(lái) , 當(dāng)再次給予變形的纖維加熱或熱水洗滌等外部刺激時(shí) , 能可逆

3、地可逆地恢復(fù)到原始狀態(tài) 。 也就是說(shuō) , 最終的產(chǎn)品具有對(duì)纖維最初形狀最初形狀記憶的功能。形態(tài)記憶纖維的概念形態(tài)記憶纖維的概念 形態(tài)記憶纖維是指具有某一原始形態(tài)具有某一原始形態(tài)的纖維，發(fā)生形變后，在特定的外界條件下如熱、光、電等的刺激下，又可自動(dòng)恢復(fù)初始形態(tài)的智能纖維。其可以簡(jiǎn)單表示為“記憶初始態(tài)記憶初始態(tài)固定變形固定變形恢復(fù)起恢復(fù)起始態(tài)始態(tài)”的循環(huán)。 也就是說(shuō)最終的產(chǎn)品具有對(duì)纖維最初形狀最初形狀記憶的特性，使用該種形狀記憶纖維制得的織物被稱為形狀記憶面料。面料設(shè)計(jì)成服裝用手揉搓面料產(chǎn)生褶皺 撫平褶皺恢復(fù)原狀 根據(jù)原料來(lái)源根據(jù)原料來(lái)源 形狀記憶聚形狀記憶聚 合物合物形狀記憶合形狀記憶合金首先被

4、加金首先被加工成細(xì)絲，工成細(xì)絲，然后金屬絲然后金屬絲需要在極高需要在極高的溫度加工的溫度加工以獲得形狀以獲得形狀記憶效果。記憶效果。常見的聚合物纖維如聚氨酯形狀常見的聚合物纖維如聚氨酯形狀記憶纖維，可通過(guò)溶液濕法或熔記憶纖維，可通過(guò)溶液濕法或熔法紡絲而制備法紡絲而制備形狀記憶纖維的分類形狀記憶纖維的分類 形態(tài)記憶纖維的制作形態(tài)記憶纖維的制作形狀記憶纖維的制作主要分為 3 類：第 1 類是利用 20 世紀(jì) 60 年代新興的形態(tài)記憶合金、聚合物形態(tài)記憶合金、聚合物 ,直接制造或合成的形態(tài)記憶纖維 。形狀記憶合金通常是兩種或兩種以上的具有形狀記憶效應(yīng)的金屬構(gòu)成的合金。而形狀記憶聚合物的紡絲工藝主要包

5、括溶液干法、溶液濕法、熔融擠出法和化學(xué)反應(yīng)法，該類纖維可編織成具有特殊外觀的織物 , 或設(shè)計(jì)成美觀的花式紗線 , 織造成具有形態(tài)記憶的布匹。第2類是通過(guò)后期使用整理劑整理整理劑整理的方法，賦予天然的或人造的纖維形狀記憶功能的纖維 , 它解決了普通纖維易起皺、縮水、定形不穩(wěn)定等問(wèn)題，這種整理技術(shù)大致經(jīng)歷了防皺防縮、洗可穿和耐久壓燙整理等幾個(gè)發(fā)展階段，最早提出的形狀記憶纖維指的就是此種纖維 。其作用原理原理主要是形狀記憶高分子在纖維上面生成連接點(diǎn)，當(dāng)形狀記憶高分子在一定條件下發(fā)生運(yùn)動(dòng)時(shí)就會(huì)拉動(dòng)纖維運(yùn)動(dòng)，從而達(dá)到纖維恢復(fù)到原始狀態(tài)的效果。 利用形狀記憶整理劑整理出的纖維除具有傳統(tǒng)的防皺 、防縮功能外

6、 , 對(duì)溫度具有很強(qiáng)的熱敏感性 。 第 3 類是利用接枝接枝 , 包埋包埋等技術(shù) , 把具有形態(tài)記憶的高分子材料接枝到纖維上 , 或者把具有形態(tài)記憶效應(yīng)的材料包埋到纖維中 , 賦予新纖維形狀記憶特征 。 此類纖維屬于復(fù)合材料 , 主要應(yīng)用于電子 、航天工業(yè) 。形狀記憶合金纖維形狀記憶合金纖維 已發(fā)現(xiàn)的形狀記憶合金種類很多，具有使用價(jià)值的形狀記憶合金大致可歸納為3類：鎳鎳-鈦形狀記憶合金，銅基形狀記憶合金和鐵基形鈦形狀記憶合金，銅基形狀記憶合金和鐵基形狀記憶合金狀記憶合金。 機(jī)理是：將已在高溫下定形的形狀記憶合金放置于低溫或常溫下使其產(chǎn)生塑性變形，當(dāng)環(huán)境溫度升高到臨界溫度（相變溫度）時(shí)，合金變形

