智能调温纤维的产生与发展应用
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型 材 料 ，利 用 其 贮 热 和 放 热 的特 性 ，必 将 在 能 源 、航 天 、农 业 、军 事 、建 筑 、化 工 、冶 金 、医 疗 、交
通等领域显 示了广泛 的应 用前景的结论 。
关 键 词 ：智 能调 温 纤 维 ；相 变 材 料 ；微 胶 囊
Ｏ 引言
自然界 的物质 以固态 、 液态 、 气态三种 基本状 态 存在 ， 在一定条件下 ， 物质可 以在这三种状 态之间转 化， 这种转化过程称之 为“ 相变 ” 相变 是一个物理 现 ， 象， 物质在相变的过程 中会伴随着吸热和放热 。 种 这 以潜热形式吸收 、 储存和释放 能量 ． 改变相或状态 的 材料称为相变材料 （ｈ ｓ ｈ ｎ ｅ Ｍ ｔ ｒ ａ Ｓ简称 Ｐ ａ ｅ Ｃ ａ ｇ ａ ｅ ｉ ｌ，
２ ９
上 海 毛 麻 科 技
２１ 年第 １ ０２ 期
智 能 调 温 纤维 的产 生 与 发展 应 用
兰 红 艳 ． 方 磊
（ 海市毛麻 纺 织科 学技 术研 究所 ，上海 ，２ ０ ８ 上 ０ ０ ２）
摘 要 ： 从相变 材料 的相变机 理 出发 ，阐述 了智能调温 纤维 的调温 机理 、分类 、加工 技术和 评价方 法 以 及应用情况 ，探讨 了 目前智能调温纤维在纺织领域 的应用 中存在 的问题 ，得 出智能纤维作为一种新
３４ 微胶囊复合纺 丝法 ． 目前， 微胶囊技术在医药 、 农药、 日化 、 感光材料 、
食 品 、生物 制 品 等 领 域 得 到 了广 泛 的应 用 ， 际 上 已 国
该法 是将 中空纤维浸渍于相变材料溶液 中， 使中空部
分充满相变材料， 再将纤维两端封闭， 缺点是中空纤维 浸 渍法存在封端 困难 。２ 世纪 ８ 年代初， ｉｏ 人 ０ ０ Ｖｇ 等 将 无机 固 一液相变材 料 Ｃ Ｃ 。 ６ 。 、Ｓ Ｃ。 ６ 。 ａ ・ Ｈ０ ｒ ・ Ｈ０
深 入的研 究， 相变材料在纤维和纺织 品方面 的应用得
到 迅 速 发 展 ［ ４。 １］ －
２ 智能调温 纤维 的分类
相变材料的种类很 多， 从材料的化 学组成来看可 分为无机相 变材料 、有机相 变材料和混合相 变材料
１ 智能调温 纤 维 的调温机 理
智能调温纤维是将相变材料技术与纤维制造技术
的金属有 机化合物 。固气相变和 液气相变在 相变过 程 中伴 随气体 的存 在， 使材料体积 变化较大 。因此， 尽 管它们 相变焓较大， 但在 实际中很少应用 。
３ 智 能调温 纤 维 的加工方 法
３１中空纤维漫渍法 ．
中 空 纤维 填 充相 变 材 料 始 于 ２ 世 纪８ 年 代 中期 ， ０ ０
源自文库
三类 。从贮热 的温度范 围来看， 可分为高温 、中温和 低温三类 。高温相变材料主 要是一些熔融盐 、金属 合金 ： 中温相变材料主要是一些水合盐 、 有机 物和 高
分子材料 ： 温相变材料主要 是冰 、水凝胶 ， 低 应用于
贮 冷。 从贮热过 程中材 料相态 的变化方式来看， 又可
分为固液相变 、固固相变 、固气相 变和液气相变 四 类 。固 液相 变材 料 和 固 固相 变 材料 两 大类 研 究较 多、发展较快 。目前， 究和应用最为广泛 的是 固液 研
这一微小气候 内的温度基 本恒定， 从而可 以防止热应
激 ， 极端环 境条件 下满足 人体舒适性 的需要 。 在 利用 这一特性， 以开发高技术功能性纺织品， 可 如高级运动 衣、 恒温服 、 保暖服 、 凉爽服等， 或在极端条件下延长 人类 生存、等待救援 的时间［ 。
中 国、 国、 法 德国和韩 国等国家在相变材料上进行 了
