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　　大學(xué)生材料科技論文篇一

　　新型服裝材料――相變材料

　　[摘要] 本文論述了相變材料的特點(diǎn)及作用機(jī)理,重點(diǎn)說明了微膠囊相變材料在服裝中的應(yīng)用及調(diào)溫過程,并展望了其良好前景。

　　[關(guān)鍵詞] 相變材料 微膠囊相變材料 前景

　　1 相變材料

　　相變材料PCMs(Phase Change Materials)是指在一定狹窄明確的溫度范圍,即通常所說的相變范圍內(nèi)可以改變物理狀態(tài),如從固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)或從液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)的材料。在相變過程中,體積變化很小,熱焓高,因此以潛熱形式從周圍環(huán)境吸收或釋放大量熱量,熱的吸收量或釋放量比一般加熱和冷卻過程要大得多,而此時(shí)PCMs的溫度保持不變或恒定。在服裝上應(yīng)用時(shí),相轉(zhuǎn)變溫度范圍應(yīng)和人體溫度變化范圍相似,以利于保持恒定的皮膚溫度。我們最常見的相變材料就是水:當(dāng)溫度低至0℃時(shí),水由液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài),當(dāng)溫度高于0℃時(shí),水由固態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)。在結(jié)冰過程中吸入并儲存了大量的冷能量,而在溶解過程中會(huì)吸收大量的熱能量。冰的數(shù)量(體積)越大,溶解過程需要的時(shí)間越長。這是相變材料的一個(gè)最典型示例。從水的例子中可以看出,相變材料的這種特性在節(jié)能,溫度控制等領(lǐng)域有著極大的實(shí)踐意義,實(shí)際上可作為能量存儲器來使用。因此,相變材料及其應(yīng)用已成為廣泛的研究課題。對紡織領(lǐng)域來講,相變材料尚屬新型材料,其在紡織服裝領(lǐng)域內(nèi)大有用武之地。該材料可廣泛應(yīng)用于制冷業(yè)、長期室外作業(yè)人員,以及特種行業(yè),如坦克兵、航天員的服裝使用材料。相變材料主要分為三種,由于相變材料在液態(tài)時(shí)易于流動(dòng)散失,在服裝上使用必須采用微膠囊相變材料。

　　2 相變材料的分類

　　2.1無機(jī)相變材料和有機(jī)相變材料

　　硫酸鈉基防護(hù)服可以用到無機(jī)相變材料,其相變溫度為15℃,相變焓為18OJ/g,目前已進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用階段。該材料以硫酸鈉鹽為主相變劑,用添加劑來控制材料的熔點(diǎn),改善材料的形態(tài),提高材料的綜合性能,找出影響材料性能因素及最佳工藝控制條件,掌握了材料的加工工藝、制備溫度、存儲方法等手段。大量研究表明,所得到的材料在保證了必要相變溫度的條件下,仍有較大的相變焓,同時(shí),在長期使用的過程中也確實(shí)表現(xiàn)出了較好的穩(wěn)定性。

　　經(jīng)大量研究表明,以醇為主相變劑,高級烷烴等為輔相變劑,得到相變溫度為23℃,相變焓達(dá)到200J/g-220J/g的有機(jī)相變材料,是一種較好的制備方法;通過用DSC和TG對相變材料的熱穩(wěn)定性、重復(fù)穩(wěn)定性和膨脹性進(jìn)行的分析表明,該材料是一種膨脹率低、穩(wěn)定性很好的相變材料。