7、消失并可恢復(fù)到定形時(shí)的原始形態(tài)。迄今為止 , 研究 、應(yīng)用最普遍的合金形狀記憶纖維是鎳鈦合金纖維鎳鈦合金纖維 。1具有優(yōu)異的形狀記憶和超彈性性能、良好的力學(xué)性能和耐蝕性、生物相容性及高阻尼性。2經(jīng)適宜控制成分和加熱處理，冷拉伸長(zhǎng)率可高達(dá)100%。該合金可以通過(guò)真空自耗熔煉-真空感應(yīng)重熔方法制造，將它在大氣中鍛造、軋制、拉拔后可制成纖維。3該纖維具有較大的形狀記憶應(yīng)變（6%-10%）和較高的恢復(fù)應(yīng)力，200-760MPa，具有較高的記憶壽命，循環(huán)次數(shù)可達(dá)107以上。Company L鎳鈦記憶合金 如英國(guó)防護(hù)服裝和紡織品機(jī)構(gòu)研制的防燙傷服裝中, 鎳鈦合金纖維先被加工成寶塔式螺旋彈簧狀寶塔式螺旋彈簧

8、狀, 再進(jìn)一步加工成平面狀, 然后固定在服裝面料內(nèi)，該類服裝表面接觸高溫時(shí), 形狀記憶纖維的形變被激發(fā), 纖維迅速由平面狀變成寶塔狀, 在兩層織物內(nèi)形成很大的空腔, 使高溫遠(yuǎn)離人體皮膚, 防止?fàn)C傷。又如2001 年意大利 Corpo Nove 公司設(shè)計(jì)出一款“懶人襯衫”,在襯衫面料里加入鎳-鈦和尼龍纖維 , 使之具有“ 形狀記憶功能” 的特性，當(dāng)外界氣溫偏高時(shí),襯衫的袖子會(huì)在幾秒內(nèi)自動(dòng)從手腕卷到肘部; 當(dāng)溫度降低時(shí), 袖子能自動(dòng)復(fù)原。 在未激發(fā)的狀態(tài)，內(nèi)外層織物接近保持最小的空氣縫隙，因而熱絕緣性也最小。當(dāng)熱威脅發(fā)生時(shí)，外層織物1通過(guò)傳導(dǎo)片3將熱傳遞到形狀記憶彈簧5，彈簧迅速由平面狀變化為寶塔

9、狀，在兩層織物間形成很大的空隙，形成良好的絕緣空氣縫隙。絕緣片4是為了防止熱能通過(guò)彈簧片傳到里層織物2。形狀記憶聚合物纖維形狀記憶聚合物纖維 形狀記憶聚合物（SMP）運(yùn)用現(xiàn)代高分子物理學(xué)理論和高分子合成及改性技術(shù)，對(duì)通用高分子材料進(jìn)行分子組合和改性，如聚乙烯、聚酯、聚氨酯等高分子材料通過(guò)分子設(shè)計(jì)及分子結(jié)構(gòu)的調(diào)整，使它們?cè)谝欢l件下，被賦予一定的形狀，當(dāng)外部條件發(fā)生變化時(shí)，它可相應(yīng)地改變形狀并將其固定，如果外部環(huán)境以特定的方式和規(guī)律再次發(fā)生變化，它們便可逆地恢復(fù)至起始態(tài)。由于促使它們完成上述循環(huán)的外部環(huán)境有熱能、光能、電能和聲能等物理因素以及酸堿度、鰲合反應(yīng)和相轉(zhuǎn)變反應(yīng)等化學(xué)因素，所以SMP分為

