形狀記憶纖維

形狀記憶纖維是指纖維第一次成型時，能記憶外界賦予的初始形狀，定型後的纖維可以任意發生形變，並在較低的溫度下將此形變固定下來（二次成型）或者是在外力的強迫下將此變形固定下來。當給於變形的纖維加熱或水洗等外部刺激條件時，形狀記憶纖維可回復原始形狀，也就是說最終的產品具有對纖維最初形狀記憶的功能。

基本介紹

• 中文名：形狀記憶纖維
• 材料：記憶合金、陶瓷、高聚物
• 優良特性：記憶、回響、回復、抗震及適應性
• 用途：加工智慧型服裝

簡介

進入二十一世紀，高科技材料的發展日新月異，具有記憶功能的智慧型纖維，將我們的生活帶入了夢幻般的奇妙世界。你能想像一下嗎？當你一人孤獨的旅行時，身上的衣服能夠發出動聽的音樂，伴你愉悅前行不再寂寞；當你不慎遭遇險情時，身上的衣服會發出救援信號，幫你儘快逃離危險；當你駕駛汽車時，駕駛位上的坐墊會根據你的坐姿，自動調節成貼合身體的曲線形狀，使你舒適行駛減輕疲勞。

其實具有形狀記憶功能的纖維，它是智慧型材料的一個重要分支。用智慧型材料製成的紡織品具有對外界刺激感知和反應的能力。從廣義講，能夠被“記憶”的特性很多，如形狀、熱能、光、電、磁、化學特性等。

材料

迄今為止，具有形狀記憶的材料有記憶合金、陶瓷、高聚物、凝膠等。形狀記憶材料具有記憶、回響、回復、抗震及適應性等優良特性。形狀記憶效應，則是指通過熱、化學、機械、光、磁、電等外界刺激，觸發材料回響，從而改變材料的形狀、位置、應變、硬度、頻率、抗震、摩擦等動態或靜態技術參數。這些形狀記憶材料可以製成薄膜、纖維、絲線、顆粒等品種形式，也可以與其他材料結合製成複合材料。因而其發展也越來越受到重視。

目前國內外紡織企業推出的各種形狀記憶纖維：有高分子材料纖維、鎳鈦合金纖維等。高分子材料形狀記憶纖維，其原理就是運用現代高分子物理學和高分子合成改性技術，對通用高分子材料進行分子組合和改性。如對聚乙烯、聚酯、聚異戊二烯、聚氨酯等高分子材料進行分子組合及分子結構調整，使它們同時具備塑膠和橡膠的共性，在常溫範圍內具有塑膠的性質，即硬性、形狀穩定恢復性，同時在一定溫度（所謂記憶溫度）下具有橡膠的特性，主要表現為材料的可變形性和形狀恢復性，也就是材料的記憶功能，即“記憶初始態———固定變形———恢復起始態”的循環。

發展

20世紀70～80年代，美國Raychem．RDI(Radiation Dynamics Inc．)公司進一步將交聯聚烯烴類形狀記憶聚合物商品化，將記憶性材料廣泛用於電線電纜、管道的接續和防護方面。至今這類記憶性材料在Boeing飛機的製造中仍發揮重要作用。

近年來，研究人員又先後發現了聚降冰片烯、反式聚異戊二烯、苯乙烯一丁二烯共聚物、聚氨酯、聚酯等聚合物也具有明顯的形狀記憶效應，並具有許多重要的套用價值。目前，形狀記憶高分子材料的研究和開發備受材料界學者和相關企業的關注，國內外的研究進展迅猛，日本在該領域的研究所取得的成績尤為突出，已開發了多種形狀記憶功能高分子材料並推向了市場。具有低溫形狀記憶特性的反式聚異戊二烯、聚降冰片烯、聚氨酯等代替傳統的石膏繃帶，套用於醫療上創傷部位的固定材料，其方法是將形狀記憶聚合物加工成創傷部位形狀，用熱水或熱吹風使其軟化，施加外力變形成為易於裝配的形狀，冷卻後裝配到創傷部位，再加熱便可恢復原狀起到固定作用；同樣，加熱軟化後變形，取下也十分方便。形狀記憶材料除了套用在醫療方面以外，還可以套用在航天航空、汽車製造、機械製造、石油化工管道等領域。

