Χρήσεις των ΈΈξυπνων Υλικών στην Κλωστοϋφαντουργία

Transcript

1 ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΥ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΣΧΕΔΙΑΣΗΣ ΠΡΟΪΟΝΤΩΝ ΚΑΙ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ Διπλωματική Εργασία Προπτυχιακού Προγράμματος Σπουδών Χρήσεις των ΈΈξυπνων Υλικών στην Κλωστοϋφαντουργία Συγγραφή Εργασίας: Παπαδομανωλάκη Αικατερίνη, 511/ Επιβλέπων Καθηγητής: Παπανίκος Παρασκευάς Τριμελής Επιτροπή: Παπανίκος Παρασκευάς Ζαχαρόπουλος Νικόλαος Παπακωστόπουλος Βασίλειος

2 2

3 3 Ευχαριστίες Ευχαριστώ θερμά τον καθηγητή μου Παπανίκο Παρασκευά, για την πολύτιμη βοήθεια του, την καθοδήγηση που μου προσέφερε και τον χρόνο που μου αφιέρωσε για την διεκπεραίωση της διπλωματικής μου εργασίας. Την εργασία αυτή την αφιερώνω στους γονείς μου, Παναγιώτη και Ρένα, που ήταν δίπλα μου σε ό,τι χρειαζόμουν όλα τα χρόνια των σπουδών μου και όχι μόνο. Τέλος, στις στιγμές, στους δικούς μου dpsd, στο νησί και την θάλασσα μας.

4 4

5 5 Περίληψη Το ενδιαφέρον για τα λεγόμενα έξυπνα υλικά έχει αυξηθεί ραγδαία από τα τέλη του 1980 και πρόσφατα δημιουργήθηκε μία νέα κατηγορία υλικών που αναφέρεται σε αυτά, καθώς όλο και περισσότερες είναι οι εφαρμογές τους σε διάφορους κλάδους. Πρόκειται για υλικά τα οποία διαισθάνονται και ανταποκρίνονται με έναν ελεγχόμενο ή προκαθορισμένο τρόπο σε ερεθίσματα του περιβάλλοντος, που διατυπώνονται με μηχανικές, θερμικές, μαγνητικές και άλλες μορφές. Οι αποκρίσεις των έξυπνων υλικών ποικίλουν και μπορεί να είναι ορατές και άμεσες (π.χ. αλλαγή στο σχήμα) ή αόρατες και έμμεσες (π.χ. αλλαγές σε μοριακό επίπεδο). Η διέγερση των έξυπνων υλικών μπορεί να προκληθεί από αύξηση θερμοκρασίας, επιβολή τάσης, έκθεση σε ηλεκτρικό ή μαγνητικό πεδίο, αλλαγή του ph, ή ακόμα και έκθεση στο φως. ΆΆλλες ονομασίες που χρησιμοποιούνται για να περιγράψουν τα υλικά αυτά περιλαμβάνουν τους όρους ευφυή, αυτοπροσαρμοζόμενα, πολυλειτουργικά. Η παρούσα διπλωματική εργασία κάνει μία βιβλιογραφική ανασκόπηση των έξυπνων υλικών και πιο συγκεκριμένα ασχολείται με το μηχανισμό τους, τις μηχανικές τους ιδιότητες και τα πεδία εφαρμογών τους, με συγκεκριμένα παραδείγματα. Η μεγαλύτερη έμφαση δίνεται στον τομέα της κλωστοϋφαντουργίας και στις εφαρμογές των υλικών αυτών εκεί, ενώ αναλύονται οι μέθοδοι και οι τεχνικές που χρησιμοποιούνται για την ενσωμάτωση τους στη δομή του υφάσματος. Ο τελικός στόχος της εργασίας είναι να καταλήξει στην ανάπτυξη ενός σχεδιαστικού σεναρίου και με βάση την βιβλιογραφική έρευνα να παρατεθούν σχεδιαστικές προδιαγραφές για μία κλωστοϋφαντουργική εφαρμογή που κάνει χρήση των έξυπνων υλικών. Πιο συγκεκριμένα, θα μοντελοποιηθεί μία κουρτίνα που θα ενσωματώνει στη δομή της μορφομνήμονα υλικά. Για αυτό το λόγο θα διαχωρίζεται από τις συμβατικές κουρτίνες, καθώς τα μορφομνήμονα υλικά αποκρινόμενα στις αλλαγές της θερμοκρασίας, θα της προσδίδουν νέες ιδιότητες, όπως για παράδειγμα κινητικότητα, αυτοπροσαρμογή μήκους κ.α. Η βασική ιδέα θέλει το τελικό προϊόν να είναι εξίσου λειτουργικό όσο και αισθητικά καλαίσθητο. Στόχοι Η διπλωματική εργασία έχει τους εξής βασικούς στόχους: Να εξετασθεί η ευρύτερη κατηγορία των έξυπνων υλικών και συγκεκριμένα η κάθε ομάδα Να εξετασθούν τα πεδία εφαρμογών των έξυπνων υλικών, με έμφαση σε αυτό της κλωστοϋφαντουργίας Να αναπτυχθούν σχεδιαστικές προδιαγραφές για την τελική εφαρμογή, ώστε να καταλήξει στην μοντελοποίηση του προϊόντος

6 6 Δομή Η δομή της διπλωματικής εργασίας αποτελείται συνολικά από 4 κεφάλαια, τα οποία αναφέρονται ως εξής: Κεφάλαιο 1 (ΈΈξυπνα Υλικά): Το κεφάλαιο αυτό ανατρέχει στην βιβλιογραφία και αποτελεί στην ουσία μία εισαγωγή για τον κόσμο των έξυπνων υλικών. Τα έξυπνα υλικά κατηγοριοποιούνται και η κάθε ομάδα αναλύεται ξεχωριστά. Κεφάλαιο 2 (Πεδία Εφαρμογών ΈΈξυπνων Υλικών): Το κεφάλαιο αυτό αναλύει το κάθε πεδίο εφαρμογών ξεχωριστά και παρουσιάζει συγκεκριμένα παραδείγματα εφαρμογών για το καθένα. Δίνεται μεγαλύτερη έμφαση στον τομέα της κλωστοϋφαντουργίας και με βάση τη βιβλιογραφία, παρουσιάζονται τεχνικές και μέθοδοι που χρησιμοποιούνται για την ενσωμάτωση των έξυπνων υλικών στη δομή του υφάσματος. Κεφάλαιο 3 (Μηχανικές Ιδιότητες των Μορφομνήμονων Υλικών): Το κεφάλαιο αυτό εστιάζει στα μορφομνήμονα υλικά και αναλύει τις μηχανικές τους ιδιότητες μέσω διαγραμμάτων. Επίσης αναλύει ξεχωριστά μερικά από τα πιο σημαντικά μορφομνήμονα υλικά που εφαρμόζονται στην κλωστοϋφαντουργία. Κεφάλαιο 4 (Σχεδίαση Κλωστοϋφαντουργικής Εφαρμογής): Στο κεφάλαιο αυτό παρουσιάζεται το σχεδιαστικό σενάριο και οι σχεδιαστικές προδιαγραφές για την κλωστοϋφαντουργική εφαρμογή, βασισμένα στην έρευνα που έχει γίνει στα προηγούμενα κεφάλαια. Τέλος, γίνεται η μοντελοποίηση της κουρτίνας που σχεδιάστηκε, ενώ παραθέτονται τα αποτελέσματα της ανάλυσης.

