形狀記憶面料的機(jī)理和特點

形狀記憶面料的機(jī)理和特點劉輝鳳;薛淑云;伍冬平【摘要】概述了記憶面料的常用原料、記憶機(jī)理、及其開發(fā)現(xiàn)狀和應(yīng)用.【期刊名稱】《現(xiàn)代絲綢科學(xué)與技術(shù)》【年(卷)，期】2008(023)003【總頁數(shù)】4頁(P23-26)【關(guān)鍵詞】記憶面料;PTT纖維;記憶機(jī)理;聚氨酯【作者】劉輝鳳;薛淑云;伍冬平【作者單位】蘇州大學(xué)材料工程學(xué)院，江蘇蘇州,215021;蘇州大學(xué)材料工程學(xué)院，江蘇蘇州,215021;蘇州大學(xué)材料工程學(xué)院，江蘇蘇州,215021【正文語種】中文【中圖分類】TS1形狀記憶面料是指具有形態(tài)記憶功能的面料，也稱記憶布，或形態(tài)記憶布。它是由意大利開發(fā)研制，有著金屬面料的可塑性和光澤感，但比金屬面料的手感更加柔軟而且不用擔(dān)心有折痕的損傷。用該面料制成的服裝不用夕卜力支撐，就可以獨立保持任意形態(tài)及呈現(xiàn)任意褶皺，用手輕拂后即可完全恢復(fù)平整狀態(tài)，不會留下任何折痕，保形具有永久性。1原料1.1PTT纖維PTT(聚對苯二甲酸丙二醇酯)纖維是由對苯二甲酸(PTA)和1,3-丙二醇(PDO)縮聚而成。它的大分子的基本鏈節(jié)中有三個亞甲基，會產(chǎn)生〃奇碳效應(yīng)”，分子鏈在三個亞甲基處易彎曲、旋轉(zhuǎn)形成“Z”型構(gòu)象。表1為PTT纖維與其他纖維的性能比較，從中可以看出PTT纖維及織物的優(yōu)良性能。表1為PTT纖維與其他纖維的性能比較性能PTTPETPBTPA66PA6玻璃化溫度(Tg)/°C45~65802250~9040~87熔點(Tm)/°C228265228260220斷裂伸長率/%4825~2830454420%拉伸回復(fù)率/%8340436153吸水率/%(24h)(336h)0.090.490.030.15--2.88.91.99.5楊氏模量/(cN/dtex)2585302222由表1得，PTT纖維斷裂伸長率為48%，伸長率20%時拉伸回復(fù)率為83%，優(yōu)于其它幾種纖維，具有良好的彈性性能，賦予面料很好的抗皺性。但PTT纖維的吸水性較差，24h的吸水率只有0.03%,336h的吸水率只有0.15%，同比條件下，比PET、PA纖維的都低，使其面料具有較好的干爽性；較小的楊氏模量使PTT纖維和織物具有良好的柔軟性。1.2形狀記憶聚氨酯形狀記憶聚氨酯是由2,4-甲苯二異氰酸酯(2,4-TDI)、不同分子量的聚己二酸丁二醇酯(PBAG)和1,4-丁二醇(BDO)聚合而成。不同相對分子質(zhì)量PBAG為軟段與2,4-TDI反應(yīng)，再與BDO擴(kuò)鏈合成了有形狀記憶功能的聚氨酯彈性體。表2為不同組成的聚氨酯及其有關(guān)參數(shù)，表3為不同硬段含量的聚氨酯的力學(xué)性能，通過比較得出具有最好的形狀記憶功能的聚氨酯的組成。表2不同組成的聚氨酯及有關(guān)參數(shù)編號PBAG/TDI/BDO(mol比)相對分子質(zhì)量(PBAG)硬段含量/%Tg/CTm/C結(jié)晶度/%A11/2/1100030.48-25.13--B11/2/1200017.98-39.81--C11/2/1300012.75-44.547.931.1C21/3/2300018.98-34.9945.129D11/2/150008.06-63.114834.2D21/3/2500012.32-47.545.430.1“-”表示沒有測出。表3不同硬段含量聚氨酯的力學(xué)性能［1］編號PBAG/TDI/BDO(mol比)硬段含量/%拉伸強度/MPa斷裂伸長率/%C11/2/112.756.54200C21/3/218.9817.22400C31/5/429.118.5450C41/8/740.319.32400C51/10/945.916.3250由表2可知，相對分子質(zhì)量為3000以及3000以上的PBAG為軟段，與2,4-TDI和BDO反應(yīng)，制得的聚氨酯在室溫下能夠良好結(jié)晶。