分類

形狀記憶纖維是由形狀記憶材料經過不同加工方法加工而成，以這些原料研製的形狀記憶纖維的性能也各不相同。從原料上看，形狀記憶纖維可分為形狀記憶合金纖維、形狀記憶聚合物纖維和形狀記憶凝膠纖維三類。

1．形狀記憶合金纖維：

這類纖維手感硬，回復力大。在紡織上可作為紗芯與其他各種纖維紡出具有形狀記憶效果的花式紗，並織成動感織物。迄今為止，研究和套用最普遍的形狀記憶合金纖維是鎳金纖維。

2．形狀記憶聚合物纖維：

與形狀記憶合金纖維相比，形狀記憶聚合物纖維在紡織上的套用潛力更大。主要表現在其手感較柔軟，應變可達300%甚至更大，容易賦形，有較高的形狀穩定性，機械性質可調節範圍較大，即僅對其化學結構和組成進行細微的改變，就可以使其形狀記憶轉變溫度和機械性質獲得較大變化，從而生產出有多種形狀記憶能力的產品。

香港理工大學形狀記憶研究中心研發的形狀記憶聚氨酯纖維(SMF)具有良好的形狀記憶功能。目前，通過濕法紡絲和熔融紡絲已經成功製備了不同線密度、不同轉變溫度的形狀記憶聚氨酯纖維，通過控制形狀記憶聚氨酯硬段相和軟段相的質量百分含量，可以紡制出轉變溫度在-10～100℃的形狀記憶聚氨酯纖維。

舉例說明

將形狀記憶纖維運用到織物上做成服裝，服裝就具有了某種記憶功能而變得智慧型化。下面舉幾個實例說明：

英國防護服裝研究機構，研製出了一種用於防燙傷的服裝，就是套用了形狀記憶鈦鎳合金纖維。首先將形狀記憶鈦鎳合金纖維加工成寶塔式螺旋彈簧狀，然後再進一步加工成平面狀，最後固定在服裝面料內。當這種服裝表面接觸高溫時，形狀記憶纖維的形變被觸發，纖維迅速由平面狀變化成寶塔狀，在兩層織物內形成很大的空腔，使高溫遠離人體的皮膚，從而防止燙傷的發生。這種服裝在消防救火方面大有用武之地。

義大利某紡織品公司開發出智慧型化襯衣，是利用形狀記憶鈦鎳合金纖維與合成纖維錦綸交織的方法。其織物紗線的設計比例為：五根錦綸絲配一根形狀記憶鈦鎳合金絲。當你所處的周圍環境溫度升高時，這種智慧型襯衣的袖子會自動捲起。而且這種襯衣還不怕起皺，即使揉成亂糟糟的一團，用電吹風一吹，馬上就能復原，甚至於人的體溫也可以自動將其“熨平”。

用途

形狀記憶纖維不僅可用於加工智慧型服裝，也可套用在醫學領域。比如將形狀記憶溫度設定在人體體溫附近，那么用這種纖維製成的絲線，就可作為手術縫合線或醫療植入物。由於該材料具有記憶功能，它能以一個鬆散線團的形式切入傷口，當其被加熱到體溫時，材料“記憶”起事先設計好的形狀和大小，便會收縮拉緊傷口，待傷口癒合好後，材料自行分解，然後無害地為人體所吸收。

形狀記憶纖維作為新出現的高科技智慧型材料，在服裝、建築、醫學、軍事等方面都有很大的套用潛力。但是就目前現狀而言，在技術方面還有很多需要進一步完善解決的問題，所以智慧型纖維還沒有形成產業化生產。

相信隨著時間的推移和科技的進步，以及廣大科技工作者的不懈努力，形狀記憶纖維的批量化生產亦將成為可能，因此智慧型纖維的套用領域廣泛，前景光明。