形状记忆织物的开发和研究设计

王学文 陈阔 尹田田

摘 要：近年来智能纺织品受到了人们广泛的关注，形状记忆材料以其特有的记忆功能成為了当下不可忽视的一个研究热点。本研究开发形状记忆合金在衣物上的功能应用，模仿瞬时隔热组合布料的结构，设计了一种新型形状记忆弹簧并将其添加到舞台服装面料的织物中。

关键词：形状记忆合金;服装;弹簧;温度

形状记忆材料在纺织上的应用刚起步，将其添加入衣物中，实现某些特殊功能，现阶段已经可以增加衣物的保暖性和透湿性，实现衣物的绝缘、免烫整理等，其中形状记忆合金主要应用于衣物的装饰方面。本设计基于此，利用形状记忆合金，开发其功能性，与舞台服装相结合，使服装在舞台灯光的照射下由于温度变化能够自由膨胀或收缩，从而配合舞台表演的多元化。

大部分形状记忆合金是通过热弹性马氏体相变而呈现形状记忆效应，实质就是在温度的作用下，材料内部热弹性马氏体形成、变化、消失的相变过程的宏观表现。

1 基本原理

把形状记忆合金加工成宝塔形状的螺旋弹簧，将它压缩成扁平状固定在衣物面料内。当衣物表面接触高温时，形状记忆合金的形变被触发，由初始时的平面状快速转变为宝塔状，在两层织物之间撑起一定的空间形成空气层，使人体皮肤能够远离高温，有效地避免了发生烫伤。之后，随着外界环境温度的冷却，宝塔状的形状记忆弹簧将会恢复成低温初始时的平面状。

借鉴这一原理，本文设想将形状记忆合金弹簧添加到更贴近于人们生活的服装中。

2 形状记忆弹簧的设计

达到一定温度，蚊香型形状记忆合金弹簧会自动弹起，由于其结构上小下大，冷却后只能通过压缩的方式恢复成扁平状。而圆柱形形状记忆合金弹簧的上下直径相同，冷却后可以自动恢复成原来的形状。

实验结果表明蚊香型镍钛形状记忆合金弹簧的变形温度低于圆柱型，且变形温度低于44℃，可以更好地保护人体不受伤害，同时，考虑到蚊香型形状记忆合金弹簧在形变前体积比圆筒型更小，添加到织物中对织物厚度增加影响更小，更适合于应用于舞台服装中，所以最终选取蚊香型形状记忆合金弹簧。

但需要注意的一点是，形状记忆弹簧的作用过程中，会发生热能的改变，热量同样会传递到人的皮肤上。本文设计形状记忆弹簧与舞台服装的结合，由于舞台服装中不存在防火隔热服的阻燃内层织物，同时舞台服装多数较为轻薄，与皮肤也较为贴近，因此需要在内层面料加一块绝缘片与弹簧连接，从而避免为激发弹簧形变的高温对人体皮肤造成伤害。同理，通过在外层面料与弹簧之间加装传导片的方式来加快热量的散发。根据此原理并参照瞬时隔热组合面料的设计，本文初步构思的形状记忆弹簧如下图所示。

3 应用拓展

根据不同织物的面密度以及蚊香型镍钛形状记忆合金的弹力大小，计算需求的形状记忆合金弹簧个数。将弹簧添加到织物中后，测试并记录反应温度，确定不同弹簧个数对不同需求下的反应温度是否有影响。之后可以根据进一步实验调整弹簧在织物中分布的位置，以求达到最佳的激发效果。

4 结论

由此设计的织物制成的服装将能够根据温度变化，智能控制服装的变形以及形状恢复，比传统意义的服装更为有趣，可以应用到婚礼的婚纱以及舞台服装等多领域服饰中，让人们的服装表现更为多样。

然而，形状记忆合金的功能实现需要不断热、冷却，材料的变化有一定的迟滞性，所以在实际服装制作及舞台表演中出现的问题和漏洞还需在实际应用中进一步发现和解决。

参考文献：

[1]王莉.形状记忆组合织物的结构与热防护性研究.上海工程技术大学学士论文，2010.

[2]刘岩，胡金莲.形状记忆纺织品的制备及其发展前景[J].纺织科技进展，2005.

[3]刘建辉，李宁，文玉华.形状记忆合金的应用.机械，2001，28（3）：56-58.

[4]陈艳，林兰天，任乾乾.采用形状记忆合金的瞬时隔热组合面料的研究.上海纺织科技，2012-2，40（2）.

基金项目：齐鲁理工学院2018年教学改革研究项目：应用型高校大学物理实验教学改革（JG201858）

通讯作者：王学文（1994-），男，硕士研究生，研究方向：物理教学。