嘉兴学院毕业论文（设计）开题报告题目：8万环锭2800头转杯纺棉纺工厂设计学院名称：材料与纺织工程学院专业班级：纺织081 学生姓名：叶明琦一、选题的背景、意义防水透湿织物(Waterproof & Moisture Permeable Fabric) 通常也叫防水透气织物,国外一般称之为Waterproof but Breathable Fabric ( 可呼吸织物) 。

防水透湿织物是指具有使水滴(或液滴) 不能渗入织物,而人体散发的汗气能通过织物扩散传递到外界, 不致在衣服和皮肤间积累或冷凝,感觉不到发闷现象的功能性织物。

用防水透湿织物制作的服装能满足寒冷、雨雪、大风等恶劣天气中的穿着需要,且在较大劳动强度下也能排汗透湿,穿着舒适,还能在化学、有毒及传染环境中起到隔绝、过滤和透湿作用。

因此,美国、西欧、日本等经济和军事发达国家均把防水透湿织物列为面向21 世纪的高科技产品,投入大量物力、财力进行研究开发,并陆续用到恶劣条件下的防护服、运动服和休闲服等方面。

国内也有许多科研院所在研究开发此类产品。

,防水透湿服装发挥了重要作用,因而具有广阔的发展前景。

人类早期的防水透湿织物一般只有防水功能却不透湿，由于人体散发的汗蒸汽不能及时通过织物扩散或传导到外界而积聚在体表和织物之间,由此产生湿冷感,促使人们着手研究能防水且透湿的织物。

最早的防水透湿织物据说是20 世纪40 年代初由英国Shirley 锡莱研究所设计的著名文泰尔(Ventel) 防雨布,它的出现标志着防水透湿织物正式走向市场。

人们已成功地将矛盾的防水和透湿性能集于一种织物之中,巧妙地将防水透湿织物的设计与纺织品转移水蒸气及液态水的机理密切结合起来。

根据不同的机理,开发了许多防水透湿织物,概括起来主要有以下3 种类型1、利用孔隙自然扩散的机理设计具有防水透湿功能的高密织物；2、利用微孔机理设计的微孔膜防水透湿涂层织物；3、利用高分子间“孔”和亲水基团透湿机理设计的无孔膜防水透湿织物。

随着科技的进步, 人们在利用以上3 种机理取长补短制造新的防水透湿织物的同时, 正在产品的功能开发上吸收和移植现代新技术, 以提升现有防水透湿织物的产品档次。

本课题主要研究的正是关于其中的一种智能型防水透湿织物的智能型薄膜的研究。

实验用SMPU/PNIPAAm semi-IPN 制备的膜材料，依据扫描电镜、DSC、及相关测试手段和方法，对微孔膜的内部孔的大小和结构，透湿性能测、溶胀性测试、孔隙率测试、接触角测试、力学性能等进行测试和表征，并对膜材料结构的温敏性机理及其影响因子进行分析。

二、相关研究的最新成果及动态1. 引言部分微孔薄膜织物防水透湿机理是利用水蒸气分子和水分子的巨大差异设法在织物上形成某种孔, 使孔径的大小介于水滴和水蒸气分子之间, 则可以使织物只允许水蒸气分子通过, 而阻止水滴透过, 从而使织物既具有防水功能, 又具有良好的透湿效果。

基于这一原理设计的防水透湿织物主要为微孔薄膜防水透湿织物。

微孔薄膜是很薄的高分子聚合物薄膜, 上面有大量的细小且相通的微孔, 数量约有14亿个/cm2, 微孔直径一般小于2μm 因此直径在100μm左右的水滴无法透过微孔, 而直径为0. 0004μm的水蒸气分子和空气能自由地通过微孔。

然而考虑到穿着者的舒适性,对于纺织服装的透湿、气性能在不同环境下的要求是不同的。

高温下要求有高的透湿性能,以保证良好的排热排汗性;低温时较低的透湿气性可保证保暖性。

一般织物是无法满足这样的功能要求的。

所以开发研究智能型防水透湿织物，利用智能膜制备的防水透湿织物,其透湿、气性能可随外界温度的变化而变化,能更好地调节人体服装内的微气候,适合在各种条件下穿着。

所以我们需要用智能材料来制备薄膜，使得薄膜具有智能作用，最后用于开发智能纺织品。

智能材料是指具有感知环境(包括内环境和外环境)刺激，对之进行分析、处理、判断，并采取一定的措施进行适度响应的智能特征的材料。

具体来说，智能材料是受外界环境刺激因素，如电、光、热，应力、应变、化学、核辐射等，在这些刺激因素影响下，智能材料产生有效的响应，使自身的一些性质，如相态、形状、光学性能、力学性能、电学性能、体积、表面积等随之发生变化。

