相變雙向調溫紡織材料制備技術研究進展

肖鳳娟 李婭菲 田佾鑫

摘要：復合材料由于具有優良的力學性能、穩定的化學性質、完善的成型工藝和強大的結構可設計性等不可比擬的綜合性能優勢，而被廣泛的應用于航天、航空等等諸多軍、民用產業。航天領域由于對重量的極致敏感而成為早研發并嘗試使用復合材料的領域之一，現已普遍將復合材料的設計與使用能力作為衡量行業水平的重要標準，這就需要從材料設計角度出發提出更高的性能指標和功能要求。

關鍵詞：相變材料;微膠囊;調溫紡織;紡絲法;復合材料

引言

當外界環境發生變化時，熱量會發生轉移，從而改變溫度，人體生理上的恒溫環境遭到破環，人會感受到不適，可穿上相變雙向調溫紡織產品來緩解這種不適。相變雙向調溫紡織材料具有雙向調溫功能，在一定溫度范圍內，可自發的從外界吸收或釋放熱能，從而在微小氣候區內保持人體表面的恒溫環境，使人體感受舒適。相變雙向調溫紡織材料可提高人們對環境變化的適應能力。

1相變雙向調溫紡織材料

復合材料是由增強相（本文主要研究的是碳纖維，CarbonFiber）、連續相（環氧樹脂，EpoxyResin）和界面相（纖維與樹脂接觸的微小區域）組成的多相體系。其各項性能的提升離不開對于碳纖維和環氧有機高分子的不斷研究，由此衍生出了T700、T1100、M70、M80等一系列高強高韌的碳纖維以及酚醛樹脂、環氧烯烴樹脂、雙馬來酰亞胺樹脂等一系列高純、高強、高模量的新樹脂相繼投入量產。可以說，對于碳纖維和環氧樹脂的性能研究已經取得了顯著的進步，復合材料的力學性能也取得了一定程度上的提升。經過不懈努力，增強相碳纖維的模量已經能夠達到理想狀態下石墨的90%左右，商用碳纖維的大強度也已經超過了7GPa，然而對于纖維與樹脂性能的不斷突破，復合材料的相關力學性能并未表現出相應的增長。然而碳纖維增強樹脂基復合材料的性能不僅僅依賴于增強相與連續相的發展，兩相界面增強是目前國內外較為簡單、普遍的提高復合材料綜合性能的方法。

2相變纖維制備法

采用相變纖維制備法可獲得超細纖維、中空纖維等特種纖維，纖維細度可由制備技術調控。相變纖維制備法按工藝分類可分為紡絲法和纖維中空填充法。紡絲法是將相變材料與纖維原料通過紡絲工藝制備出新纖維;而纖維中空填充法是對具備中空結構的纖維進行改造填充獲得相變纖維。工業生產中相變纖維的制備主要以紡絲法為主。

2.1導電聚合物

理想情況下，如果所有的電子功能都能在纖維中實現，這些纖維將為智能服裝提供完美的基材，因為它們可以在紡織過程中自然地集成到紡織品中。由于將高級電子功能集成到紡織纖維的技術復雜性，目前這種纖維的例子很少。最有前途的材料可能是有機聚合物或小分子化合物，因為它們具有內在的柔韌性，或者可以混合在纖維中制成復合材料。此外，由于它們是由基本構件合成的，因此可以調整它們，使其具有特定的化學、物理和電子特性。自從發現共軛聚合物可以通過摻雜來導電以來，在導電聚合物纖維領域進行了大量的研究工作。這些導電聚合物因其獨特的電子、電學、磁性和光學特性而具有重要的科學和技術意義。一般而言，導電聚合物（如聚吡基、聚苯胺、PEDOT）在生產低成本、輕量化和柔性傳感器方面具有巨大潛力。

2.2 CC-PANI的制備

CC-PANI的制備采用恒電流法，以三電極體系進行。以CC作為工作電極，Pt片作為對電極，飽和甘汞電極（SCE）作為參比電極，以0.1mol/L苯胺和0.1mol/LH2SO4的混合溶液為電解液，在電流密度為0.06mA/cm2下沉積1，3和5h，將獲得的樣品分別命名為CC-PANI-1，CC-PANI-3和CC-PANI-5。