7 7 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ 1. ΈΈξυπνα υλικά Μορφομνήμονα υλικά (SMMs, Shape memory materials) Μορφομνήμονα Κράματα (Shape Memory Alloys, SMAs) Μορφομνήμονα Πολυμερή (Shape memory polymers, SMPs) Μορφομνήμονα Υβρίδια (Shape Memory Hybrids, SMHs) Μορφομνήμονα Κεραμικά (Shape Memory Ceramics, SMCs) Μορφομνήμονες Γέλες (Shape Memory Gels, SMGs) Υλικά Αλλαγής Φάσης (Phase Change Materials, PCMs) Χρωματικά υλικά (Chromatic Materials) Θερμοχρωματικές Βαφές (Thermochromic Dyes) Φωτοχρωματικές Βαφές (Photochromic Dyes) ΆΆλλα χρωματικά φαινόμενα Πεδία Εφαρμογών ΈΈξυπνων Υλικών Εφαρμογές στην Ιατρική Εφαρμογές στις Καλές Τέχνες Εφαρμογές στην Κλωστοϋφαντουργία - ΈΈξυπνα Υφάσματα Υφάσματα που αναπνέουν (smart breathable fabrics) Βελτιωμένη φροντίδα υφασμάτων (υφάσματα που δεν χρειάζονται σιδέρωμα) Μορφομνήμονες ίνες σε υφάσματα Υφάσματα απόσβεσης κραδασμών Υφάσματα με αμφίδρομο φαινόμενο πλαστικής μνήμης Μορφομνήμονες νανο-ίνες (nanofibers) Μορφομνήμονοι αφροί (foams) Θερμοχρωματικά υφάσματα Υφάσματα για χρήση σε εσωτερικούς χώρους 26

8 Παραγωγή και σύνθεση SMP νημάτων Ενσωμάτωση των SMPs στη δομή του υφάσματος Σύνθεση και ενσωμάτωση SMA νημάτων στη δομή του υφάσματος Η δομή ύφανσης για υφάσματα εσωτερικών χώρων Συμπεράσματα Υφάσματα για χρήση σε ενδύματα μόδας Υφάσματα για χρήση σε Προστατευτικά ρούχα Υφάσματα από μορφομνήμονα πολυμερή που ανταποκρίνονται σε διαλύτες/ νερό Μορφομνήμονα πολυμερή που αντιδρούν στην υγρασία και εξυπηρετούν τη διαχείριση θερμότητας και υγρασίας Μορφομνήμονα πολυμερή που αντιδρούν σε υγρασία και εφαρμόζονται σε προϊόντα προσωπικής υγιεινής ως απορροφητικά συστατικά Υφάσματα από πολυμερικές υδρογέλες που αντιδρούν σε θερμικά/ ph ερεθίσματα (Thermal-responsive polymeric hydrogels, TRPGs) Προϊόντα περιποίησης δέρματος Επίδεσμοι τραυμάτων Μηχανικές Ιδιότητες των Μορφομνήμονων Υλικών Μηχανικές ιδιότητες των SMAs Επισκόπιση SMAs NiTi SMAs CuAlNi SMAs CuZnAl SMAs Μηχανικές Ιδιότητες των SMPs Επισκόπιση SMPs SMPU (shape memory polyurethane, μορφομνήμονη πολυουρεθάνη) PET (polyethylene terephthalate, τερεφθαλικό πολυαιθυλένιο) Polystyrene SMP (μορφομνήμονη πολυστερίνη, PS) Poly (lactic acid) (PLA, πολυ-γαλακτικό οξύ) Σχεδίαση κλωστοϋφαντουργικής εφαρμογής 66

9 9 4.1 Σενάριο Σύνοψη ΈΈξυπνων Υλικών Συνθετικά έξυπνα υφάσματα Σχεδιαστικές προδιαγραφές Κατασκευή κλωστοϋφαντουργικής εφαρμογής Κατασκευή με SMPs Κατασκευή με SMAs Συμπεράσματα Σύγκριση SMAs και SMPs Προσομοίωση 74 Αναφορές 89

10 1 1. ΈΈξυπνα υλικά Το ενδιαφέρον για τα λεγόμενα έξυπνα υλικά έχει αυξηθεί ραγδαία από τα τέλη του 1980 και πρόσφατα δημιουργήθηκε μία νέα κατηγορία υλικών που αναφέρεται σε αυτά. Μία κοινώς αποδεκτή ερμηνεία που έχει δοθεί για τα έξυπνα υλικά υποστηρίζει ότι ένα υλικό είναι έξυπνο όταν ταυτόχρονα έχει το ρόλο ενός αισθητήρα, ενός ενεργοποιητή και μίας συσκευής μεταφοράς σημάτων [1]. Με λίγα λόγια, πρόκειται για υλικά τα οποία διαισθάνονται και ανταποκρίνονται με έναν ελεγχόμενο ή προκαθορισμένο τρόπο σε ερεθίσματα του περιβάλλοντος, που διατυπώνονται με μηχανικές, θερμικές, μαγνητικές και άλλες μορφές. Οι ανταποκρίσεις/ αντιδράσεις των έξυπνων υλικών ποικίλουν. Ορατές ανταποκρίσεις μπορεί να είναι άμεσες αλλαγές στο σχήμα, στο χρώμα, στη γεωμετρία, στον όγκο και σε άλλες φυσικές ιδιότητες. ΈΈμμεσες αποκρίσεις μπορεί να συμπεριλαμβάνουν, για παράδειγμα, αλλαγές σε μοριακό, μαγνητικό ή ηλεκτρικό επίπεδο, οι οποίες δεν είναι απαραίτητο να είναι ορατές με γυμνό μάτι αλλά παρόλα αυτά μπορούν να ενεργοποιήσουν άλλες αντιδράσεις ή λειτουργίες. Συνοψίζοντας, ως έξυπνα υλικά (Stimulus-responsive Materials, SRMs) χαρακτηρίζονται τα συστήματα εκείνα τα οποία έχουν την ικανότητα να μεταβάλλουν τη συμπεριφορά τους ή ορισμένα χαρακτηριστικά τους (όπως το σχήμα, την ιδιοσυχνότητα, το συντελεστή απόσβεσης δονήσεων, κ.α.) με δεδομένο και ελεγχόμενο τρόπο, εξαιτίας μίας διέγερσης. Η διέγερση αυτή μπορεί να προκληθεί από αύξηση θερμοκρασίας, επιβολή τάσης, έκθεση σε ηλεκτρικό ή μαγνητικό πεδίο, αλλαγή του ph, ή ακόμα και έκθεση στο φως. ΆΆλλες ονομασίες που χρησιμοποιούνται για να περιγράψουν τα υλικά αυτά περιλαμβάνουν τους όρους ευφυή, αυτοπροσαρμοζόμενα, πολυ-λειτουργικά. Ο βαθμός της εξυπνάδας επίσης είναι κάτι που ποικίλει και για αυτό το λόγο τα έξυπνα υλικά χωρίζονται σε τρεις βασικές κατηγορίες, τα παθητικά, τα ενεργά και τα πολύ έξυπνα υλικά. Τα παθητικά έξυπνα υλικά είναι τα συστήματα εκείνα τα οποία είναι σε θέση να αισθάνονται ερεθίσματα από το περιβάλλον και έτσι δρουν μόνο ως αισθητήρες. Τα ενεργά έξυπνα υλικά είναι τα συστήματα εκείνα τα οποία μπορούν να δέχονται αλλά και να αντιδρούν στα ερεθίσματα του περιβάλλοντος με συγκεκριμένο τρόπο (ενσωματώνουν αισθητήρες και ενεργοποιητές). Η τελευταία κατηγορία των πολύ έξυπνων υλικών, αναφέρεται σε εκείνα τα οποία για να λειτουργήσουν, ενσωματώνουν αισθητήρες και ενεργοποιητές οι οποίοι συνδέονται μεταξύ τους με ένα κατάλληλο βρόγχο ελέγχου (Εικόνα 1.1). Τα υλικά τα οποία ανήκουν σε αυτή την κατηγορία έχουν τη δυνατότητα να εκτελούν ευφυώς συγκεκριμένες λειτουργίες αποκρινόμενα σε εξωτερικές διεγέρσεις. Εξαιτίας των αισθητήρων τους, έχουν την ικανότητα να δέχονται ερεθίσματα, όπως αλλαγές στο εξωτερικό περιβάλλον (π.χ. επιβαλλόμενη τάση ή αλλαγή θερμοκρασίας) ή στη δομή τους (π.χ. ανάπτυξη ατελειών ή μεταβολή της κρυσταλλικής δομής) και να αποκρίνονται σε αυτά μέσω των ενεργοποιητών, αλλάζοντας κάποια ιδιότητα τους προς ορισμένη κατεύθυνση (π.χ. δυσκαμψία, σχήμα, ικανότητα απόσβεσης) [2].

