智能调温纤维综述
智能调温纤维论文
关于智能调温纤维的概述摘要：智能调温纤维是相变材料技术与纤维制造技术相结合开发的一种新型功能性纤维，可随外界环境温度的变化通过相变、吸收或放热来调节温度．从智能调温纤维的调温机理、相变材料的选择、加工方法(中空纤维浸渍法、熔融复合纺丝法、涂层法、微胶囊复合纺丝法)、性能评价以及国内外发展现状等方面进行了综述，并指出了目前智能调温纤维存在的不足之处。
关键字：智能调温纤维调温机理用途性能评价智能调温纤维是将相变材料技术与纤维制造技术相结合开发出的一类新型功能性制品,具有双向温度调节作用。
当外界环境温度升高时,纤维中包含的相变材料发生相变,从固态变为液态,吸收热量储存于纤维内部；当外界环境温度降低时,相变材料从液态变为固态,释放出储存的热量,这种吸热和放热过程是自动的、可逆的、无限次的。
因而，智能调温面料有助于保持人体体表温度,带给人体舒适性的同时还能节省空调能耗，低碳环保[1]。
1 智能调温纤维的调温机理智能调温纺织品的调温机理与传统保温衣物有明显不同：传统衣物主要是利用空气热传导率极小的特点，采用提高织物内部静止空气的方法来避免热量散失的，其绝热效果主要取决于织物的厚度和密度，且其保温效果受外界压缩和水分的影响；智能调温纺织品利用其内部的相变材料来调节热量而不是隔绝热，是一种对水分和外界压力影响不敏感的，能为人体提供舒适微气候环境的全新保温纤维B·PAUSE测试了普通纺织品的热阻值和含有相变材料纺织品的热阻值，结果如表1所示[2]。
表1 织物的基本特征与保温性能热阻/clo试样面密度/(g·m-2) 厚度/mm静态动态总热阻不含相变物质1480 7.8 0.0630 0 0.0630含5%相变物质1160 6.0 0.0627 0.0773 0.1400相变材料(Phase Change Materials，简称PCM)的调温机理如图1、图2。
2 智能调温纤维的原料选择相变材料能随环境温度的变化而发生相转变，但并不是能发生相转变的物质就可作为相变材料。
智能纤维综述
均匀收缩
导电聚合物人工肌肉——第二代人工肌肉
化学驱动纤维执行器
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碱处理后的聚丙烯腈丝束
在所处环境的酸碱度发生变化时，可发生长度的可 逆收缩和伸长，遇酸收缩，遇碱伸长，长度在原来长 度的10％～4倍之间变化，每平方厘米的丝束可以承 受40N的拉力。
有机材料：具有极好光学性能的塑料。
8 光纤传感器的种类
测光强、光干涉及光栅传感器。
布拉格光纤光栅及其衍生光栅：最好的多点和分布 情况探测传感器。
9 含有光纤传感器的智能复合材料
复合材料中埋入光纤传感器和执行器是应用前 景最广、技术基础最成熟的一种智能材料。
智能结构：大型智能构件(如桥梁、建筑物、大坝的 水泥预制件，核反应堆、火箭发射台的 基座，航天飞行器、陆地战车和潜艇的 框架等)。
★导电纤维和绝缘纤维纱线交替编织：制成可测压 力的织物。
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7.2纤维执行器
驱动方式：光、电、磁、机械、热和 化学物质等刺激。
电驱动纤维执行器 原理：导电聚合物在氧化还原掺杂过程会发生长 度、体积、颜色和力学性能等性能的可逆 转变 功能性电化学器件：电致变色显示器、电化学传 感器、人工肌肉等。
聚苯胺纤维执行器： 弯曲机：
测量：结构的载荷大小、振动幅度、温度和应力分布、 应变、扭曲、蠕变、层解、微裂及其它损伤
用于：载荷引起的结构疲劳和地震灾害预测等军用及 民用大型设施。
