（一）多功能聚氨酯（PU）涂层织物

由于聚氨酯（PU）的特殊结构赋予了涂层织物的柔韧性、耐磨性、低温性、润湿性、黏结性、光泽性以及高内聚力和固化速度等，使其在防水透湿织物的加工中获得了广泛的应用。更可贵的是，通过对其分子结构的调整和设计，可获得性能各异的产品，如形状记忆PU，以及同时具有调温功能的形状记忆PU等。新型的聚氨酯材料——调温功能聚氨酯，除防水透气外，还兼有调温功能，服用者即使在环境温度多变或人体发热出汗等情况下，都会感到舒适，即具有记忆功能。形状记忆聚氨酯的透湿性受温度控制，而且这种温度在室温范围，因此常被用来改善织物的穿着舒适性。

1.聚氨酯的结构特点和性能

聚氨酯是由异氰酸酯、多元醇和扩链剂聚合而成的含有部分结晶的线性聚合物，它以部分结晶相为固定相，以聚氨酯软段为可逆相。聚氨酯自身的细微结构能够自发地对环境温度变化做出感知和响应，并具有在外界刺激消除后再恢复原来形态及性能的能力。聚氨酯记忆温度的高低主要由软段的结构组成和分子质量决定，其软段的结构组成对Tg的影响更为明显。硬段结构对材料的记忆温度影响不大。目前已制得Tg分别为25℃、35℃、45℃、55℃的形状记忆聚氨酯品种。

聚氨酯的软段一般为多元醇（HO—R′—OH）、聚醚、聚酯或聚烯烃等；硬段一般由二异氰酸酯（OCN—R—NCO）和扩链剂组成。硬链段的物理交联点是通过极性、氢键和结晶作用而生成的。当温度低于120℃时，这些物理交联点不会断裂。但是柔性的软段区能产生很大的形变，聚氨酯显现的形状记忆效应就是由软链段的旋转形成的。通过调节聚氨酯分子中软链段的质量和长度、软链段与硬链段的摩尔比及树脂的加工工艺，可获得具有不同静态和动态性能的聚氨酯形状记忆材料。而在硬段区内，分子被其相互间的物理或化学交联所固定，由于软硬段的共价耦联抑制了大分子链的塑性滑移，从而产生了回弹性。软段在室温范围内是结晶的，其Tg高于室温，此时材料处于玻璃态；当温度升到软段的结晶态熔点而进入高弹态时，软段的微观布朗运动加剧，易于产生形变。处于玻璃态的硬段可阻止分子链滑移，抵抗形变，产生回弹性（记忆性）。当温度再一次下降到软段的Tg以下时，形变便被冻结固定下来，但这种被暂时固定的形变是不稳定的。若将形变后的材料置于Tg以上时，材料的形状可在硬段“骨架”的回弹力下回复。

2.聚氨酯的智能性

当人体处于热平衡时，感觉舒适的皮肤平均温度为33.4℃。在身体任何部位的皮肤温度与皮肤平均温度的差在1.5～3.0℃，人体感觉不冷不热，若温度差超过4.5℃，人体将有冷暖感。由于聚氨酯的记忆特性与Tg密切相关，利用这一特性制成具有对外界温度响应的智能型防水透湿织物，改善织物的穿着舒适性。利用具有形状记忆的PU涂层，可获得一种能“呼吸”的防水透气服装面料，对不同的环境温度做出反应，给人体带来最大的舒适度。

在玻璃化转变温度（Tg）区域，由于受热，聚氨酯分子链的运动使分子链间距离增大，足以让水蒸气分子透过聚合物膜，具有透气性。但此时分子链运动所造成的孔隙还远远达不到让最小的水滴透过（水蒸气的直径为0.0004μm，降落到地面的雨滴直径通常为100～30000μm），因此，该聚合物膜又具有防水性。

