仿生降温纤维及其织物

纺织导报发布时间: 2022-11-21

高温高湿的环境中的剧烈运动或者阳光暴晒会使热量在体表热量持续累积引发人体大量出汗，严重时会使人体体温调节失衡，并导致热应激，因此基于纤维材料的个人热湿调节技术应运而生。利用仿生原理模拟生物功能和结构的关系被认为是一种具有较好前景的设计温控纤维和织物的方法，其可以较好地满足个性化需求、对各种环境具有良好适应性以及实现人体微环境速干降温。

受生物启发的吸湿排汗降温纤维及织物

大自然中存在多种形式的导水导湿方式，如荷叶表面的微凸起和三维蜡状小管结构使得水滴与荷叶的接触面积很小，表现出超疏水现象。蝴蝶的翅膀上具有类似棘轮的鳞片，可以形成各向异性的超疏水表面，促使水滴从蝴蝶身体表面离开，液滴很容易沿着身体中心轴的径向向外从翅膀表面滚落。

研究者用双股聚丙烯纱作面纱，聚丙烯纱包覆氨纶作地纱，开发出了类似蝴蝶鳞片结构的仿生织物，运动时穿着显示出较好的热湿舒适性能。受到水鸟喙吸水的启发，有研究者制备了一种疏水/超亲水的Janus聚酯/硝化纤维素织物，其内表面嵌入了具有亲水性内表面的锥形微孔阵列，可实现定向液体运输（具有1 246%的超高定向输水能力）并保持人体温度正常（比棉纺织品高 2 ～ 3 ℃）。

受生物启发的辐射致冷纤维

自然生物往往有其独特的降温方式，蚕茧可以通过随机堆叠的丝保护蚕蛹免受温度的快速波动影响，这些堆叠丝通过反射阳光和热辐射进行热调节。受蚕茧降温机制的启发，研究者采用熔喷法制备了随机堆叠的熔喷聚丙烯纤维膜（MB－PP），并在其上构建聚二甲基硅氧烷薄膜，提高MB－PP的热发射率。获得的表面改性MBPP（SMB－PP）太阳反射率可达约95%，热辐射率可达0.82，白天和夜间分别比环境温度降低 4 ℃和 5 ℃。

受北极熊皮毛协同热光学效应的启发，研究人员采用冷冻干燥法制备了多孔的聚乙烯气凝胶层压至聚二甲基硅氧烷（PDMS）薄膜上，开发了一种柔韧、超疏水且可重复使用的仿北极熊皮毛的双层致冷材料，由于聚乙烯气凝胶的热导率较低（0.032 W/（m·K）），PDMS膜侧的热量主要以传导和辐射的方式透过聚乙烯凝胶散发出去。中午时测试的PDMS膜面的表观温度比环境温度低 5 ～ 6 ℃，在理想的使用条件下，估计极限降温值可以达到14 ℃。