11 2 Εικόνα 1.1: Σχηματική αναπαράσταση των χαρακτηριστικών ενός έξυπνου συστήματος [2] Μία τέτοια δομή μπορεί να γίνει πιο κατανοητή εάν την παρομοιάσουμε με την αρχή λειτουργίας ενός βιολογικού συστήματος, καθώς οι αισθητήρες λειτουργούν όπως το νευρικό σύστημα, οι ενεργοποιητές όπως το μυϊκό και ο βρόγχος ελέγχου όπως ο εγκέφαλος ενός οργανισμού [3]. Μερικές από τις κατηγορίες έξυπνων υλικών που εξετάζονται στη σύγχρονη βιβλιογραφία περιλαμβάνουν τα: Πιεζοηλεκτρικά Υλικά (πιεζοκεραμικά και πιεζοπολυμερή), τα οποία αντιδρούν στην επιβολή εξωτερικής τάσης/ παραμόρφωσης με την επαγωγή ηλεκτρικής τάσης και αντίστροφα, μεταβάλλουν τις εξωτερικές τους διαστάσεις εάν βρεθούν μέσα σε ένα ηλεκτρικό πεδίο. Γνωστά πιεζοκεραμικά υλικά που χρησιμοποιούνται είναι τα Lead Zirconate Titanate (PZT), Lead Magnesium Niobate (PMN) και Barium Titanate (BaTiO3), ενώ αντίστοιχα συνήθη πιεζοπολυμερή είναι τα Polyvinylidenfluoride (PVDF). Ηλεκτροενεργά Πολυμερή (Electro-active Polymer, EAP), τα οποία έχουν την ικανότητα να αλλάζουν το σχήμα τους υπό την επιβολή ηλεκτρικού πεδίου. Τέτοιου είδους υλικά χρησιμοποιούνται συνήθως σε εφαρμογές προσομοίωσης της συμπεριφοράς των μυών. Μορφομνήμονα Υλικά (Shape Memory Materials, SMMs), τα οποία έχουν την ικανότητα να διατηρούν το προσωρινό τους σχήμα μέχρι να τους ασκηθεί το κατάλληλο ερέθισμα, το οποίο θα τους επιτρέψει να επανέλθουν στο αρχικό μόνιμο σχήμα τους. Αυτό το φαινόμενο ορίζεται και ως το Φαινόμενο της Πλαστικής Μνήμης (Shape Memory Effect, SME). Ηλεκτρορεολογικά Ρευστά (Electroreological, ER fluids) και Μαγνητορεολογικά Ρευστά (Magnetorheological, MR fluids), των οποίων το ιξώδες μεταβάλλεται όταν αυτά βρεθούν μέσα σε ένα ηλεκτρικό ή μαγνητικό πεδίο αντίστοιχα. Η ενσωμάτωση των ρευστών αυτών σε σύνθετες δομές, μπορεί να αλλάξει την απόκριση του συστήματος υπό την επίδραση ηλεκτρικού/ μαγνητικού πεδίου σχεδόν ακαριαία, σε χρόνο τήξης των ms, ενώ το ιξώδες μπορεί να αυξηθεί κατά 105 φορές [4].

12 3 Υλικά Αλλαγής Φάσης (Phase Change Materials, PCMs), είναι ουσιαστικά λανθάνοντα θερμο-αποθηκευτικά υλικά τα οποία έχουν τη δυνατότητα να αλλάζουν την κατάσταση τους ανάλογα με τη θερμοκρασία (π.χ. από στερεό σε υγρό) [5]. Τα υλικά αυτά απορροφούν ενέργεια όταν θερμαίνονται κατά της αλλαγή της φάσης και την απελευθερώνουν στο περιβάλλον καθώς επανέρχονται στην αρχική τους φάση ενώ ψύχονται [6]. Χρωματικά Υλικά (Chromatic Materials), είναι τα υλικά ή αλλιώς οι βαφές που αλλάζουν χρώμα όταν εκτεθούν σε ένα εξωτερικό ερέθισμα, το οποίο μπορεί να είναι για παράδειγμα έκθεση σε υπεριώδη ακτινοβολία ή σε συγκεκριμένη θερμοκρασία. Τέτοιου είδους βαφές συνήθως εφαρμόζονται στη βιομηχανία οπτικών (γυαλιά σκι, γυαλιά ηλίου), σε εκτυπώσεις ασφαλείας, σε ρούχα κ.α. [7]. 1.1 Μορφομνήμονα υλικά (SMMs, Shape memory materials) Τα SMMs, αναφέρονται στα υλικά εκείνα τα οποία είναι ικανά να επιστρέψουν σε ένα προκαθορισμένο σχήμα, αποκρινόμενα στο κατάλληλο ερέθισμα, που συνήθως είναι η θερμοκρασία. Για παράδειγμα, εάν το υλικό έχει υποστεί μηχανική παραμόρφωση κάτω από την θερμοκρασία μετασχηματισμού (transformation temperature), θα μπορέσει να ανακτήσει το περισσότερο μέρος αν όχι όλο, της αρχικής του μορφής, όταν η θερμοκρασία αυξηθεί και ξεπεράσει την θερμοκρασία μετασχηματισμού. Αυτός ο μετασχηματισμός λαμβάνει χώρα διότι η εσωτερική δομή του υλικού αλλάζει βάσει της θερμοκρασίας [5]. Το πιο σύνηθες είναι τα SMMs να επανέρχονται στο αρχικό τους σχήμα αφότου θερμανθούν, ωστόσο κάποια από αυτά μπορούν να ενεργοποιηθούν από μεταβολές της πίεσης, του μαγνητικού ή ηλεκτρικού πεδίου, μεταβολές της τιμής του ph, την υπεριώδη ακτινοβολία ή ακόμα και από την επαφή με το νερό. Συνολικά υπάρχουν πέντε βασικές κατηγορίες SMMs οι οποίες έχουν αναπτυχθεί μέχρι σήμερα και είναι οι εξής [8]: Μορφομνήμονα Κράματα (Shape Memory alloys, SMAs) Μορφομνήμονα Πολυμερή (Shape Memory Polymers, SMPs) Μορφομνήμονα Υβρίδια (Shape Memory Hybrids, SMHs) Μορφομνήμονες Γέλες (Shape Memory Gels, SMGs) Μορφομνήμονα Κεραμικά (Shape Memory Ceramics, SMCs) Σε αυτό το σημείο πρέπει να αναφέρουμε ότι και τα Μορφομνήμονα Σύνθετα Υλικά (Shape Memory Composites, SMcs) συγκαταλέγονται στην ευρύτερη κατηγορία των μορφομνήμονων υλικών, καθώς αποτελούν σύνθεση δύο τουλάχιστον υλικών, ενός εκ των οποίων ανήκει πάντα στα πέντε βασικά SMMs.

13 4 Οι βασικές ομάδες των μορφομνήμονων υλικών παρουσιάζονται κατηγοριοποιημένες στην παρακάτω Εικόνα 1.2: Εικόνα 1.2: Κατηγοριοποίηση των SMMs ως υποκατηγορία των υλικών [8]

14 5 Μηχανισμός Στην περίπτωση των μορφoμνήμονων κραμάτων (Shape Memory Alloys, SMAs), σε μία χαμηλή θερμοκρασία, η δομή των υλικών αλλάζει προς μία μαρτενσιτική φάση (μαρτενσιτικός μετασχηματισμός), όπου μπορούν εύκολα να μετασχηματιστούν. Ενώ ύστερα από θέρμανση, η δομή αλλάζει προς μία ωστενιτική φάση (ωστενιτικός μετασχηματισμός) και το προγραμματισμένο σχήμα ανακτάται καθώς το υλικό θυμάται το αρχικό του σχήμα (Εικόνα 1.3 (a)). Στην περίπτωση των μορφομνήμονων πολυμερών (Shape Memory Polymers, SMPs), το φαινόμενο της πλαστικής μνήμης (SME) οφείλεται σε μία μετάβαση του υλικού από μία σκληρή σε μία εύπλαστη πολυμερική φάση, η οποία καθορίζεται από το σημείο της υαλώδους μετάπτωσης (Tg) ή το σημείο τήξης (Tm) (Εικόνα 1.3 (b)). Η πιο πρόσφατη ομάδα των SMMs, τα SMHs, τα οποία αποτελούνται από τουλάχιστον δύο επιμέρους υλικά, καθένα από τα οποία όμως δεν παρουσιάζει το SME ανεξάρτητα, χρησιμοποιούν τον ίδιο μηχανισμό με αυτόν των SMPs όταν παρουσιάζουν το SME. Αντιθέτως, τα SMCs παρουσιάζουν δύο είδη μηχανισμών. Αυτόν που χρησιμοποιούν και τα SMAs, δηλαδή τον αντίστροφο μαρτενσιτικό μηχανισμό ή ένα πολυφασικό σύστημα που μοιάζει με αυτό των SMPs. ΌΌσον αφορά τα SMGs, εξαιτίας της ιδιότητας τους να απορροφούν νερό και να διαστέλλονται αλλά και να φορτίζονται ηλεκτρικά, κατατάσσονται συχνά στην κατηγορία των SMCs. Τα SMAs και τα SMPs θεωρούνται σήμερα τα πιο σημαντικά SMMs και ήδη χρησιμοποιούνται σε ένα ευρύ πεδίο εφαρμογών, από την αεροναυπηγική μέχρι την κλωστοϋφαντουργία και την βιοιατρική. Εικόνα 1.3: Σχηματικό διάγραμμα του φαινομένου πλαστικής μνήμης (SME) στα (a) κράματα και στα (b) πολυμερή [5]

