形状记忆纤维材料在纺织服装上的应用——以“阻燃防护服形状记忆袖子”设计构想为例

张令慧，严涛海，黄露明，黄 凤，翁孟希，赖英明，陆东东

（1.闽江学院 服装与艺术工程学院，福建 福州 350108；2.春晖科技集团有限公司，福建 福州 350018；3.福建华峰新材料有限公司 福建省运动鞋面料重点实验室，福建 莆田 351164）

形状记忆纤维材料是一种能记忆最初形状，定型后的形状记忆材料可以具备任意形变的能力，并且能在低温或是外力下固定此形变的纤维材料。形状记忆纤维材料具有如医疗、石油化工管道、航天航空、机械制造、汽车制造、纺织品等广泛的应用领域。

形状记忆纺织品大致可分为两类，一是形态结构上的分类，有形状记忆织物、纱线、纤维；二是根据应用场景分类为生活用、特殊应用和高科技纺织品[1]。形状记忆纤维材料具有逐渐广泛应用在纺织服装领域的巨大潜力。苏州华绸科技有限公司申请过“一种用于形状记忆真丝面料的整理方法”的专利，该专利介绍了染整后整理技术的应用使丝绸具有免烫形状记忆功能，提高了真丝的易保养性能[2]。英国服装设计师侯赛因·卡拉扬在一场发布会上使用形状记忆材料开发设计了系列服饰，创新性地实现了变形效果[3]。

本文以高温特殊工作者（如厨师等）的工作需求为基础，设计开发一款既能满足其工作需求（如穿着舒适性等）又具有多功能（如防油花飞溅、高温烫伤等）的袖子，即“阻燃防护服形状记忆袖子”。以此作为形状记忆纤维材料在纺织服装上的应用开发大学生创新实践项目。本设计开发实例也已经申请国家实用新型专利。

1 开发背景

如今各行各业都在不断地进行着创新和创造，纺织业更是如此。为了响应时代对于创新创业浪潮的呼唤，也为了提高特殊工作群体的工作生活品质，本课题设计了阻燃防护服形状记忆袖子，计划应用于具有高温隐患的场所，特别是有高温油、水喷溅的场所，以消除这些场所的安全隐患。

因工作环境特殊，有许多工作者须在相对高温高热的环境下工作，他们需要从工作服上得到防护，以确保人身及财产安全。穿戴上阻燃防护服形状记忆袖子后，高温环境的工作人员就能够在存在高温烫伤隐患时，如喷溅的高温油、水等危险情况，得到安全防护。市面上虽然有现成的阻燃隔热防护服，但不能满足不同工作者的不同需求。改良高温场景特定工作者的工作服，可以丰富工作服种类的供应，更好地满足不同人群的需求。

同时，伴随着科学技术的飞速发展，高性能纤维材料、新型功能性整理技术等新技术新材料在隔热阻燃防护功能性服装上得到非常广泛的使用，防护服不但具有优异的个体防护功能，而且其服用舒适性和服用护理性能都得到了非常大的改进。可以预见，未来高温多场景工作防护服将持续向着防护性高、穿着舒适性优良和功能多样化方向发展。

2 所需材料

1963 年，美国海军军械研究室在一次科学实验中，偶然发现了镍钛合金在室温形变阶段，接触到高温自动恢复原来的直线状态后，形状记忆金属就开始被人发现和应用[4]。意大利一家公司利用镍钛合金记忆纤维与尼龙按一定比例织造，制造了一种智能化面料，将其运用在衬衣袖子上，当周围的温度上升时，衬衣的袖子能自动卷起，达到为穿着者散热的效果；在衣服洗完产生褶皱时，给其施加一定的温度后能自动使衬衣变回平整；甚至衣服在穿着过程中产生的褶皱也能用自身的体温让面料变回平整。这个智能化就是利用镍钛合金记忆金属独有的形状记忆功能来实现的，镍钛合金记忆金属拥有着随周围温度的变化而使自己的形状恢复到原来的样子的特性[5]。本项目的中间层即为使用该种材料。

外层芳纶面料：经防水防油防污三防功能整理后的芳纶机织面料，力学性能优良，具有柔软手感，几百度高温环境下形态稳定且仅发生炭化，燃烧时基本没有烟雾，发热少，环境安全性高，总之拥有非常好的物理机械性能和极好的耐高温和阻燃功能性，具有永久耐洗涤功能，服用性极好。且因为具有防水防油防污三防功能，在遇到喷溅的高温油、水时，面料能起到隔绝油、水渗入的效果，更好地保护工作人员的安全。

