走近智能纺织材料:服装材料有记忆服装表演蜕变

将镍钛合金形状记忆纤维添加到“巨大”的婚纱或服装中，折叠后只需用吹风机吹一吹就能恢复原来的形状。新型聚氨酯材料制成的智能运动服、登山服，在环境温度较高时会产生散热和水蒸气通道；随着“人工肌肉”纤维的应用，未来可能会出现更多具有形状记忆功能的“智能”服装。

近日，俄罗斯斯科尔科沃科学技术研究所的研究人员通过挤压成型的方法制造出一种形状记忆材料，变形后可以恢复到原来的形状。

南开大学化学学院教授、博士生导师刘尊峰告诉科技日报记者，这是一种属于智能材料的形状记忆材料，在第一次成型时就能“记住”初始形状。在适当的条件下，它会呈现暂时的形状，但当它受到热、光、电的刺激时，它可以从暂时的形状恢复到最初的形状。形状记忆材料表现出一系列智能反应特征，如自我意识、自我调节、自我适应等。这使得它们的发展速度加快，并越来越广泛地应用于航空航天、生物医药、汽车工业等领域。

近年来，形状记忆材料和纺织品也相互碰撞，使得服装有了记忆，变得更聪明。

让纺织品长“记性”的智能材料

纺织品怎么能长记性？目前条条大路通罗马，实现形状记忆功能的途径有很多。

最常见和最早用于纺织品的是形状记忆合金。1932年，瑞典人奥兰德首次观察到，一种合金在室温下变形，然后加热到一定温度，材料会发生结构反转，自动恢复原来的形状。直到1963年，美国海军军械研究室发现了具有形状“记忆”的镍钛合金，形状记忆合金才出名。这种镍钛合金可以做成女性文胸的钢圈，也可以做成镍钛合金纤维，直接加工成纺织品。

继形状记忆合金之后，20世纪80年代发展了一种新型形状记忆材料——。这种材料可以用作纺织品上的功能涂层。当外部环境以特定的方式和规律变化时，涂层纺织品会随着变化而反复改变其形状。

目前用于纺织品和服装领域的形状记忆聚合物主要是聚氨酯，其形状记忆功能可以使纺织品的耐水性和透气性随体温变化，从而达到调节体温的作用。还可以设置合适的触发温度，使聚氨酯纺织品在起皱时能够恢复到原来的记忆形状，从而达到抗皱效果。

此外，随着科技的发展，近年来一些科学家利用“人工肌肉”技术实现了纺织品的“记忆”功能。

制作丝绸“人工肌肉”的刘尊峰告诉记者，“人工肌肉”并不是大众想象中的那种人工生物肌肉，而是一种能够对外界刺激(如温度、湿度、电流、压力、光线等)做出快速反应的柔性智能材料。)并产生膨胀、旋转和膨胀等可逆变化。在制备“人工肌肉”时，我们可以选择体积膨胀时会拉伸旋转的纤维纱线，如多壁碳纳米管、纳米线、石墨烯、尼龙、氨纶、蚕丝、棉花等纤维材料，通过在纤维中加入周期性的螺旋结构来放大材料的体积膨胀。这种柔性智能材料制成的织物，在一定条件下可以产生“记忆”。

随着3D打印和其他技术的发展，哈佛大学的研究人员已经开发出了一种具有角蛋白(在头发、指甲和贝壳中发现的纤维蛋白)的生物相容性材料。他们从废羊毛中提取角蛋白，用作墨水，并将其三维打印成不同形状的纸张，如扁平星形、环形和扁平条形。研究人员选择了一张具有一定形状的纸，将其放入过氧化氢和磷酸二氢钠溶液中，纸的现有形状将被预设为永久形状。当纸张有了新的形状，只要放入水中就可以恢复。

形状记忆材料解锁服装更多功能

目前，服装中应用最广泛的形状记忆材料是形状记忆合金。例如，NiTi合金最早用于黄铜，起到了保持垫子形状的作用。即使在洗穿过程中变形，也会被体温“暖”回原形。如今，这种胸罩在市场上并不少见。

随着技术的发展，NiTi合金形状记忆纤维越来越多地应用于纺织和服装领域。在“笨重”的婚纱或服装中加入NiTi合金形状记忆纤维是很常见的，便于运输和储存时折叠。使用前只需用吹风机吹一吹，马上就能恢复“出厂设置”。

也有英国的防护服和纺织组织将NiTi形状记忆纤维应用于防烫伤服。镍钛合金形状记忆纤维加工成塔式螺旋弹簧形状，进一步加工成扁平网状，然后固定在服装面料中。当服装表面暴露在高温下时，形状记忆纤维的变形被触发，纤维迅速由平网状变为宝塔状，在两层面料中形成一个大空腔，使高温远离人体皮肤。

但是由于合金纤维的存在，衣服难免会有一些金属特有的灰色调，这对于需要面料丰富色彩和质感的服装行业来说，无疑是一种拖累。而且，由于原料和加工工艺的限制，合金纤维形状记忆纺织品难以广泛推广。

具有形状记忆功能的新型聚氨酯材料可以很好地解决这些问题。以最常见的由PTT(聚对苯二甲酸丙二醇酯)聚合物制成的形状记忆纺织品为例，属于力和体温联合刺激诱发的具有形状记忆功能的材料，可以通过体温或用手触摸来“烫”平衣服。关键是这种材料的分子链是直接相连的，容易纺丝染色，耐候性和溶解性好，更容易用于纺织材料。目前开发的产品主要有毛精纺面料、针织面料、经编面料、无缝内衣、毛衣和地毯等。这些产品已经逐渐进入市场。我国开发的PTT长丝系列已达到较高水平，规格齐全，品种多样。

日本三菱重工。

未来可能会出现更“聪明”的具有形状记忆功能的服装。“由蚕丝‘人工肌肉’纤维制成的运动服在人体发热出汗时，会自动缩短成短袖短裤，便于排热排汗；在人身体干燥时，又会变成长袖长裤以实现保暖性。通过这样的方式可以让穿戴者获得更好的体验。”刘遵峰表示。

形状记忆纺织品有待质与量的突破

国外在形状记忆纺织品的研究起步较早，整体技术水平比较高，积累了丰富的数据源，可实现的智能化程度也比较高。与国外相比，国内在形状记忆纺织品方面的研究虽然较多，但很多都处于试验阶段，用料比较单一，整体创新度不够，且大多为跟踪研究，许多新的品种尚在开发中，实现规模化工业生产尚有难度。

对于已经研发出的一些形状记忆材料，由于成本较高，材料加工性能较差以及记忆效应的稳定性不佳，因此很难进行大规模生产和推广。

同时，在这一领域存在人才队伍相对薄弱、竞争乏力、投入少、开发力度不够等问题。比如毛衫类是PTT最有特色的品种，加入这种材料，可以改善毛衫的蓬松度和毛型感。但这个产品产业链长，纺纱、染纱、织造等分属于不同企业，导致产品开发滞后，需要上下游企业加强合作，才能早日实现产品在量和质上的突破。

不过随着形状记忆材料制备加工技术和纺织服装合成技术的不断发展，以及形状记忆材料基础理论的日趋完善，形状记忆材料的应用将遍及纺织服装工业的各个领域，它对开发纺织产品和服装设计的促进作用将是无法估量的。