第六章智能纖維

1、 狹義的智能是指高等動(dòng)物的思維活動(dòng)和思狹義的智能是指高等動(dòng)物的思維活動(dòng)和思維能力；廣義的智能則是指一切生物體皆具備維能力；廣義的智能則是指一切生物體皆具備的對(duì)外界刺激的反應(yīng)能力。的對(duì)外界刺激的反應(yīng)能力。蜥蜴皮膚的顏色隨周蜥蜴皮膚的顏色隨周圍環(huán)境改變圍環(huán)境改變 含羞草的葉子受到觸含羞草的葉子受到觸碰而閉合碰而閉合變色龍變色龍 1989年，高木俊宜將信息科學(xué)融于材料物性和功年，高木俊宜將信息科學(xué)融于材料物性和功能，首先提出智能材料能，首先提出智能材料( (Intelligent Materials) ) 概念。概念。智能材料：智能材料：指對(duì)環(huán)境具有感知、可響應(yīng)，并具有功指對(duì)環(huán)境具有感知、可響應(yīng)，并

2、具有功能發(fā)現(xiàn)能力的新材料。能發(fā)現(xiàn)能力的新材料。 智能材料智能材料三維結(jié)構(gòu)：塊狀、微球狀三維結(jié)構(gòu)：塊狀、微球狀二維結(jié)構(gòu)：薄膜狀二維結(jié)構(gòu)：薄膜狀一維結(jié)構(gòu)：纖維狀一維結(jié)構(gòu)：纖維狀準(zhǔn)零維結(jié)構(gòu)：納米粒子狀準(zhǔn)零維結(jié)構(gòu)：納米粒子狀能隨著外部條件的變化，而進(jìn)行相應(yīng)動(dòng)作的高分子。能隨著外部條件的變化，而進(jìn)行相應(yīng)動(dòng)作的高分子。智能纖維：智能纖維：指當(dāng)纖維所處的環(huán)境發(fā)生變化時(shí)，纖指當(dāng)纖維所處的環(huán)境發(fā)生變化時(shí)，纖維的長度、形狀、溫度、顏色和滲透速率等隨維的長度、形狀、溫度、顏色和滲透速率等隨之發(fā)生敏銳響應(yīng)，即突躍性變化的纖維。之發(fā)生敏銳響應(yīng)，即突躍性變化的纖維。 能夠感知環(huán)境的變化或刺激能夠感知環(huán)境的變化或刺激( (

3、機(jī)械、熱、化學(xué)、機(jī)械、熱、化學(xué)、光、濕度、電磁等光、濕度、電磁等) )，并能做出反應(yīng)；，并能做出反應(yīng)； 具有普通纖維長徑比大的特點(diǎn)，其機(jī)械性能高，具有普通纖維長徑比大的特點(diǎn)，其機(jī)械性能高，能加工成多種產(chǎn)品。能加工成多種產(chǎn)品。 智能紡織品 在熱、光、電、濕、機(jī)械和化學(xué)物質(zhì)等因素刺激下，能通過顏色、振動(dòng)、電性能、能量儲(chǔ)藏等變化，對(duì)外界刺激做出響應(yīng) 分類 被動(dòng)智能型：僅能感知，如光導(dǎo)纖維 主動(dòng)智能型：傳感器+執(zhí)行器，如形狀記憶、防水透濕、變色、蓄熱調(diào)溫等 非常智能型：適應(yīng)型 通過分子設(shè)計(jì)的方法合成智能化的成纖聚合通過分子設(shè)計(jì)的方法合成智能化的成纖聚合物，直接紡制智能纖維。物，直接紡制智能纖維。例：采

4、用界面縮聚的方法，將含金屬鈦例：采用界面縮聚的方法，將含金屬鈦( (或鋯或鋯) )的有機(jī)金的有機(jī)金屬化合物與對(duì)苯二甲酸進(jìn)行共縮聚，制得分子量為的屬化合物與對(duì)苯二甲酸進(jìn)行共縮聚，制得分子量為的104106 的聚合物，然后溶于適當(dāng)?shù)娜軇┲?，可以紡制的聚合物，然后溶于適當(dāng)?shù)娜軇┲?，可以紡制熱致變色纖維。該纖維在常溫下呈黃色，加熱后隨溫?zé)嶂伦兩w維。該纖維在常溫下呈黃色，加熱后隨溫度變化呈不同顏色，可做測溫儀表用的熱敏元件度變化呈不同顏色，可做測溫儀表用的熱敏元件 。 將具有特殊效應(yīng)或功能的基團(tuán)接枝到纖維中將具有特殊效應(yīng)或功能的基團(tuán)接枝到纖維中聚合物的側(cè)鏈上或聚合物的一端或兩端上。聚合物的側(cè)鏈上或聚合

5、物的一端或兩端上。例例1: Karlsson等采用臭氧活化纖維素，接枝丙烯酸單體制等采用臭氧活化纖維素，接枝丙烯酸單體制備了備了pH響應(yīng)水凝膠纖維。響應(yīng)水凝膠纖維。例例2：Vigo等以錳鹽等復(fù)合引發(fā)劑，將分子量為等以錳鹽等復(fù)合引發(fā)劑，將分子量為10004000的的PEG直接接枝于棉花、麻等的纖維素分子鏈上，制直接接枝于棉花、麻等的纖維素分子鏈上，制得了濕致形狀記憶纖維。這些纖維濕態(tài)時(shí)會(huì)收縮，收得了濕致形狀記憶纖維。這些纖維濕態(tài)時(shí)會(huì)收縮，收縮率可達(dá)縮率可達(dá)35，干態(tài)時(shí)恢復(fù)到原始尺寸。干態(tài)時(shí)恢復(fù)到原始尺寸。制備智能纖維主要方法制備智能纖維主要方法例例3：聚：聚(N- -異丙基丙烯酰胺異丙基丙烯酰胺

6、)(PNIPA)在水溶液中的最低臨在水溶液中的最低臨界溶解溫度界溶解溫度(LCST)約為約為33，這種聚合物在，這種聚合物在LCST以下膨以下膨脹，在脹，在LCST以上收縮以上收縮 。將。將NIPA接枝于殼聚糖纖維上接枝于殼聚糖纖維上, ,在不同溫度下退火處理在不同溫度下退火處理10h, , 制得兼聚生物活制得兼聚生物活性和熱敏性的纖維。性和熱敏性的纖維。通過加入第三單體并改通過加入第三單體并改變其含量和鏈長等，可變其含量和鏈長等，可以制得以制得LCST不同的熱不同的熱敏纖維。敏纖維。 交聯(lián)反應(yīng)主要由官能度大于交聯(lián)反應(yīng)主要由官能度大于2的單體的聚合過的單體的聚合過程發(fā)生。也可引發(fā)大分子鏈產(chǎn)生可

7、反應(yīng)自由基程發(fā)生。也可引發(fā)大分子鏈產(chǎn)生可反應(yīng)自由基和官能團(tuán)，從而使大分子間形成新的化學(xué)鍵。和官能團(tuán)，從而使大分子間形成新的化學(xué)鍵。例例1: :日本工業(yè)科技機(jī)構(gòu)工程實(shí)驗(yàn)室將高濃度日本工業(yè)科技機(jī)構(gòu)工程實(shí)驗(yàn)室將高濃度(10 -15)的的聚乙烯醇聚乙烯醇(PVA)溶液與分子量為溶液與分子量為170000的聚丙烯酸酯類樹的聚丙烯酸酯類樹脂混合，在脂混合，在-25-45 冷凍，然后融化，重復(fù)冷凍，然后融化，重復(fù)10至至20次，次，直至直至PVA交聯(lián)，成為橡膠狀固體。他們將這種固體加工交聯(lián)，成為橡膠狀固體。他們將這種固體加工成直徑為成直徑為1.8mm的纖維，這種纖維能根據(jù)溶液的纖維，這種纖維能根據(jù)溶液pH值

8、的變值的變化而迅速膨脹和收縮?；杆倥蛎浐褪湛s。例例2: Sun等以等以NaOH溶液為凝固浴，采用濕法、干濕法紡絲溶液為凝固浴，采用濕法、干濕法紡絲技術(shù)制備了技術(shù)制備了CS-PEG凝膠纖維，通過在凝固浴中加入交凝膠纖維，通過在凝固浴中加入交聯(lián)劑環(huán)氧氯丙烷和戊二醛形成交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。該凝膠纖維聯(lián)劑環(huán)氧氯丙烷和戊二醛形成交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。該凝膠纖維在直流電場作用下具有電場響應(yīng)性，同時(shí)具有典型的在直流電場作用下具有電場響應(yīng)性，同時(shí)具有典型的環(huán)境溶液環(huán)境溶液pH響應(yīng)性。響應(yīng)性。例例3: 顧利霞等采用氧化還原體系引發(fā)劑，在顧利霞等采用氧化還原體系引發(fā)劑，在PVA水溶液中水溶液中原位聚合原位聚合AA單體，采用硫酸銨等