　　2.2微膠囊相變材料

　　相變材料在液態(tài)時(shí)易于流動(dòng)散失,在服裝上使用必須采用微膠囊相變材料MPCMs(Microencapsulation of Phase Change Materials)。微膠囊相變材料是將微膠囊技術(shù)應(yīng)用于相變材料而形成的新型復(fù)合相變材料,微膠囊化是將直徑1～1000um的固體或液體粒子埋入硬殼的物理和化學(xué)過程。得到微膠囊的物理工藝包括噴射烘干、離心流動(dòng)床或涂層。化學(xué)工藝是通過界面縮聚以聚酰胺或聚亞氮酯為殼,反應(yīng)原理是通過使用水溶聚合物和高速攪拌機(jī)將一種油類乳化在水中形成所需類型的穩(wěn)定乳狀液。加入可溶的三聚氰胺甲醛樹脂。由于加入酸的作用引起縮聚反應(yīng),交聯(lián)樹脂開始形成,并且沉積在油滴和水相界面之間。在殼壁硬化期間,就形成了微膠囊結(jié)構(gòu)和聚合物油滴膠囊的水中分散。

　　紡織品使用的MPCMs直徑為人發(fā)直徑的1/2,有時(shí)只有人發(fā)直徑的1/20,這些小容器非常象裝滿了相變材料的乒乓球,殼體不僅小,而且經(jīng)久耐用,可以填充卻不會(huì)溶解。這種MPCMs可放人纖維和泡沫中,或作為涂層材料用于多種織物和泡沫材料,并且能經(jīng)受進(jìn)一步的紡織機(jī)械加工、熱和化學(xué)處理等。

　　3 相變材料的作用機(jī)理

　　當(dāng)環(huán)境溫度或人體皮膚溫度達(dá)到服裝內(nèi)MPCMs溶點(diǎn),其吸熱從固態(tài)轉(zhuǎn)化為液態(tài)。在服裝層內(nèi)產(chǎn)生短暫的致冷效果(見圖1)。熱能可能來自人體也可能來自外界溫暖環(huán)境。一旦PCMs完全溶解,儲能結(jié)束。如果PCMs服裝在低于PCMs冰點(diǎn)溫度的寒冷環(huán)境中使用,服裝溫度低于轉(zhuǎn)換溫度,液態(tài)MPCMs將變回固態(tài),釋放出能量提供短暫的加熱效果(見圖2)。這種熱轉(zhuǎn)換在服裝內(nèi)起緩沖作用,減小皮膚溫度的變化,延長穿著者的熱舒適感。

　　如果在服裝上使用,希望其相變溫度在33℃。但是所使用的MPCMs相變溫度不一定就是33℃,而是比這一溫度高幾度和低幾度的MPCMs混合后應(yīng)用于服裝。只有這個(gè)溫度下,一半的固態(tài)相變材料吸熱溶解成液態(tài),不至使皮膚溫度過高,而另一半的液態(tài)放熱凝固成固態(tài),釋放熱量,不至使皮膚溫度下降過低。

　　4 微膠囊相變材料服裝

　　由于相轉(zhuǎn)變過程比較短暫,在恒溫環(huán)境中PCMs沒有任何作用。因此,穿著者必須活動(dòng)以引起PCMs面料的溫度變化或者經(jīng)常在有溫差的兩個(gè)環(huán)境中工作,以保證PCMs發(fā)生相變吸熱或放熱。此外,含PCMs的服裝層必須具有熱量傳導(dǎo)作用,能讓PCMs感受到溫度的變化。

　　4.1改變環(huán)境溫度

　　有些人需要不停地從冷庫或運(yùn)輸車到室內(nèi)或外界溫暖環(huán)境工作。PCMs防護(hù)服可以為這些在溫度變化環(huán)境中工作的人提供舒適。在這些使用場合中,PCMs的相變溫度應(yīng)該設(shè)定為溫暖環(huán)境時(shí)液態(tài),寒冷環(huán)境時(shí)固態(tài)。