把聚氨酯的玻璃化转变温度设置到人体温度变化范围内，当人体温度变化时其透湿气性能也随之改变，就如人体皮肤一样，能随着外界温湿度的改变而调节，达到智能透湿的目的。低温时处于玻璃态或结晶束缚了软链段的自由运动，即增加了对小分子渗透的阻碍，保证了低温状态下的低透湿的保暖作用，高温时又能保证高透湿的散热作用。但在任何温度状态下，形状记忆膜都具有无法让水分子透过的防水作用。

据日本三菱重工业公司报道，已开发出商品为Diary和Azekura的形状记忆PU涂层织物，不仅可以防水透气，而且其透湿气性可通过体温加以控制，达到调节体温的作用，即织物能对服用者在不同活动量期间释放不同热量进行智能响应，增加穿着者的舒适性。

（二）微胶囊复合的调温功能服装

美国航空航天管理局（NASA）主持研究的Outlast技术，是采用相转化材料（PCMs）与普通衣用织物复合，成功地开发了具有可调温功能穿着舒适的工作服。

相变是指某些物质在一定条件下其自身温度基本不变而相态发生变化的过程，常见的相变有固—液、液—汽、固—汽相变等。当外界环境温度升高或降低时，它们相应地改变物理状态（固态、液态），从而可以实现储存或释放能量，且在相变过程中湿度保持不变。在Outlast纤维中微胶囊的相变材料为碳化氢蜡（hydrocarbonwax），主要应用于腈纶。Outlast技术主要有两种：

①面料涂层，即将含有Outlast技术的PCMs微胶囊涂于织物表面；

②用Outlast技术直接将PCM微胶囊植入腈纶内，可以利用经植入PCMs微胶囊的纤维（可散纤或毛条）纺纱编织面料。

含有相变材料的纺织品不论外界环境温度升高还是降低时，它在人体与外界环境之间起一个调节器的作用，缓冲外界环境温度的变化。通常，相变材料都存在于微胶囊内，微胶囊化的相变材料可被混入纤维，也可被涂在织物上。蓄热调温纺织品除具有与普通纺织品相似的静态保温性能外，还具有动态保温性能，动态保温性能的产生是纺织品内部包含的相变物质在环境温度变化时的吸热或放热引起的。(www.daowen.com)

经聚乙二醇（PEG）浸渍的面料，具有储存热的功能，受热时吸收热量，遇冷时放出热量。通过选择设计PEG的聚合度和质量分数，使得相变转化温度恰好在人们感觉最舒适的温度范围。环境高于体温时，高聚物发生相变吸热，同时聚合物体积膨胀，亲水基团空间体积增大，热运动加剧，使透湿气量增加，排热排汗加快；当环境温度低于体温时，PEG链段结晶，高聚物相变放出热量，同时封闭分子间空隙，透湿性减小，起到挡风保温的作用。透湿性与温度调节同时发挥作用，使涂层织物具有智能调节体温的功能，又称“空调织物”。

日本生产的功能纤维材料Air-Techno，利用聚酯等合成纤维，镀上具有调节温度功能的特殊蛋白微粒子（10nm）超薄膜。当衣服外温度上升时，特殊微粒子即随温度上升而吸热，抑制衣服内温度上升；当外部温度下降时，这种纤维即释放出储存的热量，防止衣服内部温度下降。

天津工业大学功能纤维研究所开发的蓄热调温纤维，通过对相变物质进行熔融复合纺丝，研制出了相变物质含量在16%以上，单丝纤度5dtex的蓄热调温纤维。

一种在军事上用作隐身材料的纺织品具有自动调温功能，可能是由特殊金属丝纤维与普通化学或天然纤维交织再附加其他元件制得的。这种织物做成的隐身服能够自动感知周围环境的温度，通过调节衣服的散热率，使衣服表面的温度与周围环境保持一致。这样，红外频谱成像仪就无法探测到伏兵的存在，从而达到隐身的目的。