10、熱致熱致SMP、電、電致致SMP、光致、光致SMP、化學(xué)感應(yīng)型、化學(xué)感應(yīng)型SMP等等。目前, 得到應(yīng)用的形狀記憶高聚物有聚降冰片烯、反式 1,4- 聚異戊二烯、 交聯(lián)聚乙烯、聚氨酯、聚酰胺、含氟高聚物等。 自法國(guó)的CDF Chimie公司于1984年成功開發(fā)了具有形態(tài)記憶功能的聚降冰片烯聚降冰片烯之后，形態(tài)記憶聚合物受到廣泛關(guān)注，各種形態(tài)記憶聚合物不斷問(wèn)世。形態(tài)記憶聚合物具有質(zhì)輕價(jià)廉、形變量大、成形和賦形容易，以及形狀回復(fù)溫度便于調(diào)整等優(yōu)點(diǎn)，在紡織業(yè)具有巨大的發(fā)展?jié)摿Γ淇梢酝ㄟ^(guò)紡絲的方式賦予紡織品形態(tài)記憶功能。 具有形狀記憶的聚合物除了應(yīng)滿足可紡性要求外 , 最主要的是纖維必須具有形狀記憶特

11、性。 聚氨酯形狀記憶纖維聚氨酯形狀記憶纖維現(xiàn)在廣泛用于各行各業(yè)。聚氨酯屬熱致感應(yīng)型形狀記憶高分子。形狀記憶聚氨酯是日本三菱重工業(yè)公司于1988年6月首先公布于世的。該公司開發(fā)出的有形狀記憶功能的聚氨酯類聚合物Diaplex，能廣泛地用于服裝、醫(yī)療、航空航天、化學(xué)、工業(yè)材料、食品和整容化妝等行業(yè)。 Diaplex聚氨酯聚氨酯有許多優(yōu)異性能。例如，它的軟化溫度能夠在白天溫度變化范圍內(nèi)隨意調(diào)節(jié)。當(dāng)氣溫低于該設(shè)定溫度時(shí)，它便能恢復(fù)到原先形狀；當(dāng)溫度升高時(shí)到設(shè)定溫度以上時(shí)，由于激活了微布朗運(yùn)動(dòng)，增大了聚合物分子之間的間隙，產(chǎn)生微孔，水蒸氣可以通過(guò)。所以Diaplex是一種理想的智能化防水透濕材料，目前，

12、Diaplex在紡織上主要用來(lái)制作防水透濕織物和服裝。 香港理工大學(xué)香港理工大學(xué)紡織及制衣學(xué)系使用常用工業(yè)聚氨酯合成設(shè)備 , 合成出了形狀記憶聚氨酯 , 然后利用傳統(tǒng)濕法紡絲工藝及設(shè)備紡出了具有形狀記憶的纖維 ，所得纖維的斷裂強(qiáng)度可達(dá)1.0 1 . 5 cN /dtex , 斷裂伸長(zhǎng)率 100 % 400 %, 其形變固定率和形變回復(fù)率均在 90 %以上 。該發(fā)明已申請(qǐng)了中國(guó)發(fā)明專利。目前 , 形狀記憶纖維的熔體紡絲方法正在研究 、開發(fā)中 , 與普通氨綸相比 , 因其特殊的微觀結(jié)構(gòu)和宏觀上的功能 , 對(duì)合成工藝和紡絲工藝要求更高 。 最近研究較多的PTT纖維纖維也屬于形狀記憶聚合物纖維。PTT

13、纖維是聚對(duì)苯二甲酸1，3丙二醇酯纖維的英文縮寫,與PET (聚對(duì)苯二甲酸乙二酯) 纖維 、PBT( 聚對(duì)苯二甲酸丁二酯) 纖維同屬聚酯纖維 ,由同類聚合物紡絲而成。最早是由 Shell Chemical( 殼牌化學(xué)公司) 與美國(guó)杜邦公司分別從石油工藝路線及生物玉米工藝路線通過(guò)聚合、紡絲制成的新型聚酯纖維 。 由于由于PTTPTT大分子鏈能夠有如同彈簧一樣的彈性變形大分子鏈能夠有如同彈簧一樣的彈性變形 , ,而且在彈性變形過(guò)程中分子的構(gòu)象并未發(fā)而且在彈性變形過(guò)程中分子的構(gòu)象并未發(fā)生變化生變化 , ,當(dāng)外力消失后又會(huì)恢復(fù)原狀當(dāng)外力消失后又會(huì)恢復(fù)原狀 , ,構(gòu)象轉(zhuǎn)變完全是可逆的構(gòu)象轉(zhuǎn)變完全是可逆的