15 Μορφομνήμονα Κράματα (Shape Memory Alloys, SMAs) Το φαινόμενο της πλαστικής μνήμης (SME) είχε παρατηρηθεί για πρώτη φορά το 1930 όταν ο Σουηδός φυσικός Arne Olander, ανακάλυψε ότι το κράμα χρυσού - καδμίου μπορούσε να παραμορφωθεί πλαστικά σε χαμηλή θερμοκρασία και στη συνέχεια αφού θερμανθεί, να επιστρέψει στις αρχικές του διαστάσεις. Τα κράματα τα οποία παρουσιάζουν αυτή τη συμπεριφορά αναφέρονται ως μορφομνήμονα κράματα. Τα SMAs παρουσιάζουν δύο βασικά χαρακτηριστικά, το φαινόμενο της πλαστικής μνήμης και την υπερελαστικότητα. Η υπερελαστικότητα ή αλλιώς ψευδοελαστικότητα, είναι το φαινόμενο κατά το οποίο όταν η θερμοκρασία αυξάνεται, οι παραμένουσες τάσεις εξαφανίζονται και το κράμα μπορεί να υποστεί μία μεγάλη παραμόρφωση χωρίς κάποια σημαντική αύξηση στην επιβαλλόμενη τάση. Το φαινόμενο της πλαστικής μνήμης ή αλλιώς SME, έγκειται στη δυνατότητα ενός κράματος να ανακτά τις αρχικές του διαστάσεις μέσα από έναν κύκλο που περιλαμβάνει ψύξη-παραμόρφωση-θέρμανση, ενώ παράλληλα παράγεται και μηχανικό έργο [2]. Η διαδικασία αυτή αναφέρεται και ως διαδικασία προγραμματισμού. Βασίζεται σε έναν αντιστρεπτικό μηχανισμό στερεάς κατάστασης μεταξύ δύο φάσεων και τα κράματα που το εμφανίζουν βρίσκονται, ανάλογα με τη θερμοκρασία, είτε σε ωστενιτική κρυσταλλική κατάσταση για υψηλές θερμοκρασίες, είτε σε μαρτενσιτική κρυσταλλική κατάσταση για χαμηλές θερμοκρασίες. ΌΌταν ψυχθούν μεταπίπτουν από μία σχετικά υψηλής συμμετρίας κρυσταλλική δομή (ωστενιτική), σε μία χαμηλότερης συμμετρίας δομή (μαρτενσιτική), ενώ όταν υποστούν θέρμανση μεταπίπτουν από την μαρτενσιτική στην ωστενιτική, αφού προηγουμένως έχει προηγηθεί παραμόρφωση του υλικού. Στην Εικόνα 1.4, αναπαρίσταται γραφικά η επίδραση της θερμοκρασίας στην μετάβαση από μαρτενσιτική σε ωστενιτική κατάσταση ενός τυπικού SMA. Είναι επίσης πιθανό, το κράμα να θυμάται μία μαρτενσιτική φάση κάτω από συγκεκριμένες συνθήκες και ως εκ τούτου να επιτευχθεί ένα αμφίδρομο φαινόμενο πλαστικής μνήμης (two-way SME). Σε αυτή την περίπτωση, τα SMAs γίνονται ενεργοποιητές, οι οποίοι μπορούν να εκπαιδευτούν ώστε να θυμούνται έως και δύο σχήματα [5]. Εικόνα 1.4: Η επίδραση της θερμοκρασίας κατά την αλλαγή κατάστασης ενός SMA [9]

16 7 Οι πιθανές παραμορφώσεις που δημιουργούνται από τα κράματα είναι πολύ χαμηλότερες (μέχρι 8%) από αυτές που υφίστανται στα SMPs. Παρόλα αυτά, τα SMAs έχουν κάποια πλεονεκτήματα, όπως για παράδειγμα την ικανότητα τους να επανέλθουν μέχρι και στο 100% του αρχικού τους σχήματος. Τα κράματα τιτάνιου - νικελίου (NiTi) αποτελούν τα πιο συνηθισμένα SMAs, καθώς διαθέτουν υψηλές μορφομνήμονες ιδιότητες σε σχετικά χαμηλές θερμοκρασίες. Τα κράματα βασισμένα σε χαλκό είναι φθηνότερες εναλλακτικές, με χαμηλότερες μορφομνήμονες εντάσεις αλλά μπορούν να επιτεύξουν παραμόρφωση σε ένα μεγαλύτερο εύρος θερμοκρασιών. ΈΈχουν ερευνηθεί και άλλα συστήματα τα οποία βασίζονται στο σίδερο, όμως αποδείχθηκε ότι συμπεριφέρονται λιγότερο καλά από τα υπόλοιπα, όσον αφορά στην ανάκτηση του σχήματος. ΈΈρευνα πάνω στην αισθητική των SMAs, έχει δείξει ότι αφού τα τελευταία έχουν προγραμματιστεί να παίρνουν συγκεκριμένα σχήματα, μπορούν να περιστραφούν σε συνδυασμό με τις συμβατικές ίνες ώστε να δημιουργήσουν νήματα. ΎΎστερα μπορούν να υφανθούν και να πλεχθούν στην αρχική μορφή τους (φόρμα σύρματος) και να αποτελέσουν συνθετικά νήματα. Καλαίσθητα SMEs έχουν παραχθεί χρησιμοποιώντας SMAs και κάποια παραδείγματα φαίνονται στην Εικόνα 1.5. Τα SMAs μπορούν να χρησιμοποιηθούν στην κλωστοϋφαντουργία, με πολύ ενδιαφέροντα ρεαλιστικά αποτελέσματα στο ένδυμα, αλλά ενσωματώνοντας υπερβολική ποσότητα κραμάτων στη δομή ενός υφάσματος, το αποτέλεσμα θα είναι επιζήμιο για την υφή του. Εικόνα 1.5: Παραδείγματα (a) περιστρεφόμενων, (b) υφανμένων και (c) πλεκτών SMAs [5]

