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应用相变材料的纺织纤维

应用相变材料的纺织纤维
相变材料(PCM-PaseChangeMaterial)是指随温度变化而改变形态并能提供潜热的物质。相变材料可分为有机(Organic)和无机(Inorganic)相变材料。亦可分为水合(Hydrated)相变材料和蜡质(ParaffinWax)相变材料。我们最常见的相变材料非水莫属了当温度低至0摄氏度时,水由液态变为固态(结冰)。当温度高于0摄氏度时水由固态变为液态(溶解)。在结冰过程中吸入并储存了大量的冷能量,而在溶解过程中吸收大量的热能量。冰的数量(体积)越大,熔解过程需要的时间越长。这是相变材料的最典型的一个例子。
在纺织领域,通过纺织品表面或者纤维内含有的相变材料可以达到调节温度的功能。这类材料能够根据外界环境的变化,在一定的温度范围内自由调节纺织品的温度,比一般常规织物更具舒适性。目前世界上很多公司已经开始将这类材料用于新产品的开发中。
美国Outlast技术较早形成了商业化的相变材料服用纤维,该技术最早由美国太空总署为登月计划而研发的。目的是为宇航员制作登月服装,包括手套、袜子、内衣等,后来发展到用于普通服装,特别是户外服装,包括滑雪衫、裤、毛衣等。该技术于1988年开发成功,1994年首次用于商业用途,现已广泛用于服装和床上用品。Outlast纤维为腈纶纤维,能够随着外界的变化自动调整温湿,其技术关键是采用微胶囊相变材料(PCM),利用相变材料具有能以“潜热”的形式吸收储存,释放大量的能量特点,并形成产品固定的温度变化范围(1°F-20°F),固液态能互相转化。人体调节体温的关键是皮肤,当穿着者受凉时,输送血液的毛细血管通过皮肤的收缩和扩张,即血管收缩和舒张,以限制和增加血液流量,从而减少或增加热量的流失。在Outlast纤维中的微胶囊热敏相变材料为碳氢化蜡(Hydrocarbonwax),可以根据环境温度吸收和释放热量,对外界环境温度的变化在皮肤上作出相应的反应,对温度变化有缓冲作用,因此具有气候调节功能,在身体和服装等产品之间形成良好的小气候。相变材料在纤维上结合的方式有两种,一种是通过面料涂层,即将含有Outlast技术的微胶囊(pcms)涂于织物表面形成,一种是将微胶囊(pcms)植入腈纶纤维内,该纤维可进行纺纱织造。我国保定雄亚纺织集团开发生产的太空相变调温纤维绒线就是应用Outlast纤维与进口高级洛科绒粘合而成的产品。
除了Outlast纤维,瑞士Scholler公司生产的ComfortTemp恒温纤维及其产品采用相变材料(PCM)也具有同样的虚热保温的功效。日本小松精炼公司也开发出AirTechnio温度调节材料,它覆盖一层含温度调节功能的蛋白质粉末的薄膜,通过重复的吸热、储热河放热来适应外部环境的温度变化。此外,著名的高科技材料公司Triangle在第一次海湾战争期间研究制成了一种含有相变材料胶囊的茄克,部分解决了甲板士兵由于海湾地区的高温和阳光照射、舰船表面温度可高达60°C以上而产生的迫切降温的需要。该茄克可以在40°C的气温下保持服内舒适度达1-2个小时,又下延长了美军作战部队在酷热条件下的战地执勤时间。
目前我国也已开展相变储能材料的研究,天津工业大学研制的熔纺纤维中相变材料微胶囊含量达到了20wt%,经测试在38°C的气温下保持内部温度低于30°C达2.5小时。目前已试用于我军新型飞行服和通风服等。uroCXhY


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