肖鳳娟 李婭菲 田佾鑫

摘要：復(fù)合材料由于具有優(yōu)良的力學(xué)性能、穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)、完善的成型工藝和強(qiáng)大的結(jié)構(gòu)可設(shè)計(jì)性等不可比擬的綜合性能優(yōu)勢(shì)，而被廣泛的應(yīng)用于航天、航空等等諸多軍、民用產(chǎn)業(yè)。航天領(lǐng)域由于對(duì)重量的極致敏感而成為早研發(fā)并嘗試使用復(fù)合材料的領(lǐng)域之一，現(xiàn)已普遍將復(fù)合材料的設(shè)計(jì)與使用能力作為衡量行業(yè)水平的重要標(biāo)準(zhǔn)，這就需要從材料設(shè)計(jì)角度出發(fā)提出更高的性能指標(biāo)和功能要求。

關(guān)鍵詞：相變材料;微膠囊;調(diào)溫紡織;紡絲法;復(fù)合材料

引言

當(dāng)外界環(huán)境發(fā)生變化時(shí)，熱量會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)移，從而改變溫度，人體生理上的恒溫環(huán)境遭到破環(huán)，人會(huì)感受到不適，可穿上相變雙向調(diào)溫紡織產(chǎn)品來(lái)緩解這種不適。相變雙向調(diào)溫紡織材料具有雙向調(diào)溫功能，在一定溫度范圍內(nèi)，可自發(fā)的從外界吸收或釋放熱能，從而在微小氣候區(qū)內(nèi)保持人體表面的恒溫環(huán)境，使人體感受舒適。相變雙向調(diào)溫紡織材料可提高人們對(duì)環(huán)境變化的適應(yīng)能力。

1相變雙向調(diào)溫紡織材料

復(fù)合材料是由增強(qiáng)相（本文主要研究的是碳纖維，CarbonFiber）、連續(xù)相（環(huán)氧樹脂，EpoxyResin）和界面相（纖維與樹脂接觸的微小區(qū)域）組成的多相體系。其各項(xiàng)性能的提升離不開對(duì)于碳纖維和環(huán)氧有機(jī)高分子的不斷研究，由此衍生出了T700、T1100、M70、M80等一系列高強(qiáng)高韌的碳纖維以及酚醛樹脂、環(huán)氧烯烴樹脂、雙馬來(lái)酰亞胺樹脂等一系列高純、高強(qiáng)、高模量的新樹脂相繼投入量產(chǎn)。可以說(shuō)，對(duì)于碳纖維和環(huán)氧樹脂的性能研究已經(jīng)取得了顯著的進(jìn)步，復(fù)合材料的力學(xué)性能也取得了一定程度上的提升。經(jīng)過(guò)不懈努力，增強(qiáng)相碳纖維的模量已經(jīng)能夠達(dá)到理想狀態(tài)下石墨的90%左右，商用碳纖維的大強(qiáng)度也已經(jīng)超過(guò)了7GPa，然而對(duì)于纖維與樹脂性能的不斷突破，復(fù)合材料的相關(guān)力學(xué)性能并未表現(xiàn)出相應(yīng)的增長(zhǎng)。然而碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料的性能不僅僅依賴于增強(qiáng)相與連續(xù)相的發(fā)展，兩相界面增強(qiáng)是目前國(guó)內(nèi)外較為簡(jiǎn)單、普遍的提高復(fù)合材料綜合性能的方法。

2相變纖維制備法

采用相變纖維制備法可獲得超細(xì)纖維、中空纖維等特種纖維，纖維細(xì)度可由制備技術(shù)調(diào)控。相變纖維制備法按工藝分類可分為紡絲法和纖維中空填充法。紡絲法是將相變材料與纖維原料通過(guò)紡絲工藝制備出新纖維;而纖維中空填充法是對(duì)具備中空結(jié)構(gòu)的纖維進(jìn)行改造填充獲得相變纖維。工業(yè)生產(chǎn)中相變纖維的制備主要以紡絲法為主。

2.1導(dǎo)電聚合物

理想情況下，如果所有的電子功能都能在纖維中實(shí)現(xiàn)，這些纖維將為智能服裝提供完美的基材，因?yàn)樗鼈兛梢栽诩徔椷^(guò)程中自然地集成到紡織品中。由于將高級(jí)電子功能集成到紡織纖維的技術(shù)復(fù)雜性，目前這種纖維的例子很少。最有前途的材料可能是有機(jī)聚合物或小分子化合物，因?yàn)樗鼈兙哂袃?nèi)在的柔韌性，或者可以混合在纖維中制成復(fù)合材料。此外，由于它們是由基本構(gòu)件合成的，因此可以調(diào)整它們，使其具有特定的化學(xué)、物理和電子特性。自從發(fā)現(xiàn)共軛聚合物可以通過(guò)摻雜來(lái)導(dǎo)電以來(lái)，在導(dǎo)電聚合物纖維領(lǐng)域進(jìn)行了大量的研究工作。這些導(dǎo)電聚合物因其獨(dú)特的電子、電學(xué)、磁性和光學(xué)特性而具有重要的科學(xué)和技術(shù)意義。一般而言，導(dǎo)電聚合物（如聚吡基、聚苯胺、PEDOT）在生產(chǎn)低成本、輕量化和柔性傳感器方面具有巨大潛力。