9、凝固劑紡制了單體，采用硫酸銨等凝固劑紡制了PVA/PAA纖維。然后，采用熱處理方法使纖維。然后，采用熱處理方法使PAA發(fā)生脫水酸酐化及發(fā)生脫水酸酐化及PVA與與PAA之間發(fā)生酯化反應(yīng)，形成大分子之間的交聯(lián)，之間發(fā)生酯化反應(yīng)，形成大分子之間的交聯(lián)，制備了熱誘導(dǎo)凝膠纖維。制備了熱誘導(dǎo)凝膠纖維。 將本身具有智能化功能的聚合物、無機(jī)物或?qū)⒈旧砭哂兄悄芑δ艿木酆衔?、無機(jī)物或低分子有機(jī)物與成纖聚合物加以混合，然后然低分子有機(jī)物與成纖聚合物加以混合，然后然后以傳統(tǒng)的單組分加工方法制備纖維，在盡可后以傳統(tǒng)的單組分加工方法制備纖維，在盡可能不影響纖維原有性能的情況下，賦予其智能能不影響纖維原有性能的情況下，賦

10、予其智能化功能?；δ堋?是制備光致變色纖維或熱致變色纖維常用是制備光致變色纖維或熱致變色纖維常用的方法之一。的方法之一。 普通紡普通紡例例1：Merian將光致變色化合物加入將光致變色化合物加入6cm寬、寬、30cm長的聚酰胺長絲。該染色纖維含有長的聚酰胺長絲。該染色纖維含有15mg/g的偶的偶氮染料，當(dāng)暴露在氙燈下時(shí)，其長度縮短了氮染料，當(dāng)暴露在氙燈下時(shí)，其長度縮短了0.33cmcm。它能在分子水平將光能直接轉(zhuǎn)化為機(jī)。它能在分子水平將光能直接轉(zhuǎn)化為機(jī)械性能。械性能。例例2: 日本帝人公司用粒徑日本帝人公司用粒徑5微米的熱致變色顯色微米的熱致變色顯色劑粉體加入聚酰胺熔體，制成了熱致變色纖維。

11、劑粉體加入聚酰胺熔體，制成了熱致變色纖維。該纖維在該纖維在20顯淺蘭色，在顯淺蘭色，在35 不顯色。不顯色。 復(fù)合紡絲是將兩種聚合物流體分別經(jīng)各自復(fù)合紡絲是將兩種聚合物流體分別經(jīng)各自的流道，在噴絲孔入口處混合后一并擠出。由的流道，在噴絲孔入口處混合后一并擠出。由于液流很快固化，所以不會(huì)混合，形成界面清于液流很快固化，所以不會(huì)混合，形成界面清晰的復(fù)合纖維。晰的復(fù)合纖維。例例1：將熱致變色或光致變色顯色劑通過界面縮聚包含于：將熱致變色或光致變色顯色劑通過界面縮聚包含于微膠囊中，然后與低熔點(diǎn)聚合物微膠囊中，然后與低熔點(diǎn)聚合物( (例如聚乙烯例如聚乙烯) )混合作混合作為芯部，高熔點(diǎn)成纖高聚物為芯部，

12、高熔點(diǎn)成纖高聚物( (例如聚酰胺、聚酯等例如聚酰胺、聚酯等) )作作為鞘部。為鞘部。普通紡普通紡皮芯復(fù)合紡皮芯復(fù)合紡 雜化的基本思想是將原子、分子基團(tuán)在納雜化的基本思想是將原子、分子基團(tuán)在納米數(shù)量級(jí)上進(jìn)行復(fù)合。米數(shù)量級(jí)上進(jìn)行復(fù)合。例例2：熱反應(yīng)纖維熱反應(yīng)纖維 一種對(duì)溫度反應(yīng)特別敏感的調(diào)溫一種對(duì)溫度反應(yīng)特別敏感的調(diào)溫型防寒材料型防寒材料 將納米粉體加入常規(guī)纖維，由于納米粉體的微粒效將納米粉體加入常規(guī)纖維，由于納米粉體的微粒效應(yīng)，制得的雜化纖維可通過光束控制而在不同溫度下應(yīng)，制得的雜化纖維可通過光束控制而在不同溫度下進(jìn)行進(jìn)行“逆向補(bǔ)充能量平衡逆向補(bǔ)充能量平衡”：在高溫環(huán)境下，納米粉：在高溫環(huán)境下，

13、納米粉體控制和削弱原子和分子的運(yùn)動(dòng)，使織物更加緊密而體控制和削弱原子和分子的運(yùn)動(dòng)，使織物更加緊密而產(chǎn)生對(duì)熱量的屏蔽作用；而在低溫情況下，納米粉體產(chǎn)生對(duì)熱量的屏蔽作用；而在低溫情況下，納米粉體同樣可以控制原子和分子的運(yùn)動(dòng)造成屏蔽，防止外界同樣可以控制原子和分子的運(yùn)動(dòng)造成屏蔽，防止外界低溫對(duì)人體皮膚的傷害。低溫對(duì)人體皮膚的傷害。 通過分子設(shè)計(jì)，對(duì)現(xiàn)有的天然纖維、人造纖通過分子設(shè)計(jì)，對(duì)現(xiàn)有的天然纖維、人造纖維或合成纖維進(jìn)行高分子化學(xué)反應(yīng)，賦予其智維或合成纖維進(jìn)行高分子化學(xué)反應(yīng)，賦予其智能化功能。能化功能。例例1：Katchalsky等用鹽溶液等用鹽溶液( (例如例如LiBr、KSCN或尿素或尿素)

14、)處理處理羊毛纖維、膠原纖維使其交聯(lián)結(jié)晶。處理后的羊毛纖羊毛纖維、膠原纖維使其交聯(lián)結(jié)晶。處理后的羊毛纖維在維在LiBr的丙酮的丙酮/ /水溶液中急劇收縮。水溶液中急劇收縮。例例2 2：Umemoto等將等將PAAm纖維進(jìn)行環(huán)化處理，去除未環(huán)化纖維進(jìn)行環(huán)化處理，去除未環(huán)化的部分及未參加反應(yīng)的物質(zhì)，干燥后得到的部分及未參加反應(yīng)的物質(zhì)，干燥后得到PAAm凝膠纖維。凝膠纖維。該纖維在水中伸長，在丙酮中收縮。該纖維在水中伸長，在丙酮中收縮。例例3：沈新元等以自制的：沈新元等以自制的超高分子量聚丙烯腈為原超高分子量聚丙烯腈為原料，通過凝膠紡絲制得了料，通過凝膠紡絲制得了多孔中空氧化纖維，然后多孔中空氧化纖

15、維，然后通過皂化制備了多孔中空通過皂化制備了多孔中空凝膠纖維。凝膠纖維。 用本身就具有智能化功能的物質(zhì)對(duì)現(xiàn)有的用本身就具有智能化功能的物質(zhì)對(duì)現(xiàn)有的纖維進(jìn)行后處理，也可以賦予其智能化功能。纖維進(jìn)行后處理，也可以賦予其智能化功能。例例1: 形狀記憶真絲的制造形狀記憶真絲的制造: :將真絲浸漬在水解蛋白質(zhì)溶液將真絲浸漬在水解蛋白質(zhì)溶液中，然后將其去水干燥、卷曲、再在水中浸漬、最后中，然后將其去水干燥、卷曲、再在水中浸漬、最后在高壓且潮濕的環(huán)境中進(jìn)行熱定型。在高壓且潮濕的環(huán)境中進(jìn)行熱定型。例例2:日本小松精練公司利用聚酯等合成纖維，鍍上具有調(diào)日本小松精練公司利用聚酯等合成纖維，鍍上具有調(diào)節(jié)溫度功能的特