由表3知，只有硬段含量大于15%，才可以形成穩(wěn)定的硬段微區(qū)，起到物理交聯(lián)點的作用。軟段實現(xiàn)形狀記憶功能，硬段可使材料回復(fù)形狀。另外多次拉伸一回復(fù)可以提高形狀記憶聚氨酯的形狀記憶性能。2形狀記憶機(jī)理根據(jù)上述材料的結(jié)構(gòu)性能，面料的記憶機(jī)理可作如下分析。首先，高分子材料由玻璃態(tài)向高彈態(tài)的變化賦予了其形狀記憶功能。因為玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)以下表現(xiàn)為剛性與脆性；以上表現(xiàn)為彈性與柔性，在其附近，機(jī)械性能會發(fā)生明顯變化；其次，聚合物為兩相結(jié)構(gòu)，即固定相和可逆相。固定相可以是聚合物中的交聯(lián)結(jié)構(gòu)、部分結(jié)晶結(jié)構(gòu)等，作用為初始形狀的記憶和恢復(fù)；可逆相則為發(fā)生玻璃態(tài)與高彈態(tài)可逆轉(zhuǎn)變的非晶相結(jié)構(gòu)或產(chǎn)生結(jié)晶與結(jié)晶熔融可逆變化的部分結(jié)晶結(jié)構(gòu)等，賦予第二次變形和固定。2.1PTT面料形狀記憶機(jī)理形狀記憶面料中PTT纖維充當(dāng)“記憶原始形狀”的彈性單元角色?！ㄆ嫣夹?yīng)”使得PTT大分子鏈能夠有如同彈簧一樣的彈性變形，在彈性變形過程中分子的構(gòu)象并未發(fā)生變化，當(dāng)外力消失后又會恢復(fù)原狀，構(gòu)象轉(zhuǎn)變完全是可逆的，從而使PTT纖維具有良好的彈性回復(fù)性能［2］。PTT纖維在伸長率20%時彈性回復(fù)率可達(dá)100%，分子構(gòu)象不發(fā)生變化。它自己可完成記憶起始態(tài)和回復(fù)起始態(tài)的作用。由表1得，PTT的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為401~45°C,使可逆相的轉(zhuǎn)變溫度較低，讓PTT服裝的熨燙變?yōu)楹唵蔚氖置蔀榭赡?。PET纖維雖具有兩相結(jié)構(gòu)，但它的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為80C,與人體溫度和環(huán)境溫度都相差較遠(yuǎn)，使它在日常生活中很難體現(xiàn)形狀記憶功能。PTT形狀記憶面料的記憶功能不但與纖維的結(jié)晶度、取向度等內(nèi)部結(jié)構(gòu)有關(guān)，還與紡織結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。高密低捻的紡織結(jié)構(gòu)充當(dāng)〃讓織物發(fā)生第二次變形和固定”的可逆相角色，即紡織結(jié)構(gòu)提供面料或服裝形態(tài)的可塑性，強化可逆相的作用，否則不足以固定變形態(tài)。2.2聚氨酯形狀記憶機(jī)理由于形狀記憶聚氨酯是以軟段的結(jié)晶到熔融相轉(zhuǎn)變?yōu)樾螤钣洃洐C(jī)理的，所以，軟段能夠在室溫條件下良好結(jié)晶，是其具有形狀記憶功能的必要條件之一。同時，硬段含量必須較高，以形成硬段微區(qū)，作為其物理交聯(lián)點，這是另一個必要條件。形狀記憶聚氨酯是由兩種不同玻璃化溫度的高分子材料聚合而成的嵌段共聚物。其結(jié)構(gòu)中含有軟段區(qū)、硬段區(qū)和軟硬段混容區(qū)。柔性的軟段區(qū)（也稱可逆相）能產(chǎn)生很大的形變，而在硬段區(qū)（也稱固定相）內(nèi)，分子被其相互間的物理交聯(lián)作用所固定。由于軟硬段的共價偶聯(lián)而抑制了鏈的塑性移動，從而產(chǎn)生了回彈性。