形狀記憶材料概述

向雨　王超　楊露

摘要：形狀記憶材料作為智能材料的一個(gè)分支，具有YF多優(yōu)異性能，如形狀記憶效應(yīng)、高的回復(fù)形變或偽彈性、優(yōu)良的抗震性和適應(yīng)性等。對(duì)于紡織領(lǐng)域，形狀記憶材料主要應(yīng)用于功能性方面和美學(xué)方面。關(guān)鍵詞：形狀記憶聚合物功能性美學(xué)

一、形狀記憶材料的概念

形狀記憶材料（Shape Memory Materials，簡(jiǎn)稱SMM）是一種很重要的智能材料，其特點(diǎn)是具有一定初始形狀，經(jīng)過形變并固定成另一種形狀后，能夠感知特定外界條件的變化（如溫度、化學(xué)、力、光、磁或電等外界刺激），并響應(yīng)這種變化，對(duì)其力學(xué)參數(shù)（如形狀、位置、應(yīng)變等）進(jìn)行調(diào)整，從而能夠回復(fù)到初始狀態(tài)。

二、形狀記憶材料的分類

形狀記憶材料一般可分成形狀記憶合金、形狀記憶陶瓷和形狀記憶聚合物三大類。自從發(fā)現(xiàn)Ni-Ti合金等形狀記憶合金以來，形狀記憶材料因其獨(dú)特的功能備受關(guān)注并得到了極大的發(fā)展。

形狀記憶合金（Shape Memory Alloys，簡(jiǎn)稱SMA）是通過熱彈性與馬氏體相變及其逆變而具有形狀記憶效應(yīng)的由兩種及以上金屬元素所構(gòu)成的材料。形狀記憶合金是目前形狀記憶材料中記憶性能最好的材料，現(xiàn)在已發(fā)現(xiàn)10系列50多種，包括Cu-AI-Ti合金和Fe-Ni-Mn合金等。形狀記憶合金的特點(diǎn)是相態(tài)轉(zhuǎn)變溫度較高，形變量不大，形變-回復(fù)具有雙重性，另外有些合金還會(huì)顯示超彈性，有些形狀記憶合金經(jīng)過特殊熱處理，還能顯示二維形狀記憶特性。

形狀記憶聚合物（Shape Memory Polymers，簡(jiǎn)寫SMP）或稱形狀記憶高分子，由固定相或稱硬相（hard domain）和軟化-硬化可逆相或稱軟相（soft domain）構(gòu)成，通過可逆相的可逆變化而具有形狀記憶效應(yīng)。形狀記憶聚合物主要包括聚降冰片烯、反式1，4-聚異戊二烯、苯乙烯-丁二烯共聚物、交聯(lián)聚乙烯、聚氨酯以及含氟高聚物、聚內(nèi)酯、親水凝膠等。

從廣義上講，有些陶瓷也具有形狀記憶特性，目前在陶瓷系統(tǒng)中已發(fā)現(xiàn)有兩種機(jī)制產(chǎn)生的形狀記憶效應(yīng)：一種是粘彈性機(jī)制導(dǎo)致的形狀回復(fù)；另一種是和金屬合金中相類似的與馬氏體相變及其逆相變有關(guān)的形狀記憶。

三、形狀記憶材料在紡織領(lǐng)域的研究

對(duì)于紡織領(lǐng)域，形狀記憶材料的應(yīng)用主要集中在功能性方面（如免燙整理、保形性、絕緣性、保暖性、透濕氣性、抗皺形和抗沖擊性等）和美學(xué)方面（如形狀記憶花式紗線、形狀記憶面料、形狀記憶服裝和形狀記憶裝飾織物等）。

形狀記憶材料應(yīng)用于紡織的主要形式包括三種：形狀記憶紗線、形狀記憶織物和形狀記憶化學(xué)品。

a.形狀記憶紗線：將形狀記憶纖維與其他纖維混合制成細(xì)絲，然后紡成紗線。

b.形狀記憶織物：將形狀記憶紗線采用機(jī)織，針織和非織的織造工藝織成織物。

c.形狀記憶化學(xué)品：將形狀記憶聚合物制備成乳液、樹脂或粘合劑或?qū)⑿螤钣洃浘酆衔锊牧吓c天然纖維恰成纖維共同構(gòu)成復(fù)合材料，對(duì)織物進(jìn)行整理，賦予織物形狀記憶特性。

隨著紡織科學(xué)技術(shù)的不斷深入發(fā)展，形狀記憶聚合物在紡織領(lǐng)域的研究逐漸增多。20世紀(jì)80年代以來，盡管對(duì)聚氯酯、聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯嵌段共聚物、聚丁二烯-苯乙烯共聚物、聚降冰片烯等形狀記憶聚合物的相關(guān)研究報(bào)道已有很多，但在紡織領(lǐng)域?qū)τ谛螤钣洃浘酆衔锏难芯窟€主要限于聚氯酯。因?yàn)樵谥T多形狀記憶聚合物品種中，聚氯酯具有生產(chǎn)成本低，配方可調(diào)性大，形變回復(fù)量大，形狀回復(fù)溫度選擇范圍寬（可在-30～70℃靈活控制）等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)它的加工性能良好，適用于擠壓、噴射成型、涂層、鑄造等成型聯(lián)合工藝，能滿足多種生產(chǎn)需要，其具有良好的透濕氣性、熱膨脹性、抗皺形、抗震性、保形性、絕緣性和光學(xué)折射性能。

歸納起來，形狀記憶聚氨酯在紡織領(lǐng)域的應(yīng)用主要為以下三個(gè)方面：用作織物的功能性涂層和功能性整理以獲得防水、透氣性織物，如運(yùn)動(dòng)服、登山服、沖鋒衣、帳篷等戶外產(chǎn)品以及軍用服；利用聚氨酯的形狀記憶功能，調(diào)整好合適的記憶觸發(fā)溫度用于袖口、領(lǐng)口等服裝襯布，使其具有良好的抗皺、保形、尺寸穩(wěn)定和耐磨等性能，其在使用過程中產(chǎn)生的皺痕可以通過溫度的升高使其回復(fù)原來的形狀；利用聚氯酯的形狀記憶功能，可以做矯形、保形用品，如腹帶、涂層繃帶等。