形状记忆材料及其在纺织服装上的应用6页

1、形状记忆材料及其在纺织服装上的应用摘要：形状记忆材料是近年来智能材料科学研究发展的一个重要前沿课题, 其在纺织服装、生物医学、国防军工材料等领域中显示出广阔的应用前景。通常可分为三大类：形状记忆金属合金(SMA)、形状记忆陶瓷(SMC)和形状记忆聚合物(SMP)材料。本文综述形状记忆金属合金及形状记忆聚合物材料的概念，分析其工作机理、特性,介绍其在纺织服装中的应用,并展望其应用前景。关键词: 镍一钛(Ni一Ti)形状记忆合金纤维; 形状记忆聚合物; PTT形状高聚物材料; 纺织服装。 “形状记忆材料”是指具有某一原始形状的制品，经过形变并固定后，在特定的外界条件（如热、化学、机械、光、磁或电等

2、外加刺激）下能自动回复到初始形状的一类材料。通常可分为三大类：形状记忆金属合金(SMA)、形状记忆陶瓷(SMC)和形状记忆聚合物(SMP)材料,其中，形状记忆金属合金及形状记忆高聚物在纺织服装上的应用极其广泛。1 形状记忆合金 1.1 工作机理当合金的母相在应力下诱发成马氏体，发生形状改变，而在去除应力后形状并不回复，或母相经相变成马氏体后发生塑性变形，但通过加热后，回复原形。比如NiTi合金丝在较高温度时有一定的形状（如密排的弹簧），在低温时使其变形（弹簧被拉长），外力去除后，其变形保留了下来，但当加热到一定温度时，合金丝就能自动回复到原先的形状（密排弹簧）。 1.2特性（镍钛形状记忆合金）

3、镍钛形状记忆合金具有可恢复形变大、输出能量密度大的特点, 也是研究和应用最普遍的形状记忆纤维。这种纤维是通过将镍钛合金纤维化加工以后制成的, 如瑞士MicrofilIndustries公司生产的一种镍钛合金( 镍5063%) 纤维直径为300m。 1.3在纺织服装上的应用在纺织领域,研究和应用最多的是镍一钛(Ni一Ti)形状记忆合金纤维。镍一钛形状记忆纤维同时被用作文胸的支架,起托垫保形的作用。在温度升高(从室温到体温)时,使文胸恢复到预设的最佳形状,可以提供最优美的身体曲线,舒适感和弹性并存。同理,镍一钛合金纤维被植入婚纱面料、演出服装等,可使面料更挺括、服装不依赖人体支撑,自由体现设计师的

4、造形创意,而且可以折叠,方便储存和运输，在使用前，只需用电吹风吹一下，就可获得理想造型。(a)胸罩的支架 (b)婚纱的衬裙 (c)演出服装支架 (d)冰雪鞋的防滑鞋钉镍钛合金在纺织服装中应用实例在防烫伤服装中, 镍钛合金纤维首先被加工成宝塔式螺旋弹簧, 再进一步加工成平面状, 然后固定在服装的面料内, 当服装表面接触高温时, 形状记忆合金纤维的形变被触发, 纤维迅速由平面状变化为宝塔状, 在两层织物之间形成很大的空腔, 使高温远离人体皮肤,防止烫伤发生。 1.4应用前景形状记忆合金因其独特的形状记忆效果赋予了织物与众不同的功能以及外观造型, 使其前所未有地具有了活力和动感, 带给人们以视觉冲击

5、。形状记忆织物的开发研究目前尚处于起步阶段, 许多方面如纤维加工、纱线生产、织物织造等尚需要进一步的改进; 很多产品有待开发, 例如不同原始形状的、更细的、不同反应时间、不同激发温度、不同回复力的产品等。功能织物和装饰织物的开发将成为未来形状记忆合金织物的主要研究开发方向。随着研究的进一步深入和加工技术的不断提高, 形状记忆合金必将在纺织业有更为广泛的应用前景。2 形状记忆聚合物 2.1 工作机理形状记忆聚合物一般由共聚物构成。该聚合物要具备刚性点/段（固定相）和无定形/柔性段/区（可逆相），这两点是形状记忆聚合物具有良好形状记忆效果的必备条件。固定相的作用是初始形状的记忆和恢复，第二次变形和

6、固定则由可逆相来完成。从广义上讲，凡是具有固定相和软化 硬化可逆相转变结构的聚合物都可以作为形状记忆聚合物，但其形状记忆功能的应用价值取决于可逆相相转变所需的外界条件，例如，PET高聚物同样具有两相结构，理论上可作为形状记忆材料使用，但是它80 的相转变温度（Tg）与人体温度和环境温度都相差较远，使它在日常生活中很难体现形状记忆功能。 2.2 特性与形状记忆合金相比，形状记忆聚合物（Shape MemoryPolymer，SMP）材料具有温度记忆可选择范围宽、质量轻、耐气候性好、原料来源和加工容易、形变量大和重复形变效果好等优点。 2.3 在纺织服装中的应用与其他形状记忆材料相比, 形状记忆聚

7、合物（SMPs）在纺织品、服装和其他相关产品中的应用方式更多,包括绝热织物、透气面料、服用面料的防缩整理。 2.3.1 在防水透气织物中的应用利用形状记忆聚氨酯的透气性可受温度控制这一特点,在响应温度范围附近其透气性有明显的改变,将响应温度设定在室温,则涂层织物能起到在低温(低于响应温度)时,低透气性的保暖作用;在高温(高于响应温度)时,高透气性的散热作用。由于薄膜的孔径远远小于水滴平均直径,可起到防水效果,从而使织物在各种温度条件下都能保持良好的穿着舒适性。据日本三菱重工公司报道,采用形状记忆聚氨酯涂层织物“Azekura”不仅可以防水透气,而且其透气性可以通过体温加以控制,达到调节体温的作

