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形状记忆材料及其在纺织服装上的应用

摘要：形状记忆材料是近年来智能材料科学研究发展的一个重要前沿课题,
其在纺织服装、生物医学、国防军工材料等领域中显示出广阔的应用前景。通常
可分为三大类：形状记忆金属合金(SMA)、形状记忆陶瓷(SMC)和形状记忆聚合物(SMP)材
料。本文综述形状记忆金属合金及形状记忆聚合物材料的概念，分析其工作机理、
特性,介绍其在纺织服装中的应用,并展望其应用前景。

关键词:镍一钛(Ni一Ti)形状记忆合金纤维;形状记忆聚合物;PTT形状
高聚物材料;纺织服装。

“形状记忆材料”是指具有某一原始形状的制品，经过形变并固定后，在特
定的外界条件（如热、化学、机械、光、磁或电等外加刺激）下能自动回复到初
始形状的一类材料。通常可分为三大类：形状记忆金属合金(SMA)、形状记忆陶
瓷(SMC)和形状记忆聚合物(SMP)材料,其中，形状记忆金属合金及形状记忆高聚
物在纺织服装上的应用极其广泛。
1形状记忆合金
1.1工作机理
当合金的母相在应力下诱发成马氏体，发生形状改变，而在去除应力后形状
并不回复，或母相经相变成马氏体后发生塑性变形，但通过加热后，回复原形。
比如Ni—Ti合金丝在较高温度时有一定的形状（如密排的弹簧），在低温时使其
变形（弹簧被拉长），外力去除后，其变形保留了下来，但当加热到一定温度时，
合金丝就能自动回复到原先的形状（密排弹簧）。
1.2特性（镍钛形状记忆合金）
镍钛形状记忆合金具有可恢复形变大、输出能量密度大的特点,也是研究和
应用最普遍的形状记忆纤维。这种纤维是通过将镍钛合金纤维化加工以后制成的,
如瑞士MicrofilIndustries公司生产的一种镍钛合金(镍5063%)纤维直径为
300m。
1.3在纺织服装上的应用
在纺织领域,研究和应用最多的是镍一钛(Ni一Ti)形状记忆合金纤维。
镍一钛形状记忆纤维同时被用作文胸的支架,起托垫保形的作用。在温度升
高(从室温到体温)时,使文胸恢复到预设的最佳形状,可以提供最优美的身体曲
线,舒适感和弹性并存。同理,镍一钛合金纤维被植入婚纱面料、演出服装等,可
使面料更挺括、服装不依赖人体支撑,自由体现设计师的造形创意,而且可以折叠,
方便储存和运输，在使用前，只需用电吹风吹一下，就可获得理想造型。

(a)胸罩的支架(b)婚纱的衬裙
(c)演出服装支架(d)冰雪鞋的防滑鞋钉
镍钛合金在纺织服装中应用实例

在防烫伤服装中,镍—钛合金纤维首先被加工成宝塔式螺旋弹簧,再进一
步加工成平面状,然后固定在服装的面料内,当服装表面接触高温时,形状记
忆合金纤维的形变被触发,纤维迅速由平面状变化为宝塔状,在两层织物之间
形成很大的空腔,使高温远离人体皮肤,防止烫伤发生。
1.4应用前景
形状记忆合金因其独特的形状记忆效果赋予了织物与众不同的功能以及外
观造型,使其前所未有地具有了活力和动感,带给人们以视觉冲击。形状记忆织
物的开发研究目前尚处于起步阶段,许多方面如纤维加工、纱线生产、织物织造
等尚需要进一步的改进;很多产品有待开发,例如不同原始形状的、更细的、不
同反应时间、不同激发温度、不同回复力的产品等。功能织物和装饰织物的开发
将成为未来形状记忆合金织物的主要研究开发方向。随着研究的进一步深入和加
工技术的不断提高,形状记忆合金必将在纺织业有更为广泛的应用前景。
2形状记忆聚合物
2.1工作机理
形状记忆聚合物一般由共聚物构成。该聚合物要具备刚性点/段（固定相）
和无定形/柔性段/区（可逆相），这两点是形状记忆聚合物具有良好形状记忆效
果的必备条件。固定相的作用是初始形状的记忆和恢复，第二次变形和固定则由
可逆相来完成。从广义上讲，凡是具有固定相和软化—硬化可逆相转变结构的
聚合物都可以作为形状记忆聚合物，但其形状记忆功能的应用价值取决于可逆相
相转变所需的外界条件，例如，PET高聚物同样具有两相结构，理论上可作为形
状记忆材料使用，但是它80℃的相转变温度（Tg）与人体温度和环境温度都相
差较远，使它在日常生活中很难体现形状记忆功能。
2.2特性
与形状记忆合金相比，形状记忆聚合物（ShapeMemoryPolymer，SMP）材料
具有温度记忆可选择范围宽、质量轻、耐气候性好、原料来源和加工容易、形变
量大和重复形变效果好等优点。
2.3在纺织服装中的应用
与其他形状记忆材料相比,形状记忆聚合物（SMPs）在纺织品、服装和其他
相关产品中的应用方式更多,包括绝热织物、透气面料、服用面料的防缩整理。
2.3.1在防水透气织物中的应用
利用形状记忆聚氨酯的透气性可受温度控制这一特点,在响应温度范围附近
其透气性有明显的改变,将响应温度设定在室温,则涂层织物能起到在低温(低于
响应温度)时,低透气性的保暖作用;在高温(高于响应温度)