　　PCMs面料的研發(fā)與生產(chǎn)人員聲稱該面料具有動(dòng)態(tài)保曖性,在寒冷環(huán)境中比常規(guī)保曖材料的保曖時(shí)間更長,并且使用PCMs面料作戶外服裝可減小重量和體積。毫無疑問,相變材料從液態(tài)到固態(tài)要釋放能量,然而只有PCMs在服裝生成足夠的熱量以彌補(bǔ)人體向環(huán)境散失的熱量時(shí),其才能有效改善服裝的熱舒適性。即使所有的服裝均使用PCMs,當(dāng)穿著者從室內(nèi)到室外時(shí),也并不是所有的PCMs發(fā)生相變。熱量從溫暖的人體流向冷環(huán)境,從皮膚表面經(jīng)服裝層到外界環(huán)境存在著溫度梯度。即使人進(jìn)入更冷環(huán)境,但內(nèi)衣層與人體皮溫接近,PCMs仍處于液態(tài)。而服裝外層的PCMs已遇冷固化放出熱量。PCMs固化后,放熱就停止了。因此,有一定厚度的保曖系統(tǒng)在持續(xù)冷暴露時(shí)能有效維持熱舒適性。

　　當(dāng)人們穿著防火服在高溫下短時(shí)間作業(yè)時(shí),PCMs可以提供短暫的致冷效果維持人體舒適和安全。此時(shí)并不需要PCMs凝固放熱,石蠟基PCMs的加入會(huì)增加面料的可燃性,所以只能在防火面料里層使用。

　　有些工作需要不時(shí)的接觸冷或熱的物體,因此PCMs手套的相變溫度設(shè)定在環(huán)境溫度與冷或熱物體的溫度之間。如果工人反復(fù)的短時(shí)間接觸物體,PCMs的相變就可以發(fā)生,溫度緩沖作用得以繼續(xù),手套里層必需使用薄面料。

　　4.2改變皮膚溫度

　　某些工作和運(yùn)動(dòng)要求人們時(shí)動(dòng)時(shí)靜。人體活動(dòng)越劇烈,產(chǎn)熱越多。只有活動(dòng)程度和代謝產(chǎn)熱發(fā)生變化時(shí)PCMs才能改善人體的舒適度。PCMs服裝能吸收人體由于運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的大量體熱,提供暫時(shí)的涼爽效果。當(dāng)人體處于安靜狀態(tài)時(shí)PCMs重新固化放出熱量(假設(shè)空氣溫度低于皮膚溫度),這就稱為PCMs的熱調(diào)節(jié)效應(yīng)。在這種情況下使用的PCMs的轉(zhuǎn)變溫度必須設(shè)定在人體代謝產(chǎn)熱變化時(shí)最高與最低皮溫之間。在運(yùn)動(dòng)時(shí)人體的皮膚溫度變化只有幾度,但是卻會(huì)產(chǎn)生大量的體熱。例如,在下坡滑雪運(yùn)動(dòng)中的產(chǎn)熱量是靜坐時(shí)的5倍,但皮膚溫度卻沒有成比例增加。首先皮膚表面的血管舒張,皮膚溫度略微升高,熱量慢慢散失到周圍環(huán)境中。然而劇烈活動(dòng)后這種生理散熱無法去除過多體熱,人體就開始出汗,汗水蒸發(fā)會(huì)帶走熱量,提供自然的涼爽感。因此PCMs只有在靠近皮膚層發(fā)生相變才能有涼爽效果,如果在外層就不會(huì)有任何作用。

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　　人體不同部位的皮膚溫度不同。頭部平均溫度高于腳部。此外,皮膚溫度的個(gè)體差異范圍,通常高于同一人運(yùn)動(dòng)后皮膚溫度的變化范圍。對防護(hù)服的設(shè)計(jì)者來說,通過皮膚溫度的微小變化使PCMs具有熱調(diào)節(jié)效果是一項(xiàng)艱難的工作。

　　5 研究現(xiàn)狀

　　自1985年以來,NASA、USAF等機(jī)構(gòu)先后資助了10余項(xiàng)該方面的研究工作,近年來,中國、法國、德國和韓國等國家也先后資助了這方面的研究工作。

　　1987年,USAF資助的一個(gè)項(xiàng)目,旨在開發(fā)用于極端低溫環(huán)境中工作的飛行員和地勤人員手套,該項(xiàng)目促成了MicroPCMs用于纖維,該技術(shù)獲得了美國專利。1995年NAVY進(jìn)行了一項(xiàng)研究,將含有MicroPCMs的纖維用于寒冷環(huán)境下使用的襪子,這種襪子獨(dú)特的熱性能使其能夠免于象普通襪子那樣受壓縮和潮濕的影響。

