形状记忆面料的机理和特点

形状记忆面料的机理和特点刘辉凤;薛淑云;伍冬平【摘要】概述了记忆面料的常用原料、记忆机理、及其开发现状和应用.【期刊名称】《现代丝绸科学与技术》【年(卷)，期】2008(023)003【总页数】4页(P23-26)【关键词】记忆面料;PTT纤维;记忆机理;聚氨酯【作者】刘辉凤;薛淑云;伍冬平【作者单位】苏州大学材料工程学院，江苏苏州,215021;苏州大学材料工程学院，江苏苏州,215021;苏州大学材料工程学院，江苏苏州,215021【正文语种】中文【中图分类】TS1形状记忆面料是指具有形态记忆功能的面料，也称记忆布，或形态记忆布。它是由意大利开发研制，有着金属面料的可塑性和光泽感，但比金属面料的手感更加柔软而且不用担心有折痕的损伤。用该面料制成的服装不用夕卜力支撑，就可以独立保持任意形态及呈现任意褶皱，用手轻拂后即可完全恢复平整状态，不会留下任何折痕，保形具有永久性。1原料1.1PTT纤维PTT(聚对苯二甲酸丙二醇酯)纤维是由对苯二甲酸(PTA)和1,3-丙二醇(PDO)缩聚而成。它的大分子的基本链节中有三个亚甲基，会产生〃奇碳效应”，分子链在三个亚甲基处易弯曲、旋转形成“Z”型构象。表1为PTT纤维与其他纤维的性能比较，从中可以看出PTT纤维及织物的优良性能。表1为PTT纤维与其他纤维的性能比较性能PTTPETPBTPA66PA6玻璃化温度(Tg)/°C45~65802250~9040~87熔点(Tm)/°C228265228260220断裂伸长率/%4825~2830454420%拉伸回复率/%8340436153吸水率/%(24h)(336h)0.090.490.030.15--2.88.91.99.5杨氏模量/(cN/dtex)2585302222由表1得，PTT纤维断裂伸长率为48%，伸长率20%时拉伸回复率为83%，优于其它几种纤维，具有良好的弹性性能，赋予面料很好的抗皱性。但PTT纤维的吸水性较差，24h的吸水率只有0.03%,336h的吸水率只有0.15%，同比条件下，比PET、PA纤维的都低，使其面料具有较好的干爽性；较小的杨氏模量使PTT纤维和织物具有良好的柔软性。1.2形状记忆聚氨酯形状记忆聚氨酯是由2,4-甲苯二异氰酸酯(2,4-TDI)、不同分子量的聚己二酸丁二醇酯(PBAG)和1,4-丁二醇(BDO)聚合而成。不同相对分子质量PBAG为软段与2,4-TDI反应，再与BDO扩链合成了有形状记忆功能的聚氨酯弹性体。表2为不同组成的聚氨酯及其有关参数，表3为不同硬段含量的聚氨酯的力学性能，通过比较得出具有最好的形状记忆功能的聚氨酯的组成。表2不同组成的聚氨酯及有关参数编号PBAG/TDI/BDO(mol比)相对分子质量(PBAG)硬段含量/%Tg/CTm/C结晶度/%A11/2/1100030.48-25.13--B11/2/1200017.98-39.81--C11/2/1300012.75-44.547.931.1C21/3/2300018.98-34.9945.129D11/2/150008.06-63.114834.2D21/3/2500012.32-47.545.430.1“-”表示没有测出。表3不同硬段含量聚氨酯的力学性能［1］编号PBAG/TDI/BDO(mol比)硬段含量/%拉伸强度/MPa断裂伸长率/%C11/2/112.756.54200C21/3/218.9817.22400C31/5/429.118.5450C41/8/740.319.32400C51/10/945.916.3250由表2可知，相对分子质量为3000以及3000以上的PBAG为软段，与2,4-TDI和BDO反应，制得的聚氨酯在室温下能够良好结晶。由表3知，只有硬段含量大于15%，才可以形成稳定的硬段微区，起到物理交联点的作用。软段实现形状记忆功能，硬段可使材料回复形状。另外多次拉伸一回复可以提高形状记忆聚氨酯的形状记忆性能。2形状记忆机理根据上述材料的结构性能，面料的记忆机理可作如下分析。首先，高分子材料由玻璃态向高弹态的变化赋予了其形状记忆功能。因为玻璃化转变温度(Tg)以下表现为刚性与脆性；以上表现为弹性与柔性，在其附近，机械性能会发生明显变化；其次，聚合物为两相结构，即固定相和可逆相。固定相可以是聚合物中的交联结构、部分结晶结构等，作用为初始形状的记忆和恢复；可逆相则为发生玻璃态与高弹态可逆转变的非晶相结构或产生结晶与结晶熔融可逆变化的部分结晶结构等，赋予第二次变形和固定。2.1PTT面料形状记忆机理形状记忆面料中PTT纤维充当“记忆原始形状”的弹性单元角色。〃奇碳效应”使得PTT大分子链能够有如同弹簧一样的弹性变形，在弹性变形过程中分子的构象并未发生变化，当外力消失后又会恢复原状，构象转变完全是可逆的，从而使PTT纤维具有良好的弹性回复性能［2］。