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分支，具有YF多優異性能，如形狀記憶效應、高的回復形變或偽彈性、優良的抗震性和適應性等。對于紡織領域，形狀記憶材料主要應用于功能性方面和美學方面。關鍵詞：形狀記憶聚合物功能性美學

一、形狀記憶材料的概念

形狀記憶材料（Shape Memory Materials，簡稱SMM）是一種很重要的智能材料，其特點是具有一定初始形狀，經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、力、光、磁或電等外界刺激），并響應這種變化，對其力學參數（如形狀、位置、應變等）進行調整，從而能夠回復到初始狀態。

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。自從發現Ni-Ti合金等形狀記憶合金以來，形狀記憶材料因其獨特的功能備受關注并得到了極大的發展。

形狀記憶合金（Shape Memory Alloys，簡稱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的由兩種及以上金屬元素所構成的材料。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，現在已發現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是相態轉變溫度較高，形變量不大，形變-回復具有雙重性，另外有些合金還會顯示超彈性，有些形狀記憶合金經過特殊熱處理，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）構成，通過可逆相的可逆變化而具有形狀記憶效應。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、交聯聚乙烯、聚氨酯以及含氟高聚物、聚內酯、親水凝膠等。

從廣義上講，有些陶瓷也具有形狀記憶特性，目前在陶瓷系統中已發現有兩種機制產生的形狀記憶效應：一種是粘彈性機制導致的形狀回復；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的形狀記憶。

三、形狀記憶材料在紡織領域的研究

對于紡織領域，形狀記憶材料的應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絲，然后紡成紗線。

b.形狀記憶織物：將形狀記憶紗線采用機織，針織和非織的織造工藝織成織物。

c.形狀記憶化學品：將形狀記憶聚合物制備成乳液、樹脂或粘合劑或將形狀記憶聚合物材料與天然纖維恰成纖維共同構成復合材料，對織物進行整理，賦予織物形狀記憶特性。

隨著紡織科學技術的不斷深入發展，形狀記憶聚合物在紡織領域的研究逐漸增多。20世紀80年代以來，盡管對聚氯酯、聚對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研究報道已有很多，但在紡織領域對于形狀記憶聚合物的研究還主要限于聚氯酯。因為在諸多形狀記憶聚合物品種中，聚氯酯具有生產成本低，配方可調性大，形變回復量大，形狀回復溫度選擇范圍寬（可在-30～70℃靈活控制）等優點，同時它的加工性能良好，適用于擠壓、噴射成型、涂層、鑄造等成型聯合工藝，能滿足多種生產需要，其具有良好的透濕氣性、熱膨脹性、抗皺形、抗震性、保形性、絕緣性和光學折射性能。

歸納起來，形狀記憶聚氨酯在紡織領域的應用主要為以下三個方面：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，如運動服、登山服、沖鋒衣、帳篷等戶外產品以及軍用服；利用聚氨酯的形狀記憶功能，調整好合適的記憶觸發溫度用于袖口、領口等服裝襯布，使其具有良好的抗皺、保形、尺寸穩定和耐磨等性能，其在使用過程中產生的皺痕可以通過溫度的升高使其回復原來的形狀；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。