浅谈相变材料在蓄热调温纺织品中应用

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1、浅谈相变材料在蓄热调温纺织品中应用　　摘要蓄热调温纺织品是相变材料与纺织品相�Y合的、具有温度调节功能的新型纺织品。本文简单地介绍了调温纺织品的原理、相变材料的主要类型、调温纺织品制备应用的主要方法。调温纺织品目前尚无统一的测试方法，本文对几种调温纺织品的测试方法进行了简单的介绍关键词：调温纺织品；相变材料；制备；测试智能纤维是指能够感知外界环境变化或刺激（如光、热、磁、电、化学、力等），并做出响应的纤维材料。智能纤维以及利用智能纤维制作而成的智能纺织品被认为是纺织服装工业发展的一个重要方向。智能调温纤维是智能纤维的一种，是相变材料与纤维制备技

2、术相结合而成的新型纤维产品，其能感知环境的温度变化而发生相应的吸热、放热行为，实现对温度双向的调节，使温度保持合适的范围内，在不同外界环境下满足人体舒适性、使用性的要求。图1为Outlast调温纤维与传统纤维的比较示意图，调温纤维能对温度进行一定的调剂，使温度保持在人体的舒适温度范围内1相变材料12相变材料是指在目标的使用范围内，能发生相态转变的材料，发生相态变化的温度点称之为相变点。在相态转变发生的过程中，相变材料可以吸收或释放大量的热量，使温度在很小的范围内变化甚至保持不变，对温度起到缓冲的效果。直至相变过程完全完成后，材料的温度才继续上升

3、或下降。相变材料的热能存储过程如图2所示[2]。相变材料在相变过程中储存或释放的热量称为潜热物质相变主要有4种不同的形式：固-液相变、固-气相变、液-气相变和固-固相变，其中固-固相变是指材料在不同的晶型之间发生的转变[3]。固-气相变和液-气相变过程涉及气体的产生，物质的体积在相变前后发生较大的变化，难以在实际中应用。固-液相变过程具有较高的储能密度，意味着在使用时占用较小的质量和体积[4]，是目前相变材料应用的主要类型人体感到适宜的温度大约在18℃～35℃[4]，因此具有调温性能的纺织品中相变材料的相变温度应该在这个温度附近为宜。根据相变材

4、料的组成，相变材料可分为三大类：有机相变材料、无机相变材料和复合相变材料。下面简单介绍几种在这个温度内的相变材料1.1无机相变材料12无机类相变材料主要是指无机水合盐，如十水硫酸钠、七水碳酸钠、六水硫酸镁等。这些无机水合盐失去结晶水是明显的吸热过程，而水合盐的产生则会放出热量。例如十水硫酸钠又被称作格劳伯尔（Glauber）盐，其相变温度为32.4℃，是人体普遍感到舒适的温度。当温度高于相变温度时，十水硫酸钠固体会脱去结晶水，形成硫酸钠溶液；当温度低于相变温度时，硫酸钠与水分子结合，重新形成十水硫酸钠固体。十水硫酸钠的相变过程潜热可达254kJ

5、/kg，同时具有良好的导热性能[5]无机水合盐具有较高的潜热和储能密度、良好的导热性能、性质稳定、价格低廉，是具有巨大吸引力的相变材料；但是大多数无机水合盐存在着一定的腐蚀性，在相变过程中存在过冷现象和相分离现象，反复使用过程中容易产生无规则的变形，使无机水和盐在实际应用中受到了限制1.2有机相变材料有机相变材料可大致分为以下几种：石蜡类、聚乙二醇类、脂肪酸类等石蜡类是指长链烷烃化合物，分子通式为CnH2n+2，是石油精馏的副产物。石蜡类烷烃的熔点随着碳原子数目增加而增加，具有近似的线性关系，因此可以根据应用的温度来选择碳原子数目的化合物。其中

6、n=17～20的烷烃熔点为16℃～36℃，适合应用于调温纺织品之中[6]。石蜡类无毒、价格便宜、化学性能稳定，是目前商业应用中最常用的相变材料12聚乙二醇是乙二醇（PEG）的线性聚合物，分子式为HO―CH2―（CH2―O―CH2）n―CH2―OH。聚乙二醇具有无毒、稳定、难燃、可生物降解、无腐蚀性、价格低廉等优点。聚乙二醇的熔点和熔融焓随着分子量的增加而增加，例如PEG400的熔点为3.2℃，熔融焓为91.4kJ/kg，PEG20000的熔点为68.7℃，熔融焓为187.8kJ/kg[7]。不同分子量聚乙二醇的熔点见表1。通过选择PEG的分子量

7、或者混合不同分子量的PEG可以对聚乙二醇的熔点进行选择[8]脂肪酸是动植物脂肪和油脂的水解产物，低廉易得，其性质与石蜡类烷烃化合物相类似，是一类具有广泛应用前景的相变材料。脂肪酸类对人体无毒无害，可以生物降解；其化学和热学性能十分稳定，经过上千次的熔化冷冻循环仍可保持良好的热学性能[9]。但脂肪酸有不良的气味，有一定的腐蚀性，在升温的时候容易发生升华；为了克服以上缺点，有研究人员通过脂肪酸和醇类反应[10]，得到脂肪酸酯，对脂肪酸的性质加以改善1.3复合相变材料当有缺乏合适相变温度的相变材料，或在具有合适相变温度的相变材料成本太高时，为了得到相

8、变温度适当、性能优越的相变材料，会采用将几种相变材料复合的方法，以弥补各种材料的不足。复合的材料可以是有机-有机复合材料、无机-无机复合材料或有机-无