17 Μορφομνήμονα Πολυμερή (Shape memory polymers, SMPs) Τα μορφομνήμονα πολυμερή ή αλλιώς SMPs, είναι μία ομάδα έξυπνων υλικών που έχουν τη δυνατότητα να ανακτούν το σχήμα τους αφού έχουν δεχθεί τεράστιες παραμορφώσεις μέχρι και της τάξης του 400%, εάν εκτεθούν στο κατάλληλο ερέθισμα. Τα SMPs μπορεί να διεγείρουν η αύξηση της θερμοκρασίας, η υπεριώδης ακτινοβολία, η αλλαγή της τιμής του ph, η υγρασία, οι μεταβολές του μαγνητικού ή ηλεκτρικού πεδίου ή ακόμα και οι μεταβολές της πίεσης. Στην Εικόνα 1.6 αναπαρίσταται γραφικά το SME για θερμικά εξαρτώμενα SMPs. Εικόνα 1.6: Γραφική αναπαράσταση του φαινομένου της πλαστικής μνήμης (SME) για θερμικά εξαρτώμενα SMPs. Το μόνιμο (αρχικό) σχήμα αντικαθίσταται από το προσωρινό, μέσω της διαδικασίας του προγραμματισμού. Κατόπιν με θέρμανση σε θερμοκρασία μεγαλύτερης της Ttrans, το αρχικό σχήμα επαναφέρεται [10] Σε αντίθεση με τα SMAs, τα SMPs δεν έχουν την ικανότητα κυκλικής ενεργοποίησης και για αυτό το λόγο δεν παρουσιάζουν αμφίδρομη μνήμη σχήματος. ΌΌμως μπορούν να θυμούνται ένα ή και περισσότερα σχήματα εάν εκπαιδευτούν κατάλληλα μέσα από τη διαδικασία της μηχανικής παραμόρφωσης. Το φαινόμενο της πλαστικής μνήμης στα SMPs χαρακτηρίζεται από το λεγόμενο διπλό τερματικό σύστημα. Σε μικροσκοπικό επίπεδο, τα SMPs αποτελούνται από δύο μέρη ή αλλιώς τερματικά, καθένα από τα οποία εκτελεί μία διαφορετική λειτουργία. Το ελαστικό τμήμα, το οποίο διατηρεί την ελαστικότητα του σε όλο τον κύκλο του SME και ένα μεταβατικό τμήμα του οποίου η ελαστικότητα αλλάζει ανάλογα με το αντίστοιχο ερέθισμα. Η μορφομνήμονη συμπεριφορά ενός SMP καθορίζεται από τέσσερις θερμοκρασίες: Τη θερμοκρασία υαλώδους μετάβασης (Tg), που είναι το σημείο αναφοράς για την θερμομηχανική παραμόρφωση και ανάκτηση Τη θερμοκρασία παραμόρφωσης (Td), που είναι η θερμοκρασία στην οποία το πολυμερές παραμορφώνεται σε ένα προσωρινό σχήμα. Αυτή η θερμοκρασία μπορεί να οριστεί ως υψηλότερη ή χαμηλότερη από την Tg, ανάλογα με την απόκριση που απαιτείται.

18 9 Τη θερμοκρασία αποθήκευσης (storage temperature, Ts), που είναι η θερμοκρασία κατά την οποία το παραμορφωμένο πολυμερές παραμένει σταθερό στο χρόνο. Αυτή η θερμοκρασία είναι σχεδόν ίση με την Td. Τη θερμοκρασία ανάκτησης (recovery temperature, Tr), η οποία αντιπροσωπεύει τη θερμοκρασία κατά την οποία το υλικό ανακτά το αρχικό του σχήμα μετά από θέρμανση Συνηθισμένα παραδείγματα των SMPs αποτελούν αυτά που βασίζονται σε πολυουρεθάνη (polyurethane, PU), τα οποία ανταποκρίνονται σε ένα μεγάλο εύρος θερμοκρασίας ανάκτησης σχήματος, έχουν χαμηλό κόστος παραγωγής και υψηλές ανακτήσιμες εντάσεις. Τα SMPs μπορούν να κατασκευαστούν, να πάρουν τη μορφή ινών, να προγραμματιστούν, να χρησιμοποιηθούν ως νήματα ή να περιστραφούν ως νήματα σε συνδυασμό με άλλες ίνες. Μπορούν να πλεχθούν και να υφανθούν και να έχουν ως αποτέλεσμα ενδιαφέρουσες σχηματικές αλλαγές. Παρόλα αυτά, ανάλογα με το βαθμό παραμόρφωσης, τον τύπο της δομής, τη δομή του υλικού αλλά και άλλους παράγοντες, τα SMPs είναι πιθανό να μην ανακτήσουν στο μέγιστο το σχήμα τους. Υπό περιορισμούς, όπως για παράδειγμα στην περίπτωση ενός υφασμάτινου ή πλεκτού υφάσματος, η ανάκτηση σχήματος των SMP ινών είναι περιορισμένη λόγω του χαμηλού μέτρου ελαστικότητας του υλικού. Εφαρμογή Η ανάπτυξη των SMEs στις μεμβράνες και στα επενδεδυμένα υλικά έχει διερευνηθεί και έχει ενδιαφέροντα αποτελέσματα. Με την ενσωμάτωση ενός SMP φινιρίσματος σε ένα ύφασμα, είναι πιθανό να δημιουργηθεί μία νέα γενιά από ενδύματα τα οποία δεν χρειάζεται να σιδερωθούν. Με λίγα λόγια, το ύφασμα μπορεί να επανέρχεται στο αρχικό του σχήμα όταν θερμαίνεται. ΈΈνα άλλο παράδειγμα αποτελεί η μεμβράνη DiAPLEX που εκμεταλλεύται τη μορφομνήμονη συμπεριφορά των πολυμερών ώστε να αυξήσει την άνεση αυτού που φοράει το αντίστοιχο ένδυμα. Με λίγα λόγια, η πάρα πολύ λεπτή και μη πορώδης SMP μεμβράνη, έχει την ικανότητα να ανοίγει τη μικροδομή της όταν η θερμοκρασία αυξάνεται ώστε να επιτρέπει στη θερμότητα και στα μόρια των υδρατμών να εξέλθουν μέσω της μεμβράνης. ΌΌταν η θερμοκρασία πέφτει, η μικροδομή αυτή κλείνει, συγκρατώντας τη ζέστη και τους υδρατμούς και ουσιαστικά δρώντας ως ένα μονωτικό στρώμα. Ο μηχανισμός αυτός φαίνεται στην Εικόνα 1.7.

19 10 Εικόνα 1.7: Σχηματικό διάγραμμα του φαινομένου της πλαστικής μνήμης σε ανοικτή και κλειστή δομή (a) σε χαμηλή θερμοκρασία (κλειστή δομή) και (b) σε υψηλή θερμοκρασία (ανοιχτή δομή) [5] Η χρήση των μορφομνήμονων υλικών στην κλωστοϋφαντουργία ανοίγει νέους ορίζοντες όχι μόνο για τους σχεδιαστές μόδας αλλά και για κατασκευαστές ενδυμάτων υψηλών προδιαγραφών. Σε αυτό τον τομέα πρωτοστάτησε ένας ιταλικός οίκος μόδας, ο Corpo Nove, όπου σχεδίασαν μία μπλούζα η οποία περιείχε ίνες SMA. Αυτές οι ίνες ήταν διάσπαρτες στο ύφασμα μαζί με nylon. Η καινοτομία της συγκεκριμένης μπλούζας ήταν ότι η μορφομνήμονη συμπεριφορά εντοπίζονταν στο γεγονός ότι τα μανίκια κόνταιναν όταν η θερμοκρασία ανέβαινε. Επίσης, το σιδέρωμα της μπλούζας δεν θεωρείται απαραίτητο καθώς η θερμότητα που επηρεάζει τις SMA ίνες, καθιστά ικανή την μπλούζα να επανέρχεται στο αρχικό της σχήμα. Σε αυτό το σημείο πρέπει να αναφέρουμε ότι στον τομέα των προηγμένων ενδυμάτων, τα SMAs και τα SMPs έχουν προσελκύσει το ενδιαφέρον για εφαρμογές στον ιατρικό τομέα αλλά και στον τομέα των σπορ [5] Μορφομνήμονα Υβρίδια (Shape Memory Hybrids, SMHs) Τα μορφομνήμονα υβρίδια αποτελούν ένα πεδίο που ερευνάται ακόμα και φαίνεται να είναι πολλά υποσχόμενο στον τομέα των μορφομνήμονων υλικών. Τα SMHs αποτελούν συνδυασμό δύο ή περισσοτέρων υλικών (μέταλλα, οργανικά, ανόργανα) που όμως δεν παρουσιάζουν το φαινόμενο της πλαστικής μνήμης το καθένα ξεχωριστά. Αυτό το χαρακτηριστικό εξυπηρετεί και τους μη ειδικούς (επαγγελματίες και μη) να συνθέσουν μόνοι τους τα SMHs με το στυλ/ τρόπο DIY (do it yourself/ κάντο μόνος σου). Είναι δυνατό να μπορούν να προβλεφθούν πλήρως οι ιδιότητες του υβριδικού υλικού, καθώς τα συστατικά του δεν αλληλεπιδρούν χημικά μεταξύ τους και έτσι διατηρούνται στο μέγιστο οι ανεξάρτητες ιδιότητες τους.