14、, ,從而使從而使 PTT PTT纖維具有良好的彈纖維具有良好的彈性回復(fù)性能，它自己可完成記憶起始態(tài)和回復(fù)起始態(tài)的作用。性回復(fù)性能，它自己可完成記憶起始態(tài)和回復(fù)起始態(tài)的作用。PTTPTT“形狀記憶形狀記憶”織物具有優(yōu)良的易護(hù)理性，即織物具有優(yōu)良的易護(hù)理性，即在存儲(chǔ)或運(yùn)輸中服裝被折疊壓皺后只要用手撫在存儲(chǔ)或運(yùn)輸中服裝被折疊壓皺后只要用手撫摸就可回復(fù)到初始的平展?fàn)顟B(tài)摸就可回復(fù)到初始的平展?fàn)顟B(tài), ,達(dá)到了免燙要求，達(dá)到了免燙要求，形狀記憶面料得天獨(dú)厚的性能優(yōu)勢(shì)形狀記憶面料得天獨(dú)厚的性能優(yōu)勢(shì), ,使其成為當(dāng)使其成為當(dāng)今時(shí)尚面料的寵兒。如右圖所示：今時(shí)尚面料的寵兒。如右圖所示：如右圖所示，這種弧度造型的

15、塑造,不需要經(jīng)過(guò)復(fù)雜的裁剪和縫制工藝,只需要通過(guò)簡(jiǎn)單的手工折疊或抓捏過(guò)程即可形成。目前PTT的應(yīng)用領(lǐng)域主要是 : 地毯工業(yè)領(lǐng)域、服用材料領(lǐng)域、非織造布領(lǐng)域等。形狀記憶水凝膠纖維形狀記憶水凝膠纖維 水凝膠水凝膠是一種智能材料 , 它的一個(gè)重要特性是在一定的環(huán)境刺激條件下會(huì)發(fā)生體積相變, 即當(dāng)外界環(huán)境條件連續(xù)變化時(shí), 凝膠體積產(chǎn)生不連續(xù)的變化。研究表明, 凝膠的尺寸越小, 其對(duì)刺激作出的響應(yīng)越快。纖維作為一種長(zhǎng)徑比非常大的材料,有利于提高凝膠的響應(yīng)速率。因此利用共聚 、交聯(lián)、共混、涂層、復(fù)合紡絲等方法可以將水凝膠制成纖維或引到其它纖維上, 進(jìn)而開發(fā)成具有特種智能的紡織品。目前在研究的智能型抗浸服其

16、抗浸機(jī)理是：一旦落水，抗浸服中的水凝膠吸水溶脹，將織物中透水導(dǎo)濕的通道封閉，阻止水進(jìn)入服裝；浸濕的服裝晾干后，水凝膠脫水，又恢復(fù)到原狀。形狀記憶紗線形狀記憶紗線 紗線的形狀記憶特征表現(xiàn)為，在不同溫度條件下表現(xiàn)出不同的形狀特征。如常溫下形狀記憶紗芯為直線，當(dāng)溫度上升到轉(zhuǎn)換溫度以上時(shí)，由于紗芯回復(fù)到原始形狀而使紗線變成明顯的螺旋狀。 形狀記憶纖維可紡成具有多種功能的紗線形狀記憶纖維可紡成具有多種功能的紗線，如高伸長(zhǎng)性、高耐磨性、耐火性。高抗擊性等。聚合物纖維可純紡，也可與任何一種天然纖維或其他化學(xué)纖維以多種比例紡成混紡紗或包纏紗，可作為單絲或復(fù)絲。用形狀記憶絲加捻紡成的紗線，當(dāng)環(huán)境溫度變化而受激發(fā)