（三）智能多功能材料

有报道称，一种具有双向智能调温功能和负离子抗菌功能的蛋白质纤维及制造技术开发成功。该项技术是在特制的蛋白质纤维中加入了有关科研单位开发提供的特制相变微胶囊和特殊修饰的纳米级负离子发射材料。纤维的载体材料采用经天然蛋白质（如酪蛋白、羊毛角蛋白、大豆蛋白、珍珠蛋白等）改性的高聚物（如聚丙烯腈、聚乙烯醇、纤维素等），产品是一种复合性的多功能纤维。采用这项技术，纤维既可制成仿羊绒型的智能相变调温和负离子广谱抗菌功能的蛋白质三维卷曲纤维，也可制成棉型的智能相变调温和负离子广谱抗菌功能的蛋白质纤维。纤维细度可达15.2μm。

该纤维具有远高于美国Outlast聚丙烯腈相变纤维的相变焓，而且具有优于普通腈纶的良好手感和物理特性。根据有关研究院测试，其纤维相变焓吸热主值范围在27～35℃，相变吸热值达到14 J/g以上；放热范围在17～26℃，相变放热值同样达到14J/g以上，而普通纤维和天然纤维是不具有此功能的，同时，该纤维还具有自释电永久发射负离子、广谱抗菌、活化细胞、抗皮肤衰老的功能。由于纤维载体还含有大量具有生理活性的蛋白质，所以还有很好的营养皮肤性和高于一般化纤的吸湿性、导汗性。该纤维可与不同纤维混纺，且混纺的纤维同样具有双向智能调温、负离子广谱抗菌功能和很好的营养皮肤性。

（四）光响应型智能纺织品

变色纤维是一种具有特殊组成或结构，在受到光、热、水分或辐射等外界刺激后可逆、自动改变颜色的纤维。主要有热敏变色纤维和光敏变色纤维两种。对于有机化合物而言，光致变色往往与分子结构的变化联系在一起，如互变异构、顺反异构、开环闭环反应，有时为二聚或氧化还原反应。制备光致变色纤维的方法一般有4种：染色、共混、复合纺丝及接枝共聚。

1.热敏变色纺织品

日本东丽株式会社制造成功的热敏变色织物能对温度做出响应。温度在0℃及以下时，织物变成黑色以大量吸收阳光的能量起到保暖作用；温度较高时，织物又变成白色从而抑制对阳光直射能量的过多吸收。这种织物是采用内含热敏可逆变色色素的微胶囊与树脂一起涂布在基布上制得的。其变色原理是：上述微胶囊中存在着色彩成分以及显色剂（电子接受体）和溶剂（该溶剂在低温下为固态）。在低温下，显色剂通过溶剂与色彩成分相触就能使基布显色；温度升高，溶剂释出，显色剂与色彩成分分离而消色。目前，该织物已用来制作滑雪衫等体育用品。

另一种能随穿着者周围环境温度变化而自动变色的服装，其变色机理与上述机理不同。它是利用物理化学方法，使变色颜料的分子结构和排列方式根据温度的不同而发生变化。美国利用这一原理，模仿变色蜥蜴的皮肤可在不同的环境下呈现与背景相一致的颜色，用此材料制成变色军服，在雪中变成白色，在沙地上可变成黄沙色，在热带丛林里可以变成绿色。穿上这种伪装服，战斗人员随时都会“消失”于背景中，从而隐蔽和保护自己的功能。

2.光敏变色纺织品

新近出现了几种以合成纤维制成的光敏变色布料。第一种是在强紫外线照射下能显色，除去该光照射则消色的紫外线光敏变色布料；第二种是把荧光涂料与树脂一起涂在尼龙布料上，则淡色布料能在紫外线或红外线照射下发出荧光；第三种是在日光下为白色，而在紫外线或红外线照射下显出红色、蓝色等各种色彩的布料。

据报道，美军采用在袖口上设置有化学探测器的服装装备步兵部队，这些化学探测器可以像补丁一样被结合在服装的袖口或肩带上，它们在遇到毒气时就会如同石蕊试纸遇到酸性溶液一样改变颜色。另外，它们甚至会在织物内激活某一化学反应从而使有毒化学物质减活或失活。