1、 1 毕业设计 开题报告 纺织工程 调温型锦纶面料的舒适性研究 一、选题的背景、意义 智能调温纺织品是指对温度或温度变化有响应的智能纺织品，它超越了传统纺织品的单一保温功能，是一种具有双向温度调节作用的、以改善舒适性为主要目的的新型材料。它是将相变蓄热技术与纤维和纺织品制造技术相结合开发出的一种高技术产品，具有自动吸收、储存、分配和放出热量的功能，有智能调温的效果，能够防止头、身体、手和足部位的剧烈温度变化，创造舒适的温度环境。 20世纪 80年代中期，各国研究人员先后采用多种工艺路线研制开发智能调温纺织品，我国自20世纪 90年代初开始这方面的研究工作，现已取得很大成绩。目前常用的制备方法主
2、要有以下几种 : 后整理法制备 , 中空纤维填充法制备 , 纺丝法制备 , 泡沫法制备。 穿着智能调温纺织品的人体与外界环境之问的热量流动减少或者被中断，从而在人体与外界环境之间建立一种相对的动态热平衡，对人体起到积极的温度调节作用。不仅能令人在严冬感到温暖如春，在酷暑也能感到丝丝凉意。据报道，英国玛莎推出了温度可调服装。英国玛莎 (Marks Spencer)公司为改进男士服装舒适性，在其新的温度可调节系列内衣中应用了 Outlast公PCM(相变 )技术；日本钟纺公司开发出能够使服装内温度保持在舒适范围的聚酰胺纤维“ ThermSupport”，该纤维是一种芯层为温度可调节聚合物、皮层为尼
3、龙 6的皮芯型复合纤维；Mid6技术公司开发了一种新型的智能潜水服 SmartSkin，其外层是闭孔氯丁橡胶泡沫材料，中间夹层是温敏性水凝胶与开孔的聚氨酯泡沫材料的复合物；香港福田实业集团与美国杜邦公司合作，采用 Outlast相变材料微胶囊技术，生产出具有温度调节功能的针织面料，制成的“ Fountian”牌温度响应型智能服装，已开始投放国内外高档服装专卖店；杭州求 兴科技有限公司与浙江大学、浙江理工大学合作研发出多种新型智能调温纤维 (纱线 )，有棉、腈纶、锦纶、涤纶等品种。 纺织品相变调温功能整理被美国 Newsday选为“改变 2l世纪人类生活的 2l项革新”之一。智能调温纺织品的开发
4、不仅代表了纺织工业的科技进步，也给人们的生活带来了便利。但目前我国在这方面仍停留在实验研究阶段，还没有形成产业化生产局面，自主创新不多，主要是跟踪研究。调温纺织品还有待进一步解决提高调温效果，降低成本两个问题，以更利于市场接受，因此研究2 和开发相变调温纺织品是非常有意义的课题。通过对已有文献的分 析总结，可以预测未来的智能调温纺织品会向着以下几个方向发展： 1)提高相变材料的性能。研制调温性能更加优良的相变材料，使得相变温度接近人的体温，提高相变材料用量的上限。 2)优化相变材料微胶囊的制备方法。改变微粒形态、微粒大小，降低微胶囊壁厚，攻克壳材料的制备技术，开发储能性高的新型芯材料，进一步优
5、化微胶囊的调温效果。 3)优化调温纺织品的制备工艺，降低成本，实现生产过程无污染、节约能源。 4)生态健康化，使产品绿色环保，对身体没有危害。 5)美观。产品不仅调温效果好，而且要符合美学和时尚的要求。 6)多功 能化。产品不仅具有良好的调温效果，还有生理监测、全球定位和音乐播放等功能。 通过以上资料的分析，再加上在大多数纤维中，锦纶的 强度高 ， 耐磨性 和 回弹性 较 好，且 吸湿性和染色性 也都不错， 可以纯纺和混纺作各种 衣料 及针织品 ，把相变材料应用到锦纶面料中 ，并对其舒适性进行研究，是一项极其重要的任务。所以，本次研究的课题具有非常重要的意义。 二、相关研究的最新成果及动态 在
6、能源日益紧张的今天，能够开发出利用微观结构变化来调控相转变温度，贮存热量的材料可以缓解能源紧张的难题。目前已研制出的固 -固相转变材料有 perovskite 层状复合物，交联改性聚乙烯，多元醇复合固态 PCM，脂肪酸 /SiO2 复合材料，微囊包封 PCM 和聚乙二醇复合 PCM 材料等，在这些 PCM 中，还存在热稳定性差，使用寿命短，相变焓小等缺点。通过物理共混发可合成 PEG/PET PCM，也可以利用 PEG 和 PET 端部羟基，通过交联剂将 PEG 偶联在 PET 上，然后再通过化学键将其接枝在聚酯骨架材料 PET 上，然后采用化学接枝法成功制备 PEG/PETPCM。涤纶作为该