16、殊蛋白微粒子節(jié)溫度功能的特殊蛋白微粒子(10nm)超薄膜，制成了蓄超薄膜，制成了蓄熱調(diào)溫纖維熱調(diào)溫纖維Ai-Techno。例例3: 美國美國Milliken研究公司發(fā)明了聚吡咯涂纖維技術(shù)，通研究公司發(fā)明了聚吡咯涂纖維技術(shù)，通過氣相沉積或溶液聚合的方法，將導(dǎo)電的聚吡咯涂層過氣相沉積或溶液聚合的方法，將導(dǎo)電的聚吡咯涂層在纖維的表面，制成了作織物傳感器的導(dǎo)電纖維在纖維的表面，制成了作織物傳感器的導(dǎo)電纖維 。 使用具有變色性能的染料或涂料賦予纖維使用具有變色性能的染料或涂料賦予纖維光致變色性和熱致變色性，是常用的后加工光致變色性和熱致變色性，是常用的后加工方法。方法。例例1: :用二苯基硫代咔唑衍生物

17、和鈀等二價(jià)或三價(jià)金屬化用二苯基硫代咔唑衍生物和鈀等二價(jià)或三價(jià)金屬化合物對(duì)纖維進(jìn)行染色，得到的纖維受光照射時(shí)能從合物對(duì)纖維進(jìn)行染色，得到的纖維受光照射時(shí)能從灰色變?yōu)榍嗌??；疑優(yōu)榍嗌?。例?: :齊齊哈爾大學(xué)等用具有光致變色性的染料對(duì)聚酯和齊齊哈爾大學(xué)等用具有光致變色性的染料對(duì)聚酯和聚丙烯腈纖維進(jìn)行染色，制得了光致變色纖維聚丙烯腈纖維進(jìn)行染色，制得了光致變色纖維 。 光敏纖維、溫敏纖維、光敏纖維、溫敏纖維、pH值響應(yīng)性凝值響應(yīng)性凝膠纖維、導(dǎo)電纖維、形狀記憶纖維、蓄膠纖維、導(dǎo)電纖維、形狀記憶纖維、蓄熱調(diào)溫纖維、智能抗菌纖維等。熱調(diào)溫纖維、智能抗菌纖維等。 （ 光敏纖維：指在光的作用下，某些性能光敏

18、纖維：指在光的作用下，某些性能( (顏色、顏色、導(dǎo)電性能等導(dǎo)電性能等) )發(fā)生可逆變化的纖維。發(fā)生可逆變化的纖維。 主要有主要有光敏變色纖維光敏變色纖維和和光導(dǎo)纖維光導(dǎo)纖維兩種。兩種。1. 光敏變色纖維光敏變色纖維光敏變色纖維光敏變色纖維: 指在太陽光和紫外光等的照射下指在太陽光和紫外光等的照射下顏色會(huì)發(fā)生可逆變化的纖維。顏色會(huì)發(fā)生可逆變化的纖維。 1899年年Marckwald發(fā)現(xiàn)某些固體和液體化合物有光敏性能發(fā)現(xiàn)某些固體和液體化合物有光敏性能最早光敏纖維的例子：越戰(zhàn)期間，美國氰胺公司開發(fā)的最早光敏纖維的例子：越戰(zhàn)期間，美國氰胺公司開發(fā)的可以改變顏色的作戰(zhàn)服可以改變顏色的作戰(zhàn)服。黃色黃色 綠

19、色綠色圖圖1 1 光敏物質(zhì)變色原理光敏物質(zhì)變色原理 光敏變色體光敏變色體: :在光作用下可逆發(fā)生顏色變化的化合物。在光作用下可逆發(fā)生顏色變化的化合物。 光致變色往往與分子結(jié)構(gòu)的變化聯(lián)系在一起，如互光致變色往往與分子結(jié)構(gòu)的變化聯(lián)系在一起，如互變異構(gòu)、順反異構(gòu)、開環(huán)閉環(huán)反應(yīng)。變異構(gòu)、順反異構(gòu)、開環(huán)閉環(huán)反應(yīng)。例：含偶氮苯結(jié)構(gòu)的聚合物受光激發(fā)后發(fā)生順反異構(gòu)化，例：含偶氮苯結(jié)構(gòu)的聚合物受光激發(fā)后發(fā)生順反異構(gòu)化，吸光后反式偶氮苯變?yōu)轫樖?，最大吸收波長從吸光后反式偶氮苯變?yōu)轫樖?，最大吸收波長從350nm藍(lán)移藍(lán)移到到310nm, ,順式結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，在黑暗環(huán)境會(huì)恢復(fù)到穩(wěn)定的反順式結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，在黑暗環(huán)境會(huì)恢復(fù)到穩(wěn)

20、定的反式結(jié)構(gòu)，恢復(fù)原來的顏色。式結(jié)構(gòu)，恢復(fù)原來的顏色。光敏變色纖維通過在纖維中引入光敏變色體而制得。光敏變色纖維通過在纖維中引入光敏變色體而制得。光敏變色纖維的制備方法：光敏變色纖維的制備方法：(1) 染色染色 使用具有變色性能的染料參與纖維的染色；使用具有變色性能的染料參與纖維的染色；例：美國例：美國Clemson大學(xué)和大學(xué)和Georgia理工學(xué)院近年來正在探索理工學(xué)院近年來正在探索在光纖中摻人變色染料或改變光纖的表面涂層材料，在光纖中摻人變色染料或改變光纖的表面涂層材料，使纖維的顏色能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)控制使纖維的顏色能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)控制 ，其中噻吩衍生物聚，其中噻吩衍生物聚合受到格外重視。美國軍方研

21、究人員認(rèn)為，采用光導(dǎo)合受到格外重視。美國軍方研究人員認(rèn)為，采用光導(dǎo)纖維與變色染料相結(jié)合，可以最終實(shí)現(xiàn)服裝顏色的自纖維與變色染料相結(jié)合，可以最終實(shí)現(xiàn)服裝顏色的自動(dòng)變化。動(dòng)變化。 (2)共混共混 將光致變色體分散于紡絲熔體或溶液進(jìn)行紡絲；將光致變色體分散于紡絲熔體或溶液進(jìn)行紡絲；或?qū)⒐庵伦兩w通過界面縮聚封入微膠囊中，再與紡或?qū)⒐庵伦兩w通過界面縮聚封入微膠囊中，再與紡絲熔體或溶液混合后進(jìn)行紡絲。絲熔體或溶液混合后進(jìn)行紡絲。例例1：日本日本Kanebo公司將吸收公司將吸收350 nm-400 nm波長紫外線后由波長紫外線后由無色變?yōu)闇\藍(lán)色或深藍(lán)色的螺吡喃類光敏物質(zhì)包敷在無色變?yōu)闇\藍(lán)色或深藍(lán)色的螺吡

22、喃類光敏物質(zhì)包敷在微膠囊中，用于印花工藝制成光敏變色織物。微膠囊中，用于印花工藝制成光敏變色織物。例例2：東華大學(xué)用淡黃綠色的：東華大學(xué)用淡黃綠色的1,3,3-三甲基螺三甲基螺吲哚啉吲哚啉2,3-(3H)-萘并萘并(2,1-b)(1,4)亞嗪亞嗪為光敏劑，與聚丙烯切片共混后制成為光敏劑，與聚丙烯切片共混后制成切片，再經(jīng)切片，再經(jīng)240熔融紡絲制成含有熔融紡絲制成含有1%2% 光敏劑的聚光敏劑的聚丙烯纖維丙烯纖維 。該纖維經(jīng)紫外線照射后能夠迅速由無色變?yōu)?。該纖維經(jīng)紫外線照射后能夠迅速由無色變?yōu)樗{(lán)色，光照停止，又迅速恢復(fù)無色，并且具有良好的耐藍(lán)色，光照停止，又迅速恢復(fù)無色，并且具有良好的耐皂洗性能

23、和一定的光照耐久性。皂洗性能和一定的光照耐久性。例例3：蓄光型發(fā)光纖維：蓄光型發(fā)光纖維 蓄光纖維（自發(fā)光纖維、夜光纖維）是一種在黑暗蓄光纖維（自發(fā)光纖維、夜光纖維）是一種在黑暗中能自動(dòng)發(fā)光的高科技功能纖維。該纖維在自然光或中能自動(dòng)發(fā)光的高科技功能纖維。該纖維在自然光或日光燈照射日光燈照射1020min后，可在黑暗處持續(xù)發(fā)光后，可在黑暗處持續(xù)發(fā)光6小時(shí)以小時(shí)以上，且吸光、發(fā)光可永久進(jìn)行。上，且吸光、發(fā)光可永久進(jìn)行。 稀土材料為蓄光物質(zhì)，與稀土材料為蓄光物質(zhì)，與PET、PP等共混紡絲等共混紡絲用途：新型的無毒無害的環(huán)保型發(fā)光纖維材料，廣泛應(yīng)用途：新型的無毒無害的環(huán)保型發(fā)光纖維材料，廣泛應(yīng)用于建筑裝

