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1、新型材料論文：新型服裝材料——相變材料[摘要]本文論述了相變材料的特點及作用機(jī)理,重點說明了微膠囊相變材料在服裝中的應(yīng)用及調(diào)溫過程,并展望了其良好前景?！ 關(guān)鍵詞]相變材料微膠囊相變材料前景 1相變材料 相變材料PCMs(PhaseChangeMaterials)是指在一定狹窄明確的溫度范圍,即通常所說的相變范圍內(nèi)可以改變物理狀態(tài),如從固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)或從液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)的材料。在相變過程中,體積變化很小,熱焓高,因此以潛熱形式從周圍環(huán)境吸收或釋放大量熱量,熱的吸收量或釋放量比一般加熱和冷卻過程要大得多,而此時PCMs的溫度保持不變或恒定。在服裝上
2、應(yīng)用時,相轉(zhuǎn)變溫度范圍應(yīng)和人體溫度變化范圍相似,以利于保持恒定的皮膚溫度。我們最常見的相變材料就是水:當(dāng)溫度低至0℃時,水由液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài),當(dāng)溫度高于0℃時,水由固態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)。在結(jié)冰過程中吸入并儲存了大量的冷能量,而在溶解過程中會吸收大量的熱能量。冰的數(shù)量(體積)越大,溶解過程需要的時間越長。這是相變材料的一個最典型示例。從水的例子中可以看出,相變材料的這種特性在節(jié)能,溫度控制等領(lǐng)域有著極大的實踐意義,實際上可作為能量存儲器來使用。因此,相變材料及其應(yīng)用已成為廣泛的研究課題。對紡織領(lǐng)域來講,相變材料尚屬新型材料,其在紡織服裝領(lǐng)域內(nèi)大有用武之地。該材料
3、可廣泛應(yīng)用于制冷業(yè)、長期室外作業(yè)人員,以及特種行業(yè),如坦克兵、航天員的服裝使用材料。相變材料主要分為三種,由于相變材料在液態(tài)時易于流動散失,在服裝上使用必須采用微膠囊相變材料?！ ?相變材料的分類 2.1無機(jī)相變材料和有機(jī)相變材料 硫酸鈉基防護(hù)服可以用到無機(jī)相變材料,其相變溫度為15℃,相變焓為18OJ/g,目前已進(jìn)入實際應(yīng)用階段。該材料以硫酸鈉鹽為主相變劑,用添加劑來控制材料的熔點,改善材料的形態(tài),提高材料的綜合性能,找出影響材料性能因素及最佳工藝控制條件,掌握了材料的加工工藝、制備溫度、存儲方法等手段。大量研究表明,所得到的材料在保證了必要
4、相變溫度的條件下,仍有較大的相變焓,同時,在長期使用的過程中也確實表現(xiàn)出了較好的穩(wěn)定性?！ 〗?jīng)大量研究表明,以醇為主相變劑,高級烷烴等為輔相變劑,得到相變溫度為23℃,相變焓達(dá)到200J/g-220J/g的有機(jī)相變材料,是一種較好的制備方法;通過用DSC和TG對相變材料的熱穩(wěn)定性、重復(fù)穩(wěn)定性和膨脹性進(jìn)行的分析表明,該材料是一種膨脹率低、穩(wěn)定性很好的相變材料?！ ?.2微膠囊相變材料 相變材料在液態(tài)時易于流動散失,在服裝上使用必須采用微膠囊相變材料MPCMs(MicroencapsulationofPhaseChangeMaterials)。微膠囊
5、相變材料是將微膠囊技術(shù)應(yīng)用于相變材料而形成的新型復(fù)合相變材料,微膠囊化是將直徑1～1000um的固體或液體粒子埋入硬殼的物理和化學(xué)過程。得到微膠囊的物理工藝包括噴射烘干、離心流動床或涂層?；瘜W(xué)工藝是通過界面縮聚以聚酰胺或聚亞氮酯為殼,反應(yīng)原理是通過使用水溶聚合物和高速攪拌機(jī)將一種油類乳化在水中形成所需類型的穩(wěn)定乳狀液。加入可溶的三聚氰胺甲醛樹脂。由于加入酸的作用引起縮聚反應(yīng),交聯(lián)樹脂開始形成,并且沉積在油滴和水相界面之間。在殼壁硬化期間,就形成了微膠囊結(jié)構(gòu)和聚合物油滴膠囊的水中分散?！ 〖徔椘肥褂玫腗PCMs直徑為人發(fā)直徑的1/2,有時只有人發(fā)直徑
6、的1/20,這些小容器非常象裝滿了相變材料的乒乓球,殼體不僅小,而且經(jīng)久耐用,可以填充卻不會溶解。這種MPCMs可放人纖維和泡沫中,或作為涂層材料用于多種織物和泡沫材料,并且能經(jīng)受進(jìn)一步的紡織機(jī)械加工、熱和化學(xué)處理等。 3相變材料的作用機(jī)理 當(dāng)環(huán)境溫度或人體皮膚溫度達(dá)到服裝內(nèi)MPCMs溶點,其吸熱從固態(tài)轉(zhuǎn)化為液態(tài)。在服裝層內(nèi)產(chǎn)生短暫的致冷效果(見圖1)。熱能可能來自人體也可能來自外界溫暖環(huán)境。一旦PCMs完全溶解,儲能結(jié)束。如果PCMs服裝在低于PCMs冰點溫度的寒冷環(huán)境中使用,服裝溫度低于轉(zhuǎn)換溫度,液態(tài)MPCMs將變回固態(tài),釋放出能量提供短暫
7、的加熱效果(見圖2)。這種熱轉(zhuǎn)換在服裝內(nèi)起緩沖作用,減小皮膚溫度的變化,延長穿著者的熱舒適感?！ ∪绻诜b上使用,希望其相變溫度在33℃。但是所使用的MPCMs相變溫度不一定就是33℃,而是比這一溫度高幾度和低幾度的MPCMs混合后應(yīng)用于服裝。只有這個溫度下,一半的固態(tài)相變材料吸熱溶解成液態(tài),不至使皮膚溫度過高,而另一半的液態(tài)放熱凝固成固態(tài),釋放熱量,不至使皮膚溫度下降過低。 4微膠囊相變材料服裝 由于相轉(zhuǎn)變過程比較短暫,在恒溫環(huán)境中PCMs沒有任何作用。因此,穿著者必須活動以引起PCMs面料的溫度變化或者經(jīng)常在有溫差的兩個環(huán)境中工作,以保證
8、PCMs發(fā)生相變吸熱或放熱。此外,含PCMs的服裝層必須具有熱量傳導(dǎo)作用,能讓PCMs感受到溫度的變化?！ ?.1改變環(huán)境
