智能纤维

决于织物的厚度和密度。厚度越大，密度越小，滞留在织物内部的静 止空气越多。

蓄热调温纤维：通过对水分和外界压力变化的敏感响应，为人体提
供舒适微气候环境的新的保温机理。
蓄热调温纤维
• 蓄热调温纤维是利用物质相变过程中的吸收和释放潜热，
温度保持不变的特性开发出来的，又称为相变调温纤维。
• 相变：表现为气、液、固三态变化
• 温敏凝胶纤维：水凝胶是由高分子的三维网络与水组成的多元体系。能
对外界刺激，如温度、pH、离子强度、光和异化学物质等的变化做出相应。
几类主要的智能纤维
• pH敏感的凝胶纤维——随pH值的变化而产生体积或形态改变
• 电场敏感的凝胶纤维——在电场的作用下能观察到伸缩行为
几类主要的智能纤维
• 导电纤维 ——利用金属导电性制成的金属导电纤维
• 用金属喷涂纤维表面，使纤维具有金属一样的导电性能，比如金属膜缠绕蚕 丝、金属镀层/芳香聚酰胺。
• 导电纤维的用途：一般为防尘工作服 、工业用材料， 特别是在半导体工业 、
电子精密工业、 医学 、生物科学等领域有广泛用途。
蓄热调温纤维
• 一种具有双向温度调节（温度升高时纤维冷却， 温度降低时纤维发热）作用的新型纤维。
智能纤维
--------蓄能调温纤维
张音
刘欢
林叶
智能的概念
• 狭义的智能是指高等动物的思维活动和思维能力； 广义的智能则是指一切生物体皆具备的对外界刺 激的反应能力。
智能材料
• 1989年，高木俊宜将信息科学融于材料物性和功能，首先
提出智能材料（Intelligent Materials）的概念。
• 纤维用相变材料的选择：
相变特性：相变温度落在29~35℃之间的PCM，潜热和密度较大、
热膨胀系数小、导热迅速。
循环蓄热性能：相变过程中保持蓄热性能的稳定，无过冷、过热现
象，洗涤等使用过程中蓄热性能不损失、不变化。通常大于1000次循 环。
加工特性：化学物理稳定性、热稳定性、流变性、与聚合物共混纺
丝的可纺性、工艺简单、成本低。
蓄热调温纤维
• 纤维用相变材料分类：有机、无机 • 无机相变材料：结晶水合盐类
有较大的熔解热（120-300kJ/kg）和固定的熔点（35℃以下）。升温时 脱出结晶水使盐溶解吸热，降温时吸收结晶水放热。
优点：相变热大、体积蓄热密度大、导热系数铰有机相变材料大、价格便宜 缺点：过冷度大、易析出分离、蓄热性能逐渐下降，需预先助剂防止过冷和
接枝共聚法：将PEG的链段通过化学反应接枝在另一种熔点较高、强 度大、结构稳定的骨架高分子上。


嵌段共聚法：将PEG分子链作为软缎，另一种高分子作为硬段，通过 共缩聚反应合成嵌段共聚物。
蓄热调温纤维的新发展
• 共混法
利用物理作用把固-液相变材料固定在载体上，包括吸
附作用（分子间作用力、氢键）或包封技术（微胶囊、多 孔结构）。 该材料由两部分组成：
化的纤维。 •
光导纤维：一种能把光能闭合在纤维中而产生导光作用的光学复合
材料，具有感知和单向传输功能。
几类主要的智能纤维
来自百度文库
• 温敏纤维 ——纤维的某些性能承受温度改变而发生可逆变化的纤维。
• 主要分为热致变色纤维和温敏凝胶纤维
• 热致变色纤维：颜色能随温度的改变而发生可逆变化。通过在纤维中引
入热致变色物质而制得。
工作物质，固-液相变进行储能释 载体基质，保持相变材料的不流动性和可加工性。
载体基质的相变温度一般较高，在工作物质相变范围内物化性能稳定
保持固体形状和材料性能，使固-液相变转化为固-固相变行为。
• 智能材料指对环境具有感知，可响应，并具有动能发现能
力的新材料。或者说，能随着外部条件的变化，而进行相
应动作的高分子。
智 能 材 料
三维结构：块状，微球状 二维结构：薄膜状 一维结构：纤维状 准零维结构：纳米粒子状
智能纤维

指当纤维所处的环境发生变化时，纤维的长度，形状，温
度，颜色和渗透速率等随之发生敏锐响应，即突跃性变化
蓄热调温纤维的新发展
• 为克服固液相变材料的缺点，新型复合相变储能材料成为
储能材料研究领域的热点。
• 复合相变材料的实质：将固液相变材料通过与其他材
料符合而定形，使其在相变前后均能维持固定的形状。
蓄热调温纤维的新发展
• 化学法
把具有较高相变焓及适合相变温度的PEG与其他高分子通
过化学反应合成化学性质相对稳定的固固相变储能材料。
的纤维。
能够感知环境的变化或刺激（机械、热、化学、光、湿度、电磁等）， 并能做出反应；


具有普遍纤维长径比大的特点，其机械性能高，能加工成多种产品。
几类主要的智能纤维
• 光敏纤维 ——在光的作用下，某些性能（颜色、导电性等）发生 可逆变化的纤维。主要有光敏变色纤维和光导纤维两种。
• 光敏变色纤维：在太阳光和紫外光等的照射下颜色会发生可逆变
相分离
蓄热调温纤维
• 有机相变材料：高级脂肪烃（石蜡烃）、有机脂、多元醇等 优点：无毒性、不腐蚀、不吸热、潜热大，一般不过冷、不析出、
性能稳定，价格低廉。
缺点：导热系数小，通常添加金属粉末、石墨粉强化导热。固-液型
相变材料，液体石蜡容易渗出纤维而失去功能。
蓄热调温纤维的加工方法
• 浸渍法

固-固相变 固-液相变 固-气相变 液-气相变


结晶、晶型转变、 晶体熔融等物理过 程，伴随着分子聚 集态结构的变化。

• 相变材料（Phase change materials, PCM）
当外界温度升高或降低时，PCM相应的改变物理状态，从而 实现能量的 储存和释放，进行温度调节。
蓄热调温纤维
• 能够根据外界环境温度的变化，从环境中吸收热量储存于纤维内部，
或放出纤维中储存的热量，在纤维周围形成温度基本恒定的微气候，
从而实现温度的调节功能。
• 蓄热调温纤维的这种吸热和发热过程是自动的、可逆的、无限次的。
蓄热调温纤维
• 蓄热调温纤维与传统纤维的区别：保温机理不同

传统纤维：通过绝热方法避免皮肤温度降低过多，绝热效果主要取
早期相变纤维制作一般通过两个步骤：先制成中空纤维，然后将 其浸渍于PCM溶液中，使纤维中空部分充满PCM，经干燥再利用特 殊技术将纤维两端封闭。
• 复合纺丝法
将聚合物和相变材料熔体或溶液按一定的比例采用复合仿丝技术 纺制成皮芯型相变纤维。

微胶囊法------最先进的方法之一
将相变材料包封在一载体系统中，对织物进行涂层或将微胶囊混 入纺丝液中进行纺丝。