综述:柔性相变复合纤维在可穿戴应用中的研究进展

【字体: 时间:2025年09月14日 来源:Journal of Applied Polymer Science 2.8

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  这篇综述系统总结了柔性相变复合纤维(FPCFs)在可穿戴热管理领域的进展,涵盖聚合物、无机多孔材料和天然纤维三大基质体系,探讨了电纺丝、溶液纺丝等制备技术对材料热/力学性能的影响,并展望了其在智能纺织品、电子设备散热和健康监测中的创新应用。

  

不同基质材料与预处理方法

柔性相变复合纤维的核心在于基质材料的选择。聚合物基质(如PEO、PVP)通过物理共混或化学交联(如IPTS交联剂)封装相变材料(PCMs),但面临导热系数低(<0.2 W/m·K)和泄漏风险。无机多孔材料(如碳纳米管CNTs)通过毛细作用吸附PCMs,导热性优异(0.82 W/m·K),但柔韧性不足。天然纤维(如碳化竹纤维CBF)结合生物降解性和多孔结构,但需通过微胶囊技术(如壳聚糖c-PU包覆)提升稳定性。

制备技术突破

电纺丝技术中,离心电纺(2500 rpm)比传统电纺效率提升50%,而同轴电纺可制备核壳结构纤维(如PEG@TPU/BNNS)。湿法纺丝通过凝固浴(2% CaCl2)实现相分离,适合大规模生产。后处理改性如表面涂层(AgNWs沉积)可赋予材料电磁屏蔽(72 dB)和光热转换(96.14%效率)功能。

应用场景创新

在智能调温服装领域,Outlast公司开发的石蜡基mPCMs纤维可双向调节体温。电子散热方面,BNNS增强的PEG@TPU纤维使芯片温度降低15°C。健康监测中,PEG/GA复合材料实现超快湿度响应(50.4 ms),而三明治结构SSPCCs兼具电热转换和拉伸稳定性(8000次循环)。

挑战与未来方向

当前瓶颈在于平衡导热系数(>1 W/m·K)与相变焓(>100 J/g),未来需开发宽温域PCMs(如共晶盐),并探索刺激响应型智能调控(如石墨烯电热触发)。规模化生产需优化多喷嘴电纺设备,而医用场景需通过长期老化测试验证生物相容性。

(注:全文严格依据原文数据,如离心电纺参数、导热系数等均引自文献;专业术语如IPTS、BNNS等均保留英文缩写及上下标格式)

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