10 智能蒙皮：用于机翼、潜艇外壳，推进器叶片等。
功能：与内部执行器配合，自动检测和控制壳体振 动、流体与表面引起的噪音，自动检测和调 节材料的多种性能(如反光性能、反辐射性能、 电或热导性能、通风渗透性能等)，或改变自 身形状。
智能调温纤维发展现状
智能调温纤维发展现状智能调温纤维是指能够根据环境温度自动调节其自身温度的纤维材料。
智能调温纤维可以通过吸收或释放热量来适应不同的气温和湿度条件，从而为人体提供舒适的温度感受。
随着人们对舒适性和健康的需求不断增长，智能调温纤维在纺织、服装和家居等领域发展迅速。
目前，智能调温纤维的研发和应用已取得一系列突破。
首先，科学家们通过改变纤维的化学结构和物理性质，使纤维具有调温功能。
例如，利用微胶囊技术，将调温剂封装在纤维内部，当环境温度变化时，调温剂会释放或吸收热量，实现纤维温度的调节。
其次，利用纳米技术和纳米材料，科学家们成功地开发出具有快速调温响应和高效能量转化效率的智能调温纤维。
这些纳米材料能够通过纳米孔隙结构控制纤维内部热量传导，从而实现纤维的温度调节。
此外，智能调温纤维还可以通过微电子技术实现远程控制和智能化管理，方便用户调节纤维温度，提高使用体验。
智能调温纤维的应用领域广泛。
在纺织方面，智能调温纤维可以应用于衣物、床上用品和窗帘等产品中。
衣物方面，智能调温纤维能够根据人体活动和环境温度实时调节温度，保持身体舒适。
床上用品方面，智能调温纤维能够根据睡眠状态和环境温度自动调节床品温度，提供更好的睡眠质量。
窗帘方面，智能调温纤维能够根据室内外温度差异调节窗帘的透光和保温效果，实现节能环保。
此外，智能调温纤维还可以应用于汽车座椅材料和户外用品等领域，提供更加人性化的产品体验。
然而，智能调温纤维的发展还面临一些挑战。
首先，智能调温纤维的生产成本较高，使得其在市场上的价格较高，限制了消费者的购买欲望。
其次，智能调温纤维的可穿戴性和耐久性还有待提高。
在实际使用过程中，智能调温纤维容易受到摩擦和清洗等因素的影响，导致其调温效果下降。
因此，需要进一步改进纤维材料和制造工艺，提高智能调温纤维的质量和使用寿命。
综上所述，智能调温纤维作为一种具有广阔应用前景的新型材料，已经取得了一系列研发和应用突破。
随着人们对舒适性和健康的需求不断增长，智能调温纤维在纺织、服装和家居等领域的市场前景广阔。
青岛百草 智能调温纤维
智能调温纤维众所周知，大自然中的物质都以固态，液态和气态三种形式存在。
当物质以一种形态转换为另一种形态，物质都会存在吸热和放热的现象，而在这个过程中，物质的自身温度不变。
我们把这种现象称为相变。
我们选择一种合适的相变物质，它的相变温度在人体感觉最舒适的温度范围（人体的体表温度一般在30-31℃，人体感觉舒适的温度在23-26℃），然后将相变物质以微胶囊包覆起来，均匀地添加到常用的纤维纺丝液中（如黏胶纺丝液），制成具有智能调温功能的纤维----TEMPSENSE.当人们穿着由这种纤维制成的服装时，在穿着和洗涤过程中，由于摩擦使微胶囊逐步将相变物质释放出来，达到智能调温的效果。
TEMPSENSE纤维的由来智能调温纤维源于美国太空总署为登月而设计开发的理念，宇航员从太空船走出到作业，外界环境温度的剧烈变化，需要一种防护服装来抵御这种温差造成的不适感和危险，智能调温纤维应运而生，现在这种技术已经被广泛应用于民用产品。
TEMPSENSE纤维的主要优势1、克服因恶劣环境温度而造成的过冷，过热的不适感如从温暖的室内到寒冷的室外，TEMPSENSE纤维能维持服装温度在31度不变；或者从凉爽的室内到炎热的室外，TEMPSENSE纤维能维持服装温度在25度不变。
