形状记忆纺织品——让服装变得更“聪明”

2022-02-16 18:32
 
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今年的北京冬季奥运会不仅仅是运动员间展示出更快、更高、更强、更团结的奥运精神,其实也是对各个国家科学技术水平的一次展现,如冬奥会开幕式上,除了中国队队服外,美国队开幕式队服也引起了广泛讨论。

他们穿的不是羽绒服,而是一件能够“冷胀热缩”的智能保温外套,不过它既没有芯片传感器也没有电池,保温的秘密来源于Skyscrape公司的智能隔热(Intelligent Insulation)科技。这种衣服由一种特殊的纱线织成,纱线可随温度的变化伸缩,从而引起面料的伸展或卷曲,这一设计也迎合了低碳环保避免浪费的大趋势。

现代纺织技术水平下,形状记忆纺织品正在让服装变得更“聪明


形状记忆材料优点

20世纪80年代发展起一种应用非常广泛的新型形状记忆材料——形状记忆聚合物。这种材料可以作为功能性涂层覆盖在纺织品上。当外部环境以特定的方式和规律发生变化时,具有涂层的纺织物也会随着变化周而复始地改变形状。
智能形状记忆纺织材料是指在一定条件(应力、温度等)下发生塑性变形后,在特定条件刺激下能恢复初始形状的一类材料。其原始形状可设计成直线、波浪、螺旋或其他形状,主要可分为形状记忆合金纤维、形状记忆聚合物纤维和经整理剂加工的形状记忆功能纤维三类。形状记忆合金纤维具有手感硬、回复力大的特点,可被用作纱芯与其他各种纤维纺出具有形状记忆效果的花式纱,并织成功能织物。

形状记忆聚合物有聚氨酯、聚内酯、含氟高聚物和聚降冰片烯等多种品种,目前在纺织服装领域中应用的形状记忆聚合物主要是聚氨酯这种高分子化合物,形状记忆聚氨酯由于具有易激发、形变量大、质量轻、成本低等优良特性而被广泛开发应用。形状记忆聚合物纤维具有众多优点,如手感较形状记忆合金纤维柔软、易成形且具有较好的形状稳定性、机械性质可调节范围较大、应变可达300%甚至更大等,还可设置合适的触发温度,使聚氨酯纺织品褶皱时能恢复到初始的记忆形状,从而达到抗皱的效果。因此其在纺织品上具有较为广阔的应用前景。未来,形状记忆纺织品的主要发展方向为绿色环保材料的设计、高记忆性产品的研发以及产品的批量化生产。


抗皱、排汗透气型形状记忆纺织品


形状记忆材料赋予服装更多功能

目前,形状记忆材料在服装中应用最广泛的就是形状记忆合金。比如镍钛合金最早被应用于文胸内,起托垫保形作用。即使在清洗穿戴过程中发生变形,也会被体温“暖”回原形。
随着技术的不断进步,镍钛合金形状记忆纤维越来越多地应用于纺织服装中。比较常见的是把镍钛合金形状记忆纤维加入“体型庞大”的婚纱或者演出服中,这样在运输和储存过程中便于折叠。在使用前,只需用电吹风吹一下,就会立刻恢复“出厂设置”。
国外对形状记忆纺织品的研究起步较早,市场应用范围大、整体技术水平高、数据源丰富、智能化程度高。目前,在日本、美国、英国、意大利、荷兰等地有关形状记忆纤维的研究已取得了很大的进展。例如:意大利Corpo Nove公司通过在面料里加入镍、钛和锦纶设计出一款具有“形状记忆功能”的“懒人衬衫”,当外界气温偏高时,衬衫的袖子会在几秒内自动从手腕卷到肘部,当温度降低时,袖子能自动复原;英国纺织机构在研制防烫伤服装时,实现对形状记忆合金类智能纺织品的成功实践,其将镍钛合金纤维进行加工并固定在服装内部,一旦接触高温形状记忆纤维就会被激发,达到防烫伤的目的;日本三菱重工的一个子公司开发出了一种具有形状记忆功能的聚氨酯类新材料Diaplex,这种膜与外衣面料层压复合,不仅表现出高拒水性,而且通过对热量释放的控制,可对穿着者新陈代谢释放的热量进行智能性响应,适用于制造具有形状记忆且能在环境温度较高时产生散热和水气通道的多功能智能服装,目前已有此种材料的商业化产品,如智能运动服、登山服等。

形状记忆合金类智能纺织品在防烫伤服装中的应用

国内一些企业或研究机构在智能形状记忆纺织材料研发和应用方面也取得了较大的进展。如天津工业大学利用后整理技术对纤维进行处理,设计出了热致感应型形状记忆纤维;香港理工大学形状记忆研究中心发明了纤维素基形状记忆纺织品,并深入研究了智能形状记忆纤维的组成、结构对形状记忆温度、恢复力和记忆效果的影响,在温敏形状记忆聚合物、形状记忆面膜等方面的研究发挥了重要的作用。

与国外企业相比,国内在形状记忆纺织材料方面研究虽然较多,但大多处于试验阶段,用料单一,整体创新度不够,许多新的品种尚在开发中。






来源:国家纺织产品开发基地



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