遇热或水会自动伸缩的异收缩形状记忆智能面料

遇热或水会自动伸缩的面料,通常指那些在温度或湿度变化时能发生尺寸变化的智能纺织材料,其原理基于纤维内部结构对环境刺激的响应。‌

特殊材料如氯纶在热空气中收缩率超50%,维纶在沸水中收缩率达5%,这些差异源于纤维的结晶度和亲水性。‌

智能面料通过形状记忆聚合物实现自动伸缩,‌ 例如热致形状记忆纤维在受热时自动回弹,湿度响应纤维吸湿膨胀后收缩,应用于运动服、医疗纺织等领域,能根据体温或环境湿度调节尺寸。‌

异收缩形状记忆智能面料

形状记忆纤维是一种能记忆初始形状的智能材料,由形状记忆合金、聚合物等制成,通过热、光、水等外界刺激可恢复原始形态。其记忆效应源于材料分子链结构或晶体相态转变,按原料可分为合金纤维、聚合物纤维及凝胶纤维三类,广泛应用于智能服装、医疗设备等领域。

20世纪70-80年代,美国Raychem公司将交联聚烯烃类形状记忆聚合物应用于航空领域。香港理工大学研发的聚氨酯纤维。日本开发了聚降冰片烯、聚氨酯材料替代传统石膏绷带实现医疗固定 。镍钛合金纤维被应用于防烫伤服装,遇高温触发形变形成隔热层。法国与德国团队研发出聚乙烯醇基纳米复合纤维,实现微机器人驱动。南开大学团队开发出室温变形的记忆卷发材料,并应用于假发制造。当前该纤维面临成本高、稳定性不足等技术挑战。

麻省理工学院跨学科研究人员团队用他们的最新创新——FibeRobo引入的潜在现实。这种新的液晶弹性体( liquid crystal elastomer, LCE)纤维将通过改变形状的纤维带来动态、响应的相互作用,从而彻底改变纺织行业。

FibeRobo的诞生:

FibeRobo的开发是为了解决动态世界中纺织品的静态特性。研究团队旨在创造一种能够默默地驱动并大幅改变形状的材料,同时易于与现有的纺织品制造工艺集成。FibeRobo的中心是液晶弹性体(LCE)——一种行为像液体但可以对齐成晶体结构的物质,并嵌入像橡皮筋一样具有弹性网络中。正是这种独特的成分赋予了LCE纤维非凡的特性。

在热刺激下,这种纤维会大幅收缩(高达40%),然后随着温度的降低而自行逆转其形状。这种可逆驱动不依赖于嵌入式传感器或刚性组件,使纤维非常坚固和多功能。

制造和兼容性:

FibeRobo的开创性方面之一是无缝集成到现有的纺织品生产环境中。这种低成本纤维与织布机、刺绣和工业针织机完全兼容,并且可以连续生产一公里。这种易于生产并融入传统制造工艺的特点为LCE纤维开辟了大量应用,从自适应性能磨损到响应式安装。

此外,当与导电线结合时,LCE纤维可以使用电力驱动,从而为用户提供对纺织品形式的数字控制。这种功能允许纺织品与各种数字输入交互,可能与健康传感器或环境数据交互以实时响应。

FibeRobo的制作:

制作LCE纤维涉及一个微妙的过程,即厚而粘稠的LCE树脂通过喷嘴挤出,并由精心校准的紫外线固化。然后用油涂层使产生的纤维光滑,并再次固化以加强它。经过细致的试验和优化,研究人员建立了一种在大约一天内产生一公里即用纤维的方法。

从化学合成到成品线轴的制造过程不仅突出了生产FibeRobo的实用性,还强调了其成本效益——这是广泛采用的关键因素。每米仅20美分,比现有的改变形状的纤维便宜约60倍。

应用丰富:

FibeRobo的潜在应用广泛而多样。在功能性穿着方面,它能够使得服装调整隔热(insulating)性能,以适应性的提供不同温度情况下的舒适性,从而可能消除不同季节对不同多件衣物的需求。在医疗保健中,由FibeRobo制成的压缩服装可以提供有针对性的压力,无需手动调整即可增强血流和恢复。

研究人员还用狗压缩夹克展示了FibeRobo的能力,该夹克在智能手机触发时“拥抱”动物,在宠物焦虑水平上升时提供舒适感。这些创新暗示了未来纺织品的感同身受和互动性。

未来方向和挑战:;

尽管FibeRobo令人兴奋,但它并非没有挑战。LCE纤维的生产过程复杂,大规模生产的可扩展性将需要进一步开发和投资。此外,研究人员正在努力调整纤维的化学成分,使其可回收或可生物降解,这是迈向可持续性的关键一步。

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