2.2 CC-PANI的制備

CC-PANI的制備采用恒電流法，以三電極體系進(jìn)行。以CC作為工作電極，Pt片作為對(duì)電極，飽和甘汞電極（SCE）作為參比電極，以0.1mol/L苯胺和0.1mol/LH2SO4的混合溶液為電解液，在電流密度為0.06mA/cm2下沉積1，3和5h，將獲得的樣品分別命名為CC-PANI-1，CC-PANI-3和CC-PANI-5。

2.3變色微膠囊/PMMA復(fù)合材料電熱致變色纖維的制備

（1）提前將熱壓機(jī)溫度提升至120℃，將經(jīng)過(guò)挖孔的特氟龍薄膜平鋪在不銹鋼板上。將熱致變色微膠囊/PMMA復(fù)合材料顆粒填入其中后，附上一張?zhí)胤埍∧?，并蓋上一塊不銹鋼板。（2）開啟熱壓機(jī)對(duì)不銹鋼板施加2MPa的載荷進(jìn)行預(yù)壓，預(yù)壓時(shí)間為5min，然后繼續(xù)對(duì)鋼板施加壓力至30MPa，在恒溫恒壓的條件下保持20min。（3）停止加熱并打開冷卻水降低產(chǎn)品溫度至40℃。關(guān)閉電源，得到變色微膠囊/PMMA復(fù)合材料電熱致變色板塊。將該板塊切割成180mm×10mm×20mm的條狀物。（4）取復(fù)合材料條狀物兩條，在180mm×20mm一面的正中心切下凹槽。將兩個(gè)長(zhǎng)條拼接在一起，并在中間放入一根由特氟龍制成的棒子，在熱壓機(jī)和車床的共同作用下得到復(fù)合材料預(yù)制棒，而后將預(yù)制棒置于真空干燥箱中充分干燥24h。

2.4化學(xué)聚合PPy/織物電極

取1cm×1cm大小鍍銀錦綸織物，用去離子水和乙醇多次洗滌、烘干，得到較為純凈的織物基底。配置0.1mol/L吡咯（Py）溶液20ml，按照0.01mol/L配比加入摻雜劑蒽醌-2-磺酸鈉鹽（AQSA），超聲0.5h形成淡黃色均勻溶液，將處理好的織物完全浸入該溶液中，0℃下放置2h浸漬，使織物在Py溶液中完全浸潤(rùn)。配置0.15mol/L的FeCl3溶液20ml。用滴定管將FeCl3溶液逐滴加入到吡咯溶液里，保持反應(yīng)溫度為0℃，靜置2h。反應(yīng)結(jié)束后取出織物，用去離子水清洗織物，去除結(jié)合牢度較低的聚吡咯，清洗至去離子水中無(wú)黑色顆粒物質(zhì)，烘干即獲得化學(xué)聚合吡咯試樣，標(biāo)記為C-PPy/織物電極。

2.5光催化機(jī)理分析

反應(yīng)活性物種在有機(jī)污染物的光催化降解中起著極其重要的作用。分別選擇對(duì)苯醌（BZQ）、叔丁醇（t-BuOH）和乙二胺四乙酸二鈉（EDTA-2Na）作為羥基自由基（·OH）、超氧化物自由基（·O2-）和空穴（h+）的淬滅劑，淬滅劑的濃度均為5mmolL·-1。不添加淬滅劑時(shí)，BPA的去除率可以達(dá)到100%;加入t-BuOH后BPA去除率為80.57%，表明t-BuOH在一定程度上抑制了BPA的光降解過(guò)程。添加BZQ和EDTA-2Na時(shí)，BPA的去除率僅有7.50%和18.36%，這表明·O2-、h+都是主要的光反應(yīng)活性物種。以上結(jié)果表明，在光催化降解BPA過(guò)程中活性物種的貢獻(xiàn)順序?yàn)椤2->h+>·OH。

3結(jié)論

整體而言，相變雙向調(diào)溫紡織材料還具有很大的發(fā)展空間。目前的相變雙向調(diào)溫紡織材料或多或少都存在一定的缺陷，還未出現(xiàn)集舒適、透氣、導(dǎo)熱性能好、保溫時(shí)間長(zhǎng)、耐洗滌等諸多優(yōu)點(diǎn)為一身的相變雙向調(diào)溫紡織材料。這需要依靠制備技術(shù)的進(jìn)步來(lái)改變現(xiàn)狀。今后，可通過(guò)改進(jìn)相變材料的封裝技術(shù)，減少封裝殼的厚度以提高儲(chǔ)熱性能，以及借助低成本無(wú)機(jī)材料填補(bǔ)有機(jī)相變材料的不足等方式來(lái)提高相變雙向調(diào)溫紡織材料的綜合性能，因此制備無(wú)機(jī)-有機(jī)相結(jié)合的微小型薄殼相變微膠囊是未來(lái)的發(fā)展方向之一。同時(shí)，還需不斷研究開發(fā)新材料、新技術(shù)，以滿足紡織材料蓄熱應(yīng)用的需求。借助材料的特殊性能賦予相變雙向調(diào)溫紡織材料功能性也是未來(lái)的發(fā)展方向之一，如：表面整理法中借助疏水性黏合劑賦予織物疏水性能，在相變微膠囊中添加抑菌材料賦予織物抑菌性。研究制取多功能性相變雙向調(diào)溫紡織材料是今后發(fā)展的趨勢(shì)。

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