7、 PCM 的合成原材料，价格便宜， PET 为刚性分子，熔点高达 250。 PEG/PETPCM具有较高的相变焓和优良的热 稳定性，价格便宜，合成工艺简单。 PEG/PET PCM 的热力学性能与 PEG 的分子量， PEG 在 PEG/PET PCM 中的质量百分比含量以及不同交联体系等因素有关。本研究通过调控这些因素，获得了具有较的相变焓和适宜的相转变温度，热稳定性好，热滞后损失小的一种新型 PEG/PET PCM。 将中空纤维浸渍在聚乙二醇或塑晶 (plastic crys-talline) 材料的溶液或熔体中 ， 使聚乙二醇或塑晶进入纤维内部 ， 得到在 40 60温度范围具有相变特性
8、的纤维 。 显然这种纤维的内径较大 ，相变物质残留于纤维表面 ， 做为 服用纤维使用还有很大的局限性 。 采用直接纺丝法研制蓄热调温3 纤维的研究报道较少 。 笔者曾探讨以聚乙二醇重均分子量大于 1 540、聚乙二醇重量含量不低于50% 的聚酯醚为原料 ， 直接熔融纺丝制取蓄热调温纤维 ， 得到在 15 53范围内具有吸热功能 ， 在 5 35范围内具有放热功能的纤维 。 但由于高聚醚含量的聚酯醚的合成工艺较复杂 ， 以及聚酯醚的热稳定性较差 ， 限制了该技术路线的推广实施。 上世纪 80年代， Bruno等人首次将 PEG填充到中空纤维内部，使纤维的发热量是未处理纤维的2 3倍，虽具有较为明
9、显的调温效果，但在 PEG的灌注及纤维的端封方面存在着很大难度和缺陷，难以用于实际生产。近年来，人们采用“交联添加法”，试图通过交联反应将 PEG添加到纺织材料上，并取得了一定成效。有研究表明，在适宜交联剂作用下， PEG可发生复杂的交联作用，并被交联固着到某些织物纤维上，从而赋予纺织品蓄热调温功能。通过交联使织物获得的热活性受多种因素的影响，如：交联反应程度、纤维基质种类、交联剂、催化剂种类及浓度等等。 目前有关这方面的文献较少，在仅有的报道中，大多只是针对热活性的外界影响因素，或仅仅证明了某种交联反应的存在，并没有涉及到由于 PEG本身在交联或处理过程中结构性质的变化而最终导致的热活性参数
10、的变化，没有考虑到这些过程对热活性的损伤。 目前通过实验得到了以下结果 : PEG在交联剂 2D存在的条件下，以 MgCl2 6H2O柠檬酸为催化剂，可自身或与纤维素纤维生交联反应。 PEG发生交联反应后，其热活性参数远小于纯 PEG原液的相应值。同时熔融温度 Tm与结晶温度 Tc也发生了偏移。对织物进行后整理时，织物获得的增重量应是 PEG与纤维素纤维之间交联的结果，整理织物上存留的应是与纤维素纤维交联的PEG，而不是 PEG自交联产物。纺织品经 PEG整 理后，其热活性指标与 PEG的分子量有关。在一定范围内，随着分子量的增大，热活性呈上升趋势。 PEG在后整理焙烘过程中的受热稳定性对织物
11、的热活性有较大影响。对经 PEG-800整理的织物而言。 150左右为热稳定性的转折点，随着焙烘温度的提高和处理时间的延长，失重率增大，热活性明显降低。此点对于制定台理的焙烘工艺有着重要意义。 通过 DSC、 SEM研 究 了 纤维素 和 聚 乙 二醇共 混 物的热 行 为及两组分在 共 混物中的分布形态 。 聚乙 二醇 和 纤 维 素 共混后 ， 结晶度 、 相嫡 、 相变温度降低 ， 且降 低 程度随 共 混物中纤维 素 含量的增大而增大 ， 共混物 中纤维素 和 聚 乙 二 醇具 有 很 好的相 容 性纤维素 和 聚 乙 二醇在共混物中的形态表现为均一 、 连续的相结构 , 没有出现相分
12、离。 医用降温服的研制与应用对于解决医护人员的防暑降温具有重要意义。研究表明： a) TH27 是一种较为理想的吸热降温材料 ， 具有相变温度合适 ， 相变潜热大且重复性好的特点 ； b) 由工业原料制成的降温袋热性能稳定且价格便宜 ； c) 医用降温服采用铠甲式设计 ， 上置若干口袋 ，4 可根据热舒适要求灵活置放降温袋 ， 较为简单、方便和舒适 ； d) 医用降温服具有良好的降温效果和热舒适感觉。 e) 性能更好的医用降温服还有待进一步 研制 ， 它依赖于对人体热感觉和热舒适的深入研究和材料性能的进一步改善。 相较与传统的微胶囊相变材料，在外壳分散了纳米粒子的纳米微胶囊复合相变材料的表面外