2.3變色微膠囊/PMMA復合材料電熱致變色纖維的制備

（1）提前將熱壓機溫度提升至120℃，將經過挖孔的特氟龍薄膜平鋪在不銹鋼板上。將熱致變色微膠囊/PMMA復合材料顆粒填入其中后，附上一張特氟龍薄膜，并蓋上一塊不銹鋼板。（2）開啟熱壓機對不銹鋼板施加2MPa的載荷進行預壓，預壓時間為5min，然后繼續對鋼板施加壓力至30MPa，在恒溫恒壓的條件下保持20min。（3）停止加熱并打開冷卻水降低產品溫度至40℃。關閉電源，得到變色微膠囊/PMMA復合材料電熱致變色板塊。將該板塊切割成180mm×10mm×20mm的條狀物。（4）取復合材料條狀物兩條，在180mm×20mm一面的正中心切下凹槽。將兩個長條拼接在一起，并在中間放入一根由特氟龍制成的棒子，在熱壓機和車床的共同作用下得到復合材料預制棒，而后將預制棒置于真空干燥箱中充分干燥24h。

2.4化學聚合PPy/織物電極

取1cm×1cm大小鍍銀錦綸織物，用去離子水和乙醇多次洗滌、烘干，得到較為純凈的織物基底。配置0.1mol/L吡咯（Py）溶液20ml，按照0.01mol/L配比加入摻雜劑蒽醌-2-磺酸鈉鹽（AQSA），超聲0.5h形成淡黃色均勻溶液，將處理好的織物完全浸入該溶液中，0℃下放置2h浸漬，使織物在Py溶液中完全浸潤。配置0.15mol/L的FeCl3溶液20ml。用滴定管將FeCl3溶液逐滴加入到吡咯溶液里，保持反應溫度為0℃，靜置2h。反應結束后取出織物，用去離子水清洗織物，去除結合牢度較低的聚吡咯，清洗至去離子水中無黑色顆粒物質，烘干即獲得化學聚合吡咯試樣，標記為C-PPy/織物電極。

2.5光催化機理分析

反應活性物種在有機污染物的光催化降解中起著極其重要的作用。分別選擇對苯醌（BZQ）、叔丁醇（t-BuOH）和乙二胺四乙酸二鈉（EDTA-2Na）作為羥基自由基（·OH）、超氧化物自由基（·O2-）和空穴（h+）的淬滅劑，淬滅劑的濃度均為5mmolL·-1。不添加淬滅劑時，BPA的去除率可以達到100%;加入t-BuOH后BPA去除率為80.57%，表明t-BuOH在一定程度上抑制了BPA的光降解過程。添加BZQ和EDTA-2Na時，BPA的去除率僅有7.50%和18.36%，這表明·O2-、h+都是主要的光反應活性物種。以上結果表明，在光催化降解BPA過程中活性物種的貢獻順序為·O2->h+>·OH。

3結論

整體而言，相變雙向調溫紡織材料還具有很大的發展空間。目前的相變雙向調溫紡織材料或多或少都存在一定的缺陷，還未出現集舒適、透氣、導熱性能好、保溫時間長、耐洗滌等諸多優點為一身的相變雙向調溫紡織材料。這需要依靠制備技術的進步來改變現狀。今后，可通過改進相變材料的封裝技術，減少封裝殼的厚度以提高儲熱性能，以及借助低成本無機材料填補有機相變材料的不足等方式來提高相變雙向調溫紡織材料的綜合性能，因此制備無機-有機相結合的微小型薄殼相變微膠囊是未來的發展方向之一。同時，還需不斷研究開發新材料、新技術，以滿足紡織材料蓄熱應用的需求。借助材料的特殊性能賦予相變雙向調溫紡織材料功能性也是未來的發展方向之一，如：表面整理法中借助疏水性黏合劑賦予織物疏水性能，在相變微膠囊中添加抑菌材料賦予織物抑菌性。研究制取多功能性相變雙向調溫紡織材料是今后發展的趨勢。

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