2、智能调温不管外界环境温度有多严酷，TEMPSENSE始终维持服装和人体接触的微环境温度在25-31度。
3、微胶囊缓释技术功能持久微胶囊均匀分布在纤维中并因摩擦而逐步释放有效成分，只要纤维存在，其所含的微胶囊可保持功能持久。
4、优良的可纺性以黏胶为载体，不但赋予其良好的服用舒适性，而且可以与各种纤维混纺，如棉、莫代尔、天丝、竹、麻以及各种化纤等。
TEMPSENSE纤维适合做与人体皮肤亲密接触的纺织品，如内衣，内裤，床单，被单，袜子，枕巾，婴幼儿服装，户外服装等，具有广阔的市场前景。
智能调温纤维综述
目前有 3 种方法能够表征智能调温纤维的调温 性能:(1)差示扫描量热法(DSC)是一种热分析方法,可 以测定智能调温纤维织物的热焓和相转变温度;(2)动 态热转换测试法可以测定织物静态绝热效果和蓄热 微胶囊的动态绝热效果;(3)温度变化测试法可以测定 相变材料吸热时温度变化程度和相变影响的持久性. 3 种方法各有侧重,可以根据需要合理选择.[24]
智能调温纺织品的调温机理与传统保温衣物有 明显不同:传统衣物主要是利用空气热传导率极小的 特点,采用提高织物内部静止空气的方法来避免热量 散失的,其绝热效果主要取决于织物的厚度和密度,且 其保温效果受外界压缩和水分的影响;智能调温纺织 品利用其内部的相变材料来调节热量而不是隔绝热, 是一种对水分和外界压力影响不敏感的,能为人体提 供舒适微气候环境的全新保温纤维.[3-4]B. PAUSE 测
不含相变物质
1 480
7.8 0.063 0 0 0.063 0
含 5%相变物质 1 160
6.0 0.062 7 0.077 3 0.140 0
从表 1 可以看出,含有相变材料纺织品的总热阻 值超过厚度接近的普通纺织品,这说明智能调温纺织 品比普通纺织品具有更好的调温保暖效果.[2]3
2 相变材料的选择
相变是指某些物质在一定温度下相态发生变化 的现象.相变时所吸收或放出的能量称为相变热(也叫 作相变潜热),物质温度变化时的吸放热量叫作显热, 相对于显热来说,相变热要大得多.例如,水在相变过 程中吸热量与温度之间的关系如图 1 所示.
↑ 加热过程 吸热
相变过程
加热过程 温度
吸热
的第一步.适用于纺织品的相变材料应具有的性质[5]: ⑴相变潜热要高;⑵适合纺织服装使用的相变材料,要 根据不同的气候及用途,选择与使用温度相一致的相 变温度范围;⑶相变材料安全可靠,化学和物理性质 稳定;⑷相变材料应具有适宜的热传导系数,灵敏性 高,能较快地吸收和释放热量;⑸相转变过程完全可 逆;⑹相变体积变化小;⑺经济可行.
智能调温保暖纤维
进 的微胶 囊技 术 开 发 的 具 有 蓄 热 、 放热 双
向温 度 调 节 功 能 的 高 科 技 产 品 。据 银鹰 化 纤 公 司 介 绍 ，他 们 成 功 研 发 的 相 变 储 能粘 胶 纤 维 ，其 干 裂 强 度 ≥１ ． ８ ２ ｃ Ｎ ／ ｄ ｔ ｅ ｘ ，湿 裂 强度 ≥０ ． ８ ４ ｃ Ｎ ／ ｄ ｔ ｅ ｘ ， 干 伸度 ≥１ ６ ％， 纤维
于 保持 人体 的温度 ， 在 寒 冷 的冬天 ，不知不
觉中 带给 人们 温暖 与呵 护 ，提高 生活 品质 ，
舒 适 的皮 肤平 均 温度 在 ３ ３ ． ４ ￣ Ｃ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 ℃ 一３ ． ０ ℃ 范 围 内 ，人体 感 觉 不 冷 不 热 ，超 过 ±４ ． ５ ℃ 范 围 ，人体 将 有 冷 暖感 。
产 品 ，所 开 发 的产 品 “ 耐 高 温 相 变材 料 微
暖和又舒适 ， 纤 维 企 业 已经 可 以做 得 更 好 。