按材料种类分，本课题以其中的智能高分子材料中的形状记忆高分子材料和智能高分子凝胶为研究对象。

针对外界因素温度的刺激，产生相应的温敏形状记忆高分子材料及温敏性高分子凝胶。

2. 正文部分目前广泛应用于防水透湿织物的是的智能型形状记忆聚氨酯膜，形状记忆聚氨酯的原料来源广、配方可调性大、性能选择范围宽，能够满足很多场合的要求，且兼具聚氨酯材料出众的机械性能和形状记忆功能，日益受到材料科学工作者的青睐，对其研究和开发也最为活跃。

形状记忆聚氨酯具有两相结构，即由记忆起始形状的固定相和随温度变化能可逆地固化和软化的可逆相组成。

由线性聚酯或聚醚构成的软段部分的玻璃化温度较低，并具有一定的结晶度，且熔点不高，而作为硬段的氨基甲酸酯链段聚集体，由于其分子间存在着氢键，因而具有较高的玻璃化温度（Tg）。

由于聚氨酯分子结构的这种异同性，导致分子间的相分离。

这种2相结构赋予聚氨酯分子具有形状记忆功能。

其中软段的聚酯部分为可逆相，硬段聚集成的微区起物理交联点的作用为固定相。

通过调节聚氨酯分子中软、硬段组分的种类、含量等，可获得具有不同临界记忆温度（Tg可根据需要30-70范围内变化）的聚氨酯类形状记忆材料。

若将Tg设定在室温范围，则可得到室温形状记忆聚氨酯。

SMPU是由日本三菱重T公司(Mi 协I l bi shi ) 首先开发出的，是由聚四亚甲基醚二醇、4，4一二苯甲烷二异氰酸酯和链增长剂三种单体原料聚合而成的，它是含有部分结晶态的线形聚合物。

该公司还进一步开发了综合性能优异的形状记忆聚氨酯，室温模量与高弹模量比值可达到200，具有极高的湿热稳定性与减震性能。

日本三洋化成公司开发了一类液态聚氨酯系列SMPU，分为热固性与热塑性两大类，初加工成片材与薄膜外，还可以通过注射成型加工成各种形状，将变形后的制品加热至40一90℃，可很好的回复到原来的形状。

Akahashi用不同分子量的聚己二酸乙二醇酯(PEA)为软段，以二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)和1，4丁二醇(BDO)为硬段，合成了在lO 一5O℃范围内的线性形状记忆聚氨酯。

研究发现其受软段(PEA)分子量和PEA／MDI／BDO配比的影响，不同硬段含量的聚氨酯其硬段结晶性能相差很大，而软段则是以无定形态存在的，其形状记忆性能归结为无定形软段的分子运动。

另外可以在聚氨酯体系中引入结晶性软段聚己内酯(PCL)，得到热致性SMPU材料。

我国的李凤奎等用聚己内酯(PCL)为软段，MDI和BDO为硬段，采用溶液聚合的方法合成了具有形状记忆功能的线形多嵌段聚氨酯，利用DSC、DMTA、WAXD等测试手段对体系的结晶性、微相分离行为进行了研究。

结果发现：聚氨酯硬段的存在对软段的结晶有很大的影响，当软段序列的平均相对分子质量达到3 000以上时，软段才可以很好地结晶；并且硬段含量也必须高于定值才能形成较为完善的物理交联点。

符合这些条件的聚氨酯样品能显示出很好的形状记忆特性。

喻春红等用PCL为软段，和MDI，丙三醇(GA)反应，合成了化学交联型形状记忆聚氨酯，其形状记忆温度为37℃。

这种形状记忆聚氨酯在医用领域具有广阔的应用前景。

于明昕等用双酚A环氧丙烷加成物为软段，以MDI，BDO为硬段合成了形状记忆温度在75—90℃之间的形状记忆聚氨酯，该聚合物样品在100℃的形状记忆恢复时间不超过10s，75～90℃之间。

