淺談相變材料在蓄熱調(diào)溫紡織品中應(yīng)用

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1、淺談相變材料在蓄熱調(diào)溫紡織品中應(yīng)用　　摘要蓄熱調(diào)溫紡織品是相變材料與紡織品相?Y合的、具有溫度調(diào)節(jié)功能的新型紡織品。本文簡(jiǎn)單地介紹了調(diào)溫紡織品的原理、相變材料的主要類型、調(diào)溫紡織品制備應(yīng)用的主要方法。調(diào)溫紡織品目前尚無(wú)統(tǒng)一的測(cè)試方法，本文對(duì)幾種調(diào)溫紡織品的測(cè)試方法進(jìn)行了簡(jiǎn)單的介紹關(guān)鍵詞：調(diào)溫紡織品；相變材料；制備；測(cè)試智能纖維是指能夠感知外界環(huán)境變化或刺激（如光、熱、磁、電、化學(xué)、力等），并做出響應(yīng)的纖維材料。智能纖維以及利用智能纖維制作而成的智能紡織品被認(rèn)為是紡織服裝工業(yè)發(fā)展的一個(gè)重要方向。智能調(diào)溫纖維是智能纖維的一種，是相變材料與纖維制備技

2、術(shù)相結(jié)合而成的新型纖維產(chǎn)品，其能感知環(huán)境的溫度變化而發(fā)生相應(yīng)的吸熱、放熱行為，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度雙向的調(diào)節(jié)，使溫度保持合適的范圍內(nèi)，在不同外界環(huán)境下滿足人體舒適性、使用性的要求。圖1為Outlast調(diào)溫纖維與傳統(tǒng)纖維的比較示意圖，調(diào)溫纖維能對(duì)溫度進(jìn)行一定的調(diào)劑，使溫度保持在人體的舒適溫度范圍內(nèi)1相變材料12相變材料是指在目標(biāo)的使用范圍內(nèi)，能發(fā)生相態(tài)轉(zhuǎn)變的材料，發(fā)生相態(tài)變化的溫度點(diǎn)稱之為相變點(diǎn)。在相態(tài)轉(zhuǎn)變發(fā)生的過程中，相變材料可以吸收或釋放大量的熱量，使溫度在很小的范圍內(nèi)變化甚至保持不變，對(duì)溫度起到緩沖的效果。直至相變過程完全完成后，材料的溫度才繼續(xù)上升

3、或下降。相變材料的熱能存儲(chǔ)過程如圖2所示[2]。相變材料在相變過程中儲(chǔ)存或釋放的熱量稱為潛熱物質(zhì)相變主要有4種不同的形式：固-液相變、固-氣相變、液-氣相變和固-固相變，其中固-固相變是指材料在不同的晶型之間發(fā)生的轉(zhuǎn)變[3]。固-氣相變和液-氣相變過程涉及氣體的產(chǎn)生，物質(zhì)的體積在相變前后發(fā)生較大的變化，難以在實(shí)際中應(yīng)用。固-液相變過程具有較高的儲(chǔ)能密度，意味著在使用時(shí)占用較小的質(zhì)量和體積[4]，是目前相變材料應(yīng)用的主要類型人體感到適宜的溫度大約在18℃～35℃[4]，因此具有調(diào)溫性能的紡織品中相變材料的相變溫度應(yīng)該在這個(gè)溫度附近為宜。根據(jù)相變材

4、料的組成，相變材料可分為三大類：有機(jī)相變材料、無(wú)機(jī)相變材料和復(fù)合相變材料。下面簡(jiǎn)單介紹幾種在這個(gè)溫度內(nèi)的相變材料1.1無(wú)機(jī)相變材料12無(wú)機(jī)類相變材料主要是指無(wú)機(jī)水合鹽，如十水硫酸鈉、七水碳酸鈉、六水硫酸鎂等。這些無(wú)機(jī)水合鹽失去結(jié)晶水是明顯的吸熱過程，而水合鹽的產(chǎn)生則會(huì)放出熱量。例如十水硫酸鈉又被稱作格勞伯爾（Glauber）鹽，其相變溫度為32.4℃，是人體普遍感到舒適的溫度。當(dāng)溫度高于相變溫度時(shí)，十水硫酸鈉固體會(huì)脫去結(jié)晶水，形成硫酸鈉溶液；當(dāng)溫度低于相變溫度時(shí)，硫酸鈉與水分子結(jié)合，重新形成十水硫酸鈉固體。十水硫酸鈉的相變過程潛熱可達(dá)254kJ

