刘善炜特种服装材料
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特 姓名：刘善炜 种 班级：10材料 服装 特种服装材料——相变材料
[摘要] 从相变材料的概念、调温机理、对人体的作用、当温度转变时的热转 材移效果几方面综述了相变材料的特性, 并探讨了相变材料在纺织服装上, 期望相转料变材料在纺织服装上开发成功
之 [关键词] 相变材料 前景
相 1 相变材料
变 相变材料PCMs(Phase Change Materials)是指在一定狭窄明确的温度范围,即材通常所说的相变范围内可以改变物理状态,如从固态转变为液态或从液态变为固态的材料料。在相变过程中,体积变化很小,热焓高,因此以潜热形式从周围环境吸收或释放大量
热量,热的吸收量或释放量比一般加热和冷却过程要大得多,而此时PCMs的温度保持不变或恒定。在服装上应用时,相转变温度范围应和人体温度变化范围相似,以利于保持恒定的皮肤温度。我们最常见的相变材料就是水:当温度低至0℃时,水由液态变为固态,当温度高于0℃时,水由固态变为液态。在结冰过程中吸入并储存了大量的冷能量,而在溶解过程中会吸收大量的热能量。冰的数量(体积)越大,溶解过程需要的时间越长。这是相变材料的一个最典型示例。从水的例子中可以看出,相变材料的这种特性在节能,温度控制等领域有着极大的实践意义,实际上可作为能量存储器来使用。因此,相变材料及其应用已成为广泛的研究课题。对纺织领域来讲,相变材料尚属新型材料,其在纺织服装领域内大有用武之地。该材料可广泛应用于制冷业、长期室外作业人员,以及特种行业,如坦克兵、航天员的服装使用材料。相变材料主要分为三种,由于相变材料在液态时易于流动散失,在服装上使用必须采用微胶囊相变材料。
2 相变材料的分类
相变材料在自然界中存在的形式各种各样, 迄今为止, 已有超过500 种的天然和合成相变材料被人们掌握和了解[。人们按相变温度的范围, 将相变材料分为三类: 高温、中温和低温相变材料。按相变材料的组成成份将相变材料分为两类: 有机类和无机类。按相变的方式, 将相变材料分为四类:固——固相变, 固——液相变, 固——气相变, 及液——气相变材料。由于后两种相变方式在相变过程中, 伴随有大量气体的存在,
使材料体积变化较大。因此, 尽管它们相变焓较大, 但在实际中很少应用。常用的就是 固——固相变和固——液相变材料。
无机类
无机类相变材料主要有结晶水合盐类、熔融盐类等。其中最典型的是结晶水合盐类, 它们有较大的熔解热和固定的熔点( 实际上是脱出结晶水的温度变化: 脱出的结晶水使盐溶解而吸热, 降温是其发生逆过程,吸收结晶水而放热) 。具有代表性的有:Na2SO410H2O, MgCl26H2O 等水合盐类。结晶水合盐类通常是中、低温相变储能材料中的重要一类, 优点是: 使用范围广、导热系数大( 与有机类相变材料相比) 、溶解热较大、密度大( 单位体积的储热密度大) 、一般成中性、价格较便宜。但是, 这类材料通常存在两个问题: 一是过冷现象, 另一个问题是出现相分离。
有机类
这类相变材料常用的有; 高级脂肪烃类、醇类、高级烷烃类。其中典型的有CnH2n+ 2、CnH2nO2 等。有机类相变材料具有的优点有: 在固体状态时成型性较好, 一般不容易出现过冷现象和相分离。而缺点是: 导热系数小, 单位体积的储能能力较小, 熔点较低, 不适于高
温场合中应用。
3 相变材料的作用机理
当环境温度或人体皮肤温度达到服装内MPCMs溶点,其吸热从固态转化为液态。在服装层内产生短暂的致冷效果(见图1)。热能可能来自人体也可能来自外界温暖环境。一旦PCMs完全溶解,储能结束。如果PCMs服装在低于PCMs冰点温度的寒冷环境中使用,服装温度低于转换温度,液态MPCMs将变回固态,释放出能量提供短暂的加热效果(见图2)。这种热转换在服装内起缓冲作用,减小皮肤温度的变化,延长穿着者的热舒适感。
如果在服装上使用,希望其相变温度在33℃。但是所使用的MPCMs相变温度不一定就是33℃,而是比这一温度高几度和低几度的MPCMs混合后应用于服装。只有这个温度下,一半的固态相变材料吸热溶解成液态,不至使皮肤温度过高,而另一半的液态放热凝固成固态,释放热量,不至使皮肤温度下降过低。
4 微胶囊相变材料服装
由于相转变过程比较短暂,在恒温环境中PCMs没有任何作用。因此,穿着者必须活动以引起PCMs面料的温度变化或者经常在有温差的两个环境中工作,以保证PCMs
刘善炜特种服装材料