24、潢、交通運(yùn)輸、航空航海，夜間作業(yè)、消用于建筑裝潢、交通運(yùn)輸、航空航海，夜間作業(yè)、消防應(yīng)急、日常生活及娛樂服裝等領(lǐng)域。防應(yīng)急、日常生活及娛樂服裝等領(lǐng)域。 (3)復(fù)合紡絲復(fù)合紡絲 通過復(fù)合紡絲將光致變色體置于纖維的芯層；通過復(fù)合紡絲將光致變色體置于纖維的芯層；(4)接枝共聚接枝共聚 將光敏單體接枝到成纖高聚物上，然后紡絲；將光敏單體接枝到成纖高聚物上，然后紡絲；或?qū)⒐饷魡误w接枝到纖維的大分子上，形成光敏或?qū)⒐饷魡误w接枝到纖維的大分子上，形成光敏纖維。纖維。例：將螺苯并毗喃衍生物的螺環(huán)基團(tuán)引入高分子鏈中，除例：將螺苯并毗喃衍生物的螺環(huán)基團(tuán)引入高分子鏈中，除了上述光致變色現(xiàn)象外，還可以觀察到有趣的光力

25、學(xué)現(xiàn)了上述光致變色現(xiàn)象外，還可以觀察到有趣的光力學(xué)現(xiàn)象。在恒定壓力與溫度下，隨著光照，樣品長度明顯收象。在恒定壓力與溫度下，隨著光照，樣品長度明顯收縮縮(約約2% -5 )，停止光照則長度恢復(fù)，經(jīng)過數(shù)次光與暗，停止光照則長度恢復(fù)，經(jīng)過數(shù)次光與暗的循環(huán)，長度的收縮與伸長是完全可逆的。的循環(huán)，長度的收縮與伸長是完全可逆的。2. 光導(dǎo)纖維光導(dǎo)纖維光導(dǎo)纖維：光導(dǎo)纖維：簡稱光纖，是一種把光能閉合在纖維簡稱光纖，是一種把光能閉合在纖維中而產(chǎn)生導(dǎo)光作用的光學(xué)復(fù)合材料，具有感知中而產(chǎn)生導(dǎo)光作用的光學(xué)復(fù)合材料，具有感知和單向傳輸功能。和單向傳輸功能。 自自1970年美國研制成功石英玻璃光導(dǎo)纖維以來，在年美國研制

26、成功石英玻璃光導(dǎo)纖維以來，在高速公路、大橋、堤壩、建筑物等混凝土結(jié)構(gòu)材料和高速公路、大橋、堤壩、建筑物等混凝土結(jié)構(gòu)材料和飛機(jī)機(jī)翼方面的應(yīng)用獲得廣泛的關(guān)注。飛機(jī)機(jī)翼方面的應(yīng)用獲得廣泛的關(guān)注。 光導(dǎo)纖維最著名的應(yīng)用是作光纖傳感器。它可以探光導(dǎo)纖維最著名的應(yīng)用是作光纖傳感器。它可以探測應(yīng)變、溫度、位移、物質(zhì)化學(xué)濃度、加速度、壓強(qiáng)、測應(yīng)變、溫度、位移、物質(zhì)化學(xué)濃度、加速度、壓強(qiáng)、電流、磁場以及其他的一些信號(hào)，是迄今為止發(fā)展最電流、磁場以及其他的一些信號(hào)，是迄今為止發(fā)展最為成熟的纖維傳感器為成熟的纖維傳感器 。光導(dǎo)纖維光導(dǎo)纖維玻璃光纖玻璃光纖: :石英、藍(lán)寶石石英、藍(lán)寶石塑料光纖塑料光纖長且容量大可長且

27、容量大可用作公共通信用作公共通信光傳導(dǎo)損失較大，但具有柔軟可隨光傳導(dǎo)損失較大，但具有柔軟可隨意截取的特性，已被實(shí)際應(yīng)用。意截取的特性，已被實(shí)際應(yīng)用。例例1：美國：美國Drexel大學(xué)的研究人員將光纖傳感器鑲嵌在降落大學(xué)的研究人員將光纖傳感器鑲嵌在降落傘中，即時(shí)探測降落傘的動(dòng)態(tài)應(yīng)力變化情況。傘中，即時(shí)探測降落傘的動(dòng)態(tài)應(yīng)力變化情況。 將用聚乙炔和聚苯胺等為包敷層的光纖傳感器鑲嵌到織將用聚乙炔和聚苯胺等為包敷層的光纖傳感器鑲嵌到織物中，利用聚苯胺吸收酸性或堿性物質(zhì)后光譜吸收性能的物中，利用聚苯胺吸收酸性或堿性物質(zhì)后光譜吸收性能的變化來實(shí)現(xiàn)物質(zhì)探測，希望用于戰(zhàn)時(shí)的化學(xué)或生物物質(zhì)的變化來實(shí)現(xiàn)物質(zhì)探測，希

28、望用于戰(zhàn)時(shí)的化學(xué)或生物物質(zhì)的探測探測 。 例例2：美國：美國Georgia理工學(xué)院將塑料光纖傳感器植入襯衣來理工學(xué)院將塑料光纖傳感器植入襯衣來探測心率的變化，并設(shè)想根據(jù)光纖斷裂后光傳輸信號(hào)探測心率的變化，并設(shè)想根據(jù)光纖斷裂后光傳輸信號(hào)的變化來判斷戰(zhàn)場上士兵的受傷部位和受傷程度。的變化來判斷戰(zhàn)場上士兵的受傷部位和受傷程度。例例3：加拿大：加拿大Tactex Controls公司將公司將光纖傳感器的網(wǎng)絡(luò)植入泡沫，光纖傳感器的網(wǎng)絡(luò)植入泡沫，發(fā)光二極管發(fā)出的光線在通過發(fā)光二極管發(fā)出的光線在通過光纖時(shí)，會(huì)由于光纖的彎曲而光纖時(shí)，會(huì)由于光纖的彎曲而改變方向或反射。探測多根光改變方向或反射。探測多根光纖中光

29、線傳輸情況的變化，可纖中光線傳輸情況的變化，可以監(jiān)測織物所受壓力的情況。以監(jiān)測織物所受壓力的情況。 精確設(shè)計(jì)光纖排布，可以獲精確設(shè)計(jì)光纖排布，可以獲得很高的探測靈敏性，可用于得很高的探測靈敏性，可用于樂器和游戲機(jī)鍵盤。樂器和游戲機(jī)鍵盤。(二二) 纖維的某些性能承受溫度改變而發(fā)生可逆變纖維的某些性能承受溫度改變而發(fā)生可逆變化的纖維稱為溫敏纖維?；睦w維稱為溫敏纖維。 主要分為主要分為熱致變色纖維熱致變色纖維和和溫敏凝膠纖維溫敏凝膠纖維1.1.熱致變色纖維熱致變色纖維 熱致變色纖維的顏色能隨著溫度的改變而發(fā)生可熱致變色纖維的顏色能隨著溫度的改變而發(fā)生可逆的變化。逆的變化。通過在纖維中引入熱致變色物

30、質(zhì)而制得。通過在纖維中引入熱致變色物質(zhì)而制得。熱致變色物質(zhì)：熱致變色物質(zhì)：液晶類液晶類和和分子重排類分子重排類。兩種類型的染。兩種類型的染料都被包覆在微膠囊中，然后粘著在織物上料都被包覆在微膠囊中，然后粘著在織物上。當(dāng)溫度改變時(shí)，染料分子結(jié)構(gòu)的重排螺內(nèi)酯當(dāng)溫度改變時(shí)，染料分子結(jié)構(gòu)的重排螺內(nèi)酯例：結(jié)晶紫內(nèi)酯例：結(jié)晶紫內(nèi)酯 膽甾型液晶在某一溫度范圍內(nèi)，膽甾型液晶在某一溫度范圍內(nèi)，隨著溫度的升高，在整個(gè)可見光隨著溫度的升高，在整個(gè)可見光范圍內(nèi)進(jìn)行可逆顯色，即顏色由范圍內(nèi)進(jìn)行可逆顯色，即顏色由紅紅 綠綠 紫。紫。 將數(shù)種液晶混合，可以在希將數(shù)種液晶混合，可以在希望的溫度范圍內(nèi)顯示出所希望的望的溫度范圍