该聚合物试样在100℃的记忆形状恢复时间不超过10s。

严冰等引以2，4-TDI、PBAG和1，4-BDO为原料合成了具有软段高度集中和硬段微区的形状记忆聚氨酯，其后还进行了离子型形状记忆聚氨酯的合成和性能表征。

陈少军等纠用PHBA、4，4-MDI、和1，4-BDO制备了形状记忆聚氨酯，着重讨论了材料的回复性能。

SMPU由于其自身的多种优良性能，在医学、纺织、日常生活中已经有了较为广泛的应用。

通过改善合成工艺，寻找新的原料体系以制备更多更高性能和实用价值的新型SMPU，仍将是未来一段时间的研究方向。

形状记忆PUs的应用前景极为广阔。

但是与通用塑料相比，成本较高、加工性能较差。

目前实现通用化的难关还有待攻克。

并且,形状记忆PUs与SMA相比,耐疲劳性不理想,重复形变次数仅稍高于5000次,而SMA可达10的4次数量级；另外，多数热致型SMP的形状回复力小、回复速度慢、回复精度低，重复记忆效果不够理想，机械强度和化学耐久性也不够好，只能进行单方向的形状记忆等等，这些都是SMP的不足之处。

优化热致型SMP的形状记忆性,提高其综合性能, 使SMPU具有更为宽广的应用领域，使其向多品种、多功能和专业化方向发展,是今后SMP研究发展的关键所在。

所以目前形状记忆聚氨酯的发展趋势主要围绕以下几个方面：a．利用分子设计和材料改性技术，优化材料的形状记忆性能，提高材料的综合性能。

b．提高其恢复形状记忆温度的精确性，为更广泛的应用打下基础。

c．在进一步完善热致型形状记忆聚氨酯的过程中，开发实用的光致感应型和化学感应型聚氨酯，以满足不同的应用要求。

d．从单一的形状记忆效应向智能材料系统与结构的综合发展进行研究；e．理论方面：从形状记忆合金理论研究成果出发，对SMPU的形状记忆效应原理、热力学模型、加入增强材料后的复合材料的本构关系等进行深入探讨。

结合形状记忆聚氨酯在纺织中的应用方式，既可以通过纺丝得到纱线并赋予纱线有记忆功能，也可作为织物涂层剂进行织物功能性涂层处理；还可作为整理剂对织物进行形状记忆功能性整理。

但是就制作成智能型微孔膜应用于防水透湿织物上，微孔在使用过程中易阻塞，且要求进一步提高形状记忆精度。

同时，随着人们生活水平的提高,对织物多功能性的需求将不断提高,防水透湿织物应具有很大的开发潜力。

由于不同的生产工艺使其具有不同的特点,预计防水透湿织物性能提高与产品开发将从三方面展开:(1) 随着高分子材料的发展,新型的互穿网络聚合物、离子型聚合物、高度支化聚合物、枝状聚合物等材料会被广泛用于研究开发各种微孔防水透湿薄膜;(2) 从物理形态方面提高防水透湿织物性能,如研究开发开孔率更高、孔隙更均匀、厚度更薄的防水透湿薄膜,以及由这些薄膜组成的复合薄膜;(3) 研制各类功能防水透湿织物,如智能防水透湿织物,防水透湿阻燃、防生化和防毒等复合织物,研制水性聚氨酯涂层、杀虫灭菌聚氨酯涂层等防水透湿织物结合防水透湿织物的未来发展方向，以及形状记忆聚氨酯在现如今纺织应用上的优点与不足，所以本课题采用两种智能材料，制成新型的半互穿网络结构的聚合物，然后制作成智能微孔薄膜，依据扫描电镜、DSC、及相关测试手段和方法，对微孔膜的内部孔的大小和结构，透湿性能测、溶胀性测试、孔隙率测试、接触角测试、力学性能等进行测试和表征，并对膜材料结构的温敏性机理及其影响因子进行分析，研究出综合性能优良，具有防水、保暖、透湿等功能,赋予了织物穿着的舒适性和可以通过体温自动调节的智能特征的新型薄膜。