繆福昌，朱信蓂

(1.泰州市公共資源交易中心， 江蘇 泰州 225300；2.江南大學(xué) 教育部針織技術(shù)工程研究中心， 江蘇 無錫 214122)

智能調(diào)溫紡織品是指對(duì)溫度或溫度變化有響應(yīng)的紡織品，它超越了傳統(tǒng)紡織品的單一保溫功能，是一種具有雙向溫度調(diào)節(jié)作用的、以改善舒適性為主要目的的新型材料[1]。其調(diào)溫原理是根據(jù)外界環(huán)境溫度的變化，紡織品的相變物質(zhì)會(huì)發(fā)生固-液可逆變化，當(dāng)環(huán)境溫度升高時(shí)，吸收儲(chǔ)存熱量，相變物質(zhì)由固態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)；當(dāng)溫度降低時(shí)，放出儲(chǔ)存的熱量，其由液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)，從而實(shí)現(xiàn)紡織品的雙向調(diào)溫，創(chuàng)造舒適的溫度環(huán)境[2]。

1 調(diào)溫纖維

1.1 單向溫度調(diào)節(jié)纖維

單向溫度調(diào)節(jié)纖維只能進(jìn)行單向溫度調(diào)節(jié)，通過纖維的蓄熱或放熱功能使溫度升高或者降低，如具有降溫功能的陶瓷纖維、亞麻纖維等。由于只具有單向溫度調(diào)節(jié)作用，致使這些調(diào)溫纖維存在明顯的不足，當(dāng)環(huán)境溫度的變化方向與其溫度調(diào)節(jié)方向相反時(shí)就不能很好地發(fā)揮作用，甚至造成不良后果。

1.2 雙向溫度調(diào)節(jié)纖維

雙向溫度調(diào)節(jié)纖維能根據(jù)外界溫度的變化進(jìn)行雙向溫度調(diào)節(jié)和適應(yīng)，主動(dòng)智能地調(diào)節(jié)溫度，可以在溫度不穩(wěn)定的環(huán)境中反復(fù)調(diào)節(jié)，故稱為智能調(diào)溫纖維[3]。

2 智能調(diào)溫纖維的調(diào)溫原理

智能調(diào)溫纖維與傳統(tǒng)纖維相比，有著更好地根據(jù)溫度變化進(jìn)行調(diào)節(jié)的功能，它突破了傳統(tǒng)紡織材料與單向調(diào)溫紡織材料溫度調(diào)節(jié)的局限，能夠根據(jù)周圍環(huán)境溫度的變化通過吸收、儲(chǔ)存、釋放能量的方式來調(diào)節(jié)溫度，使人體長期處于一種舒適狀態(tài)，提高了服裝的舒適性能[3]。在外界環(huán)境溫度升高時(shí)，纖維中的相變材料吸收熱量，從固態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)，將吸收熱量存儲(chǔ)于纖維之中，從而降低了人體的溫度；當(dāng)外界環(huán)境溫度降低時(shí)，相變材料釋放出存儲(chǔ)的熱量，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[4]。智能調(diào)溫纖維的吸熱放熱功能是可逆的、反復(fù)的，從而使人體始終處于一種舒適的狀態(tài)。

當(dāng)穿著智能調(diào)溫服裝從溫暖的室內(nèi)到寒冷的室外時(shí)，由于最外層的服裝溫度始終低于皮膚溫度，相變材料可能呈固態(tài)，而最內(nèi)層接近皮膚溫度處的相變材料呈液態(tài)，存在放熱的潛在趨勢(shì)，但相變材料的整體溫度不會(huì)有明顯改變。對(duì)著裝者來說，當(dāng)相變材料中的一部分液體吸收并存儲(chǔ)了熱量，與其固態(tài)相混合的狀態(tài)下，相變材料就能發(fā)揮“恒溫器”的作用阻止熱量的散發(fā)，在一定時(shí)間內(nèi)可以保持人體與服裝這一微小氣候內(nèi)的溫度基本恒定，對(duì)周圍環(huán)境溫度的變化起到緩沖作用，從而使人體處于一種舒適狀態(tài)。利用這一特性, 可以研制能夠改變服裝內(nèi)溫度的“智能”服裝，來調(diào)節(jié)人體特定部位的溫度，使其處于恒定的微氣候。

