形狀記憶織物的開發(fā)和研究設(shè)計

王學(xué)文 陳闊 尹田田

摘?要：近年來智能紡織品受到了人們廣泛的關(guān)注，形狀記憶材料以其特有的記憶功能成為了當(dāng)下不可忽視的一個研究熱點(diǎn)。本研究開發(fā)形狀記憶合金在衣物上的功能應(yīng)用，模仿瞬時隔熱組合布料的結(jié)構(gòu)，設(shè)計了一種新型形狀記憶彈簧并將其添加到舞臺服裝面料的織物中。

關(guān)鍵詞：形狀記憶合金;服裝;彈簧;溫度

形狀記憶材料在紡織上的應(yīng)用剛起步，將其添加入衣物中，實(shí)現(xiàn)某些特殊功能，現(xiàn)階段已經(jīng)可以增加衣物的保暖性和透濕性，實(shí)現(xiàn)衣物的絕緣、免燙整理等，其中形狀記憶合金主要應(yīng)用于衣物的裝飾方面。本設(shè)計基于此，利用形狀記憶合金，開發(fā)其功能性，與舞臺服裝相結(jié)合，使服裝在舞臺燈光的照射下由于溫度變化能夠自由膨脹或收縮，從而配合舞臺表演的多元化。

大部分形狀記憶合金是通過熱彈性馬氏體相變而呈現(xiàn)形狀記憶效應(yīng)，實(shí)質(zhì)就是在溫度的作用下，材料內(nèi)部熱彈性馬氏體形成、變化、消失的相變過程的宏觀表現(xiàn)。

1 基本原理

把形狀記憶合金加工成寶塔形狀的螺旋彈簧，將它壓縮成扁平狀固定在衣物面料內(nèi)。當(dāng)衣物表面接觸高溫時，形狀記憶合金的形變被觸發(fā)，由初始時的平面狀快速轉(zhuǎn)變?yōu)閷毸?，在兩層織物之間撐起一定的空間形成空氣層，使人體皮膚能夠遠(yuǎn)離高溫，有效地避免了發(fā)生燙傷。之后，隨著外界環(huán)境溫度的冷卻，寶塔狀的形狀記憶彈簧將會恢復(fù)成低溫初始時的平面狀。

借鑒這一原理，本文設(shè)想將形狀記憶合金彈簧添加到更貼近于人們生活的服裝中。

2 形狀記憶彈簧的設(shè)計

達(dá)到一定溫度，蚊香型形狀記憶合金彈簧會自動彈起，由于其結(jié)構(gòu)上小下大，冷卻后只能通過壓縮的方式恢復(fù)成扁平狀。而圓柱形形狀記憶合金彈簧的上下直徑相同，冷卻后可以自動恢復(fù)成原來的形狀。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明蚊香型鎳鈦形狀記憶合金彈簧的變形溫度低于圓柱型，且變形溫度低于44℃，可以更好地保護(hù)人體不受傷害，同時，考慮到蚊香型形狀記憶合金彈簧在形變前體積比圓筒型更小，添加到織物中對織物厚度增加影響更小，更適合于應(yīng)用于舞臺服裝中，所以最終選取蚊香型形狀記憶合金彈簧。

但需要注意的一點(diǎn)是，形狀記憶彈簧的作用過程中，會發(fā)生熱能的改變，熱量同樣會傳遞到人的皮膚上。本文設(shè)計形狀記憶彈簧與舞臺服裝的結(jié)合，由于舞臺服裝中不存在防火隔熱服的阻燃內(nèi)層織物，同時舞臺服裝多數(shù)較為輕薄，與皮膚也較為貼近，因此需要在內(nèi)層面料加一塊絕緣片與彈簧連接，從而避免為激發(fā)彈簧形變的高溫對人體皮膚造成傷害。同理，通過在外層面料與彈簧之間加裝傳導(dǎo)片的方式來加快熱量的散發(fā)。根據(jù)此原理并參照瞬時隔熱組合面料的設(shè)計，本文初步構(gòu)思的形狀記憶彈簧如下圖所示。

3 應(yīng)用拓展

根據(jù)不同織物的面密度以及蚊香型鎳鈦形狀記憶合金的彈力大小，計算需求的形狀記憶合金彈簧個數(shù)。將彈簧添加到織物中后，測試并記錄反應(yīng)溫度，確定不同彈簧個數(shù)對不同需求下的反應(yīng)溫度是否有影響。之后可以根據(jù)進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)調(diào)整彈簧在織物中分布的位置，以求達(dá)到最佳的激發(fā)效果。

4 結(jié)論

由此設(shè)計的織物制成的服裝將能夠根據(jù)溫度變化，智能控制服裝的變形以及形狀恢復(fù)，比傳統(tǒng)意義的服裝更為有趣，可以應(yīng)用到婚禮的婚紗以及舞臺服裝等多領(lǐng)域服飾中，讓人們的服裝表現(xiàn)更為多樣。

然而，形狀記憶合金的功能實(shí)現(xiàn)需要不斷熱、冷卻，材料的變化有一定的遲滯性，所以在實(shí)際服裝制作及舞臺表演中出現(xiàn)的問題和漏洞還需在實(shí)際應(yīng)用中進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)和解決。

參考文獻(xiàn)：

[1]王莉.形狀記憶組合織物的結(jié)構(gòu)與熱防護(hù)性研究.上海工程技術(shù)大學(xué)學(xué)士論文，2010.

[2]劉巖，胡金蓮.形狀記憶紡織品的制備及其發(fā)展前景[J].紡織科技進(jìn)展，2005.

[3]劉建輝，李寧，文玉華.形狀記憶合金的應(yīng)用.機(jī)械，2001，28（3）：56-58.

[4]陳艷，林蘭天，任乾乾.采用形狀記憶合金的瞬時隔熱組合面料的研究.上海紡織科技，2012-2，40（2）.

基金項目：齊魯理工學(xué)院2018年教學(xué)改革研究項目：應(yīng)用型高校大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革（JG201858）

通訊作者：王學(xué)文（1994-），男，碩士研究生，研究方向：物理教學(xué)。