研 究表 明 ，当人体 处于 热 平衡 时， 感 觉
胶 囊及 高 储 热量 储热 调 温纤 维 ”获得 了 ２ ０ １ ０年 度 国 家科 技 发 明二 等 奖 。 保 暖纤 维采 用相 变 、蓄 热 材料 ， 结 合高 亲 水粘胶 纤 维 或者 高隔 热 的腈纶 纤维 ， 实现 发 热 、蓄 热与 保暖 的 一连 串衔 接功 能 ，有助
天 ，保暖 纤维 的使 用 ，提 高 了活动便 捷性 ，
成 为 寒冷冬 天 的 时尚与 靓丽 风景 。 而 保 暖纤 维 的加 工 工 艺 也 颇 具特 点 ，
智能纤维综述
智能纤维综述智能纤维综述1·引言智能纤维是指具有感知、响应和控制功能的纤维材料。
它通过集成电子器件、导电纤维、传感器等技术，使纤维具备智能化的能力。
智能纤维在许多领域有着广泛的应用，如智能服装、智能医疗、智能家居等。
本文将详细介绍智能纤维的相关技术、应用和市场前景。
2·智能纤维的分类2·1 传感类智能纤维传感类智能纤维通过内置的传感器和信号处理器，可以感知周围环境的信息，并进行相应的响应和控制。
它们可以用于测量温度、湿度、压力等参数，实现智能化的监测和控制。
2·2 响应类智能纤维响应类智能纤维可以根据外界刺激产生相应的变化。
例如，智能纤维可以根据温度的变化改变颜色或形状，实现温度感应功能。
这种纤维可以应用在智能化的服装和家居用品中，提供更加便利和舒适的使用体验。
3·智能纤维的制备技术3·1 纤维传感技术纤维传感技术是实现智能纤维的关键技术之一。
它包括传感器的制备、信号采集和处理等环节。
目前，常用的纤维传感技术有电致变色技术、光纤传感技术等。
3·2 纤维导电技术纤维导电技术是为智能纤维提供电力和信号传输的基础。
其中，导电纤维和柔性电池是关键技术。
导电纤维可以实现纤维材料的导电功能，柔性电池则可以提供持续的电力供应。
4·智能纤维的应用4·1 智能服装智能纤维在服装领域有着广泛的应用前景。
例如，智能纤维可以实现智能感应和自适应功能，提供舒适的穿着体验。
智能纤维还可以用于制备智能运动装备，监测运动员的生理参数并给予相应的反馈。
4·2 智能医疗智能纤维在医疗领域的应用也非常广泛。
例如，智能纤维可以用于制备可穿戴式的生理监测设备，监测患者的生命体征并及时报警。
智能纤维还可以用于制备具有治疗功能的医疗器械，提高治疗效果。
4·3 智能家居智能纤维可以应用于智能家居系统中，实现对家居环境的智能化控制和管理。
智能纤维综述
智能纤维综述智能纤维综述1-简介智能纤维是一种具有特殊功能或特性的纤维材料，通过在纤维中引入特定的成分或结构，使其能够响应外部刺激、实现特定任务或提供特定功能。
智能纤维在各个领域有着广泛的应用，包括纺织、医疗、电子、能源等等。
2-智能纤维的分类2-1 按响应类型分类2-1-1 温度响应型智能纤维2-1-2 光响应型智能纤维2-1-3 湿度响应型智能纤维2-1-4 电磁响应型智能纤维2-2 按功能分类2-2-1 形状记忆型智能纤维2-2-2 传感型智能纤维2-2-3 发光型智能纤维2-2-4 能量转换型智能纤维3-智能纤维的制备方法3-1 化学方法3-1-1 共聚合法制备智能纤维3-1-2 化学修饰法制备智能纤维3-2 物理方法3-2-1 纺丝法制备智能纤维3-2-2 真空蒸发法制备智能纤维4-智能纤维在各个领域中的应用4-1 纺织领域4-1-1 智能纺织品的舒适性改进4-1-2 智能纺织品的保健功能4-1-3 智能纺织品的环境监测功能4-2 医疗领域4-2-1 智能纤维在外科手术中的应用4-2-2 智能纤维在医疗监测中的应用4-2-3 智能纤维在康复治疗中的应用4-3 电子领域4-3-1 智能纤维在电子器件中的应用4-3-2 智能纤维在智能家居中的应用4-3-3 智能纤维在柔性显示中的应用4-4 能源领域4-4-1 智能纤维在电池中的应用4-4-2 智能纤维在太阳能电池中的应用4-4-3 智能纤维在能量收集中的应用5-法律名词及注释5-1 知识产权：指在法律范围内保护个人或组织的创造性劳动成果的权利。
