李 揚

（陜西工業(yè)職業(yè)技術學院，陜西咸陽 712000）

隨著人們生活水平的提高以及特殊行業(yè)對紡織品要求的不同，傳統(tǒng)紡織品簡單的保溫和御寒的功能已難以滿足人們的要求，具有功能性和舒適性的紡織品應運而生，智能型紡織品的品種越來越多，其應用領域不斷擴大。其中人們利用相變材料開發(fā)的紡織品具有智能調溫的效果，可根據(jù)環(huán)境溫度的不同吸收或釋放熱量，即具有氣候調節(jié)功能，能在身體和服裝 等之間形成良好的小氣候，使人感覺到舒適[1]。

相變調溫紡織品是將相變材料與纖維和紡織品制造技術相結合開發(fā)出的一種高技術產品。具有自動吸收、存儲、分配和放出熱量的功能。能夠防止頭、身體、足和手部位的因劇烈溫度變化而產生傷害，創(chuàng)造舒適的溫度環(huán)境。

冬天，人們會感覺到寒冷。寒冷是對熱量散失的感覺。當溫度降低時，血壓降低，皮膚表面的血液流量減少，熱量損失減少；溫度進一步降低時，血液變得粘稠，肌肉變硬，反應變慢，行動遲緩笨拙。人體需要有正常的體溫以保證由酶促反應實施的生理代謝的正常進行，而正常的體溫是依靠人體的食 糧散熱來實現(xiàn)的。人是一個散熱散濕體，在30℃左右的環(huán)境溫度下，處于靜坐或從事輕度腦力勞動的全裸人體的散熱量為58.14W／m2，由此實現(xiàn)33℃左右的平均皮溫、38℃左右的深度血液溫度，使人體感到舒適。當環(huán)境溫度輕度偏離30℃，人體可以通過出汗、體表毛細血管擴展或收縮、肌肉緊張、寒顫等自身調節(jié)行為調節(jié)產熱量和散熱量，使人體核心溫度維持在基本正常的范圍，但人體已感到不舒適。在環(huán)境溫度嚴重偏離30℃時，人體必須依靠圍護結構來控制人體與環(huán)境之間的熱流量，在人體表面和圍護結構之間形成溫度適當?shù)奈⑿夂騾^(qū)，使人體具有適當?shù)捏w溫和舒適的感覺。服裝、被褥、帳篷、房屋及其附屬的空調設備就是典型的圍護結構。顯然，對戶外活動人群而言，服裝是唯一的圍護結構。

1 相變調溫紡織品的特點及調溫原理

1.1 調溫原理

根據(jù)人體過熱與發(fā)冷的情況，依據(jù)相變材料可以吸收存儲和重新釋放身體的熱量，使人體始終保持較舒適的狀態(tài)的特性。在外界環(huán)境溫度升高時，相變材料吸收熱量，從固態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)，降低了人體的溫度。相反，當外界環(huán)境溫度降低時，相變材料放出熱量，從液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)，減少了人體向周圍放出的熱量，以保持正常體溫，為人體提供舒適的“服裝微氣候”環(huán)境，使人體始終處于一種舒適的狀態(tài)。當穿著含有這種相變材料的服裝從溫暖的室內進入到較冷的室外環(huán)境中時，并不是所有的相變材料發(fā)生轉變。當熱量從皮膚表面散發(fā)到冷環(huán)境中時，存在一個溫度變化梯度，不管產生多少運動熱量，靠近最外層的服裝是不會達到皮膚溫度的，相變材料可能呈固態(tài)；而最內層接近皮膚的溫度，相變材料處于液態(tài)，有一放熱的潛在趨勢，但是相變材料的溫度沒有明顯改變。由于液體部分吸收并儲存了熱量，在這種固液混合狀態(tài)下，相變材料就像一個“恒溫器”有助于阻止熱量通過皮膚散發(fā)，對穿著者來說，達到了調節(jié)人體溫度的作用。這種相變材料在皮膚和外界環(huán)境之間創(chuàng)造一種動力學平衡，對外界環(huán)境溫度的變化起到了緩沖作用。因此研制能夠改變服裝內溫度的“智能”服裝，來調節(jié)人體特定部位的溫度，保證人體特定的部位處于恒定的微氣候。美國的Hansen R H 將二氧化碳之類的氣體先溶解到不同溶劑中，然后將其填充到纖維的中空部分。在織造前，利用一些特殊的方法將中空部分密封，使纖維中的二氧化碳等氣體發(fā)生氣、液(固)之間的相變，使其達到保溫的目的[2]。

美國農業(yè)部南方實驗室的 Vigo 等，將SrC12·6H2O、CaCI2·6H2O 等帶有結晶水的液相變材料充填到聚丙烯和人造絲等一些中空纖維中。其中的原理是利用相變水合鹽在室溫下發(fā)生的熔融和結晶，以此來達到放出熱量和吸收熱量的目的，從而調節(jié)溫度。但是經過反復升降溫后，無機鹽便失去結晶水從纖維中析出，不再具有實用價值。