8、用。其作用机理在于聚氨酯的分子间隔会随体温的升高或降低而扩张或收缩,正如人体皮肤一样,能根据体温张开或闭合毛孔,而起到调温保暖的作用,从而改善织物对穿着环境的适应性及舒适性。 2.3.2 在防皱整理中的应用利用聚合物的形状记忆恢复功能,以此类织物纱线或经形状记忆整理的织物制成的服装,具有不同于传统意义上的防皱功能。当此类服装具有足够强的形状记忆功能时,服装在常温下形成的折皱可以通过升温来消除折痕,回复至原来的形状。甚至我们可以将响应温度设计在室温或人体温度范围内,从而可即刻消除形成的折皱。日本Kobayashi 及Kayashi 等曾报道,利用形状记忆高分子粉末对织物进行涂层整理,经整理的织物

9、能在常温或高温下恢复折皱痕迹,具有良好的形状记忆效果。 2.4 应用前景随着研究的进一步深入,形状记忆聚合物的性能将不断提高,成本不断降低。形状记忆聚合物作为一种新型的功能性高分子材料,将在纺织、服装和日用品等领域得到更广泛的应用,并获得良好的经济效益和社会效益。 2.5 PTT形状记忆聚合物 2.5.1 概述PTT是20世纪90年代中期取得产业化开发成功的新型聚酯产品。在化学纤维应用领域中，PTT纤维综合了锦纶的柔软性（并具有更好的色牢度）、腈纶的蓬松性（而避免了磨损倾向）、涤纶的抗污性（却具备了很好的手感），加上PTT纤维本身固有的弹性和弹性恢复性，将各种纤维的优良服用性能集于一体，成为当

10、前国际上最新开发的热门高分子新材料之一。PTT聚合物同样具有软、硬段交替排列的多嵌段结构，其无定形区作为可逆相，结晶区作为固定相，就构成理论上的形状记忆聚合物。 2.5.2 特性 (1)服装易打理.存储或运输中服装被折压皱后只要用手抚摸就可回复到初始的平展状态,属于力和体温联合刺激诱发形状记忆功能的产品;(2) 可塑性好,方便服装造形,可通过手工折叠或抓捏将面料做成所需形状,如郁金香式时装等。(3) PTT 记忆布的视觉风格素雅新颖,不同于已有面料,手感柔软,使之很快被用于女时装、男女风衣、夹克等。2.5.3 在纺织服装中的应用 2.5.3.1 服用材料领域由于PTT纤维具有内在的弹性回复性能

11、, 且柔软性远优于PET 纤维,和锦纶纤维接近,它既有涤纶PET的稳定性又具锦纶的柔软性,所以其面料质地蓬松、手感柔软、穿着舒适。因此可以被广泛应用于各类服装服饰领域。如: 休闲装、弹力牛仔、运动衣、内衣、时装、塑身内衣、无缝针织服装、泳装、弹性紧身服、袜子等。用PTT短纤纱制成的各种纺织品手感极好, 由它制作的服装穿着舒适, 具有手感柔软、易洗、快干、免烫的特点。它在服装上的应用主要有:（1） PTT形状记忆织物可用作衬衣、内衣、外套、装饰等用途。尤其可以满足衬衣的领口、袖口或其它需要较高形状保持要求的部位和服装。（2） 上衣肘部、裤子膝盖或其它起拱后形状回复要求较高的服装。（3） 牛仔布的

12、定型弹性要求。（4） 针织物的形状稳定要求; PTT 形状记忆针织物克服了针织物保型性差的缺点, 当服装使用产生变形后, 只要将环境温度增加到变形回复温度以上就可以回复到定型时的形状。（5） 满足服装中不同造型效果的要求。 2.5.3.2 非织造布领域PTT纤维不仅可以制成各种高弹伸缩及手感柔软的弹性织物, 而且可以通过采用纺粘法和熔喷法生产出各种非织造布。PTT 潜在的可回收性和防Y射线性对于其应用于非织造布领域也很有价值。因此PTT对开发非织造布市场具有很大的潜力, 如妇女卫生巾、一次性尿布、棉胎、装饰布以及汽车、家具坐垫、建筑安全网等。 2.5.4 应用前景目前国内对PTT的研究还不充分

13、，PTT形状记忆纺织品还处于试验室研究阶段。在具体的应用中还存在一些有待解决的实际问题, 如: 成本较高, 材料加工性能较差, 以及记忆效应的稳定性不好等。随着合成技术以及纺丝工艺的不断进步, 以及形状记忆材料基础理论的日趋完善, PTT 及其形状记忆材料的应用将遍及纺织服装工业的各个领域, 它对开发纺织产品和服装设计的促进作用将是无法估量的。参考文献：1、形状记忆合金纺织品及其开发 刘晓霞 (上海工程技术大学, 上海, 201620) 戴自怡 (上海市毛麻纺织科学技术研究所, 上海, 200023)2、形状记忆材料在纺织服装中的应用 丁希凡 (苏州大学艺术学院, 江苏苏州 215021）3、记忆型面料:何以让时装有“记忆” 王府梅 秦丽4、PTT纤维及其形状记忆织物的发展研究综述 周玲 张增强 (五邑大学,广东江门529020)5、形状记忆聚合物包芯纱及织物开发 吕晶 胡金莲 刘岩 （香港理工大学纺织及制衣学院）5、形状记忆织物的发展及展望 赵