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1、特种服装材料之相变材料姓名：刘善炜学号：100118058班级：10材料特种服装材料——相变材料[摘要]从相变材料的概念、调温机理、对人体的作用、当温度转变时的热转移效果几方面综述了相变材料的特性,并探讨了相变材料在纺织服装上,期望相转变材料在纺织服装上开发成功 [关键词]相变材料前景 1相变材料 相变材料PCMs(PhaseChangeMaterials)是指在一定狭窄明确的温度范围,即通常所说的相变范围内可以改变物理状态,如从固态转变为液态或从液态变为固态的材料。在相变过程中,体积变化很小,热焓高,因此以潜热形式从周围环境吸收或释放大量热量,热的吸收量或释放量
2、比一般加热和冷却过程要大得多,而此时PCMs的温度保持不变或恒定。在服装上应用时,相转变温度范围应和人体温度变化范围相似,以利于保持恒定的皮肤温度。我们最常见的相变材料就是水:当温度低至0℃时,水由液态变为固态,当温度高于0℃时,水由固态变为液态。在结冰过程中吸入并储存了大量的冷能量,而在溶解过程中会吸收大量的热能量。冰的数量(体积)越大,溶解过程需要的时间越长。这是相变材料的一个最典型示例。从水的例子中可以看出,相变材料的这种特性在节能,温度控制等领域有着极大的实践意义,实际上可作为能量存储器来使用。因此,相变材料及其应用已成为广泛的研究课题。对纺织领域来讲,相变材料
3、尚属新型材料,其在纺织服装领域内大有用武之地。该材料可广泛应用于制冷业、长期室外作业人员,以及特种行业,如坦克兵、航天员的服装使用材料。相变材料主要分为三种,由于相变材料在液态时易于流动散失,在服装上使用必须采用微胶囊相变材料。 2相变材料的分类 相变材料在自然界中存在的形式各种各样,迄今为止,已有超过500种的天然和合成相变材料被人们掌握和了解[。人们按相变温度的范围,将相变材料分为三类:高温、中温和低温相变材料。按相变材料的组成成份将相变材料分为两类:有机类和无机类。按相变的方式,将相变材料分为四类:固——固相变,固——液相变,固——?气相变,及液——气相变材料。
4、由于后两种相变方式在相变过程中,伴随有大量气体的存在,使材料体积变化较大。因此,尽管它们相变焓较大,但在实际中很少应用。常用的就是固——固相变和固——?液相变材料。2.1无机类无机类相变材料主要有结晶水合盐类、熔融盐类等。其中最典型的是结晶水合盐类,它们有较大的熔解热和固定的熔点(实际上是脱出结晶水的温度变化:脱出的结晶水使盐溶解而吸热,降温是其发生逆过程,吸收结晶水而放热)。具有代表性的有:Na2SO4?10H2O,MgCl26H2O等水合盐类。结晶水合盐类通常是中、低温相变储能材料中的重要一类,优点是:使用范围广、导热系数大(与有机类相变材料相比)、溶解热较大、
5、密度大(单位体积的储热密度大)、一般成中性、价格较便宜。但是,这类材料通常存在两个问题:一是过冷现象,另一个问题是出现相分离。2.2?有机类这类相变材料常用的有;高级脂肪烃类、醇类、高级烷烃类。其中典型的有CnH2n+2、CnH2nO2等。有机类相变材料具有的优点有:在固体状态时成型性较好,一般不容易出现过冷现象和相分离。而缺点是:导热系数小,单位体积的储能能力较小,熔点较低,不适于高温场合中应用。 3相变材料的作用机理 当环境温度或人体皮肤温度达到服装内MPCMs溶点,其吸热从固态转化为液态。在服装层内产生短暂的致冷效果(见图1)。热能可能来自人体也可能来自外界温
6、暖环境。一旦PCMs完全溶解,储能结束。如果PCMs服装在低于PCMs冰点温度的寒冷环境中使用,服装温度低于转换温度,液态MPCMs将变回固态,释放出能量提供短暂的加热效果(见图2)。这种热转换在服装内起缓冲作用,减小皮肤温度的变化,延长穿着者的热舒适感。 如果在服装上使用,希望其相变温度在33℃。但是所使用的MPCMs相变温度不一定就是33℃,而是比这一温度高几度和低几度的MPCMs混合后应用于服装。只有这个温度下,一半的固态相变材料吸热溶解成液态,不至使皮肤温度过高,而另一半的液态放热凝固成固态,释放热量,不至使皮肤温度下降过低。 4微胶囊相变材料服装 由于相
7、转变过程比较短暂,在恒温环境中PCMs没有任何作用。因此,穿着者必须活动以引起PCMs面料的温度变化或者经常在有温差的两个环境中工作,以保证PCMs发生相变吸热或放热。此外,含PCMs的服装层必须具有热量传导作用,能让PCMs感受到温度的变化。 4.1改变环境温度 有些人需要不停地从冷库或运输车到室内或外界温暖环境工作。PCMs防护服可以为这些在温度变化环境中工作的人提供舒适。在这些使用场合中,PCMs的相变温度应该设定为温暖环境时液态,寒冷环境时固态。 PCMs面料的研发与生产人员声称该面料具有动态保暧性,在寒冷环境中比常规保暧材
