在寒冷潮濕環境中，傳統防護紡織品往往面臨嚴峻挑戰：為增強保溫性而疊加的多層織物系統通常犧牲了透氣性和舒適性，易因濕氣積聚導致人體熱量流失，增加失溫風險。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。現有方案（如分層服裝系統或膠粘復合功能織物）難以兼顧輕量化、彈性、耐久性與濕熱管理能力，亟需突破性技術解決這一矛盾。

東華大學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新性解決方案：通過背緯編織技術與原位發泡工藝結合，開發出具有閉孔結構的雙層織物Foam-TEX。該織物在纖維表面形成大量閉孔微球，同時構建梯度孔隙通道，實現0.039 W/(m·K)的超低導熱系數（優于羊毛的0.055 W/(m·K)），以及＞4000 g/(m2·24h)的透濕率。其單向導濕指數高達1082%，可在維持體溫的同時主動驅散汗液，并耐受-196 ℃至100 ℃極端溫度與水洗擰絞，為極寒環境工作者提供自適應防護。相關論文以“Closed-Pore Engineering in Double-Layer Textiles for Adaptive Thermal and Moisture Management”為題，發表在Advanced Materials上。

團隊首先將聚酯棉纖維浸漬熱膨脹微球（TEMs）漿料，經聚二甲基硅氧烷（PDMS）包覆形成預發泡纖維（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發泡纖維與竹纖維交織成雙層織物（圖1e），再經180 ℃熱處理觸發微球膨脹，原位生成閉孔結構（圖1f）。微球直徑從30 μm增至155 μm，形成靜態空氣層阻斷熱傳導。整套工藝可規模化生產0.4米寬幅織物（圖1g-i），與現有服裝生產線兼容。

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）。經萬次拉伸疲勞測試，滯后效應可忽略（圖2c）。閉孔微球在180 ℃時達到最佳膨脹狀態，使導熱系數穩定降至0.039 W/(m·K)（圖2d-e）。其保溫機制通過三重作用實現：閉孔截留氣體抑制熱傳導（λg）、減少纖維間空隙削弱對流（λconv），同時降低固相熱傳導（λs）（圖2f）。

圖2. Foam-TEX的服役性與保溫性能

進行穿戴測試，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）。泡沫纖維的微納結構與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)，防風透濕等級達FZ/T 01149-2019標準二級（圖3g）。即便經歷液氮（-196 ℃）、沸水（100 ℃）或機洗，保溫性能仍保持穩定（圖3h）。

圖3. Foam-TEX的穿戴性能測試

單向導濕測試表明：當發泡纖維層朝上時，汗液被快速導向竹纖維層（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，Foam-TEX表面無液滴殘留，而Gore-TEX出現明顯積汗（圖4c）。為進一步強化極寒防護，團隊引入碳纖維開發Foam-Dual-TEX，在保留單向導濕能力的同時集成焦耳加熱功能。僅需3 V電壓，即便在-20 ℃環境中織物表面也能維持37 ℃舒適溫度（圖4d-e），且循環穩定性優異（圖4f）。

來源：高分子科學前沿