20 11 Τα μορφομνήμονα υβρίδια έχει αποδειχθεί ότι παρουσιάζουν όλα τα κοινά χαρακτηριστικά των SMAs και των SMPs, όπως κυκλική ενεργοποίηση, αμφίδρομη μνήμη σχήματος, τριπλό και πολλαπλό φαινόμενο πλαστικής μνήμης κ.α., ενώ ενεργοποιούνται τόσο από τη θερμότητα όσο και από τη μεταβολή της πίεσης [8]. Για την ενεργοποίηση μέσω μεταβολής της πίεσης έχουν προταθεί δύο τρόποι κατασκευής SMH. Ο πρώτος αναφέρεται στην ένθεση εγκλεισμάτων (fillers) μέσα σε ένα θερμικά εξαρτώμενο SMM. Τα εγκλείσματα έχουν την ιδιότητα παραγωγής θερμότητας ως αντίδραση στην αυξανόμενη πίεση, η οποία αποθηκεύεται στο υλικό. Με αυτό τον τρόπο το SMM μπορεί να θερμαίνεται μόνο του, απελευθερώνοντας την ενέργεια στο περιβάλλον ώστε να επανέλθει στο αρχικό του σχήμα. Ο δεύτερος τρόπος κατασκευής SMH έχει τη λογική του διπλού τερματικού συστήματος, ομοίως με αυτή που ακολουθούν τα SMPs, όπου το μεταβατικό υλικό θα είναι τέτοιο ώστε να γίνεται εύπλαστο κάτω από πίεση. Στο διπλό τερματικό σύστημα οφείλεται το φαινόμενο της πλαστικής μνήμης για τα SMHs (Εικόνα 1.8). Εικόνα 1.8: Γραφική αναπαράσταση του φαινομένου της πλαστικής μνήμης για τα μορφομνήμονα υβρίδια [8] Μορφομνήμονα Κεραμικά (Shape Memory Ceramics, SMCs) Το φαινόμενο της πλαστικής μνήμης σε αυτή την κατηγορία των μορφομνήμονων υλικών οφείλεται είτε στον αντίστροφο μαρτενσιτικό μηχανισμό, όπως και στα SMAs, είτε σε ένα πολυφασικό σύστημα που προσεγγίζει αυτό του διπλού τερματικού συστήματος των SMPs. Η δυνατότητα ανάκτησης σχήματος στα SMCs είναι πολύ περιορισμένη καθώς δεν ξεπερνά το 1% της παραμόρφωσης Μορφομνήμονες Γέλες (Shape Memory Gels, SMGs) Οι μορφομνήμονες γέλες είναι σύνθετα υλικά τα οποία αποτελούνται από δύο συστατικά των οποίων οι αλυσίδες ενώνονται μεταξύ τους με σταυροειδείς δεσμούς. ΈΈνα τυπικό SMG αποτελείται από υδροφιλικά κλάσματα τα οποία έχουν τη δυνατότητα να διογκώνονται όταν έρχονται σε επαφή με το νερό και από υδροφοβικές τομές οι οποίες εξαρτώνται από τη θερμοκρασία. Το υλικό εάν θερμανθεί μπορεί να ανακτήσει πλήρως το αρχικό του σχήμα.

21 Υλικά Αλλαγής Φάσης (Phase Change Materials, PCMs) Τα υλικά αλλαγής φάσης ή αλλιώς PCMs, είναι ουσιαστικά λανθάνοντα θερμοαποθηκευτικά υλικά. Ο μηχανισμός τους στηρίζεται στην αλλαγή τους σε μία κατάσταση, συνήθως από στερεή σε υγρή και αντίστροφα, αλλά και από υγρές σε αεριώδης μορφές, από στερεές σε αεριώδης μορφές ακόμα και από στερεές σε στερεές μορφές. ΌΌταν η θερμοκρασία αυξάνεται και φτάνει το σημείο τήξης του PCM, το λιωμένο PCM απορροφά θερμότητα διατηρώντας την θερμοκρασία του σταθερή. ΌΌταν το PCM ψύχεται και στερεοποιείται, λαμβάνει χώρα το αντίστροφο και απελευθερώνεται θερμότητα στο περιβάλλον. Σε περίπτωση ενδύματος, αυτό θα είχε ως αποτέλεσμα να διατηρήσει θερμό αυτόν που φοράει το ένδυμα. Αυτό το φαινόμενο συμβαίνει μόνο πάνω από μία συγκεκριμένη θερμοκρασία ή εύρος θερμοκρασιών για κάθε PCM. ΌΌταν η λανθάνουσα θερμότητα του PCM έχει απορροφηθεί ή απελευθερωθεί εντελώς, (όπως για παράδειγμα όταν το υλικό έχει λιώσει ή έχει σταθεροποιηθεί τελείως και είναι κρυσταλλοποιημένο), η θερμορύθμιση σταματά. Το υλικό μπορεί να επαναφορτιστεί επιτυχώς από μία πηγή θερμότητας ή ψύχους. Παρόλα αυτά, εάν η θερμοκρασία συνεχίζει να αυξάνεται, το υλικό μπορεί να υποβληθεί σε αποσύνθεση, σε ισομερισμό ή σε οξείδωση εξαιτίας της θερμότητας [5]. Τα PCMs περιλαμβάνουν ένυδρα άλατα, κεριά παραφίνης, λιπαρά οξέα και ευτηκτικά οργανικών και ανόργανων ενώσεων. Παραδείγματα των PCMs δίνονται στον Πίνακα 1.1. Χρησιμοποιώντας ένα μίγμα δύο ή περισσότερων PCMs, το εύρος σταθεροποίησης της θερμοκρασίας μπορεί να προσαρμοστεί ώστε να εξυπηρετήσει συγκεκριμένες εφαρμογές. Πίνακας 1.1: Παραδείγματα των phase change υλικών [11, 12]

