應(yīng)用相變材料的紡織纖維

應(yīng)用相變材料的紡織纖維
相變材料（PCM－PaseChangeMaterial）是指隨溫度變化而改變形態(tài)并能提供潛熱的物質(zhì)。相變材料可分為有機(jī)（Organic）和無(wú)機(jī)（Inorganic）相變材料。亦可分為水合（Hydrated）相變材料和蠟質(zhì)(ParaffinWax)相變材料。我們常見(jiàn)的相變材料非水莫屬了當(dāng)溫度低至0攝氏度時(shí)，水由液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)（結(jié)冰）。當(dāng)溫度高于0攝氏度時(shí)水由固態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)（溶解）。在結(jié)冰過(guò)程中吸入并儲(chǔ)存了大量的冷能量，而在溶解過(guò)程中吸收大量的熱能量。冰的數(shù)量（體積）越大，熔解過(guò)程需要的時(shí)間越長(zhǎng)。這是相變材料的典型的一個(gè)例子。
在紡織領(lǐng)域，通過(guò)紡織品表面或者纖維內(nèi)含有的相變材料可以達(dá)到調(diào)節(jié)溫度的功能。這類材料能夠根據(jù)外界環(huán)境的變化，在一定的溫度范圍內(nèi)自由調(diào)節(jié)紡織品的溫度，比一般常規(guī)織物更具舒適性。目前上很多公司已經(jīng)開(kāi)始將這類材料用于新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)中。
美國(guó)Outlast技術(shù)較早形成了商業(yè)化的相變材料服用纖維，該技術(shù)早由美國(guó)太空總署為登月計(jì)劃而研發(fā)的。目的是為宇航員制作登月服裝，包括手套、襪子、內(nèi)衣等，后來(lái)發(fā)展到用于普通服裝，特別是戶外服裝，包括滑雪衫、褲、毛衣等。該技術(shù)于1988年開(kāi)發(fā)成功，1994年首次用于商業(yè)用途，現(xiàn)已廣泛用于服裝和床上用品。Outlast纖維為腈綸纖維，能夠隨著外界的變化自動(dòng)調(diào)整溫濕，其技術(shù)關(guān)鍵是采用微膠囊相變材料（PCM）,利用相變材料具有能以“潛熱”的形式吸收儲(chǔ)存，釋放大量的能量特點(diǎn)，并形成產(chǎn)品固定的溫度變化范圍（1°F-20°F），固液態(tài)能互相轉(zhuǎn)化。人體調(diào)節(jié)體溫的關(guān)鍵是皮膚，當(dāng)穿著者受涼時(shí)，輸送血液的毛細(xì)血管通過(guò)皮膚的收縮和擴(kuò)張，即血管收縮和舒張，以限制和增加血液流量，從而減少或增加熱量的流失。在Outlast纖維中的微膠囊熱敏相變材料為碳?xì)浠?Hydrocarbonwax)，可以根據(jù)環(huán)境溫度吸收和釋放熱量，對(duì)外界環(huán)境溫度的變化在皮膚上作出相應(yīng)的反應(yīng)，對(duì)溫度變化有緩沖作用，因此具有氣候調(diào)節(jié)功能，在身體和服裝等產(chǎn)品之間形成良好的小氣候。相變材料在纖維上結(jié)合的方式有兩種，一種是通過(guò)面料涂層，即將含有Outlast技術(shù)的微膠囊（pcms）涂于織物表面形成，一種是將微膠囊（pcms）植入腈綸纖維內(nèi)，該纖維可進(jìn)行紡紗織造。我國(guó)保定雄亞紡織集團(tuán)開(kāi)發(fā)生產(chǎn)的太空相變調(diào)溫纖維絨線就是應(yīng)用Outlast纖維與進(jìn)口高級(jí)洛科絨粘合而成的產(chǎn)品。
除了Outlast纖維，瑞士Scholler公司生產(chǎn)的ComfortTemp恒溫纖維及其產(chǎn)品采用相變材料(PCM)也具有同樣的虛熱保溫的功效。日本小松精煉公司也開(kāi)發(fā)出AirTechnio溫度調(diào)節(jié)材料，它覆蓋一層含溫度調(diào)節(jié)功能的蛋白質(zhì)粉末的薄膜，通過(guò)重復(fù)的吸熱、儲(chǔ)熱河放熱來(lái)適應(yīng)外部環(huán)境的溫度變化。此外，著名的高科技材料公司Triangle在次海灣戰(zhàn)爭(zhēng)期間研究制成了一種含有相變材料膠囊的茄克，部分解決了甲板士兵由于海灣地區(qū)的高溫和陽(yáng)光照射、艦船表面溫度可高達(dá)60°C以上而產(chǎn)生的迫切降溫的需要。該茄克可以在40°C的氣溫下保持服內(nèi)舒適度達(dá)1-2個(gè)小時(shí)，又下延長(zhǎng)了美軍作戰(zhàn)部隊(duì)在酷熱條件下的戰(zhàn)地執(zhí)勤時(shí)間。
目前我國(guó)也已開(kāi)展相變儲(chǔ)能材料的研究，天津工業(yè)大學(xué)研制的熔紡纖維中相變材料微膠囊含量達(dá)到了20wt%，經(jīng)測(cè)試在38°C的氣溫下保持內(nèi)部溫度低于30°C達(dá)2.5小時(shí)。目前已試用于我軍新型飛行服和通風(fēng)服等。uroCXhY

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