智能调温纤维综述

智能调温纤维综述

 

    目前,生产智能调温纤维(纺织品)加工方法有以下几种:中空纤维浸渍法;熔融复合纺丝法;涂层等后整理法,微胶囊复合纺丝法。上述4种生产智能调温纤维的方法中,复合熔融纺丝法需要加入大量增塑剂才能用于纺丝,中空纤维浸渍法存在封端困难,涂层等后整理方法虽然热焓值很高,但普遍存在手感较差的缺点.所以,微胶囊复合纺丝法生产智能调温纤维是目前实用的先进的加工方法.


一、微胶囊复合纺丝法


    微胶囊技术在医药、农药、日化、感光材料、食品、生物制品等领域得到了广泛的应用,国际上已将微胶囊技术列为21世纪重点研究开发的高新技术.纺织品领域使用的微胶囊就是将特定温度范围的相变材料用某些高分子化合物或无机化合物以物理或化学方法包覆起来,包覆材料称为囊壁,制成直径为1~100txm常态下稳定的固体微粒,相变材料性质不受囊壁的影响,然后将一定量的相变材料微胶囊添加到纺丝液中,通过喷丝板挤出制成纤维.微胶囊直接嵌入纤维内部,使微胶囊内的相变物质得以稳定地存在于纤维中.微胶囊的囊壁应选择在外力作用下能较长时间保持其完整性的材料,以避免芯料从微胶囊中渗出.


    通常,微胶囊中的相变材料质量分数不超过80%(大多数在50%6O%),微胶囊连同其中的相变材料的热焓多在100~200J/g.


二、国外发展概况

    智能调温纤维的研究于20世纪80年代起源于美国,主要应用于航空航天领域.Outlast腈纶基智能调温纤维是采用包裹有相变材料石蜡烃的微胶囊,加入到腈纶纺丝液中所得,最初是太空总署为登月计划而研发的,用作宇航员服装和保护太空实验精密仪器等,于1988年开发成功,1994年首次用于商业用途,1997年在户外服装中使用,现在已广泛用于时装和床上用品.此后,Outlast公司与Kelheim纤维公司合作开发出Outlast粘胶纤维,并获得专利.其实就是将相变材料微胶囊加入到粘胶纤维的纺丝液中得到的,其隔热效果达到42.5%,欧洲和日本也有这方面的研究.德国最早研制成功硫酸钠蓄热微胶囊整理材料,之后,又开发了在中空纤维充入溶剂与隋性气体的织物.日本东洋纺公司开发了以塑性晶体为芯材的鞘一芯复合丝.纺织工业南方测试中心通过热分析法测出Outlast腈纶基智能调温纤维中含有热敏相变材料的吸热、放热性能:熔融吸热温度为24.0~32.0℃,熔融焓印染助剂28卷值为4.3J/g,结晶放热温度为23.5—19.5℃,结晶焓值为2.4J/g.东华大学通过电子显微镜也观察到混入纤维的微胶囊分布状态,从图2可以清楚看到纤维中添加的微胶囊.Outlast公司试验报告中还指出:如外界温度在25~39℃变化时,具有Outlast纤维的服装可以将温度控制在30~35℃.


 


