服装用形状记忆材料

服装舒适性
--形状记忆材料
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形状记忆材料之纺织服装形状记忆材料主要指具有优异性能如形状记忆效应、高恢复形变、良好的抗震和适应性,材料易于加工成线、纤维形式的一类材料。

形状记忆材料能以整理和涂层的形式附加到纺织品上,从而使纺织品拥有形状记忆的特性,也可以利用线性的形状记忆材料纺织成形状记忆纺织品。

形状记忆纺织品是智能纤维纺织品中的一类。

在各种类型的智能材料中，形状记忆材料受到了极大的关注。

这是因为形状记忆材料的一些特殊性能，如形状记忆效应、超弹性、感应性、抗震性等，并且能够对外部的刺激(如光、温度、应力和场等)做出自适应反应，所以其在智能产品领域具有很大的应用潜力。

形状记忆材料主要包括形状合金和形状记忆聚合物。

在高温下处理成一定形状的金属急冷下来后,在低温相状态下经塑性变形为另一种形状,然后加热到高温相成为稳定态温度时,通过马氏体逆向相变,恢复到低温塑性变形前的形状现象称为形状记忆效应。

具有这种效应的金属通常是由两种以上金属元素构成的合金,这就是通常所说的形状记忆合金。

迄今为止,研究、应用最普遍的形状记忆纤维是镍钛合金纤维。

但是对于合金纤维,受其直径限制,在纺织上应用一般需要特殊设计。

形状记忆聚合物(ShapeMemoryPolymer，SMP)是一类新型的功能高分子材料。

运用现代高分子物理学理论与高分子的合成与改进技术，对分子结构进行设计与调整，使得形状记忆聚合物在一定条件下被赋予一定的初始形状(起始态)，当外部条件变化时，它们可以相应地改变形状并将形状固定(变形态)，若外部条件再次以特定的方式和规律变化时，它们即可恢复至起始状态，从而完成“记忆起始态——固定变形态一恢复起始态”的循环过程[1-31。

聚合物的这种特性称为材料的形状记忆效应(ShapeMemoryEffect)，促使其形状发生上述循环过程的外部环境有物理因素(热能、光能、电能、声能等)和化学因素(酸碱度、相转变反应、螯合反应等)。

据此，可将形状记忆聚合物分为热致型形状记忆聚合物、光致型形状记忆聚合物、电致型形状记忆聚合物和化学感应型形状记忆聚合物。

在纺织领域，形状记忆聚合物在功能性方面应用的比较集中，如免烫整理、保暖性、绝缘性、透湿性等；而形状记忆合金的应用则主要集中在美学方面，如具有形状记忆效果的各类纱线、面料、服装、装饰织物和功能性制品(如绝缘服、医用器官等)。

形状记忆合金可以与服装复合，也可以以复合的形式存在间缝隙中。

所以，形状记忆合金可以用来增强服装对外部热源的防护功能。

形状记忆聚合物中的聚氨基甲酸酯薄膜可以在两层面料间进行复合，当面料的外层温度下降到一定值时，聚氨基甲酸酯薄膜就会发生反应，使得面料间空气的间隙变大。

当面料外层的空气温度升高时，薄膜就会发生逆反应，面料间的空气间隙变小。

纺织领域中具有形状记忆效应的聚氨酯材料，既可以通过纺丝来赋予纱线的记忆功能，又可用作功能性涂层剂对织物进行涂层加工，还可用作整理剂来对织物功能性整理，赋予其形状记忆效应。

比如日本三菱公司用形状记忆聚氨酯涂层的织物Azekura和Diary不仅可以防水透气，还可以通过体温来控制其透湿气量，以达到调节体温的目的，提高织物的穿着舒适性。

