书城工业不可思议的新材料
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第22章 调温纤维

纤维的一个重要研究方向就是智能纤维,所谓智能纤维,是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;具有普通纤维长径比大的特点,机械性能高,能加工成多种产品。

智能纤维主要包括光敏纤维、温敏纤维、pH值响应性凝胶纤维、导电纤维、形状记忆纤维、蓄热调温纤维、智能抗菌纤维等。下面我们来看看温敏纤维,也就是调温纤维。

调温纤维是将磷酸氢二钠、石蜡等介质充填进粘胶纤维或聚丙烯中空纤维的中空部分,通过这些介质在温度变化时吸收热量,从而研制出具有温度调节功能的纤维,调温纤维具有良好的调温效果。

目前,西方国家正在研制由自动调温的化学纤维制成的军服,它对周围的温度反应特别敏感,可随温度的变化而变化,使服装内形成一个小气候环境。

酷暑季节,调温纤维自行收缩使编织物的孔眼张开而通风透气,大大地提高军服的散热能力;寒冬腊月,调温纤维又可自行膨胀,使编织物的孔眼闭合而阻止空气流通,从而提高军服的保暖能力。

智能材料紫外线和热屏蔽纤维在遮挡紫外线的同时也能对可见光和红外线起到一定的屏蔽作用,因此具有较好的降温效果。由这种纤维制成的织物内,温度可较普通棉织物低2℃~3℃,使穿着这种织物服装的人明显感到凉爽。如今,航天事业的探索同样伴随着各种纺织品的开发,多层织物做成的宇宙服穿着舒适,为宇航员提供了保护。登月舱及宇航员返回地面的降落伞也是用坚牢质轻的材料制成的。太空运载工具的热屏蔽罩能经受上千度华氏温度,其中就有纺织纤维的功劳。

军人在日常生活以及训练、执勤、处置突发事件中,身体与环境之间处于不断的能量质量交换中,人体的舒适感觉取决于人体本身产生的热量水分和周围环境散失热量水分等之间能量交换的平衡。人体有90%~95%的热量散发是通过皮肤以辐射、对流、传导、蒸发等方式进行的。采用在化学纤维内混合金属粉末后涂层而促进热散发的办法能生产出热散发好的织物。

近年来,随着科学的发展,国内对智能调温纺织品的需求越来越迫切,组织力量对蓄热调温功能的智能纺织品攻关是对传统纺织染整加工技术的挑战,可大幅提高产品附加值、满足市场需求,对带动各类新型智能纺织品加工技术的发展有着积极和重要的意义,必将会带来良好的经济效益。

蓄热调温纺织品对外界环境的温度有着独特的智能响应性,针对外界环境温度的变化,通过纺织品中蓄热储能材料在纺织品周围形成一个温度基本恒定的局部气候,实现了温度调节,可广泛应用于床上用品、鞋类产品、内衣服装和外套服装等。

知识点:智能材料三元素

智能材料的构想来源于仿生,所谓仿生就是模仿大自然中生物的一些独特功能制造人类使用的工具,如模仿蜻蜓制造飞机等等,它的目标就是想研制出一种材料,使它成为具有类似于生物的各种功能的“活”的材料。因此智能材料必须具备感知、驱动和控制这三个基本元素。但是现有的材料一般比较单一,难以满足智能材料的要求,所以智能材料一般由两种或两种以上的材料复合构成一个智能材料系统。这就使得智能材料的设计、制造、加工和性能结构特征均涉及了材料学的最前沿领域,使智能材料代表了材料科学的最活跃方面和最先进的发展方向。