1.6 会调温的纤维
——相变纤维

服装是我们日常生活中的必需品。然而现阶段我们身上穿的衣服只是一种隔热材料，天气热的时候少穿点，天气冷的时候多穿点，如果一天之内天气变化过大，一会儿冷一会儿热，那就需要反复把衣服穿上、脱下，很麻烦，有温度自动调节功能的服装就可以解决这一问题。如果不在服装内部安放一些电加热元件，是否能够使服装达到自动控温的目的？答案是可以的，秘密就在于纤维中的“相变材料”。基于相变材料的蓄热调温功能的纤维叫作相变纤维，也就是调温纤维，如图1-27所示。

相变材料本身能够吸收和释放热量，在吸热和放热的过程中，材料会改变自身状态，材料原始状态是固态，当外界的温度高于其熔融相变温度时，材料就开始吸收外界的热量，从固态变成液态。同时，热量被材料吸收并“储存”起来。这时，服装内的温度随着环境温度的升高而保持不变。同样的，当外界环境的温度低于相变材料的结晶相变温度时，材料则开始释放储存的热量，材料本身又会从液态转变成固态，释放出的热量则会通过衣服本身传导给人的身体，使人与服装形成的内环境的温度不会随着外界温度的降低而降低。以上便是调温相变纤维的作用机理。不是所有的相变材料都适合做调温纤维的原料，纤维用相变材料的选择原则主要有以下几点：相变温度在人体舒适温度29～35℃之间，能够吸收和存储较多的热量，导热迅速且热膨胀系数较小，即在服用过程中不会发生明显的体积变化。此外，考虑到服用的耐久性以及实用价值，相变材料也必须满足在相变过程中不产生任何降解和变化，且在洗熨过程中不损失不变化、使用寿命一般大于1000次热循环。

相变智能调温纤维的研究于20世纪80年代起源于美国。最早由美国国家航空与航天局研究项目所开发的Outlast 腈纶基智能调温纤维，是采用包裹有相变材料石蜡的微胶囊加入腈纶纺丝液中所得，当时是美国太空总署为登月计划而研发的，用于宇航员服装和太空实验精密仪器等保护外套，于1988年开发成功，1994年首次用于商业用途。此后，德国Kelheim纤维公司与美国Outlast技术公司合作开发出Outlast 黏胶型纤维，是将相变微胶囊加入黏胶纤维的纺丝液中得到的，其隔热效果达到42.5%，并获得专利。微胶囊是一种外部被壳包围着的内部含有活性成分或者核心物质的小颗粒，其直径可以在1～1000μm之间变化。调温相变纤维用的相变材料通常是一种油性物质，其在水中是不能分散的，为了让油性物质在水中分散，需要加入乳化剂将相变材料和聚合物材料同时放入水中，通过改变其温度、pH值等形成聚合条件，聚合物就会在相变材料的外部包覆上一个均匀的壳，这样便制备出了相变微胶囊（图1-28）。将相变微胶囊与聚合物进行共混纺丝就制备成相变纤维，使用这种方法制成的纤维在使用过程中不会产生相变材料外逸等问题（图1-29），具有良好的悬垂性、柔软性及性能稳定性。

穿着调温服的特点是感受不到冷和热的剧烈变化，并不是单一的增加保温也不是单一的增加凉爽，而是起到一个温度调节的作用，可以形象地将其比喻成穿在身上的“移动空调”。就像图1-30呈现的那样，在降温过程中，环境温度发生了变化，温度降到32℃左右，但是相变纤维制成织物的部分温度还保持在降温之前35℃左右，有很好的储热效果。那么，在什么场合会比较多地用到调温相变纤维制成的服装呢？主要有以下几个方面。

（1）日常服饰领域

调温相变纤维做成的正装，在维持挺阔、线条流畅的同时，具有根据环境温度变化来调节人体温度的功能，并能在较冷的环境中摆脱臃肿，实现穿着舒适；制成运动性服装，在穿着的过程中可以根据人体过冷或过热的情况吸收环境或者人体产生的热量来保持运动者体温恒定，以免出现身体不适的现象。

（2）医疗用品领域

相变纤维可以制成多种温度段并适合人体部位形态的热敷袋、被褥等，吸收存储和重新释放热量，对病人的病情起到良好的辅助治疗作用；用作头盔、膝盖护垫、肘部衬垫等部位的保护性装置，可以适当地控制这些部位汗液的产生与排放，来调节身体局部温度的平衡，减少湿热的产生，从而为这些部位提供适当的冷却度。

（3）军事用品领域

可以用于制造飞行保暖手套、军用冷热作战靴、潜水服、冬季服装等，还能用于制作红外线伪装服。伪装主要是设法减少或者消除目标与背景的亮度差别。红外热像仪则是高于环境温度的物体都会向外放射红外辐射而成像，想要躲过热红外探测就须通过降低目标在热红外光谱段的热辐射，调温纤维及纺织品能缓冲人体散发出来的热，来降低热红外辐射，从而减少目标与环境之间的差异，所以调温纺织品可以在热红外伪装方面起到作用。

相变调温纤维对于节约能耗、环境保护以及提高生活质量等方面具有重大价值，并且随着制备工艺的不断优化，原料种类的不断增加，相变材料的各方面性能均有着显著提升，应用领域也越来越广。现如今，纤维材料纳米化，功能多样化，适应极端环境化也是未来的发展趋势，相信在众多科研工作者的不断探索下，调温相变纤维在未来一定会为人类社会的发展进步起到重要作用。 DLvP3I8091XJX+D52kxnT8fDhmcNK/ReujtgKQztJngct42yX9/zEBLqFXTNytrN