　　Outlast、Frisby和3M等紡織公司參與了產(chǎn)品的開發(fā),已經(jīng)開發(fā)出的腈綸纖維制品中含有MicroPCMs,纖維已經(jīng)用于滑雪服、睡毯、內(nèi)衣、襪子、手套等的開發(fā)。這種纖維織物表現(xiàn)出了靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩重保溫性能,在降溫過程中其總體保溫性能高于普通紡織品,而在升溫過程中,其總體保溫性能低于普通紡織品。

　　ReeBook、Polo等4O余家知名體育運(yùn)動(dòng)用品公司在開發(fā)新產(chǎn)品過程中使用了這類紡織品。NSF資助開展的MicroPCMs用于丙綸和滌綸纖維技術(shù)也在進(jìn)行中。

　　采用MicroPCMs研制出的蓄熱調(diào)溫織物目前己用于飛行員手套。還對這種紡織品用于高馬赫數(shù)飛機(jī)飛行員服裝進(jìn)行了研究。美國空軍消防研究所實(shí)驗(yàn)了將該類紡織品用于消防服隔熱襯,在100s時(shí)間內(nèi),該內(nèi)襯的溫度比普通羊毛內(nèi)襯低了294K。

　　1995年美國海軍研究機(jī)構(gòu)的工作人員研究了由蓄熱調(diào)溫纖維和3M公司Thinsulate纖維組成的干式潛水服的保溫性能,取得了令人滿意的效果,這種潛水服的外層采用防水透濕織物,可以使?jié)撍畣T在3h內(nèi)保持溫暖,而普通潛水服只能在1h內(nèi)保持溫暖。潛水員使用的頭盔、手套和襪子也同時(shí)得到了開發(fā)。

　　6 前景

　　MPCMs的出現(xiàn),引入了熱調(diào)節(jié)功能紡織品的概念。含MPCMs的服裝有效地改善了人體與服裝間的微氣候。但受當(dāng)前技術(shù)發(fā)展的限制,其熱調(diào)節(jié)功能不是無限的。只有當(dāng)穿著者不停往返于存在溫差的環(huán)境中時(shí),MPCMs服裝的溫度不斷地變化,服裝中的MPCMs才能最大地發(fā)揮作用。

　　MPCMs的研究在一些方面已經(jīng)獲得了很好的應(yīng)用,無論從提高效率角度考慮,還是從環(huán)保角度考慮,MPCMs的未來發(fā)展前景都是光明的,可以預(yù)見,隨著MPCMs制造技術(shù)的進(jìn)一步成熟,它將對我們的生活發(fā)揮越來越重要的作用。

　　參考文獻(xiàn):

　　[1]張富麗;相變材料及其在紡織品上的應(yīng)用[J].上海紡織科技,2003,(2):8-9.

　　[2]蔡利海,張興祥;相變材料微膠囊的研究與應(yīng)用[J].材料導(dǎo)報(bào),2002,(12):61.

　　[3]從紡織到航天相變材料應(yīng)用前景廣闊[J].中國高校與產(chǎn)業(yè)化,2006,(4):35.

　　[4]中國個(gè)體防護(hù)裝備.2002,(6):18.

　　大學(xué)生材料科技論文篇二

　　工程項(xiàng)目材料與材料管理

　　1、前言

　　項(xiàng)目、項(xiàng)目周期與工程項(xiàng)目管理，所謂項(xiàng)目, 就是在一定的約束條件(包括時(shí)間、費(fèi)用和資源)下，為實(shí)現(xiàn)特定目標(biāo)而進(jìn)行的，由一系列具有明確起點(diǎn)和終點(diǎn)的協(xié)調(diào)和控制活動(dòng)所構(gòu)成的唯一過程。而這一過程對整個(gè)項(xiàng)目而言是指從項(xiàng)目立項(xiàng)到建成投產(chǎn)并完成最后評估,也就是所說的項(xiàng)目的周期。

