相变纤维与伪相变纤维

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1、相变纤维与伪相变纤维0引言   相变纤维可以在不同的温度下，激发启动吸热或放热，通常又称为自适应相变纤维。所谓自适应（self-adapted）是指对环境温度的自调整性。当温度高于某一阈值时，材料相变而吸热，使温度不再升高；温度低于某一阈值时，纤维相变而放热，使温度不再降低。因此，这类纤维材料可主动地、智能地控制周围的温度，故又称为智能纤维。这种纤维大都具有双向温度调节和适应性，可以在温度振荡环境中反复循环使用。   显然这种主动性、自适应性和反复循环作用是区别于传统保暖纤维和目前一些“调温纤维”的。传统的保暖纤维材料靠对热流的反射和隔绝来达到保温目的，以纺织品的厚度、静止空

2、气和反射材料为主要着眼点，如蓬松絮片、中空纤维和高弹性卷曲纤维的多静止空气层的隔绝；铝膜或金属膜的反射作用隔绝；陶瓷粉末等的反射、吸收转换作用的隔绝和生热等。但这些机制对过冷环境和自感觉热状态显然无能为力。相变纤维也不同于舒适导湿和凉爽纤维，前者通过快速吸、导湿和水汽蒸发来散热；而后者以纤维或织物表层为导湿快干的材料，如皮芯复合、超细、表面多沟槽纤维等。   显然，上述两类保温或调温的纤维对湿、冷和过热环境不能适应。这些纤维材料明显地存在着被动性、隔离式与无法自调控制的特征。虽然在商业宣传中被称为“调温纤维”或“空调纤维”，但本质上仍为普通纤维或差别化纤维，并非智能纤维或相变

3、纤维。由于这类保暖和凉爽纤维在热调整作用上都是被动防护，能量和效果有限，所以称为被动保温或“伪相变”纤维。   实际中，相变纤维的吸、放热量有限，时间亦较短，故若将相变纤维与传统保温、散热方式相结合，则更能有效地体现其快速稳定的自调控制性。目前相变纤维及其与传统纺织品组合的材料已在运动服、职业服、室内装饰、鞋袜、医疗用品等方面得到应用。   1伪相变纤维的种类及保温原理   以下所说的伪相变纤维，其实是指具有温度调节作用，但方向是单一的而不是双向的。这些纤维所具有的温度调节功能都是单一的，或升高或降低，如果合理使用可以得到良好的效果。但这些纤维也存在明显的缺点，即由于只具有单

4、向温度调节作用，所以当环境温度变化方向与其温度调节方向相反时往往不能很好地发挥其效能，甚至效果正是人们所不希望的。   2相变纤维   研究表明，当人体处于热平衡时，感觉舒适的皮肤平均温度在33.4℃左右，身体任何部位的皮肤温度与皮肤平均温度的差在1.5～3.0℃范围内，人体感觉不冷不热，若温度差超过±4.5℃范围，人体将有冷暖感。因此，如果能够根据人体皮肤的这一特点研制在环境温度较高时具有吸热功能、在环境温度较低时具有放热功能的纤维，将从根本上改变原有纤维的功能，大大改善传统服装的舒适性和环境温度适应性。根据有关报道，目前相变纤维的制法主要有如下几种。   2.1涂层法  

5、 美国农业部南方实验室的Vigo等人将分子量为500～8000的聚乙二醇和二羟甲基二羟基乙二脲（DM-DHEU）等交联剂及催化剂一起混合后制成均匀水溶液，将棉、涤棉和羊毛织物等在水溶液中浸渍、轧榨、烘干和皂洗后得到增重50%左右的织物，该类织物在0～50℃温度范围比未处理的织物具有明显的吸放热效果。Harlan等人将该类织物用于滑雪衫，并且在滑雪和类似滑雪的条件下进行了试穿试验，用以测定该类服装的温适功能和保护功能。其中82%的测试者对服装具有良好的防风效果和保暖效果表示满意。   2.2微胶囊混合法   美国Triangle公司在90年代初，合成出了直径15～40mm具有吸

6、放热功能的微胶囊，并通过微胶囊整理在织物表面得到了具有温度调节功能的纺织品。美国OUTLAST公司于1997年将Triangle公司的微胶囊整理织物技术实现了商业化。由此制成的服装能够使身体损失的热量降到最低，从而使人的身体处于一种舒适的状态中。1993年Triangle公司申请了将石蜡类碳氢化合物封入直径1～10mm的微胶囊中，然后与聚合物溶液一起纺丝，得到具有可逆蓄热特点纤维的专利。   2.3中空纤维填充法   1971年Hansen.R.H申请的美国专利将二氧化碳之类的气体先溶解到各种溶剂中，然后充填到纤维的中空部分，在织造前，利用特殊方法将中空部分密封，从而利用纤维

7、中空部分的气液（固）相转变来达到保温。1981年，Vigo等人将带有结晶水的无机盐充填到中空纤维的中空部分，利用相变盐在室温下发生熔融和结晶而产生可逆贮热和释热性能，从而达到调温效果。后来，Vigo等人还将聚乙二醇封入中空纤维内部。   2.4复合纺丝法   20世纪90年代初，日本公司采用纺丝法直接将低温相变物质如石蜡纺制在纤维内部，并在纤维表面进行环氧树脂处理，防止石蜡从纤维中析出。该纤维在升降温过程中，石蜡熔融吸热、结晶放热，使纤维的热效应明显不同于普通纤维。   3主要问题与可能的发展   3.