1、 1 毕业设计文献综述 纺织工程 调温型锦纶面料的舒适性研究 一、前言部分 相变材料 (PCM - Phase Change Material)是指随温度变化而改变形态并能提供潜热的物质。相变材料由固态变为液态或由液态变为固态的过程称为相变过程，这时相变材料将吸收或释放大量的潜热。相变材料实际上可作为能量存储器。这种特性在节能，温度控制等领域有着极大的意义。因此，相变材料及其应用成为广泛的研究课题。 自 20 世纪 70 年代石油危机后，相变材料便进入快速发展期，经过 30 多年的发展，到上世纪末，开始转入大规模商业化应用，成 熟的相变材料单体产品、高热容复合材料和相变储热系统相继出现，其应用
2、领域迅速扩大到纺织、建筑、航空航天、军事、低温运输、工业热交换、废热利用等领域。但到目前为止，相变储热技术还没能广泛推广，其节能环保的优点还远没有充分发挥出来。制约相变储热技术发展的主要因素之一是高性能、低成本相变材料的缺乏。 虽然相变材料在建筑等方面的研究已颇有起色，但是在服装中的应用还在不断发展中。 而锦纶的 强度高 ， 耐磨性 和 回弹性 较 好， 且 吸湿性和染色性都比涤纶好 ， 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、主题部分 在能源日益紧张的今天，能够开发出利用
3、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。 1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 PCM 的合成原材料，价格便宜
4、， 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2 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的纤维 。 2 显然这种纤维的内
5、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，虽具有较为明显的调温效果，但在 PEG的灌
6、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。 3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的变化，没有考虑到这些过
7、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的热活性有较大影响。对经
8、 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 。 4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3 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 , 没有出现相分离。 医用降温服
9、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。 5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 ，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观更粗糙。 6这
10、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变化现 象进
11、行分析和讨论。 7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物。 9
12、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4 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
13、，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 ， 10国内则采用 GB/ T 12490 1988纺织品耐家庭和商业洗涤色牢度试验方法的或 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
14、出了“ CTATEX”微孔排汗聚酯纤维， 11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 。 12聚氨
15、酯的各种应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
16、献和影响。 三、总结部分 PEG/PET是一种性能优异的复合高分子固态相变材料 ,在能量贮存和 温度控制领域将有广阔的应用前景。以聚乙二醇为相变材料添加适宜的增稠剂为芯成份，以聚丙烯为皮成份，可以直接熔融纺丝，研制出具有蓄热调温功能的纤维；在适宜的工艺条件下，纺织品经 PEG后整理可获得5 热活性；将含有丰富侧轻基半刚性的纤维素和含有端经基的聚乙二醇通过溶液共混后，该共混物具有较大的相变烙和较好的稳定性， 可成为一种新型复合高分子固一固相变贮能温控功能材料，具有广阔的应用前景。近年来，为了能够满足人们衣着舒适、健康的发展方向，中国纺织科学研究院推出了“ CTATEx”微孔排汗聚酯纤维织物，经过
17、适当的成孔碱处理 ，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；吸湿快干和抗菌复合功能整理剂及其功能织物的开发也迫在眉睫。同时把纳米微粒添加到纺丝液中，采用涂层或浸渍方法将其对织物进行后整理这一方面也已经展开了大量的科研工作和实际生产，开发纳米技术屏蔽服装也是电磁波屏蔽服未来的发展方向。但 纳米材料和相变材料原料的制备和获取都存在成本高的问题，寻找更有效、成本更低的技术来制备和生产纳米相变材料，才能真正将相变储热技术和纳米技术推广。 四、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
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