Frost、Vigo、Bruno 等開展了將聚乙二醇浸漬在中空纖維內部或整理在織物表面等的一系列的研究工作。他們通過研究發(fā)現(xiàn)，這些含有聚乙二醇的織物經過150 次冷卻和加熱循環(huán)后，仍具有吸放熱功能。但由于中空纖維的直徑較粗，很難避免纖維表面沾有聚乙二醇，所以工業(yè)化的推廣價值也很小。

20 世紀80年代中期，Vigo 等將分子量為500～8000 的二羥甲基二羥基乙二烯脲和聚乙二醇等交聯(lián)劑以及催化劑一起混合后制成了均勻的水溶液，再將羊毛織物、棉和滌棉等織物在溶液中浸漬，經過后處理后，得到了增重大于50%的織物，該類織物在0～50 ℃范圍內都具有明顯的吸放熱的效果。美國Triangle 公司合成了直徑15μm～40μm的微膠囊。這種微膠囊具有吸放熱的作用，將其整理在織物表面，就使織物具有了溫度調節(jié)的功能。Triangle 公司申請了一種具有可逆蓄熱特點纖維的專利，這種纖維是在直徑為1.0μm～10.0μm 的微膠囊中封入石蠟類碳氫化合物，然后經過和聚合物溶液一起紡絲從而制得的。

1.2 調溫特點

相變材料能隨環(huán)境溫度的變化而發(fā)生相轉變，但并不是能發(fā)生相轉變的物質就可作為相變材料。作為適宜工業(yè)化應用的相變材料應具有以下特點：

（1）合適的相變溫度。相變材料的應用領域、具體的應用場合不同，所要求的相變溫度不同，應根據(jù)具體的應用要求，選擇具有適宜相變溫度的相變材料。

（2）儲熱能力強。一方面要求材料的相變潛熱(相變焓)大，另一方面要求單位質量和單位體積材料儲存的熱量多(即儲熱密度大)。

（3）在相變過程中的體積變化小。在相變過程中，相變材料的體積變化越小越好，相變時體積變化大的相變材料難以在實際中應用。

（4）相變過程的可逆性好。

（5）導熱快，即相變材料具有較高的傳熱能力，吸熱和放熱的速度快。

（6）化學性質穩(wěn)定，無毒，無腐蝕性，不易燃。

（7）結晶速度快，過冷程度低。

（8）密度大。許多應用場合要求相變材料具有較大的密度，以減小體積。

2 應用領域

目前，相變材料在飛行保暖手套，軍用冷或熱氣候作戰(zhàn)靴，軍用、民用潛水服、冬服，海軍陸戰(zhàn)隊微氣候冷卻服裝、寢具，賽車服、頭盔，服飾(滑雪服、滑雪靴、手套、襪類等)[2]，汽車內飾織物等均有應用。在理療上，利用相變材料溫度的調控性能對病人的病情會起到良好的輔助治療作用。對于在高寒區(qū)工作的軍警等特殊群體而言，采用積極式智能保溫材料PCM，可在不同溫度環(huán)境下、在一定時間范圍內維持人體微氣候區(qū)的溫度基本恒定，可降低服裝體系的重量，緩解服裝重量和服裝保暖量的矛盾，減少單兵負荷、提高單兵的戰(zhàn)斗力。此外，冷庫工作人員等反復交替出入冷熱環(huán)境的人群，也適合與使用PCM 材料。

3 智能調溫紡織品的用途

關于蓄熱調溫紡織品的用途，目前仍在開發(fā)中，其用途有很多方面。

（1）服裝領域。具有服用紡織品的基本性能，因而可用做民用紡織品，如服裝面料、里料等，已經市場化的產品有茄克、體育運動服和滑雪衫等。用于高級西服、消防服、煉鋼服、潛水服、宇航服、飛行服、野戰(zhàn)服、極地探險服、冷庫工作服、鞋襯等[3]。

（2）裝飾領域。用做窗簾、床單、被面或保溫絮片，其用于睡袋的保溫絮片已市場化。

（3）醫(yī)療領域。用于手術服、醫(yī)用恒溫繃帶，還可用于病員服裝。

（4）產業(yè)領域。用做建筑屋頂、汽車內襯、電池隔板或其材料。

[1]顧振亞，陳莉. 智能紡織品設計與應用[M]. 北京：化學工業(yè)出版社，2006：29-30.

[2]朱良久，崔玉桐. 新兵凍傷情況調查分析[J]. 解放軍醫(yī)學雜志，2005(1)：61-62.

[3]石海峰，張興祥. 微膠囊技術在蓄熱調溫紡織品中的應用[J]. 產業(yè)用紡織品，2008(12).