　　項(xiàng)目周期可以分成4個(gè)大的階段，即概念階段、規(guī)劃階段、實(shí)施階段和結(jié)束階段。每個(gè)階段通常又由5個(gè)管理過程——啟動(dòng)、計(jì)劃、實(shí)施、控制與結(jié)束過程組成。這些過程之間不是完全獨(dú)立的,而是相互影響、相互作用的,有的過程之間甚至是相互重疊的，而且過程之中含有過程。項(xiàng)目整個(gè)周期實(shí)際上是一個(gè)視具體情況不同而又復(fù)雜程度各異的一個(gè)過程網(wǎng)絡(luò)。因此，工程項(xiàng)目管理就是對工程項(xiàng)目周期全過程的管理,工程項(xiàng)目的材料管理就是對工程項(xiàng)目周期全過程有關(guān)材料進(jìn)行的有效管理。

　　2、

　　工程項(xiàng)目材料是指工程項(xiàng)目實(shí)施過程中必需的全部設(shè)備和全部所需材料的總和，人們通常所說的材料管理與控制主要是指對材料的數(shù)量和進(jìn)度能否滿足施工，安裝需要所進(jìn)行的管理和控制。因此,材料控制周期通常只包括從工程設(shè)計(jì)請購開始到材料運(yùn)抵施工現(xiàn)場并在施工中交付使用這段時(shí)間。我認(rèn)為這是狹義的材料管理,它對適時(shí)按量滿足現(xiàn)場施工無疑起到十分重要的作用。但是,為了使得最終的工程產(chǎn)品投資少、質(zhì)量優(yōu)、效益好、操作維修方便，僅僅進(jìn)行狹義材料管理是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，必須進(jìn)行廣泛意義上的材料管理與控制。廣義材料管理是指在整個(gè)項(xiàng)目周期全過程中都必須對材料進(jìn)行有效的管理與控制。事實(shí)上,工程項(xiàng)目的策劃與實(shí)施過程在很大程度上就是在一定的時(shí)間和資源等約束條件下,為實(shí)現(xiàn)特定的工程產(chǎn)品而進(jìn)行的對材料的研究、設(shè)計(jì)、組合、選擇、購置、施工直至生產(chǎn)調(diào)試的過程,材料管理與控制貫穿于工程項(xiàng)目周期的全過程。

　　3、工程項(xiàng)目周期的材料管理

　　工程項(xiàng)目的材料管理與控制工作貫穿于工程項(xiàng)目的全過程的各個(gè)階段，涉及到與項(xiàng)目有關(guān)的所有部門和專業(yè)的相關(guān)人員。這些專業(yè)人員必須在一個(gè)共同的目標(biāo)下，按照統(tǒng)一的要求各司其職，協(xié)調(diào)一致，共同完成。

　　3.1概念階段

　　眾所周知，在付諸實(shí)施之前，任何一個(gè)項(xiàng)目都有一個(gè)至關(guān)重要的前期策劃過程,工程項(xiàng)目也毫不例外。通過這一過程，要對上什么項(xiàng)目,為什么要上該項(xiàng)目,能否上該項(xiàng)目，上該項(xiàng)目需要具備什么樣的條件以及該項(xiàng)目實(shí)施以后可能帶來什么樣的效果等問題，從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)各個(gè)方面進(jìn)行研究、策劃和決策。而研究和確定工程項(xiàng)目的技術(shù)來源是這一過程中的重要一環(huán),不僅要研究所需技術(shù)的工藝流程、控制方法是否先進(jìn)可靠,更重要的是要研究是否有合適可靠的材料來實(shí)現(xiàn),否則,再先進(jìn)的工藝及控制方案也難以付諸實(shí)現(xiàn)。