31、內(nèi)顯示出所希望的顏色，且色渾鮮艷，反應(yīng)靈敏。顏色，且色渾鮮艷，反應(yīng)靈敏。將這些液晶引入纖維中，可以制將這些液晶引入纖維中，可以制備出熱致變色纖維。備出熱致變色纖維。 熱致變色體系中最重要的是熱致變色體系中最重要的是膽甾型液晶膽甾型液晶。例例1：1988年日本東麗公司開發(fā)了一種對(duì)溫度敏感的織物年日本東麗公司開發(fā)了一種對(duì)溫度敏感的織物Sway。這種織物是將熱敏染料密封在直徑。這種織物是將熱敏染料密封在直徑3-4m的膠囊的膠囊內(nèi)，然后涂層整理在織物表面。在溫差超過內(nèi)，然后涂層整理在織物表面。在溫差超過5時(shí)發(fā)生時(shí)發(fā)生顏色變化，可以在顏色變化，可以在-40-85溫度范圍發(fā)生作用，并且溫度范圍發(fā)生作用，并

32、且針對(duì)不同的用途可以有不同的變色范圍。針對(duì)不同的用途可以有不同的變色范圍。 滑雪衫的變色溫度：滑雪衫的變色溫度：1119 ； 燈罩布的變色溫度：燈罩布的變色溫度：2432 為改善耐洗滌性及耐光性，采用聚合物添加熱致變色為改善耐洗滌性及耐光性，采用聚合物添加熱致變色顯色劑的方法。熱致變色顯色劑制成粒徑為顯色劑的方法。熱致變色顯色劑制成粒徑為520m的微的微膠囊。根據(jù)所用成纖聚合物種類，可以直接共混于聚合膠囊。根據(jù)所用成纖聚合物種類，可以直接共混于聚合物中紡絲，也可將微膠囊與聚乙烯作芯部，以聚酰胺、物中紡絲，也可將微膠囊與聚乙烯作芯部，以聚酰胺、聚酯等為鞘部復(fù)合紡絲。聚酯等為鞘部復(fù)合紡絲。涂層法涂

33、層法2.溫敏凝膠纖維溫敏凝膠纖維 水凝膠是由高分子的三維網(wǎng)絡(luò)與水組成的多水凝膠是由高分子的三維網(wǎng)絡(luò)與水組成的多元體系。元體系。人體的肌肉、血管、眼球等器官都是由水凝膠構(gòu)成的人體的肌肉、血管、眼球等器官都是由水凝膠構(gòu)成的海參：大部分都由水及凝膠材料組成海參：大部分都由水及凝膠材料組成 能夠?qū)ν饨绲慕佑|迅速做出響應(yīng)，并能夠從周圍吸取能夠?qū)ν饨绲慕佑|迅速做出響應(yīng)，并能夠從周圍吸取養(yǎng)分、繁殖子孫。養(yǎng)分、繁殖子孫。 智能水凝膠是能對(duì)外界刺激，如溫度、智能水凝膠是能對(duì)外界刺激，如溫度、p、離子強(qiáng)度、光和異化學(xué)物質(zhì)等的變化做出響應(yīng)離子強(qiáng)度、光和異化學(xué)物質(zhì)等的變化做出響應(yīng)的水凝膠。的水凝膠。 聚異丙基丙烯酰胺

34、聚異丙基丙烯酰胺(PNIPA)是一類對(duì)溫度敏感的材料，是一類對(duì)溫度敏感的材料，它的最低臨界溫度它的最低臨界溫度(LCST)為為33 左右。它在左右。它在LCST以下以下溶脹，在溶脹，在LCST以上收縮。以上收縮。 分子中的親水基團(tuán)分子中的親水基團(tuán)-NHCO-和疏水基團(tuán)和疏水基團(tuán)-CH(CH3)2之間之間存在親水存在親水/疏水平衡。疏水平衡。溶脹溶脹收縮收縮253034202025303540024681012Swelling ratio(g/g)Temperature例例1: 由由PNIPA 制成的溫敏凝膠纖維，當(dāng)加熱到制成的溫敏凝膠纖維，當(dāng)加熱到LCST以上后能收縮到原體積的以上后能收縮到原

35、體積的30% 。除對(duì)溫度。除對(duì)溫度變化產(chǎn)生體積變化外，還具有吸放水性、分子變化產(chǎn)生體積變化外，還具有吸放水性、分子親水和疏水性的變化以及透明性能的變化。親水和疏水性的變化以及透明性能的變化。例例2: 平佐等人用平佐等人用射線照射聚乙烯甲基醚射線照射聚乙烯甲基醚(PVME)使其產(chǎn)生交聯(lián)，制備平均直徑在使其產(chǎn)生交聯(lián)，制備平均直徑在200m的纖維，的纖維，該纖維在該纖維在20 長長40m，而，而40 長縮短到長縮短到20m。 pH響應(yīng)性凝膠纖維是隨響應(yīng)性凝膠纖維是隨pH值的變化而產(chǎn)生體值的變化而產(chǎn)生體積或形態(tài)改變的凝膠纖維。積或形態(tài)改變的凝膠纖維。 早在早在1950年，年，Katchalsky等就已

36、以纖維或膜的形等就已以纖維或膜的形式制成了一種式制成了一種PAA凝膠，能在水中溶脹凝膠，能在水中溶脹, ,交替地加交替地加入酸和堿，該纖維可發(fā)生可逆的收縮和溶脹，將入酸和堿，該纖維可發(fā)生可逆的收縮和溶脹，將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能化學(xué)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。 聚丙烯酸聚丙烯酸聚丙烯酸聚丙烯酸N,N- -二乙氨基乙酯二乙氨基乙酯聚電解質(zhì)電離的聚電解質(zhì)電離的pH依賴性依賴性 大分子網(wǎng)絡(luò)中具有可解離的基團(tuán)，其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和電荷大分子網(wǎng)絡(luò)中具有可解離的基團(tuán)，其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和電荷密度隨介質(zhì)密度隨介質(zhì)pH值的變化而變化，并對(duì)凝膠網(wǎng)絡(luò)的滲透壓值的變化而變化，并對(duì)凝膠網(wǎng)絡(luò)的滲透壓產(chǎn)生影響，導(dǎo)致凝膠的體積發(fā)生不連續(xù)變化。產(chǎn)生影響，導(dǎo)

37、致凝膠的體積發(fā)生不連續(xù)變化。例例1：將聚碳酸酯：將聚碳酸酯PC輝光放電處理一段時(shí)間后移入丙烯酸輝光放電處理一段時(shí)間后移入丙烯酸水溶液中進(jìn)行接枝共聚，得到的水溶液中進(jìn)行接枝共聚，得到的PAA-PC凝膠材料，在凝膠材料，在pH小于小于4時(shí)收縮時(shí)收縮, ,提高提高pH值則伸長。值則伸長。 (PMMAPAA)、 (PMMAPNIPAPAA) 共聚共聚例例2：日本工業(yè)科技機(jī)構(gòu)工程實(shí)驗(yàn)室將高濃度：日本工業(yè)科技機(jī)構(gòu)工程實(shí)驗(yàn)室將高濃度(10l5)的的PVA溶液與分子量為溶液與分子量為l70000的聚丙烯酸酯類樹脂混合，的聚丙烯酸酯類樹脂混合，在在-25-45冷凍。然后融化，重復(fù)冷凍。然后融化，重復(fù)l0至至20

38、次，直至次，直至PVA交聯(lián)，成為橡膠狀固體。將這種固體加工成直徑為交聯(lián)，成為橡膠狀固體。將這種固體加工成直徑為1.8mmmm的纖維，它能根據(jù)溶液的的纖維，它能根據(jù)溶液的pH 值的變化而迅速溶脹值的變化而迅速溶脹和收縮。和收縮。 交聯(lián)交聯(lián)例例3：Umemoto等人將聚丙烯腈等人將聚丙烯腈(PAN)纖維熱處理后加水分解，纖維熱處理后加水分解，制成了氰基和吡啶環(huán)共存的兩性凝膠纖維。將其水解后，制成了氰基和吡啶環(huán)共存的兩性凝膠纖維。將其水解后，氰基變成羧基，成為兩性凝膠纖維。交替地加入酸和堿，氰基變成羧基，成為兩性凝膠纖維。交替地加入酸和堿，該纖維可發(fā)生交替的收縮和溶脹，將化學(xué)能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能。該纖維可