3 智能調(diào)溫纖維的調(diào)溫特點(diǎn)

相變材料可以根據(jù)周圍環(huán)境溫度的變化進(jìn)行吸熱、放熱，由于紡織纖維加工工藝的特殊要求，使得相變材料的可選范圍縮小，為了達(dá)到更好的調(diào)溫效果，有時(shí)需選用多種相變材料組合加工。適宜紡織品應(yīng)用的相變材料應(yīng)具有以下特點(diǎn)：儲(chǔ)熱能力強(qiáng)。要求材料單位質(zhì)量或單位體積的相變潛熱足夠大；安全指數(shù)高。化學(xué)和物理性質(zhì)穩(wěn)定，無毒、無異味、無腐蝕，不易燃；適宜的相變溫度。相變材料應(yīng)滿足不同氣候和應(yīng)用場(chǎng)合的要求；相變過程的可逆性強(qiáng)?？稍诤隼浜鰺岬膭?dòng)蕩溫度環(huán)境中始終保持人體與服裝間微氣候的恒定；相變材料的調(diào)溫時(shí)間長。通過加大相變材料的用量或提高相變性能等方式可延長調(diào)溫紡織品的調(diào)溫時(shí)間；相變速度快?？筛鶕?jù)周圍的環(huán)境變化進(jìn)行快速的熱傳遞；相變材料體積變化小。在吸熱或者放熱過程中，相變材料的體積變化不宜過大，否則很難在紡織品中應(yīng)用；重復(fù)利用率高；方便穿著。同時(shí)，相變材料應(yīng)易于洗滌與整理，便于穿脫。

4 智能調(diào)溫紡織品的制備

4.1 復(fù)合紡絲法制備的智能調(diào)溫纖維

復(fù)合紡絲法是將相變材料溶液或熔體進(jìn)行紡絲，與噴絲板擠出的含有相變材料的聚合物按照一定比例進(jìn)行復(fù)合，做成并列結(jié)構(gòu)和皮芯結(jié)構(gòu)的復(fù)合纖維，將相變材料直接嵌入纖維內(nèi)部，使其具有吸放熱的功能。缺點(diǎn)是由于皮層聚合物的包覆，導(dǎo)致纖維的相變速度變慢，熱傳遞遲緩?，F(xiàn)階段主要應(yīng)用溶液紡絲和熔融紡絲技術(shù)，但由于相變材料化學(xué)穩(wěn)定性不高，可紡性較低，因此目前研究熱點(diǎn)是提高相變材料的耐高溫性能和將溶液紡絲轉(zhuǎn)變?yōu)槿廴诩徑z。

4.2 中空纖維填充法制備的智能調(diào)溫纖維

中空纖維填充法是在織造前，對(duì)纖維內(nèi)孔進(jìn)行物理或化學(xué)改性，增加其對(duì)相變材料的表面浸潤性能，使相變材料能夠更好地填充到中空纖維的中空部分，然后用樹脂將纖維包覆、密封，防止相變材料泄漏，以達(dá)到持久調(diào)溫的效果。可用于中空纖維填充的相變材料有聚乙二醇、三羥甲基乙烷、無機(jī)水合鹽等。