13、观更粗糙。这种纳米复合材料结构解决了粒子团聚的普遍问题，这在纳米材料的实际应用中是很难克服的。充分利用其功能，成为了银纳米粒子的一大优势 。 扫描电镜对表面的观察和能谱分析表明，银纳米粒子主要分布在壳的表面，和壳结构内部，与胶囊壳形成复合紧凑的结构。热重力分析结果证明， 由于纳米级颗粒的尺寸，高活性及巨大的表面积，加入银纳米粒子能明显增加高聚物墙体材料的强度。在纺 织品制造过程中，纳米微胶囊复合相变材料表现出较高的热稳定性能和较持久的恒温能力。 通过 分析相变材料纺织品热湿传递的物理机制，并在气候室开展相变材料服饰热调节功能的测试，我们可以对有无相变材料，及相变材料附加水平不同的各类服饰的温度
14、变化现象进行分析和讨论。 同时，这两种数值解和实验结果都表明，在服饰中温度最初是上升的，然后逐渐与环境平衡。 在相变过程中，添加相变材料的服饰，温度上升率要低于没有添加的服饰，同时，相变材料附加水平较高的服饰，其值要低于较低相变材料的。 从理论和实验分析， 相变材料服饰的 温度变化率和热调节 功能可用参数 K 值来表示，它和相变材料的附加水平具有良好的线性关系，并且被相变材料的附加水平明显地影响。 据证明，服装中包含的相变材料附加水平越高， k 值就越低，温度上升就越慢， 在相变过程中发生的热调节效果就越明显。 复合整理法，即将单一功能整理剂，通过同浴或分浴整理工艺，制得吸湿快干抗菌复合功能织
15、物。复合整理法制备吸湿快干抗菌功能织物的难点在于复配时，各功能间相互影响。因为复配并不是各功能问的简单叠加，而是各功能剂、各助剂间的相互抑制或相互协同发挥的复杂过程。 化学接枝法，即将抗菌粒子，通过化学反应，接枝到吸 湿快干功能有机硅聚合物上，制得无机有机杂化型复合功能整理剂，并进一步采用同浴整理工艺，制得吸湿快干抗菌功能织物。化学接枝法制备吸湿快干和抗菌复合功能织物的难点，主要有两点：一、纳米抗菌粉的分散和化学修饰，使其分子链的一端具有反应性基团或活泼氢基团，分子链的另一端通过化学键与纳米抗菌剂相结合；二、利用化学修饰后的纳米抗菌剂一端的反应性基团或活泼氢基团与吸湿快干功能聚合物进行接枝反应
16、，从而制得吸湿快干和抗菌复合功能整理剂。 关于耐久性的测试 ,国外一般都参照织物缩水率试验方法 ,如 AATCC 135机织物和针织 物在自动家庭洗涤中的尺寸变化 ， 国内则采用 GB/ T 12490 1988纺织品耐家庭和商业洗涤色牢5 度试验方法的或 GB/ T 8629 1990纺织品试验时采用的家庭洗涤及干燥程序 ， 洗涤次数则根据产品的最终用途和洗涤方式而定。而透湿性测试原来主要用于评价防水透湿涂层织物的整理效果 ,这里用来评价吸湿排汗整理剂对织物组织结构的影响 ,即测试整理是否造成织物组织孔隙小而使湿气无法顺利通过。 中国纺织科学研究院采用特殊的成孔剂以及相应的分散、聚合技术，推
17、出了“ CTATEX”微孔排汗聚酯纤维，经过适当的成孔 碱处理， “ CTATEX”微孔排汗织物可获得耐久整理的输水排汗性能和优异的抗起毛起球性能从成孔状态电镜照片上看，微孔纤维碱处理失重率可控制在 515之间：失重率控制在 3 8以上时即可达到耐水洗的输水排汗整理要求；碱处理失重率为5 4时，纯纺平纹针织物抗起球性可以达到 3级，失重率为 15 1时，抗起球性可以达到 4级；碱处理失重率在 18以下时，纯纺和混纺织物残存的单纱强度仍远高于服用要求，不会影响到织物的服用性能。 聚氨酯由于其优异的耐磨性、柔韧性、黏附性及其性能上的可调节性使其在纺织品涂层整理领域得到 了广泛重视 。聚氨酯的各种应