17、力回復(fù)原始形狀時(shí)，會(huì)使紗線變得蓬松、卷曲，形成變形紗。形狀記憶金屬絲也可紡成具有各種外觀的花式紗線形狀記憶金屬絲也可紡成具有各種外觀的花式紗線。 目前 , 開發(fā)、應(yīng)用較成功的形狀記憶紗線形狀記憶紗線是利用形狀記憶合金纖維同其他纖維混紡而成的具有形狀記憶的各式紗線 。 如蘇格蘭 Herior - W att 大學(xué)紡織學(xué)院 Chan 等在 Gemmel and Dun -smone的帶領(lǐng)下 , 利用已有形狀記憶合金材料紡出的雪尼爾線 、螺旋花線 、短纖竹節(jié)紗 、粗松螺旋花線 、花邊線等花式紗線 。 這些紗線以包芯紗為主 , 形狀記憶合金纖維作為紗芯 , 在外界環(huán)境影響下紗芯進(jìn)行形狀記憶的活動(dòng) 。

18、而包覆在記憶纖維外部的彩色紗線 , 則隨著紗芯的伸展 、翻轉(zhuǎn) 、扭曲 , 變幻出不同的圖案和樣式 。如圖所示：形態(tài)記憶織物形態(tài)記憶織物 應(yīng)用形狀記憶材料，采用織造、涂層、整理、復(fù)合等方法得到的織物，具有了這些材料所具備的形狀記憶功能，即當(dāng)織物定形后，織物記住了定形時(shí)的形狀，在低于激發(fā)溫度的環(huán)境下，織物可任意變形或折皺，當(dāng)織物處于激發(fā)溫度環(huán)境時(shí)，織物自動(dòng)回復(fù)到定形時(shí)的形狀，這種織物稱為形狀記憶織物形狀記憶織物。 形狀記憶織物又分為形狀記憶非織造織物、形狀記憶織造織物和形狀記憶整理形狀記憶非織造織物、形狀記憶織造織物和形狀記憶整理織物織物。形狀記憶織造織物形狀記憶織造織物 采用形狀記憶聚氨酯纖維織

19、造的織物有純紡織物、純紡紗與普通天然纖維或其他合成纖維紗的交織物以及形狀記憶纖維與普通天然纖維或其他合成纖維的混紡紗織成的織物。 采用形狀記憶纖維織造出的機(jī)織物和針織物具有獨(dú)特的形狀記憶效果。機(jī)織物有呢絨布、牛仔布呢絨布、牛仔布等，均以形狀記憶纖維作緯紗，其他纖維作經(jīng)紗。由純形狀記憶纖維編織的環(huán)狀針織物，小尺寸的可套在手腕上，而且人體體溫可使織物變得柔軟舒適并收縮至緊貼皮膚。形狀記憶非織造織物形狀記憶非織造織物 現(xiàn)已開發(fā)的形狀記憶聚合物織物除了機(jī)織物、針織物機(jī)織物、針織物外，還有非織造織物非織造織物，主要是通過(guò)在織物/非紡織物上層壓聚氨酯涂層來(lái)賦予。美國(guó)專利公開了一種形狀記憶織物的制備方法，這

20、種織物是由天然纖維/合稱纖維和一層具有形狀記憶的聚合物粉末組成，二者之間通過(guò)粘結(jié)劑粘結(jié)，聚合物粉末和粘合劑也可先用合適的溶劑溶解，然后通過(guò)輥壓至織物的纖維之間或表面形成一層薄而平滑的薄膜，這種織物具有合適的形狀記憶觸發(fā)溫度，用于服裝襯布、包帶，具有良好的抗皺和耐磨等性能，在使用過(guò)程中產(chǎn)生的皺痕可以通過(guò)升高溫度使其恢復(fù)原來(lái)的形狀。形狀記憶整理織物形狀記憶整理織物 織物的許多功能是通過(guò)整理獲得的，如抗菌、免燙抗皺、阻燃、防水、防靜電等。紡織面料的功能特性除了一部分依靠特種纖維材料獲得以外，大部分是通過(guò)后整理而取得的。由于傳統(tǒng)的整理劑始終含有或多或少的甲醛，對(duì)人體健康造成一定的威脅才，因此人們不斷地改進(jìn)整理技術(shù)、開發(fā)新產(chǎn)品。 形狀記憶整理看可以通過(guò)樹脂整理劑樹脂整理劑和形狀記憶高分子整理劑形狀記憶高分子整理劑