量 的吸 收和 放 出 。固 固相变 材 料包 括 高密 度聚 乙 烯 、多元 醇 、 以及 具有 “ 状钙 钛 矿 ” 晶体结 构 层
２１ 年 １ ０２ 第 期
上海 毛麻 科技
蒸馏水常温水解聚合成二氧 化硅 网状结构凝胶， 然后 加入醇类相变材料而制成复合相变材料， 最后将复合 相变材料与粘合剂混合后涂覆在纺织面料的表面而制 成智能调温纺织 品， 并获得 了国家专利 。
相 结合开发 出的一类新型功能性产 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， 保持体： 表温度， 使人 体处 于一种舒适的状态。 能调温纤维 的这种吸热和放热 智 过 程 是 自动 的 、可逆 的 、无 限 次 的 。
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， 其绝热效果主要取决于织物的厚度和密度， 保温效 果会受 到外界压力和水分的影响 智能调温纺织品利 用其相变过程中相变材料吸收或释放的热量使温度保 持恒 定—— 是调节热 ，而不是隔绝热， 体现在 当环 境突变 时， 纺织品在一定时间内可 以保持人体与服装
相变 材料 。固液相变材料包括水合盐 、石蜡等 ： 固固 相变贮热材料并不是发生了相态 的变化， 而是相变材
料 的晶型发生 了变化， 当然在 晶型变化过程 中也有热
智能调温纺织 品的调温机理与传统保温衣物有明
收 稿 日期 ：２ ２ ２ １ ０１ — — ０ 作 者简 介 ：兰 红艳 。女 ．１ ７ ７一，： ９ ［程师 。主 要从 事 新 型 纺 纱 技 术 及 纺 织 新材 料 的 研 究 。
Ｐ Ｍ 。白２ 世纪 ６ 年 代开始，美 国宇航和太 空总署 Ｃ） ０ ０
为 了保护宇宙飞船 内的精密仪器和宇航员不受外界剧 烈变化温度的影响， 开始重视对相变材料的研究工作。 此后 ， 国空 军、 军、能源部 、 美 海 农业部和美 国国家 基金先后资助 了十余项该方面 的研究 工作 。 近年来 ，
通等领域显 示了广泛 的应 用前景的结论 。
关 键 词 ：智 能调 温 纤 维 ；相 变 材 料 ；微 胶 囊
Ｏ 引言
自然界 的物质 以固态 、 液态 、 气态三种 基本状 态 存在 ， 在一定条件下 ， 物质可 以在这三种状 态之间转 化， 这种转化过程称之 为“ 相变 ” 相变 是一个物理 现 ， 象， 物质在相变的过程 中会伴随着吸热和放热 。 种 这 以潜热形式吸收 、 储存和释放 能量 ． 改变相或状态 的 材料称为相变材料 （ｈ ｓ ｈ ｎ ｅ Ｍ ｔ ｒ ａ Ｓ简称 Ｐ ａ ｅ Ｃ ａ ｇ ａ ｅ ｉ ｌ，
２ ９
上 海 毛 麻 科 技
２１ 年第 １ ０２ 期
智 能 调 温 纤维 的产 生 与 发展 应 用
兰 红 艳 ． 方 磊
（ 海市毛麻 纺 织科 学技 术研 究所 ，上海 ，２ ０ ８ 上 ０ ０ ２）
摘 要 ： 从相变 材料 的相变机 理 出发 ，阐述 了智能调温 纤维 的调温 机理 、分类 、加工 技术和 评价方 法 以 及应用情况 ，探讨 了 目前智能调温纤维在纺织领域 的应用 中存在 的问题 ，得 出智能纤维作为一种新
３４ 微胶囊复合纺 丝法 ． 目前， 微胶囊技术在医药 、 农药、 日化 、 感光材料 、
食 品 、生物 制 品 等 领 域 得 到 了广 泛 的应 用 ， 际 上 已 国
该法 是将 中空纤维浸渍于相变材料溶液 中， 使中空部
分充满相变材料， 再将纤维两端封闭， 缺点是中空纤维 浸 渍法存在封端 困难 。２ 世纪 ８ 年代初， ｉｏ 人 ０ ０ Ｖｇ 等 将 无机 固 一液相变材 料 Ｃ Ｃ 。 ６ 。 、Ｓ Ｃ。 ６ 。 ａ ・ Ｈ０ ｒ ・ Ｈ０