22 13 Εφαρμογή Τα PCMs, αρχικά αναπτύχθηκαν για τις στολές των αστροναυτών αλλά με τον καιρό αποδείχθηκε ότι είναι ιδιαίτερα χρήσιμα γενικότερα σε εφαρμογές όπου απαιτείται η ρύθμιση της θερμότητας. Το 1987, οι επιστήμονες ανέπτυξαν και πατένταραν την τεχνολογία της μικροενθυλάκωσης (microencaptulation) PCM σε υφασμάτινες ίνες ώστε να βελτιώσουν τις θερμικές τους ικανότητες. Τα υλικά που χρησιμοποιούνται σε υφάσματα είναι παραφίνες που έχουν διαφορετικά σημεία τήξης και αποκρυστάλλωσης. Αλλάζοντας τις δόσεις των διαφορετικών παραφινών στο PCM, έχουμε ως αποτέλεσμα την παραγωγή των επιθυμητών σημείων τήξης και ψύξης [5]. Γενικότερα σε εφαρμογές υφασμάτων, το PCM είναι έγκλειστο σε μικρές πλαστικές σφαίρες που έχουν διάμετρο ελάχιστα μικρόμετρα. Αυτές οι μικροσκοπικές σφαίρες είναι οι λεγόμενες PCM μικροκάψουλες και είτε είναι μόνιμα ενσωματωμένες στις ίνες είτε σε PU αφρούς ή ως επένδυση στην επιφάνεια ενός υφάσματος. Η μικροενθυλάκωση καθιστά τις PCM μικροκάψουλες ανθεκτικές και ασφαλείς κατά τη διάρκεια του φινιρίσματος. Τα PCMs απορροφούν θερμική ενέργεια καθώς μεταβαίνουν από την στερεή κατάσταση σε υγρή και απελευθερώνουν θερμότητα καθώς επιστρέφουν στη στερεή κατάσταση. Εάν τα PCMs έχουν διαλεχθεί με ακρίβεια, το ένδυμα μπορεί να λειτουργήσει προστατευτικά απέναντι στο ψυχρό ή στο θερμό περιβάλλον [13]. Η θερμική ενέργεια μπορεί να προέρχεται από το σώμα ή από το περιβάλλον. ΌΌταν το PCM έχει λιώσει εντελώς, η αποθήκευση θερμότητας παύει. Εάν το PCM ένδυμα φοριέται σε ένα περιβάλλον όπου η θερμοκρασία είναι κάτω από το σημείο ψύξης του PCM και η θερμοκρασία του υφάσματος πέσει κάτω από το σημείο ψύξης, το μικροενθυλακώμενο υγρό PCM θα μεταβεί πάλι στην στερεά του μορφή. απελευθερώνοντας θερμική ενέργεια και δημιουργώντας ένα προσωρινό φαινόμενο θερμότητας. Οι σχεδιαστές ισχυρίζονται ότι αυτή η θερμική ανταλλαγή δημιουργεί ένα εξομαλυντικό αποτέλεσμα στο ένδυμα, ελαχιστοποιώντας τις αλλαγές στη θερμοκρασία του δέρματος και διατηρώντας τη θερμική άνεση για αυτόν που το φοράει [5]. Τα PCMs έχουν χρησιμοποιηθεί για εσωτερικά υφάσματα, ειδικότερα σε κλινοσκεπάσματα, αλλά και για υπαίθρια ενδυμασία (στολές σκι, γάντια, κάλτσες, πουλόβερ, μπότες κ.α.). ΈΈχει αποδειχθεί ότι η θερμική επίδραση των PCM ενδυμάτων, όταν το περιβάλλον αλλάζει από θερμό σε εσωτερικό χώρο σε ψυχρό υπαίθριο χώρο, διαρκεί περίπου 12,5 με 15 λεπτά κατά μέσο όρο, αναλόγως βέβαια και με το περιεχόμενο του PCM αλλά και από τις περιβαλλοντικές συνθήκες. Τα PCM, για αυτό το λόγο μειώνουν την θερμική απώλεια του σώματος κάτω από τέτοιες συνθήκες. Σε ένα αντίστροφο φαινόμενο, τα PCMs απελευθερώνουν θερμότητα όταν πέφτει η θερμοκρασία και το υλικό στερεοποιείται. Σε αυτή την περίπτωση, εκτός και αν η δομή της ένδυσης έχει κατασκευαστεί προσεκτικά, η θερμότητα απελευθερώνεται προς το ψυχρό εξωτερικό περιβάλλον παρά στο σώμα. Το ποσοστό του PCM που θα προστεθεί σε ένα ύφασμα επηρεάζει το θερμορυθμιστικό φαινόμενο. Το μέγεθος του φαινομένου αυτού, αυξάνεται καθώς αυξάνεται και το ποσοστό των PCM επιπέδων στο ένδυμα. ΈΈχει επίσης αποδειχθεί ότι όταν αυξάνεται η ποσότητα ενός PCM σε ένα ύφασμα, η διάρκεια της αλλαγής φάσης επιτείνεται. Με άλλα λόγια, το θερμορυθμιστικό φαινόμενο διαρκεί περισσότερο. Παρόλα αυτά, η προσθήκη PCM μικροκαψουλών σε ίνες, υφάσματα ή άλλα υλικά επηρεάζει άλλες φυσικές ιδιότητες του τελικού προϊόντος. Για παράδειγμα, αυξάνεται το βάρος και η ακαμψία του, καθώς μειώνεται και η δύναμη και η επιμήκυνση.

23 14 Οι σχεδιαστές και οι κατασκευαστές των υφασμάτων τα οποία περιέχουν PCMs υποστηρίζουν ότι τα ενδύματα αυτά μπορούν να κρατήσουν το χρήστη ζεστό περισσότερο από τα συμβατικά μονωτικά ενδύματα όταν φοριούνται σε ψυχρά περιβάλλοντα. Υποστηρίζουν επίσης ότι η χρήση των PCMs σε υπαίθριο ρουχισμό, μειώνει το απαιτούμενο πάχος αλλά και βάρος των ενδυμάτων. Παρόλα αυτά, ένα PCM για να επιτύχει να βελτιώσει τα θερμικά χαρακτηριστικά ενός ενδύματος σε ένα ψυχρό περιβάλλον, πρέπει να απελευθερώσει τόση θερμότητα στα επίπεδα του ρούχου ώστε να μειώσει τη θερμική απώλεια από το σώμα προς το περιβάλλον. Ακόμα και αν όλα τα κομμάτια σε ένα ρούχο είχαν PCMs, δεν θα άλλαζαν φάση όλες οι μικροκάψουλες όταν ο χρήστης μετέβαινε από ένα εσωτερικό σε έναν εξωτερικό χώρο. Τα PCMs που φοριούνται πολύ κοντά στο δέρμα, όπως για παράδειγμα εσώρουχα ή κάλτσες, θα έχουν μία θερμοκρασία κοντινή σε αυτή του δέρματος και θα παραμείνουν στην υγρή κατάσταση. Τα PCMs που βρίσκονται σε πιο εξωτερικά επίπεδα του ρούχου πιθανόν να κρυώσουν και να στερεοποιηθούν παράγωντας θερμότητα. Παρόλα αυτά, στα πιο εξωτερικά επίπεδα του ρούχου, αρκετό ποσοστό της θερμότητας που απελευθερώνεται θα πάει στο ψυχρό περιβάλλον και η απώλεια θερμότητας του σώματος θα μειωθεί αναλογικά. ΌΌταν το PCM θα μεταβεί από υγρή σε στερεή κατάσταση, η απελευθέρωση της θερμικής ενέργειας θα σταματήσει και δεν θα συνεχιστεί [5]. 1.3 Χρωματικά υλικά (Chromatic Materials) Βαμμένα υφάσματα, τυπωμένα ή φινιρισμένα με χρωματικές μπογιές είναι ικανά να αλλάξουν χρώμα αποκρινόμενα σε αντίστοιχα ερεθίσματα του περιβάλλοντος, όπως για παράδειγμα τη θερμότητα, το φως, χημικές αντιδράσεις, την υγρασία, το ph, την πίεση και το ηλεκτρικό ρεύμα [14]. Εφαρμογή Εκτός του ότι αυτά τα υλικά έχουν εξαιρετικό ενδιαφέρον όταν αξιοποιούνται στον χώρο της μόδας, έχουν εξίσου ενδιαφέροντες εφαρμογές όσον αφορά ενδύματα υψηλών προδιαγραφών όπου θα μπορούσαν να χρησιμεύσουν ως ανιχνευτικοί μηχανισμοί. Πιο συγκεκριμένα, στον τομέα της ιατρικής, ενδύματα που θα μπορούν να ανιχνεύσουν και να προειδοποιήσουν για την παρουσία λοιμώξεων, βακτηρίων, ιών ή πιθανών αλλαγών στις φυσιολογικές λειτουργίες του ασθενή, θα μπορούσαν να βοηθήσουν στην υποστήριξη, στη διάγνωση και στη θεραπεία των ασθενών. Στον πυροσβεστικό τομέα, οι θερμοχρωματικές βαφές έχουν κατασκευαστεί έτσι ώστε τα αλλάζουν σε άσπρο το χρώμα των στολών των πυροσβεστών, όταν αυτές υποβάλλονται σε ακραίες θερμοκρασίες με αποτέλεσμα να ανακλάται η ζέστη μακριά από το σώμα.