5、/kg，同時(shí)具有良好的導(dǎo)熱性能[5]無(wú)機(jī)水合鹽具有較高的潛熱和儲(chǔ)能密度、良好的導(dǎo)熱性能、性質(zhì)穩(wěn)定、價(jià)格低廉，是具有巨大吸引力的相變材料；但是大多數(shù)無(wú)機(jī)水合鹽存在著一定的腐蝕性，在相變過程中存在過冷現(xiàn)象和相分離現(xiàn)象，反復(fù)使用過程中容易產(chǎn)生無(wú)規(guī)則的變形，使無(wú)機(jī)水和鹽在實(shí)際應(yīng)用中受到了限制1.2有機(jī)相變材料有機(jī)相變材料可大致分為以下幾種：石蠟類、聚乙二醇類、脂肪酸類等石蠟類是指長(zhǎng)鏈烷烴化合物，分子通式為CnH2n+2，是石油精餾的副產(chǎn)物。石蠟類烷烴的熔點(diǎn)隨著碳原子數(shù)目增加而增加，具有近似的線性關(guān)系，因此可以根據(jù)應(yīng)用的溫度來(lái)選擇碳原子數(shù)目的化合物。其中

6、n=17～20的烷烴熔點(diǎn)為16℃～36℃，適合應(yīng)用于調(diào)溫紡織品之中[6]。石蠟類無(wú)毒、價(jià)格便宜、化學(xué)性能穩(wěn)定，是目前商業(yè)應(yīng)用中最常用的相變材料12聚乙二醇是乙二醇（PEG）的線性聚合物，分子式為HO―CH2―（CH2―O―CH2）n―CH2―OH。聚乙二醇具有無(wú)毒、穩(wěn)定、難燃、可生物降解、無(wú)腐蝕性、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。聚乙二醇的熔點(diǎn)和熔融焓隨著分子量的增加而增加，例如PEG400的熔點(diǎn)為3.2℃，熔融焓為91.4kJ/kg，PEG20000的熔點(diǎn)為68.7℃，熔融焓為187.8kJ/kg[7]。不同分子量聚乙二醇的熔點(diǎn)見表1。通過選擇PEG的分子量

7、或者混合不同分子量的PEG可以對(duì)聚乙二醇的熔點(diǎn)進(jìn)行選擇[8]脂肪酸是動(dòng)植物脂肪和油脂的水解產(chǎn)物，低廉易得，其性質(zhì)與石蠟類烷烴化合物相類似，是一類具有廣泛應(yīng)用前景的相變材料。脂肪酸類對(duì)人體無(wú)毒無(wú)害，可以生物降解；其化學(xué)和熱學(xué)性能十分穩(wěn)定，經(jīng)過上千次的熔化冷凍循環(huán)仍可保持良好的熱學(xué)性能[9]。但脂肪酸有不良的氣味，有一定的腐蝕性，在升溫的時(shí)候容易發(fā)生升華；為了克服以上缺點(diǎn)，有研究人員通過脂肪酸和醇類反應(yīng)[10]，得到脂肪酸酯，對(duì)脂肪酸的性質(zhì)加以改善1.3復(fù)合相變材料當(dāng)有缺乏合適相變溫度的相變材料，或在具有合適相變溫度的相變材料成本太高時(shí)，為了得到相

8、變溫度適當(dāng)、性能優(yōu)越的相變材料，會(huì)采用將幾種相變材料復(fù)合的方法，以彌補(bǔ)各種材料的不足。復(fù)合的材料可以是有機(jī)-有機(jī)復(fù)合材料、無(wú)機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)合材料或有機(jī)-無(wú)