PTT纤维在伸长率20%时弹性回复率可达100%，分子构象不发生变化。它自己可完成记忆起始态和回复起始态的作用。由表1得，PTT的玻璃化转变温度为401~45°C,使可逆相的转变温度较低，让PTT服装的熨烫变为简单的手摸成为可能。PET纤维虽具有两相结构，但它的玻璃化转变温度为80C,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。PTT形状记忆面料的记忆功能不但与纤维的结晶度、取向度等内部结构有关，还与纺织结构密切相关。高密低捻的纺织结构充当〃让织物发生第二次变形和固定”的可逆相角色，即纺织结构提供面料或服装形态的可塑性，强化可逆相的作用，否则不足以固定变形态。2.2聚氨酯形状记忆机理由于形状记忆聚氨酯是以软段的结晶到熔融相转变为形状记忆机理的，所以，软段能够在室温条件下良好结晶，是其具有形状记忆功能的必要条件之一。同时，硬段含量必须较高，以形成硬段微区，作为其物理交联点，这是另一个必要条件。形状记忆聚氨酯是由两种不同玻璃化温度的高分子材料聚合而成的嵌段共聚物。其结构中含有软段区、硬段区和软硬段混容区。柔性的软段区（也称可逆相）能产生很大的形变，而在硬段区（也称固定相）内，分子被其相互间的物理交联作用所固定。由于软硬段的共价偶联而抑制了链的塑性移动，从而产生了回弹性。软段在室温范围内是结晶的，或玻璃化转变温度必须高于室温，即具有塑料的特性，当温度升到软段的结晶态熔点或高弹态时，软段的微观布朗运动加剧而易产生形变，但硬段仍处于玻璃态或结晶态，阻止分子链产生滑移，抵抗形变，从而产生回弹性，即记忆性。而当温度下降到其玻璃态时，形变被〃冻结”固定下来［3］。由上述形状记忆机理分析，其具体的形状记忆过程如图1。3记忆面料的开发现状及其应用根据组织结构，织造方式，染色等的不同，记忆面料有许多种，如宇宙面料、牛筋纺记忆面料、斜纹记忆面料（图2）、常用纹理记忆面料、双色记忆面料（图3）、印花记忆面料、提花记忆面料（图4）等。宇宙面料是韩国面料公司最新开发上市的一种记忆面料。它有着梦幻的光泽度，在光线的照射下，面料散发出水波纹的光泽，闪闪发光非常奢华。经纱是记忆纱，纬纱是记忆纱加不锈钢的金属丝，所以它不但具有记忆面料的特性，还保持了金属面料的光泽感，多用于晚装和华丽的夕卜套设计。牛筋纺记忆面料多用于外套，手感舒适［4］。斜纹记忆面料采用进口PTT记忆纤维为原料，夕卜表亮丽、手感舒适、褶皱效果和恢复能力良好。该布用途较广，可制作功能性户夕卜运动服、赛车服、品牌成衣、羽绒衣、雨衣、夹克、运动装、休闲装、床上用品等。双色记忆面料有PTT双色记忆面料、锦纶/PTT双色记忆面料等，具有良好的形态记忆性能和经纬双色特性，适应于棉服、夹克、时装等各种服饰，且两面不同的颜色给服装设计带来新的灵感。印花记忆面料，这种图案像影子一样的设计是时下欧洲非常流行的，工艺比较复杂。提花类记忆面料原料采用进口PTT记忆纤维，在进口多臂织机上织造而成，记忆效果良好，可塑性强，抓皱后轻抚即如熨烫后平整，常用于中高档时装。T1~T6为聚合物处理温度；Tg为可逆相玻璃化转变温度；Tg2为固定相玻璃化转变温度图1聚合物形状记忆过程图2斜纹记忆面料图3双色记忆面料图4提花记忆面料采用形状记忆聚氨酯涂层的织物“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，达到调节体温的作用，大大改善了织物的穿着环境适应性及舒适性能［3］。用形状记忆聚氨酯生产的高防水透气织物Diaplex产品具有良好的抗冷凝性，它不仅适用于一般条件下的穿着，而且适合在极端环境条件下的穿着，其防水透气保暖性能随温度变化而改变，始终保持穿着者有良好的舒适性［5］。4结语本文先对形状记忆面料常用原料的性能及特性进行了介绍，然后从结构及转变温度方面来了解对应面料的记忆机理和特性，最后了解了市场上常用的记忆面料及其应用。该面料具有良好的褶皱回复能力、手感舒适、光泽柔和、质地细腻柔软、悬垂好、抗污染、耐化学性好、尺寸稳定、抗静电等特点。而且具有独特的记忆功能，有了“记忆”之后，面料变得免烫、易护理，使服装变得智能化，使人们的生活变得方便、快捷，成为了今天最流行和最受关注的面料，也将成为世界上应用最为广泛的环保型面料。【相关文献】严冰，邓剑如.形状记忆聚氨酯的结构与性能研究[J].化工新型材料，2003，31(11):37-39.马顺彬.PTT纤维研发现状及其新产品开发[J].国外丝绸，2007，⑹：25-27.曾跃民，严灏景，胡金莲.形状记忆聚氨酯的性能及其应用[J].印染，2001，27(1):5-7.硝烟.褶皱的新视角 记忆面料[J].江苏纺织，2007，(8):24-26.许元巨.有形状记忆功能的聚氨酯及其应用[J].产业用纺织品，2000，16(8):40.丁希凡.形状记忆材料在纺织服装中的应用[J].