軟段在室溫范圍內(nèi)是結(jié)晶的，或玻璃化轉(zhuǎn)變溫度必須高于室溫，即具有塑料的特性，當(dāng)溫度升到軟段的結(jié)晶態(tài)熔點或高彈態(tài)時，軟段的微觀布朗運動加劇而易產(chǎn)生形變，但硬段仍處于玻璃態(tài)或結(jié)晶態(tài)，阻止分子鏈產(chǎn)生滑移，抵抗形變，從而產(chǎn)生回彈性，即記憶性。而當(dāng)溫度下降到其玻璃態(tài)時，形變被〃凍結(jié)”固定下來［3］。由上述形狀記憶機(jī)理分析，其具體的形狀記憶過程如圖1。3記憶面料的開發(fā)現(xiàn)狀及其應(yīng)用根據(jù)組織結(jié)構(gòu)，織造方式，染色等的不同，記憶面料有許多種，如宇宙面料、牛筋紡記憶面料、斜紋記憶面料（圖2）、常用紋理記憶面料、雙色記憶面料（圖3）、印花記憶面料、提花記憶面料（圖4）等。宇宙面料是韓國面料公司最新開發(fā)上市的一種記憶面料。它有著夢幻的光澤度，在光線的照射下，面料散發(fā)出水波紋的光澤，閃閃發(fā)光非常奢華。經(jīng)紗是記憶紗，緯紗是記憶紗加不銹鋼的金屬絲，所以它不但具有記憶面料的特性，還保持了金屬面料的光澤感，多用于晚裝和華麗的夕卜套設(shè)計。牛筋紡記憶面料多用于外套，手感舒適［4］。斜紋記憶面料采用進(jìn)口PTT記憶纖維為原料，夕卜表亮麗、手感舒適、褶皺效果和恢復(fù)能力良好。該布用途較廣，可制作功能性戶夕卜運動服、賽車服、品牌成衣、羽絨衣、雨衣、夾克、運動裝、休閑裝、床上用品等。雙色記憶面料有PTT雙色記憶面料、錦綸/PTT雙色記憶面料等，具有良好的形態(tài)記憶性能和經(jīng)緯雙色特性，適應(yīng)于棉服、夾克、時裝等各種服飾，且兩面不同的顏色給服裝設(shè)計帶來新的靈感。印花記憶面料，這種圖案像影子一樣的設(shè)計是時下歐洲非常流行的，工藝比較復(fù)雜。提花類記憶面料原料采用進(jìn)口PTT記憶纖維，在進(jìn)口多臂織機(jī)上織造而成，記憶效果良好，可塑性強，抓皺后輕撫即如熨燙后平整，常用于中高檔時裝。T1~T6為聚合物處理溫度；Tg為可逆相玻璃化轉(zhuǎn)變溫度；Tg2為固定相玻璃化轉(zhuǎn)變溫度圖1聚合物形狀記憶過程圖2斜紋記憶面料圖3雙色記憶面料圖4提花記憶面料采用形狀記憶聚氨酯涂層的織物“Azekura”，不僅可以防水透氣，而且其透氣性可以通過體溫加以控制，達(dá)到調(diào)節(jié)體溫的作用，大大改善了織物的穿著環(huán)境適應(yīng)性及舒適性能［3］。用形狀記憶聚氨酯生產(chǎn)的高防水透氣織物Diaplex產(chǎn)品具有良好的抗冷凝性，它不僅適用于一般條件下的穿著，而且適合在極端環(huán)境條件下的穿著，其防水透氣保暖性能隨溫度變化而改變，始終保持穿著者有良好的舒適性［5］。4結(jié)語本文先對形狀記憶面料常用原料的性能及特性進(jìn)行了介紹，然后從結(jié)構(gòu)及轉(zhuǎn)變溫度方面來了解對應(yīng)面料的記憶機(jī)理和特性，最后了解了市場上常用的記憶面料及其應(yīng)用。該面料具有良好的褶皺回復(fù)能力、手感舒適、光澤柔和、質(zhì)地細(xì)膩柔軟、懸垂好、抗污染、耐化學(xué)性好、尺寸穩(wěn)定、抗靜電等特點。而且具有獨特的記憶功能，有了“記憶”之后，面料變得免燙、易護(hù)理，使服裝變得智能化，使人們的生活變得方便、快捷，成為了今天最流行和最受關(guān)注的面料，也將成為世界上應(yīng)用最為廣泛的環(huán)保型面料?！鞠嚓P(guān)文獻(xiàn)】嚴(yán)冰，鄧劍如.形狀記憶聚氨酯的結(jié)構(gòu)與性能研究[J].化工新型材料，2003，31(11):37-39.馬順彬.PTT纖維研發(fā)現(xiàn)狀及其新產(c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記憶面料[J].江蘇紡織，2007，(8):24-26.許元巨.有形狀記憶功能的聚氨酯及其應(yīng)用[J].產(chǎn)業(yè)用紡織品，2000，16(8):40.丁希凡.形狀記憶材料在紡織服裝中的應(yīng)用[J].