39、發(fā)生交替的收縮和溶脹，將化學(xué)能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能。由于這類凝膠纖維的溶脹長度變化約為由于這類凝膠纖維的溶脹長度變化約為80，而收縮響應(yīng)變而收縮響應(yīng)變化時(shí)間不到化時(shí)間不到2s，因此有望作為人工肌肉而應(yīng)用。，因此有望作為人工肌肉而應(yīng)用。例例4：沈新元等研制的：沈新元等研制的PAN基中空凝膠纖維，在基中空凝膠纖維，在INNaOH溶溶液中伸長率達(dá)液中伸長率達(dá)90%以上，在以上，在1 mol HCI溶液中收縮率達(dá)溶液中收縮率達(dá)70 80% %；而且在這些溶液的交替刺激下，伸長和收縮能反復(fù)；而且在這些溶液的交替刺激下，伸長和收縮能反復(fù)進(jìn)行，經(jīng)過多次反復(fù)，其伸縮率和響應(yīng)速率都非常接近。進(jìn)行，經(jīng)過多次反復(fù)，其伸縮率

40、和響應(yīng)速率都非常接近。 在電場的作用下，能觀察到伸縮行為的凝在電場的作用下，能觀察到伸縮行為的凝膠纖維。膠纖維。 電敏感性水凝膠一般由分子鏈上帶有可離子化基團(tuán)的交電敏感性水凝膠一般由分子鏈上帶有可離子化基團(tuán)的交聯(lián)聚電解質(zhì)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，其溶脹和消溶脹易受電場或電流的聯(lián)聚電解質(zhì)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，其溶脹和消溶脹易受電場或電流的影響。在這類凝膠中，荷電基團(tuán)的抗衡離子在電場中遷移，影響。在這類凝膠中，荷電基團(tuán)的抗衡離子在電場中遷移，使凝膠網(wǎng)絡(luò)內(nèi)外離子濃度發(fā)生變化，導(dǎo)致凝膠體積或形狀使凝膠網(wǎng)絡(luò)內(nèi)外離子濃度發(fā)生變化，導(dǎo)致凝膠體積或形狀改變。改變。Osada：利用電解質(zhì)凝膠在電場中的運(yùn)動(dòng)行為成功地研制出：利用電解質(zhì)凝膠在

41、電場中的運(yùn)動(dòng)行為成功地研制出了人工爬蟲了人工爬蟲（Gel Looper），），首次使用凝膠材料人工實(shí)現(xiàn)了首次使用凝膠材料人工實(shí)現(xiàn)了動(dòng)物一樣的柔軟動(dòng)作。動(dòng)物一樣的柔軟動(dòng)作。例例1：費(fèi)建奇等以過硫酸胺為引發(fā)劑：費(fèi)建奇等以過硫酸胺為引發(fā)劑, ,在在PVA水溶液中原位水溶液中原位聚合丙烯酸單體聚合丙烯酸單體, ,得到的得到的PVA/ PAA混合水溶液，在凝固混合水溶液，在凝固浴硫酸胺飽和水溶液中紡絲制備了物理纏結(jié)和氫鍵固浴硫酸胺飽和水溶液中紡絲制備了物理纏結(jié)和氫鍵固定網(wǎng)絡(luò)形式的定網(wǎng)絡(luò)形式的PVA/ PAA水凝膠纖維。該纖維于水凝膠纖維。該纖維于NaCl溶液溶液中在直流電場作用下具有電流中在直流電場作用

42、下具有電流- -刺激敏感性刺激敏感性, ,表現(xiàn)為溶表現(xiàn)為溶脹、收縮、彎曲行為。脹、收縮、彎曲行為。例例2：采用水解聚丙烯腈：采用水解聚丙烯腈（HPAN）和大豆分離蛋白和大豆分離蛋白（SPI）的共混水溶液復(fù)合得到紡絲原液，擠到含一定量戊二的共混水溶液復(fù)合得到紡絲原液，擠到含一定量戊二醛和濃硫酸的飽和醛和濃硫酸的飽和Na2SO4水溶液的凝固浴中，交聯(lián)成型、水溶液的凝固浴中，交聯(lián)成型、拉伸干燥得到拉伸干燥得到HPAN/SPI電刺激響應(yīng)性水凝膠纖維。電刺激響應(yīng)性水凝膠纖維。 在電解質(zhì)溶液中非接觸直流電場作用下，在電解質(zhì)溶液中非接觸直流電場作用下，HPAN/SPI水凝膠纖維具有電流刺激響應(yīng)性，表現(xiàn)為凝水

43、凝膠纖維具有電流刺激響應(yīng)性，表現(xiàn)為凝膠纖維彎曲現(xiàn)象。隨著凝膠網(wǎng)絡(luò)中膠纖維彎曲現(xiàn)象。隨著凝膠網(wǎng)絡(luò)中-COOH含量的增加，含量的增加，纖維的彎曲度成階段性增加，較高的聚丙烯腈含量使纖維的彎曲度成階段性增加，較高的聚丙烯腈含量使這種變化更為明顯。這種變化更為明顯。 導(dǎo)電纖維最早是利用金屬的導(dǎo)電性能而制成的金屬導(dǎo)電纖維最早是利用金屬的導(dǎo)電性能而制成的金屬導(dǎo)電纖維，主要有不銹鋼絲、銅絲等，或用金屬噴涂導(dǎo)電纖維，主要有不銹鋼絲、銅絲等，或用金屬噴涂纖維表面，使纖維具有金屬一樣的導(dǎo)電性能。纖維表面，使纖維具有金屬一樣的導(dǎo)電性能。 含金屬的導(dǎo)電纖維有銅絲、不銹鋼絲、金屬膜纏繞含金屬的導(dǎo)電纖維有銅絲、不銹鋼絲、

44、金屬膜纏繞蠶絲、金屬鍍層蠶絲、金屬鍍層/ /芳香聚酰胺芳香聚酰胺 上世紀(jì)上世紀(jì)60年代末，非金屬合成導(dǎo)電纖維研制成功，年代末，非金屬合成導(dǎo)電纖維研制成功，其導(dǎo)電原理在于纖維內(nèi)部含有自由電子。因此，無濕其導(dǎo)電原理在于纖維內(nèi)部含有自由電子。因此，無濕度依賴性，即使在低濕度下，也不會(huì)改變導(dǎo)電性能。度依賴性，即使在低濕度下，也不會(huì)改變導(dǎo)電性能。在普通纖維中混入在普通纖維中混入0.055的導(dǎo)電纖維進(jìn)行紡織，就的導(dǎo)電纖維進(jìn)行紡織，就可以解決織物的靜電問題?？梢越鉀Q織物的靜電問題。 導(dǎo)電纖維的用途一般為防塵工作服、工業(yè)用材料，特導(dǎo)電纖維的用途一般為防塵工作服、工業(yè)用材料，特別是在半導(dǎo)體工業(yè)、電子精密工業(yè)、醫(yī)

45、學(xué)、生物科學(xué)等別是在半導(dǎo)體工業(yè)、電子精密工業(yè)、醫(yī)學(xué)、生物科學(xué)等領(lǐng)域有廣泛的用途。領(lǐng)域有廣泛的用途。 聚苯胺纖維、超細(xì)聚苯胺纖維絮片聚苯胺纖維、超細(xì)聚苯胺纖維絮片( (聚苯胺聚苯胺/ /聚乙二聚乙二醇醇) )、聚對(duì)苯二甲酸對(duì)苯酯、聚對(duì)苯二甲酸對(duì)苯酯- -聚苯胺纖維、聚吡咯纖維、聚苯胺纖維、聚吡咯纖維、聚乙炔纖維、聚乙炔納米纖維網(wǎng)、聚吡咯涂層纖維等。聚乙炔纖維、聚乙炔納米纖維網(wǎng)、聚吡咯涂層纖維等。 導(dǎo)電聚合物與光纖傳感器結(jié)合或單獨(dú)用于溫導(dǎo)電聚合物與光纖傳感器結(jié)合或單獨(dú)用于溫度、應(yīng)力、電磁輻射、化學(xué)物質(zhì)種類和濃度等度、應(yīng)力、電磁輻射、化學(xué)物質(zhì)種類和濃度等的檢測。的檢測。例例1：英國：英國Durham