三、国内发展概况


    我国自20世纪90年代初开始蓄热调温纺织品的研究工作。天津工业大学功能纤维研究所自1993年立项,开始从事蓄热调温纤维的研究开发工作,2000年底成功完成相变物质熔融复合纺丝,研制出了相变物质含量在16%以上、单丝纤度5dtex的蓄热调温纤维,获得了国家发明专利.另外,该研究所还发明了耐高温相变材料微胶囊和熔融纺丝储热调温纤维技术,在升温和降温过程中其内部温度较普通纺织品低或高3℃以上,持续时间可达30min.2005年7月初,江苏丹盛纺织有限公司研发的奥特佳(热敏材料)腈纶基智能调温纤维棉型机织产品通过了江苏省省级鉴定,这是国内第一个开发智能调温纤维机织面料的报道.河北省保定雄亚纺织集团与美国安伯士国际集团合作,采用美国太空总署开发的相变调温纤维,结合高级洛科绒,开发出“安伯士”调温洛科绒2950型号绒线.2008年3月于中国国际纺织技术展览会上,河北吉藁化纤有限责任公司协同北京巨龙博方科学技术研究院联合发布了智能调温纤维纺织品最新研究进展,推出了微胶囊复合纺丝法生产的粘胶基智能调温纤维——丝维尔TM,该智能调温粘胶纤维的推出,不仅填补了我国粘胶纤维行业的一项空白,更把中国纳入国际上相同领域研究的前列.


四、调温纤维的性能评价


    目前有3种方法能够表征智能调温纤维的调温性能:(1)差示扫描量热法(DSC)是一种热分析方法,可以测定智能调温纤维织物的热焓和相转变温度;(2)动态热转换测试法可以测定织物静态绝热效果和蓄热微胶囊的动态绝热效果;(3)温度变化测试法可以测定相变材料吸热时温度变化程度和相变影响的持久性.3种方法各有侧重,可以根据需要合理选择.


五、智能调温粘胶纤维的应用


1)保护性织物


    在头盔、护膝等保护性织物织造中采用调温粘胶纤维可适当控制这些部位的汗液产生与排放。


2)服装、鞋帽


    调温粘胶纤维具有调温功能和良好的舒适性,可应用于外衣、内衣、鞋袜、帽子、手套等,由于老人和婴幼儿对温度变化较敏感,因此在服饰领域应用较广泛。


3)医疗卫生用品


    将调温粘胶通过混纺或交织加入到手术服、床上材料及精心护理所用良好的辅助治疗方面。


4)汽车内装置


    对汽车内部诸如地板、车顶、车座的物品应用调温纺织品,通过相变材料的吸热或放热可保持车内温度恒定,具有明显的调温效果。
 

    相变材料还可制成调温壁纸及其它建筑、电子等保温、保护材料。


    美国专家最近研制一种调温壁纸,当室内温度超过21℃度时,将吸收余热,低于21℃时又会将热量释放出来。这种调温墙纸共有三层;靠墙的里层是绝热层,能把冷冰冰的墙体隔离开来;中间层是一种特殊的调节层,经过化学处理构成,具有吸温、蓄热的作用;外层美观大方,上面有无数的孔,并印有装饰图案。品种多样任意搭配。

 

六、存在的不足


    通过差示扫描量热法(DSC)检测和模拟对比的方式都可以说明相变材料有提高服装保暖性的效能,但智能调温纤维中含有的相变材料有限,不可能长时间起到调温作用,只能短时间内作用.例如,当人体处于寒冷环境中时,相变材料通过相变释放储存的热量来维持人体体表温度,当相转变完毕,智能调温纤维的功能性就不起作用了。


    Outlast腈纶基智能调温纤维强力低,表面光滑,抱合力差,比电阻较大易产生静电,微胶囊易破裂,给纺织生产带来了一定的困难.混纺时,Outlast腈纶基智能调温纤维比例不能少于60%,否则其调温功能几乎消失殆尽。


    粘胶基智能调温纤维的可纺性能相对较好.粘胶纤维虽没有静电现象,但强力比较低,尤其是湿强更低,相变材料微胶囊的加入,破坏了纤维的微观结构,又使纤维的强力进一步下降。


    智能调温纤维织物在染整加工过程中的调温稳定性还有待探索。


    总之,智能调温纤维调节温度的幅度和时间都是有限的,适合于短时间内环境温差变化较大的环境,随着研究的进一步深入,不足之处有可能都会改善,但是不可能具有像空调一样的调温作用。

 

 


                                                                          技术质量部摘录整理
                                                                             2012年7月2日
 

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