5-2 专利权：是指法律赋予发明创造者的一种专有权，授权其为发明或实用新型的专利所享有。
5-3 商标：用以区别商品或服务来源的标志，以图形或文字形式呈现。
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１２印染助剂２８卷
值为４．３Ｊ，ｇ，结晶放热温度为２３．５～１９．５℃，结晶焓值为２．４Ｊ，ｇ．东华大学通过电子显微镜也观察到混入纤维的微胶囊分布状态。
从图２可以清楚看到纤维中添加的微胶囊．Ｏｕｔｌａｓｔ公司试验报告中还指出：如外界温度在２５—３９℃变化时，具有Ｏｕｔｌａｓｔ纤维的服装可以将温度控制在３０—３５℃．
图２微胶囊复合纺丝法生产的智能调温纤维内微胶囊的分布状态６国内发展概况
我国自２０世纪９０年代初开始蓄热调温纺织品的研究工作．天津工业大学功能纤维研究所自１９９３年立项，开始从事蓄热调温纤维的研究开发工作，２０００年底成功完成相变物质熔融复合纺丝，研制出了相变物质含量在１６％以上、单丝纤度５ｄｔｅｘ的蓄热调温纤维，获得了国家发明专利．１３０ｌ另外，该研究所还发明了耐高温相变材料微胶囊和熔融纺丝储热调温纤维技术，在升温和降温过程中其内部温度较普通纺织品低或高３℃以上，持续时问可达３０ｍｉｎ．【３１ｒ２００５年７月初，江苏丹盛纺织有限公司研发的奥特佳（热敏材料）腈纶基智能调温纤维棉型机织产品通过了江苏省省级鉴定，这是国内第一个开发智能调温纤维机织面料的报道．１３２１河北省保定雄亚纺织集团与美国安伯士国际集团合作，采用美国太空总署开发的相变调温纤维，结合高级洛科绒，开发出“安伯士”调温洛科绒２９５０型号绒线．１３３１
２００８年３月于中国国际纺织技术展览会上，河北吉藁化纤有限责任公司协同北京巨龙博方科学技术研究院联合发布了智能调温纤维纺织品最新研究进展，推出了微胶囊复合纺丝法生产的粘胶基智能调温纤维——丝维尔删，该智能调温粘胶纤维的推出，不仅填补了我国粘胶纤维行业的一项空白，更把中国纳入国际上相同领域研究的前列．
７存在的不足
通过差示扫描量热法（ＤＳＣ）检测和模拟对比的方式都可以说明相变材料有提高服装保暖性的效能，但智能调温纤维中含有的相变材料有限，不可能长时间起到调温作用，只能短时间内作用．例如，当人体处于寒冷环境中时。
相变材料通过相变释放储存的热量来维持人体体表温度，当相转变完毕，智能调温纤维的功能性就不起作用了．
Ｏｕｔｌａｓｔ腈纶基智能调温纤维强力低，表面光滑，抱合力差，比电阻较大易产生静电，微胶囊易破裂，给纺织生产带来了一定的困难．混纺时，Ｏｕｔｌａｓｔ腈纶基智能调温纤维比例不能少于６０％，否则其调温功能几乎消失殆尽．［ｓ＊－ｓ．ｓｌ
粘胶基智能调温纤维的可纺性能相对较好．粘胶纤维虽没有静电现象，但强力比较低，尤其是湿强更低，相变材料微胶囊的加入，破坏了纤维的微观结构，又使纤维的强力进一步下降．
智能调温纤维织物在染整加工过程中的调温稳定性还有待探索．
总之，智能调温纤维调节温度的幅度和时间都是有限的，适合于短时间内环境温差变化较大的环境，随着研究的进一步深入，不足之处有可能都会改善，但是不可能具有像空调一样的调温作用．
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