46、大學(xué)等研制出的導(dǎo)電聚苯胺纖維具有半大學(xué)等研制出的導(dǎo)電聚苯胺纖維具有半導(dǎo)體的特性，電導(dǎo)率高達(dá)導(dǎo)體的特性，電導(dǎo)率高達(dá)1900 S/cm，可以做為傳感器使，可以做為傳感器使用。用。例例2：美國：美國Florida大學(xué)利用聚吡略分子鏈上的摻雜物質(zhì)變大學(xué)利用聚吡略分子鏈上的摻雜物質(zhì)變化引起纖維導(dǎo)電信號(hào)變化的特點(diǎn)，直接用于氨和酸的化引起纖維導(dǎo)電信號(hào)變化的特點(diǎn)，直接用于氨和酸的探測。聚吡咯與其他聚合物結(jié)合可組成探測氣體混合探測。聚吡咯與其他聚合物結(jié)合可組成探測氣體混合物的傳感器。物的傳感器。例例3：意大利：意大利Pisa大學(xué)將聚吡咯涂層在萊卡纖維表面制成大學(xué)將聚吡咯涂層在萊卡纖維表面制成的織物，在受到外力拉

47、伸后產(chǎn)生伸縮，聚吡略的導(dǎo)電的織物，在受到外力拉伸后產(chǎn)生伸縮，聚吡略的導(dǎo)電性能產(chǎn)生變化，記錄和分析電信號(hào)的變化，可探測出性能產(chǎn)生變化，記錄和分析電信號(hào)的變化，可探測出手指運(yùn)動(dòng)情況。手指運(yùn)動(dòng)情況。 美國麻省理工學(xué)院的研究人員用不銹鋼纖維在織物上美國麻省理工學(xué)院的研究人員用不銹鋼纖維在織物上刺繡出不同的電路，可以制成織物軟鍵盤。刺繡出不同的電路，可以制成織物軟鍵盤。 歐盟歐盟Electro Textiles公司利用導(dǎo)電纖維技術(shù)開發(fā)了壓力敏公司利用導(dǎo)電纖維技術(shù)開發(fā)了壓力敏感織物，可以準(zhǔn)確地探測出受壓力的部位。織物卷成感織物，可以準(zhǔn)確地探測出受壓力的部位?？椢锞沓? mm的筒狀也不會(huì)影響探測靈敏度，并可

48、使用的筒狀也不會(huì)影響探測靈敏度，并可使用100萬次萬次以上。以上。Philip公司利用導(dǎo)電纖維在織物上刺繡的技術(shù)開發(fā)出了公司利用導(dǎo)電纖維在織物上刺繡的技術(shù)開發(fā)出了音樂夾克、音樂鍵盤和運(yùn)動(dòng)夾克等系列產(chǎn)品，并通過音樂夾克、音樂鍵盤和運(yùn)動(dòng)夾克等系列產(chǎn)品，并通過將移動(dòng)電話與服裝相連接，實(shí)現(xiàn)服裝的電子化和數(shù)字將移動(dòng)電話與服裝相連接，實(shí)現(xiàn)服裝的電子化和數(shù)字化?；Ｐ顭嵴{(diào)溫纖維：蓄熱調(diào)溫纖維： 一種具有一種具有雙向溫度調(diào)節(jié)雙向溫度調(diào)節(jié)（溫度升高時(shí)纖維冷卻，溫度（溫度升高時(shí)纖維冷卻，溫度降低時(shí)纖維發(fā)熱）作用的新型纖維。降低時(shí)纖維發(fā)熱）作用的新型纖維。 能夠根據(jù)外界環(huán)境溫度的變化，從環(huán)境中吸收熱量儲(chǔ)能夠根據(jù)外界

49、環(huán)境溫度的變化，從環(huán)境中吸收熱量儲(chǔ)存于纖維內(nèi)部，或放出纖維中儲(chǔ)存的熱量，在纖維周存于纖維內(nèi)部，或放出纖維中儲(chǔ)存的熱量，在纖維周圍形成圍形成溫度基本恒定的微氣候溫度基本恒定的微氣候，從而實(shí)現(xiàn)溫度的調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)溫度的調(diào)節(jié)功能。功能。 蓄熱調(diào)溫纖維的這種吸熱和放熱過程是蓄熱調(diào)溫纖維的這種吸熱和放熱過程是自動(dòng)的、可逆自動(dòng)的、可逆的、無限次的的、無限次的。蓄熱調(diào)溫纖維與傳統(tǒng)纖維的區(qū)別：蓄熱調(diào)溫纖維與傳統(tǒng)纖維的區(qū)別：保溫機(jī)理不同保溫機(jī)理不同傳統(tǒng)纖維：傳統(tǒng)纖維：通過絕熱方法避免皮膚溫度降低過通過絕熱方法避免皮膚溫度降低過多多, ,絕熱效果主要取決于織物的厚度和密度。絕熱效果主要取決于織物的厚度和密度。厚度

50、約大，密度越小，滯留在織物內(nèi)部的靜止厚度約大，密度越小，滯留在織物內(nèi)部的靜止空氣越多。空氣越多。蓄熱調(diào)溫纖維：蓄熱調(diào)溫纖維：通過對(duì)水分和外界壓力變化的通過對(duì)水分和外界壓力變化的敏感響應(yīng)，為人體提供舒適微氣候環(huán)境的新的敏感響應(yīng)，為人體提供舒適微氣候環(huán)境的新的保溫機(jī)理。保溫機(jī)理。 蓄熱調(diào)溫纖維是利用物質(zhì)相變過程中的吸收蓄熱調(diào)溫纖維是利用物質(zhì)相變過程中的吸收和釋放潛熱，溫度保持不變的特性開發(fā)出來的，和釋放潛熱，溫度保持不變的特性開發(fā)出來的，又稱為又稱為相變調(diào)溫纖維。相變調(diào)溫纖維。相變：相變：表現(xiàn)為氣、液、固三態(tài)變化表現(xiàn)為氣、液、固三態(tài)變化l固固- -固相變固相變l固固- -液相變液相變l固固- -氣

51、相變氣相變l液液- -氣相變氣相變 結(jié)晶、晶型轉(zhuǎn)變、晶體結(jié)晶、晶型轉(zhuǎn)變、晶體熔融等物理過程，伴隨著熔融等物理過程，伴隨著分子聚集態(tài)結(jié)構(gòu)的變化。分子聚集態(tài)結(jié)構(gòu)的變化。 相變材料相變材料（Phase change materials,PCM) 當(dāng)外界溫度升高或降低時(shí)，當(dāng)外界溫度升高或降低時(shí)，PCM相應(yīng)地改變物理狀相應(yīng)地改變物理狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)能量的儲(chǔ)存和釋放，進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)。態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)能量的儲(chǔ)存和釋放，進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)。纖維用相變材料的選擇：纖維用相變材料的選擇：相變特性：相變特性：人體的舒適環(huán)境溫度一般在人體的舒適環(huán)境溫度一般在29-35之間，因之間，因此最好應(yīng)選用此最好應(yīng)選用相變溫度相變溫度落在此區(qū)

52、間的落在此區(qū)間的PCM作為服用纖維作為服用纖維的改性劑。的改性劑。相變潛熱、導(dǎo)熱系數(shù)相變潛熱、導(dǎo)熱系數(shù)和和材料密度材料密度的大小影響的大小影響相變材料的調(diào)溫效率，一般相變材料的調(diào)溫效率，一般應(yīng)選擇潛熱和密度較大、熱應(yīng)選擇潛熱和密度較大、熱膨脹系數(shù)小、導(dǎo)熱迅速的相變材料膨脹系數(shù)小、導(dǎo)熱迅速的相變材料。循環(huán)蓄熱性能循環(huán)蓄熱性能也是也是纖維用相變材料的一個(gè)重要指標(biāo)，即相變過程必須保持纖維用相變材料的一個(gè)重要指標(biāo)，即相變過程必須保持蓄熱性能的穩(wěn)定，無過冷、過熱現(xiàn)象，在洗滌等使用過蓄熱性能的穩(wěn)定，無過冷、過熱現(xiàn)象，在洗滌等使用過程中蓄熱性能不損失、不變化。通常具有使用價(jià)值的纖程中蓄熱性能不損失、不變化。

