在寒冷潮濕環(huán)境中，傳統(tǒng)防護(hù)紡織品往往面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)：為增強保溫性而疊加的多層織物系統(tǒng)通常犧牲了透氣性和舒適性，易因濕氣積聚導(dǎo)致人體熱量流失，增加失溫風(fēng)險。尤其在極地科考、軍事行動等極端場景中，汗液積累會顯著降低衣物絕緣性能，威脅使用者安全?，F(xiàn)有方案（如分層服裝系統(tǒng)或膠粘復(fù)合功能織物）難以兼顧輕量化、彈性、耐久性與濕熱管理能力，亟需突破性技術(shù)解決這一矛盾。

東華大學(xué)朱美芳院士課題組成艷華研究員、張新海副研究員提出了創(chuàng)新性解決方案：通過背緯編織技術(shù)與原位發(fā)泡工藝結(jié)合，開發(fā)出具有閉孔結(jié)構(gòu)的雙層織物Foam-TEX。該織物在纖維表面形成大量閉孔微球，同時構(gòu)建梯度孔隙通道，實現(xiàn)0.039 W/(m·K)的超低導(dǎo)熱系數(shù)（優(yōu)于羊毛的0.055 W/(m·K)），以及＞4000 g/(m2·24h)的透濕率。其單向?qū)裰笖?shù)高達(dá)1082%，可在維持體溫的同時主動驅(qū)散汗液，并耐受-196 ℃至100 ℃極端溫度與水洗擰絞，為極寒環(huán)境工作者提供自適應(yīng)防護(hù)。相關(guān)論文以“Closed-Pore Engineering in Double-Layer Textiles for Adaptive Thermal and Moisture Management”為題，發(fā)表在Advanced Materials上。

團(tuán)隊首先將聚酯棉纖維浸漬熱膨脹微球（TEMs）漿料，經(jīng)聚二甲基硅氧烷（PDMS）包覆形成預(yù)發(fā)泡纖維（圖1d）。該纖維拉伸強度超300 MPa，適用于織造。隨后通過劍桿織機將預(yù)發(fā)泡纖維與竹纖維交織成雙層織物（圖1e），再經(jīng)180 ℃熱處理觸發(fā)微球膨脹，原位生成閉孔結(jié)構(gòu)（圖1f）。微球直徑從30 μm增至155 μm，形成靜態(tài)空氣層阻斷熱傳導(dǎo)。整套工藝可規(guī)?；a(chǎn)0.4米寬幅織物（圖1g-i），與現(xiàn)有服裝生產(chǎn)線兼容。

圖1. Foam-TEX的制備與表征

Foam-TEX具備獨特的四向拉伸能力（圖2a），可承受扭曲、卷折等形變（圖2b）。經(jīng)萬次拉伸疲勞測試，滯后效應(yīng)可忽略（圖2c）。閉孔微球在180 ℃時達(dá)到最佳膨脹狀態(tài)，使導(dǎo)熱系數(shù)穩(wěn)定降至0.039 W/(m·K)（圖2d-e）。其保溫機制通過三重作用實現(xiàn)：閉孔截留氣體抑制熱傳導(dǎo)（λg）、減少纖維間空隙削弱對流（λconv），同時降低固相熱傳導(dǎo)（λs）（圖2f）。

圖2. Foam-TEX的服役性與保溫性能

進(jìn)行穿戴測試，穿著Foam-TEX的假人表面溫度（33.5 ℃）顯著低于商用Gore-TEX（35.2 ℃）（圖3a-c）。泡沫纖維的微納結(jié)構(gòu)與PDMS甲基賦予織物超疏水性（圖3d），而分級孔隙則保障透氣性——水蒸氣可穿透織物冷凝（圖3e），氨氣擴散后能與鹽酸形成白霧（圖3f）。測試證實其透濕率＞4000 g/(m2·24h)，防風(fēng)透濕等級達(dá)FZ/T 01149-2019標(biāo)準(zhǔn)二級（圖3g）。即便經(jīng)歷液氮（-196 ℃）、沸水（100 ℃）或機洗，保溫性能仍保持穩(wěn)定（圖3h）。

圖3. Foam-TEX的穿戴性能測試

單向?qū)駵y試表明：當(dāng)發(fā)泡纖維層朝上時，汗液被快速導(dǎo)向竹纖維層（圖4a）；竹纖維層朝上時則阻止水分外滲（圖4b）。模擬出汗實驗中，F(xiàn)oam-TEX表面無液滴殘留，而Gore-TEX出現(xiàn)明顯積汗（圖4c）。為進(jìn)一步強化極寒防護(hù)，團(tuán)隊引入碳纖維開發(fā)Foam-Dual-TEX，在保留單向?qū)衲芰Φ耐瑫r集成焦耳加熱功能。僅需3 V電壓，即便在-20 ℃環(huán)境中織物表面也能維持37 ℃舒適溫度（圖4d-e），且循環(huán)穩(wěn)定性優(yōu)異（圖4f）。

來源：高分子科學(xué)前沿