　　3.2規(guī)劃階段

　　項(xiàng)目規(guī)劃階段的工作是為項(xiàng)目的下一步實(shí)施做全面的規(guī)劃,包括實(shí)施方案的研究、進(jìn)度計(jì)劃的確定、風(fēng)險(xiǎn)評估與對策等。在這一階段有關(guān)材料管理主要應(yīng)作好3個(gè)方面的工作:①在項(xiàng)目組織中,應(yīng)包括專門的材料管理與控制人員,材控人員的及早介入對工程項(xiàng)目的實(shí)施具有指導(dǎo)作用;②從資源的角度對相關(guān)材料供應(yīng)的來源及可靠性作進(jìn)一步研究;③對可能存在的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評估并找出相應(yīng)的對策措施。

　　3.3實(shí)施階段

　　工程項(xiàng)目的實(shí)施階段主要包含工程設(shè)計(jì)、采購、施工和試行等過程。從工程設(shè)計(jì)開始工程項(xiàng)目就進(jìn)入實(shí)施階段.

　　3.4結(jié)束階段

　　意味著工程公司對業(yè)主在該項(xiàng)目的義務(wù)已履行完畢。但是,工程公司的材料管理工作并沒有結(jié)束。為了明確已完成項(xiàng)目的產(chǎn)品是否達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)、其中所采用的設(shè)備材料的實(shí)際運(yùn)行狀況是否與當(dāng)時(shí)的預(yù)期相吻合,在工程產(chǎn)品通過考核交付業(yè)主并運(yùn)行一段時(shí)間后,應(yīng)該組織相關(guān)人員進(jìn)行現(xiàn)場回訪,收集生產(chǎn)運(yùn)行的第一手資料,以便對整個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行后評價(jià),從而完成整個(gè)項(xiàng)目周期全過程的材料管理工作。

　　4、各階段材料管理之間的相互關(guān)系

　　以上分階段和過程論述了工程項(xiàng)目周期各個(gè)階段有關(guān)項(xiàng)目材料管理的主要工作。實(shí)際上,各個(gè)階段材料管理工作是一個(gè)統(tǒng)一的有機(jī)體,它們相互聯(lián)系又相互影響,每個(gè)階段工作的好壞都與項(xiàng)目的成敗相聯(lián)系,每一個(gè)階段工作的成功是項(xiàng)目最后成功的保證。因此,項(xiàng)目周期全過程的材料管理是一個(gè)系統(tǒng)工程,要用系統(tǒng)的觀點(diǎn)和方法來進(jìn)行。

　　5、構(gòu)想

　　材料需求計(jì)劃隨著市場競爭的加劇,如何在降低成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量的同時(shí),又能夠縮短工期 。 為此,我們在討論工程項(xiàng)目材料管理時(shí),自然應(yīng)該涉及MRP和CIMS在工程項(xiàng)目材料管理上的應(yīng)用問題。由于工程項(xiàng)目的唯一性特征,決定著它對MRP和CIMS的應(yīng)用與一般企業(yè)特別是機(jī)器制造行業(yè)有非常大的差別,必須結(jié)合工程項(xiàng)目的特殊性來考慮。

　　當(dāng)一個(gè)工程項(xiàng)目經(jīng)過論證立項(xiàng)，確定了項(xiàng)目的目標(biāo)之后,就可以說此工程產(chǎn)品的獨(dú)立需求就已確定。而有關(guān)設(shè)備材料的需求則由實(shí)施階段的設(shè)計(jì)過程確定;提前期由項(xiàng)目主計(jì)劃及項(xiàng)目的采購、施工及試行計(jì)劃確定。由于工程項(xiàng)目的唯一性,所以,從整體上不存在庫存問題,重要的是確保設(shè)備材料的按計(jì)劃到貨。但在項(xiàng)目實(shí)施的一些過程中，為了保證項(xiàng)目的主計(jì)劃的實(shí)現(xiàn)，則需要在一定時(shí)期內(nèi)保持一定量的材料，主要是一些必備材料的庫存。

　　6、結(jié)束語

　　工程項(xiàng)目材料管理是廣義的材料管理，即項(xiàng)目周期全過程的材料管理。只有這樣才能實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目的目標(biāo)，使項(xiàng)目達(dá)到最高的利益。