在20世紀(jì)80年代初，Vigo等人將無機(jī)水合鹽填加在中空纖維內(nèi)部，得到了相變調(diào)溫纖維，但這種纖維的調(diào)溫效果不持久，使用一段時(shí)間后調(diào)溫功能會(huì)降低。此后，Vigo等將聚乙二醇填充在中空纖維中，得到了調(diào)溫效果150次以上的升溫和降溫循環(huán)的纖維[1]。李發(fā)學(xué)等人[5]研究了將三羥甲基乙烷/新戊二醇二元體系固-固相變材料采用水溶液真空填充的方法填充到滌綸中空纖維，得到了相變材料填充率為24%的調(diào)溫纖維。但用中空纖維填充法制得的調(diào)溫纖維內(nèi)徑較大，相變物質(zhì)易殘留于纖維表面，易滲出和洗出，作為服用纖維還有很大局限性[6]。

4.3 后整理法制備的智能調(diào)溫紡織品

后整理法主要是通過涂層和整理的方式實(shí)現(xiàn)紡織品的智能調(diào)溫功能。涂層法是指將相變材料粘結(jié)在紡織品上的加工方法，這種方法制備的紡織品缺點(diǎn)是由于黏膠固著的緣故，導(dǎo)致織物摸上去手感較硬。

整理法是通過浸軋-焙烘的方式，將相變材料或相變微膠囊用聚乙二醇和2D免燙樹脂整理劑混合，在酸性催化劑作用下將其附著在棉、麻等纖維素織物上，從而獲得調(diào)溫紡織品的方法。由于織物整理的方法是將相變高聚物附著在織物表面，會(huì)導(dǎo)致其手感較差，同時(shí)存在相變材料含量較低，儲(chǔ)熱性能欠佳，在反復(fù)使用及洗滌中易破損等缺點(diǎn)。

馬曉光等人[7]將相變材料嵌入到導(dǎo)熱系數(shù)較高的二氧化硅三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)凝膠中制成納米級(jí)至微米級(jí)的復(fù)合相變材料，然后將復(fù)合相變材料與粘合劑混合后涂布在紡織面料的表面制得了智能調(diào)溫紡織品。凝膠的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)可以抑制相變過程中液態(tài)相變材料的析出，從而不會(huì)對(duì)紡織品的外觀造成類似油浸狀的負(fù)面影響，而且復(fù)合相變材料的性能穩(wěn)定且具有較高的相變焓及適宜的調(diào)溫區(qū)間。

5 智能調(diào)溫纖維的應(yīng)用

5.1 服裝

智能調(diào)溫纖維在服裝領(lǐng)域的應(yīng)用較為廣泛，穿著智能調(diào)溫服裝的人體與服裝間可形成一個(gè)溫度相對(duì)穩(wěn)定的微氣候區(qū)，同時(shí)調(diào)溫纖維可感知人體各部分的溫度差異，自動(dòng)調(diào)節(jié)體溫，使人體長期處于一種溫度舒適的狀態(tài)。民用紡織品如襯衫、運(yùn)動(dòng)裝、滑雪服等，特種工作服如煉鋼服、冷藏庫工作服、潛水服、宇航服、野外探險(xiǎn)服、極地工作服、飛行服等都可應(yīng)用。如恬藍(lán)新材料科技(上海)有限公司與國外公司共同研發(fā)的智能調(diào)溫襯衫，其主要材料是“空調(diào)聚酯纖維”，此款智能調(diào)溫襯衫具有調(diào)節(jié)體溫、排汗散熱、自然舒適等功能。獨(dú)特的PCMS 微膠囊，能對(duì)外界溫度變化起到緩沖作用，使人體體感溫度始終保持在一個(gè)舒適的范圍內(nèi)，大大提高了人們的著裝舒適性。

5.2 保護(hù)性裝置

智能調(diào)溫纖維在保護(hù)性裝置方面的應(yīng)用主要是指耐高溫、耐低溫的手套、頭盔、護(hù)膝墊等，這些保護(hù)性裝置的使用不僅可為穿戴者提供舒適的溫度，還可在危險(xiǎn)時(shí)刻保護(hù)人體部位的安全。如Bio Skin系列產(chǎn)品都是以Smart Skin膜材料作為中間層，成功開發(fā)了護(hù)腕、護(hù)肘、護(hù)膝和足墊等運(yùn)動(dòng)保護(hù)產(chǎn)品。