形状记忆材料在纺织领域应用的原料不仅仅有形状记忆纤维，还有形状记忆纱线以及形状记忆织物品。

形状记忆纤维的种类主要分为3 类。

其中第一类是利用20 世纪60 年代新兴的形状记忆合金、聚合物,直接制造或合成的形状记忆纤维。

此类纤维可编织成具有特殊外观的织物,或设计成美观的花式纱线,织造成具有形状记忆的布匹。

第二类是使用整理剂整理出的具有形状记忆功能的纤维,最早提出的形状记忆纤维指的就是此种纤维。

形状记忆整理剂整理出的纤维除具有传统的防皱、防缩功能外,对温度具有很强的热敏感性。

形状固定后的纤维在外力的作用下发生形变,在高温的条件下可以恢复到原始的形态。

所用原理主要
是形状记忆高分子在纤维上面生成连接点,当形状记忆高分子在一定条件下发生运动时就会拉动纤维运动,从而达到纤维恢复到原始状态的效果。

第三类是利用接枝,包埋等技术,把具有形状记忆的高分子材料接枝到纤维上,或者把具有形状记忆效应的材料包埋到纤维中,赋予新纤维形状记忆特征。

此类纤维属于复合材料,主要应用于电子、航天工业。

形状记忆纱线是利用形状记忆合金纤维同其他纤维混纺而成的具有形状记忆的各式纱线。

如苏格兰Herior - Watt 大学纺织学院Chan 等在Gemmel and Dun2smone[9 ]带领下,利用已有形状记忆合金材料纺出的雪尼尔线、螺旋花线、短纤维竹节纱、粗松螺旋花线、花边线等花式纱线。

这些纱线以包芯纱为主,形状记忆合金纤维作为纱芯,在外界环境影响下纱芯进行形状记忆的活动。

而包覆在记忆纤维外部的彩色纱线,则随着纱芯的伸展、翻转、扭曲,变幻出不同的图案和样式,
形状记忆织物通常是由具有形状记忆功能的纱线,通过特殊设计、编织或交织而成的纺织品。

而利用具有形状记忆特性的化学整理剂对传统织物进行整理而得到的纺织品,也属于形状记忆物的范畴。

因此,形状记忆织物的制备方法主要包括用形状记忆纤维直接织造法和织物后整理法。

日本Kazuyuki Kobayashi 等人在1992 年的专利中描述的机织物,是用形状记忆纤维或者混纺的形状记忆纤维作为纬线编织而成的。

该织物的形状转变点与形状记忆纤维形变回复温度(玻璃化转变温度) 是一致的,可用作衬衫的领口、袖口、衬里的垫肩。

在常温下织物手感偏硬,但在穿着中不会给人不愉快的感觉。

洗涤过的织物可能有轻微的变形,但在高于形变回复温度的热空气中可使织物恢复到原始状态。

如果将用该织物制作的衣物穿在人身上,由于人的体温高于织物形变恢复温度,因此变形织物会在20～60 s 内恢复到原始形状。

形状记忆纤维的特殊功能常引导人们把此类纤维应用于纺织品的功能性上,然而形状记忆纤维的功能性与装饰性也是可合二为一的。

Heriot - Watt 大学利用不同的花式纱线编织成不同的服饰或装饰布,用做百叶窗,其特殊设计对日晒非常敏感。

在阳光的照射下,百叶窗装饰布吸收到日晒的热量,布面温度发生变化,形状记忆纱线自动转动,调节阳光的进入量,控制室内温度,避免强烈日光对人视力的影响。

织物后整理法有三类：树脂整理剂、形状记忆高分子整理剂、胶原整理。

树脂整理剂发展到现在主要包括醛类、N- 羟甲基化合物、环氧类、缩醛类、含硫化合物等几大类,目前市场上最常见的整理剂是改性的2D 树脂。

但研究方向则非常广泛,主要包括2D、PU 、以及多元羧酸为主的酸类等各种整理剂。

作为整理剂的树脂一般至少含有两个活性基团,在一定条件下可以同两个纤维素分子长链中的羟基结合成分子桥或共价键,把纤维中相邻的大分子链互相连接起来,从而减少了两个分子链间的相对滑动,使纤维记忆、保持整理时的形状,其原理就是传统的交联理论。

就现阶段而言,市场上的防皱、防缩织物就是最初所理解的由形状记忆纤维组成的织物。

日本Kazuyuki Kobayashi ,Shunichi Hayashi 在1992 年的专利中,描述了利用树脂粘合剂把具有形状记忆的高分子粉末粘接到天然或人造纤维机织、无纺布织物上,在上下表面各形成一层薄膜。

这就是形状记忆高分子整理剂的一种。

整理后的织物,手感硬挺,可用作衬衫领口,袖口和前口袋；部分整理后的无纺布可制作成手提袋；发生形变后的织物,放入热空气中或者穿在人体上,当温度高于或等于形状记忆分子的玻璃化相转变点时,形状记忆高分子就会吸收热量,发生相的转变,分子发生运动。