深 入的研 究， 相变材料在纤维和纺织 品方面 的应用得
到 迅 速 发 展 ［ ４。 １］ －
２ 智能调温 纤维 的分类
相变材料的种类很 多， 从材料的化 学组成来看可 分为无机相 变材料 、有机相 变材料和混合相 变材料
１ 智能调温 纤 维 的调温机 理
智能调温纤维是将相变材料技术与纤维制造技术
的金属有 机化合物 。固气相变和 液气相变在 相变过 程 中伴 随气体 的存 在， 使材料体积 变化较大 。因此， 尽 管它们 相变焓较大， 但在 实际中很少应用 。
３ 智 能调温 纤 维 的加工方 法
３１中空纤维漫渍法 ．
中 空 纤维 填 充相 变 材 料 始 于 ２ 世 纪８ 年 代 中期 ， ０ ０
源自文库
三类 。从贮热 的温度范 围来看， 可分为高温 、中温和 低温三类 。高温相变材料主 要是一些熔融盐 、金属 合金 ： 中温相变材料主要是一些水合盐 、 有机 物和 高
分子材料 ： 温相变材料主要 是冰 、水凝胶 ， 低 应用于
贮 冷。 从贮热过 程中材 料相态 的变化方式来看， 又可
分为固液相变 、固固相变 、固气相 变和液气相变 四 类 。固 液相 变材 料 和 固 固相 变 材料 两 大类 研 究较 多、发展较快 。目前， 究和应用最为广泛 的是 固液 研
这一微小气候 内的温度基 本恒定， 从而可 以防止热应
激 ， 极端环 境条件 下满足 人体舒适性 的需要 。 在 利用 这一特性， 以开发高技术功能性纺织品， 可 如高级运动 衣、 恒温服 、 保暖服 、 凉爽服等， 或在极端条件下延长 人类 生存、等待救援 的时间［ 。
中 国、 国、 法 德国和韩 国等国家在相变材料上进行 了
量 的吸 收和 放 出 。固 固相变 材 料包 括 高密 度聚 乙 烯 、多元 醇 、 以及 具有 “ 状钙 钛 矿 ” 晶体结 构 层
２１ 年 １ ０２ 第 期
上海 毛麻 科技
蒸馏水常温水解聚合成二氧 化硅 网状结构凝胶， 然后 加入醇类相变材料而制成复合相变材料， 最后将复合 相变材料与粘合剂混合后涂覆在纺织面料的表面而制 成智能调温纺织 品， 并获得 了国家专利 。
相 结合开发 出的一类新型功能性产 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， 保持体： 表温度， 使人 体处 于一种舒适的状态。 能调温纤维 的这种吸热和放热 智 过 程 是 自动 的 、可逆 的 、无 限 次 的 。
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， 其绝热效果主要取决于织物的厚度和密度， 保温效 果会受 到外界压力和水分的影响 智能调温纺织品利 用其相变过程中相变材料吸收或释放的热量使温度保 持恒 定—— 是调节热 ，而不是隔绝热， 体现在 当环 境突变 时， 纺织品在一定时间内可 以保持人体与服装
相变 材料 。固液相变材料包括水合盐 、石蜡等 ： 固固 相变贮热材料并不是发生了相态 的变化， 而是相变材
料 的晶型发生 了变化， 当然在 晶型变化过程 中也有热
智能调温纺织 品的调温机理与传统保温衣物有明
收 稿 日期 ：２ ２ ２ １ ０１ — — ０ 作 者简 介 ：兰 红艳 。女 ．１ ７ ７一，： ９ ［程师 。主 要从 事 新 型 纺 纱 技 术 及 纺 织 新材 料 的 研 究 。
Ｐ Ｍ 。白２ 世纪 ６ 年 代开始，美 国宇航和太 空总署 Ｃ） ０ ０
为 了保护宇宙飞船 内的精密仪器和宇航员不受外界剧 烈变化温度的影响， 开始重视对相变材料的研究工作。 此后 ， 国空 军、 军、能源部 、 美 海 农业部和美 国国家 基金先后资助 了十余项该方面 的研究 工作 。 近年来 ，