5.3 床上用品

將智能調(diào)溫纖維制成床褥、枕頭、被子等床上紡織品，既恒溫保暖，又有利于床上微環(huán)境保持在一個(gè)舒適的范圍內(nèi)，使睡眠者能夠安心入睡并保持良好的睡眠狀態(tài)。如鄭州德惠紡織科技有限公司研制出的一種自調(diào)溫被子，已申請(qǐng)國家發(fā)明專利。其主要特征在于被子表面是粘膠纖維和含有相變材料的Outlast腈綸纖維混紡成的面料，填充物是由聚酯長絲和含有相變材料的Outlast腈綸纖維混合而成的，具有蓬松、柔軟、恒溫保暖、親膚舒適的特點(diǎn)[8]。

6 結(jié)語

智能調(diào)溫紡織品作為一種新的智能紡織品，可調(diào)節(jié)人體與外界環(huán)境間的微氣候，提高人體的著裝舒適度，這不僅是紡織品行業(yè)的一項(xiàng)技術(shù)革新，更重要的是為在極端環(huán)境溫度下工作的人們提供了保障。但目前我國對(duì)智能調(diào)溫紡織品的研究還處在實(shí)驗(yàn)階段，智能調(diào)溫纖維在加工過程中的調(diào)溫穩(wěn)定性以及纖維的可紡性能還有待進(jìn)一步提高，同時(shí)還要考慮到成本問題，以利于市場(chǎng)的普及。因此對(duì)于智能調(diào)溫紡織品的研究還要繼續(xù)深入，通過對(duì)目前已有成果分析，可以總結(jié)出以下幾點(diǎn)發(fā)展建議：延長智能纖維的調(diào)溫時(shí)間。目前相變材料存在的最大問題就是調(diào)溫時(shí)間短，可通過提高相變材料的用量等方式來延長紡織品的調(diào)溫時(shí)間；提高智能調(diào)溫纖維的強(qiáng)力和可紡性；優(yōu)化智能調(diào)溫紡織品的制作工藝。減少制備時(shí)相變材料的破損，節(jié)約能源，降低成本；進(jìn)一步提高產(chǎn)品的美觀性，使其不僅具有良好的調(diào)溫效果，同時(shí)又能符合著裝者審美與時(shí)尚的需求；綠色環(huán)?；?。進(jìn)一步提高智能調(diào)溫紡織品的安全性，確保無毒無污染，對(duì)人體沒有傷害。

[1] 趙寶艷,王瑄,吳超.智能調(diào)溫紡織品的種類及應(yīng)用[J].浙江紡織服裝職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào),2009,8(3)：24—27.

[2] 魏敬敬,劉艷君.調(diào)溫纖維在紡織品中的應(yīng)用[J].山東紡織科技,2012,53(1)：37—40.

[3] 李娜娜.智能調(diào)溫纖維及其紡織品[J].上海紡織科技,2010,38(3)：15—17.

[4] 劉延輝.新型溫度調(diào)節(jié)織物結(jié)構(gòu)與性能的研究[D].西安：西安工程大學(xué), 2012.

[5] 李發(fā)學(xué)，張廣平，俞建勇.三羥甲基乙烷/新戊二醇二元體系填充滌綸中空纖維的研究[J].東華大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2003,29(6)：15—17.

[6] 徐德彬，王進(jìn)美.相變材料的發(fā)展現(xiàn)狀及其在紡織上的應(yīng)用[J].紡織科技進(jìn)展,2011，(4)：10—12.

[7] 馬曉光，李俊升，李樺，等.一種智能調(diào)溫紡織品及其制備方法[P].中國專利：CN101070679，2007—11—14.

[8] 李民強(qiáng)，王德貴，王占霞，等.一種自調(diào)溫被子[P]. 中國專利：CN105411301A，2016—03—23.