因其本身的特殊结构,会记忆起它最初始的样貌,最后恢复到原来形态,最终达到抗皱和保持不变形的状态。

日本特许公报曾公开了一种蛋白质溶液处理法,即使用部分加水分解蚕丝、丝囊等蛋白质溶液浸渍、处理真丝,然后由2/ 20/ 22 D 合丝加8000 T/ m S捻,在95～100 ℃热水中煮15～30 min ,接着在冷水中冷却,再放入压力容器中蒸10～15 min ,压力为3～315 kg 气压,温度130～140 ℃,然后反向退捻,再进行精炼,从而获得具有35 %～40 %的伸缩性形状
记忆丝。

事实上,形状记忆丝所采用的整理剂是水解后的纤维性角朊和骨胶原,丝的形状定型为卷曲和皱折状。

当丝被改变形状后,消失的卷曲和折皱在热湿的状态下能够恢复。

如今，各国的学者也十分关注形状记忆纺织品的开发，并研制出了各种形状记忆功能织物。

意大利的一位学者发明了一种聪明衬衫。

这种衬衣使用NiTi记忆合金丝和尼龙交织而成，比例为五根尼龙丝配一根NiTi合金丝。

在周围温度上升时，该衬衣的袖子就会立即自动地卷起，并且该衬衣还不起皱，无论怎样揉搓，只要再让它上升一定温度，就能马上回复到挺括状态，甚至是人的体温都可以“熨平”它。

英国研制了一种防烫伤服装，该服装的原理是将NiTi合金丝先进行加工，形状加工成宝塔螺旋弹簧状，在马氏体时将其加工成平面状，再固定在服装面料中，当服装表面接触到高温时，NiTi丝由于形状记忆效应回复到奥氏体状态下的形状，金属丝立即由平面状变为宝塔状，两层织物之间就撑出了较大的空隙，高温就能避免与人体皮肤接触，起到防烫伤的作用。

国内现有一些将形状记忆合金丝用于文胸与内衬的专利。

(1)合金丝用于文胸的专利。

公开号为CNl422563的专利，采用NiTi合金丝网与收口来组成文胸的内衬，这种记忆合金丝网的透气性好，保型性优良，同时将金属丝头和合金丝网的边缘收口包覆，避免了NiTi 合金丝头及丝网的边缘对人体皮肤造成刺激，并且采用NiTi合金制作的收口能够进一步的增强内衬的形状保持能力。

公开号为CN2378955的专利，其内衬包含NiTi形状记忆合金或其他形状记忆合金丝网被包覆着，并设计有若干的透气孔。

此内衬可以用作由各种纺织品、无纺布，皮革为面罩制成的文胸或带这种文胸的内衣。

(2)合金丝用于内衬的专利。

公开号为CN241985l的专利，是将形状记忆合金单丝、片或细丝用来作鞋帽等或某部分的内衬，或用硅胶来包覆合金丝网或其他结构等，形成硅胶包覆合金丝网来做内衬，使其持久保持鞋帽等载体的原有形状，既美观又耐用。

这种内衬可置于鞋、帽、包等载体或当中某一部分作为内衬，制成以各种织品、无纺布、皮革为面料的鞋、帽、包服装垫肩等。

公开号为CN2443628的专利，使用在鞋面内嵌入高弹性的形状记忆合金，并且运动鞋还配有互相缝合的前鞋面，侧鞋面，后鞋面，足背鞋面和护垫带。

其中高弹性形状记忆合金至少要嵌入到运动鞋的一个部分以阻止外部冲击和足部扭曲。

另外，北京的NiTi诺科技公司开发的智能婴儿被可以根据外界温度变化改变厚度。

通过对形状记忆材料的了解，让我相信电影中的那些对未来高科技服装的设想，并不是没有实现的可能性。

比如上文所说的“聪明”衬衫。

在温度变化时，会随之发生改变。

在气候变化多端的季节交替期间，这种材料所制成的服装或许能给我们的日常出行带来极大的方便。

比如冬季和春季交替的时候，一天之间气温的变化很大。

对于一些身体亚健康的人来说，外出的穿着很是尴尬。

假使出门时是早上，温度很低，穿着很厚。

可是当出行到中午的时候，温度又会比较高。

所穿着的服装会带来极大地不适感。

脱掉外套，又增加了所带的行李，不能“潇洒”出行。

如果在这样的时候有一件能够自动调温的服装，是不是就能轻松地解决这一问题呢？根据现有的发明（“聪明”衬衫和婴儿被），将二者相结合，很有可能制造出这样的服装来。

都说科学技术能够改善人们的生活，服装也是我们生活的一部分。

我想服装未来的附加值必然是科技附加。