53、通常具有使用價(jià)值的纖維用相變材料的使用壽命一般大于維用相變材料的使用壽命一般大于1000次循環(huán)。次循環(huán)。加工特性：加工特性：化學(xué)物理穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性、流變性、與聚化學(xué)物理穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性、流變性、與聚合物共混紡絲的可紡性；生產(chǎn)工藝簡單、成本低。合物共混紡絲的可紡性；生產(chǎn)工藝簡單、成本低。 有較大的熔解熱有較大的熔解熱( (120-300kJ/ /) )和固定的熔點(diǎn)和固定的熔點(diǎn)( (35以下以下)脫出結(jié)晶水的溫度脫出結(jié)晶水的溫度: :脫出的結(jié)晶水使鹽溶解而吸熱脫出的結(jié)晶水使鹽溶解而吸熱, ,降溫降溫時(shí)其發(fā)生逆過程時(shí)其發(fā)生逆過程, ,吸收結(jié)晶水而放熱。吸收結(jié)晶水而放熱。 纖維用相變材料可分為有機(jī)、

54、無機(jī)相變材料兩類纖維用相變材料可分為有機(jī)、無機(jī)相變材料兩類無機(jī)相變材料：結(jié)晶水合鹽類無機(jī)相變材料：結(jié)晶水合鹽類 Na2SO4.10H2O 、Na2HPO4.12H2O 、CaCl2.6H2O、SnCl2.6H2O優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：相變熱大、體積蓄熱密度大、導(dǎo)熱系數(shù)較有機(jī)相相變熱大、體積蓄熱密度大、導(dǎo)熱系數(shù)較有機(jī)相變材料大，價(jià)格便宜；變材料大，價(jià)格便宜；缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：過冷度大、易析出分離，經(jīng)過幾次蓄熱過冷度大、易析出分離，經(jīng)過幾次蓄熱- -釋熱循環(huán)釋熱循環(huán)后，蓄熱性能逐漸下降，從而需預(yù)先添加助劑來防止后，蓄熱性能逐漸下降，從而需預(yù)先添加助劑來防止過冷和相分離。過冷和相分離。 有機(jī)相變材料有機(jī)相變材料:

55、:高級(jí)脂肪烴高級(jí)脂肪烴( (石蠟烴石蠟烴) )、有機(jī)脂、有機(jī)脂、多元醇等。多元醇等。石蠟烴石蠟烴: :主要是含有主要是含有12-24個(gè)碳原子的直鏈烴，其相變溫度個(gè)碳原子的直鏈烴，其相變溫度為為18-40，相變潛熱為，相變潛熱為200-300kJ/。優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn): :無毒性、不腐蝕、不吸濕、潛熱大，一般不過冷、無毒性、不腐蝕、不吸濕、潛熱大，一般不過冷、不析出、性能穩(wěn)定，價(jià)格低廉；不析出、性能穩(wěn)定，價(jià)格低廉；缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：導(dǎo)熱系數(shù)小，通常采用添加金屬粉末、石墨粉的方導(dǎo)熱系數(shù)小，通常采用添加金屬粉末、石墨粉的方法強(qiáng)化導(dǎo)熱。固法強(qiáng)化導(dǎo)熱。固- -液型相變材料，液態(tài)石蠟容易滲出纖液型相變材料，液態(tài)石蠟容易滲

56、出纖維而失去功能。維而失去功能。1.浸漬法浸漬法 早期相變纖維制作一般通過兩個(gè)步驟：先制成中空早期相變纖維制作一般通過兩個(gè)步驟：先制成中空纖維，然后將其浸漬于纖維，然后將其浸漬于PCM溶液中，使纖維中空部分溶液中，使纖維中空部分充滿充滿PCM，經(jīng)干燥再利用特殊技術(shù)將纖維兩端封閉。，經(jīng)干燥再利用特殊技術(shù)將纖維兩端封閉。例：例：Vigo等人將中空纖維浸漬于低分子量等人將中空纖維浸漬于低分子量PEG溶液中，使溶液中，使PEG進(jìn)入纖維內(nèi)部，得到了相變溫度在進(jìn)入纖維內(nèi)部，得到了相變溫度在-4060的纖維。的纖維。但由于低分子量的但由于低分子量的PEG溶于水，洗滌時(shí)易從纖維中析溶于水，洗滌時(shí)易從纖維中析出

57、。他們又將分子量為出。他們又將分子量為5008000的聚乙二醇和二羥甲的聚乙二醇和二羥甲基二羥基乙二脲基二羥基乙二脲(DMDHEU)等交聯(lián)劑及催化劑一起加入等交聯(lián)劑及催化劑一起加入傳統(tǒng)的后整理工藝中，使傳統(tǒng)的后整理工藝中，使PEG與纖維發(fā)生交聯(lián)而不溶與纖維發(fā)生交聯(lián)而不溶于水，使纖維的蓄熱性更持久。于水，使纖維的蓄熱性更持久。2. 復(fù)合紡絲法復(fù)合紡絲法 將聚合物和相變材料熔體或溶液按一定比例將聚合物和相變材料熔體或溶液按一定比例采用復(fù)合紡絲技術(shù)紡制成皮芯型相變纖維。采用復(fù)合紡絲技術(shù)紡制成皮芯型相變纖維。例：張興祥以例：張興祥以PP和分子量為和分子量為1000-20000的的PEG及增稠劑為主要原

58、及增稠劑為主要原料，采用熔融復(fù)合紡絲的方法料，采用熔融復(fù)合紡絲的方法研制出了皮芯復(fù)合相變纖維，研制出了皮芯復(fù)合相變纖維，該纖維加工成該纖維加工成490g/的非織造的非織造布，在布，在35.5左右時(shí)其內(nèi)部溫度左右時(shí)其內(nèi)部溫度較純較純PP非織造布低非織造布低3.3，在，在26.9左右其內(nèi)部溫度較純左右其內(nèi)部溫度較純PP非非織造布高織造布高6.1。例例2: 20世紀(jì)世紀(jì)90年代初，日本公司采用紡絲法直接年代初，日本公司采用紡絲法直接將石蠟等低溫相變物質(zhì)紡制在纖維內(nèi)部，并在將石蠟等低溫相變物質(zhì)紡制在纖維內(nèi)部，并在纖維表面進(jìn)行環(huán)氧樹脂處理，防止石蠟從纖維纖維表面進(jìn)行環(huán)氧樹脂處理，防止石蠟從纖維中析出。該

59、纖維在升降溫過程中，石蠟熔融吸中析出。該纖維在升降溫過程中，石蠟熔融吸熱結(jié)晶放熱，使纖維的熱效應(yīng)明顯不同于普通熱結(jié)晶放熱，使纖維的熱效應(yīng)明顯不同于普通纖維。纖維。3. 微膠囊法微膠囊法 微膠囊法是目前加工相變纖維最先進(jìn)的方法之一。微膠囊法是目前加工相變纖維最先進(jìn)的方法之一。 將相變材料包封在一載體系統(tǒng)中，對(duì)織物將相變材料包封在一載體系統(tǒng)中，對(duì)織物進(jìn)行涂層或?qū)⑽⒛z囊混入絲液中進(jìn)行紡絲進(jìn)行涂層或?qū)⑽⒛z囊混入絲液中進(jìn)行紡絲。 微膠囊技術(shù)用于相變纖維是從微膠囊技術(shù)用于相變纖維是從1985年開始的，解決年開始的，解決了了PCM的泄漏問題。構(gòu)成微膠囊的壁材一般為天然高的泄漏問題。構(gòu)成微膠囊的壁材一般為天然

60、高分子材料或有機(jī)合成材料，殼壁厚小于分子材料或有機(jī)合成材料，殼壁厚小于1 m ，是不滲，是不滲水的。將水的。將PCM作為芯材包裹在殼壁里作為芯材包裹在殼壁里 。膠囊的直徑從。膠囊的直徑從1 m到幾百微米不等，微膠囊可以通過噴射烘干、離到幾百微米不等，微膠囊可以通過噴射烘干、離心流動(dòng)床、涂層或界面縮聚反應(yīng)來制備。心流動(dòng)床、涂層或界面縮聚反應(yīng)來制備。優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：在微膠囊的包覆下，在微膠囊的包覆下，PCM與外界環(huán)境隔絕，保證了與外界環(huán)境隔絕，保證了其在加工溫度下的穩(wěn)定性，便于在基質(zhì)中分散，調(diào)溫性能其在加工溫度下的穩(wěn)定性，便于在基質(zhì)中分散，調(diào)溫性能顯著，穿著、洗滌、熨燙等過程中不會(huì)外逸。顯著，穿著、洗