中间层双程形状记忆合金材料：可以受热相变向外拱起形成间隔空间，起到隔离高温作用，温度下降后恢复正常不影响外观。

内层棉面料：可贴合人体皮肤使用，并在吸湿、柔软、防静电、耐穿、透气透湿等方面表现出良好的性能，贴身穿着舒适性高。

与现有普通服装袖子相比，其主要区别便是增加了服装面料在人们运用时的功能，传统袖子局限于时尚保暖，该项目便在此创新了更深层面的“阻燃防护”功能，面料上外层采用阻燃面料,中间层的双程形状记忆合金材料，受热相变向外拱起形成间隔空间更是对传统袖子的一种突破[6]。在纺织品创新思维开发上，开启人们对服装面料的新认识，服装面料功能被进一步挖掘。火灾事故、自然天气等人为不能控制的因素导致很多工作者受到伤害，记忆袖子的创新就更体现在这方面，能不断根据工作人员的需求而做出改变，为该类人群提供安全防护。

3 开发设计实践

图1 为阻燃防护服形状记忆袖子结构示意图，包括袖子本体，所述袖子本体由外层、中间层、内层组成，所述外层由阻燃防水防油透气材料成型，所述中间层由双程形状记忆材料成型，所述内层由棉质材料成型。阻燃防护服形状记忆袖子制作过程图如图2 所示。

图1 袖子本体结构示意图

图2 阻燃防护服形状记忆袖子制作过程图

高温工作者如厨师、焊工等工作人员在工作中因需与高温等接触，特别是手臂易出现被烫伤、烧伤等事故，为减少和避免此类事故，在符合实际情况及现有材料、技术等支持下设计了该特殊功能的袖子。该“阻燃防护服形状记忆袖子”合理利用现有材料（阻燃面料、形状记忆合金材料、棉质面料等）克服了现有普通衣袖的不足，主要现实手段是利用其阻燃防护等功能为在高温环境下工作的工作者或是其他人群提供一份更加可靠的安全保障，即为手臂提供防烫伤的功能。图3 为外层结构图，使用经防水防油防污三防功能整理后的芳纶机织面料。图4 为中层和内层结构图。

图3 外层结构设计尺寸图

图4 中层和内层结构设计尺寸图

高温时发生人身和财产损失，火灾程度、受伤程度、高温损伤等的情况都不一样，阻燃及隔热材料在不同场景下能起到不同作用，通过加大面料厚度，选择宽松服装，以及近高温火场外层面料选择阻燃功能、内层适当选择易发散辐射热的天然纤维素面料，可以相应地降低灼伤损伤的程度，这种服装面料的热防护功能将显著增强。服装的隔热绝热功能不但与采用的阻燃面料物理性能有关，还与环境热源、服装开口结构和面料层数等因素有关。图5 为阻燃防护服形状记忆袖子效果图，图6 为阻燃防护服形状记忆袖子产品图。

图5 阻燃防护服形状记忆袖子效果图

图6 阻燃防护服形状记忆袖子产品图

设计开发袖子后，下一步是设计全身服装。裁剪设计方案如下：

（2/155+2/165）×100

（1/160+2/165）×100

将面料分为两床进行裁剪，每床件数适中，第一床排4 套，其中155 码的和165 码的各排2 套，4 套中裁剪层数为100 层；第二床排3 套，其中160 码的排1套，165 码的排2 套，3 套中裁剪层数为100 层。这样的设计是为了尽可能地节省面料，并且裁剪的层数少，还可以精确地进行裁剪。同时，对裁剪技术的要求不用太高，裁剪工人们在一般的条件下便可进行裁剪。裁剪加工流程如图7 所示。

图7 工序流程图

裁剪面料步骤：首先将布片堆叠整齐，确保无误后，采用直刀裁剪机，先将大片的剪裁好后，再剪裁小片。要求在剪裁时，剪裁刀不能拐角，机器上的刀片需要与面料垂直，每次剪裁前要检查剪裁刀是否锋利，并且要做到剪口准确。按照图7 的工序流程加工，每一种不同的面料都需要调节不同的温度，熨烫前务必确认温度是否合适，以免出现烫焦的情况。

4 结语

随着物联化、智能化、信息化时代的到来，纺织服装行业对智能材料的要求将不断提高，形状记忆纤维材料一直以来都是智能化材料中重要的组成部分，其研究范围将逐渐扩大，研究水平也将不断提高。形状记忆纤维材料在纺织领域的发展与应用具有广阔的空间。目前我国形状记忆纤维材料的发展还存在薄弱环节，比如研发力度和深度不够，影响了形状记忆纤维材料的应用广度和深度，性能上也还存在不足。现今大部分形状记忆纤维制备方法复杂，大量的形状记忆纤维材料存在规模化、产业化推广难度较大等问题。这些问题亟待科研工作者和工厂技术人员花大力气去解决。本文以阻燃防护服形状记忆袖子产品的设计开发构想为例，为形状记忆纤维材料在纺织服装领域的产业化和应用领域拓展上贡献一点力量，希望有更多的科研工作者研究将形状记忆纤维材料应用在纺织品开发中。