18、用性能无一不与其化学结构和微结构密切相关因此其结构、性能间的关系已成为当今聚氨酯领域的研究热点 。聚氨酯的微结构主要取决于组成其软、硬链段单体的化学结构、组成及相对含量、链段的长度及其分布和交联程度等。有不同微相分离程度的聚氨酯材料，即便是化学结构相同，往往也会呈现出明显不同的性能 。 近年来出现的智能型防水透湿纺织品便是通过对聚氨酯涂层材料的相转变温度和微相分离结构的控制，利用材料在该温度上下透湿性能的突变得到的。为了得到具有较强透湿突变能力的聚氨酯涂层材料，已对聚氨酯的主要 应用性能与其化学结构和微相分离结构间的关系进行了考察，并分析探讨了聚酯、聚醚软单体对聚氨酯软段相微结构的贡献和影响。
19、 通过对于以上文献的分析，我们了解了聚氨酯，聚乙二醇，相变材料等的概念，以及对各种面料的热稳定性和物理性能的分析等等。 通过了解高分子材料的热性能及相变功能的测试，进一步研究聚乙二醇 /聚氨酯复合材料的组分材料性能及其配比对材料相转变温度及相变潜热的影响；通过掌握聚乙二醇 /聚氨酯复合材料的制备方法及其锦纶涂层面料的加工方法，并利用差示扫描量热（ DSC）对样品的相转变温度及相变潜热等进行测试，对数 据进行处理与分析，为开发调温型涂层纺织品提供理论依据。 三、课题的研究内容及拟采取的研究方法、技术路线及研究难点，预期达到的目标 6 论文主要围绕聚乙二醇 /聚氨酯复合材料在智能调温型锦纶涂层面料
20、加工中的应用展开试验研究与评价，根据人体表面舒适温度以及锦纶织物的表面性能，选择具有合适相变温度的聚乙二醇 /聚氨酯复合材料，使之适合于锦纶面料的涂层加工。通过对所制备面料的防水透湿、蓄热调温功能以及力学性能的测试，系统研究聚乙二醇材料对聚氨酯基涂层面料加工及其最终产品的性能影响，并利用差示扫描量热（ DSC）对样品的相转变 温度及相变潜热等进行测试并对数据进行处理与分析，为开发智能调温型涂层面料提供实验数据及理论依据。 本次课题主要分为以下几个阶段：第一步，在教师指导下初步选题；第二步，搜集、阅读和整理相关文献资料，并开始撰写开题报告；第三步，证论与组织（拟写开题报告）；第四步，实验研究与分
21、析；第五步，撰写毕业论文；第六步，毕业论文的修改与定稿。 可以预见，本次课题将会遇到一些难点。比如，做实验需要有必要的仪器、设备、材料、场所等，可是在学校现有的实验条件下，实验所需膜难以获得，需要经过多次试验才能得到较为合理的膜，所以要求做 实验时耐心认真。对于本次毕业课题，我一定认真刻苦，抓紧时间，有序守时，保质保量地完成写作任务。此外，我也会独立思考，刻苦钻研，不耻下问，争取到让导师和自己满意的成绩。 希望通过本次课题，我将深度 了解聚氨酯，聚乙二醇，微胶囊，相变材料等的概念，性质和发展现状 ，以及今后的发展前景，并 掌握聚乙二醇 /聚氨酯复合材料的制备方法及其锦纶涂层面料的加工方法；学会
22、利用差示扫描量热（ DSC）对样品的相转变温度及相变潜热等进行测试，对数据进行处理与分析 ，为调温型锦纶面料的发展提 供实验数据及理论依据。 四、论文详细工作进度和安 排 1、 2010.10.24-2010.11.5：教师下达论文选题 2、 2010.11.6-2010.11.22：毕业论文选题（确定选题），学生完成选题 3、 2010.11.23-2011.1.10：老师正式下达毕业论文任务书、学生进行参考文献的查阅、完成外文翻译、文献综述、开题报告 4、 2011.2.1-2011.3.29：学生完成毕业论文的准备、初稿撰写 5、 2011.3.30：毕业论文中期检查 6、 2011.3
23、.12-2011.5.2：学生毕业实习 7、 2011.5.4-2011.5.12：毕业论文修 改和定稿上交 8、 2011.5.13-2011.5.22：毕业论文评阅 9、 2011.5.23-2011.6.3：毕业论文答辩及成绩评定 7 10、 2011.6.5-2011.6.10：二次毕业论文答辩 11、 2011.6.7-2011.6.12：校级毕业论文答辩 五、主要参考文献 1 王艳秋 , 金万祥 , 缪伟伟 , 张佳伟 , 王桃侠 . 聚乙二醇 /涤纶接枝共聚固 -固相转变贮热材料 J. 应用化工 , 2009, 38(1): 28-31. 2 张兴祥 , 王学晨 . PP/PEG
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