24 Θερμοχρωματικές Βαφές (Thermochromic Dyes) Οι θερμοχρωματικές βαφές, που είναι οι πιο δημοφιλείς χρωματικές βαφές, χωρίζονται σε δύο είδη: τους leuco τύπους βαφής, οι οποίοι παρουσιάζουν μία μόνο χρωματική αλλαγή με μία μοριακή αναδιάταξη και τους τύπους βαφής υγρών κρυστάλλων, που διαθέτουν ένα φάσμα χρωματικών αλλαγών. Ο θερμοχρωματισμός των υγρών κρυσταλλικών συστημάτων οφείλεται στην επιλεκτική αντανάκλαση φωτός από τον υγρό κρύσταλλο, του οποίου η μοριακή διάταξη αλλάζει βάση της θερμοκρασίας. Το οπτικό αποτέλεσμα είναι συνήθως μία συνεχής αλλαγή μέσω ενός χρωματικού φάσματος. Στην πράξη, οι θερμοχρωματικές βαφές είναι συνήθως έγκλειστες σε μικροκάψουλες και εφαρμόζονται σε ένα ένδυμα όπως μία χρωστική ουσία σε ρητίνη. Η χρωματική αλλαγή μπορεί να επαναληφθεί αρκετές φορές, αλλά ένα μειονέκτημα των θερμοχρωματικών βαφών φαίνεται να είναι το σύντομο τους φαινόμενο. Επίσης, πρέπει να αναφέρουμε ότι έχει αποδειχθεί ότι οι έγκλειστες θερμοχρωματικές βαφές μπορούν να αντέξουν μέχρι και 20 πλύσεις [5] Φωτοχρωματικές Βαφές (Photochromic Dyes) Πρόκειται για τις βαφές εκείνες οι οποίες παρουσιάζουν το λεγόμενο φαινόμενο του φωτοχρωματισμού, δηλαδή αλλάζουν χρώμα ύστερα από έκθεση σε ορατό ή μη ορατό φως. Η αλλαγή του χρώματος λαμβάνει χώρα ως χημική διαδικασία, όπου μία ένωση υποβάλλεται σε μία αναστρέψιμη αλλαγή μεταξύ δύο καταστάσεων που έχουν διαφορετικά φάσματα απορρόφησης (δηλαδή διαφορετικά χρώματα). Μέχρι σήμερα, ο φωτοχρωματισμός έχει χρησιμοποιηθεί ως επί το πλείστον για οπτική μεταγωγή δεδομένων και συστήματα εικόνας, ενώ οι εφαρμογές στον τομέα της κλωστοϋφαντουργίας είναι πολύ περιορισμένες. Οι περισσότερες εφαρμογές σε υφάσματα περιλαμβάνουν χρωματικές εκτυπώσεις με τα φωτοχρωματικά συστατικά, παρά βαφές με αυτά.

25 16 Πίνακας 1.2: Παραδείγματα θερμοχρωματικών και φωτοχρωματικών βαφών [15] ΆΆλλα χρωματικά φαινόμενα Ο χρωματισμός που προκαλείται από την υγρασία, όπου ένα χρώμα εμφανίζεται όταν το ύφασμα είναι βρεγμένο ή έρχεται σε επαφή με συγκεκριμένους διαλύτες, έχει ερευνηθεί και αξιοποιηθεί από βιομηχανίες προσωπικής υγιεινής, εφαρμόζοντας τον για παράδειγμα σε υγρά μαντηλάκια χεριών. Ο ηλεκτροχρωματισμός αποτελεί ένα ενδιαφέρον πεδίο για την βιομηχανία της κλωστοϋφαντουργίας, καθώς εδώ το χρώμα αναπτύσσεται εξαιτίας του ηλεκτρικού ρεύματος. ΆΆλλες χρωματικές βαφές μπορούν πιθανότατα να χρησιμοποιηθούν σε ενδύματα μόδας αλλά και υψηλών απαιτήσεων, αλλά λόγω κάποιων περιορισμών (κόστος, διάρκεια κτλ.), δεν έχει γίνει προς το παρόν κάποια επιτυχής εμπορική εφαρμογή.

26 17 2. Πεδία Εφαρμογών ΈΈξυπνων Υλικών ΌΌπως έχουμε προαναφέρει, τα εγγενώς έξυπνα υλικά έχουν θέση σε ένα ευρύ πεδίο εφαρμογών που περιλαμβάνουν λειτουργικά νανοσύνθετα υλικά, μέχρι ιατρικά εργαλεία και διαστημικές κατασκευές. Ωστόσο, στην παρούσα διπλωματική έρευνα θα επικεντρωθούμε στις εφαρμογές των έξυπνων υλικών όσον αφορά στον τομέα της κλωστοϋφαντουργίας. 2.1 Εφαρμογές στην Ιατρική ΌΌσον αφορά το ιατρικό πεδίο, ήδη από τις αρχές του 1970 γινόταν χρήση του κράματος νιτινόλ (SMA). Το συγκεκριμένο υλικό χρησιμοποιείται ευρέως στις ιατρικές εφαρμογές μέχρι και σήμερα, καθώς διαθέτει εξαιρετικές ιδιότητες αλλά και βιοσυμβατότητα. Επίσης και τα SMPs έχουν θέση ανάμεσα στις ιατρικές εφαρμογές, καθώς εκτός από την ιδιότητα της βιοσυμβατότητας είναι και βιοδιασπώμενα. Ιδιαίτερα ενδιαφέρουσες είναι οι εφαρμογές τους πάνω σε έξυπνες ιατρικές συσκευές, όπως για παράδειγμα σε αυτές που μέσω laser αφαιρούν μηχανικά θρόμβους από το αίμα όταν αυτό πήζει. Επίσης στο πρόβλημα της παχυσαρκίας τα SMPs χρησιμοποιούνται ως βιοδιασπώμενα ενδογαστρικά εμφυτεύματα, τα οποία διογκώνονται ύστερα από μία χρονική περίοδο και δίνουν στον ασθενή την αίσθηση του κορεσμού ύστερα από την κατανάλωση μίας μικρής ποσότητας φαγητού. ΈΈνα άλλο παράδειγμα αποτελούν τα βιοδιασπώμενα χειρουργικά ράμματα. Σε αυτή την περίπτωση, τα SMP ράμματα έχουν τη δυνατότητα να δένονται μόνα τους και εξαιτίας της βιοδιάσπασης δεν χρειάζονται μετέπειτα αφαίρεση. ΌΌσον αφορά τους μορφομνήμονους αφρούς, έχει προταθεί από τους επιστήμονες η κατασκευή βοηθητικών βαρηκοΐας, τα οποία θα διατηρούν το σχήμα του αυτιού ώστε να τοποθετούνται με ευκολία. Τέλος, χάρη στην ιδιότητα της υπερελαστικότητας, τα SMAs χρησιμοποιούνται στην οδοντιατρική ως υλικά για την κατασκευή προσθηκών, με σκοπό τη διόρθωση προβλημάτων στην οδοντοστοιχία, ασκώντας συνεχή πίεση στα επιθυμητά σημεία [16]. Σπουδαία επιτεύγματα έχουν γίνει και στο πεδίο της βιοιατρικής, όπως για παράδειγμα επιπρόσθετα μέλη στο ανθρώπινο σώμα. 2.2 Εφαρμογές στις Καλές Τέχνες Και στον τομέα των καλών τεχνών, τα μορφομνήμονα υλικά, κατά καιρούς έχουν αποτελέσει πηγή έμπνευσης για διάφορους καλλιτέχνες. ΈΈχουν σχεδιαστεί στο παρελθόν διαμαντένια περιδέραια που έχουν το σχήμα λουλουδιών, τα οποία ανθίζουν με τη θερμοκρασία του σώματος ή ακόμα και βραχιόλια που εφαρμόζονται με ακρίβεια στον καρπό και μπορούν να αφαιρεθούν μόνο εάν έρθουν σε επαφή με κρύο νερό [2]. Δεν είναι όμως λίγες οι φορές που τα SMAs έχουν χρησιμοποιηθεί από καλλιτέχνες ώστε να δημιουργήσουν κινούμενα γλυπτά.

27 Εφαρμογές στην Κλωστοϋφαντουργία - ΈΈξυπνα Υφάσματα Ο όρος έξυπνα υφάσματα διαχωρίζεται από τα έξυπνα υλικά. Το πρώτο έξυπνο ύφασμα ήταν στην ουσία ένα μεταξωτό νήμα που είχε μορφομνήμονες ιδιότητες (αναλογικά με τα μορφομνήμονα κράματα) [17]. Η συνεχής πτώση της βιομηχανίας της κλωστοϋφαντουργίας στον δυτικό κόσμο ήταν ένας παράγοντας που αύξησε το ενδιαφέρον για τα έξυπνα υφάσματα. Τα προϊόντα που αποτελούνται από έξυπνα υφάσματα καλύπτουν όλα τα κριτήρια μίας προηγμένης τεχνολογίας, επιτρέποντας την ανάπτυξη μίας ανταγωνιστικής και υψηλών προδιαγραφών βιομηχανίας. Στην πραγματικότητα, όταν μιλάμε για έξυπνα υφάσματα, αναφερόμαστε σε εκείνα τα οποία είναι ικανά να αντιληφθούν ερεθίσματα από το περιβάλλον, να αντιδράσουν και να προσαρμοστούν σε αυτά, ενσωματώνοντας κάποιες αλλαγές στις λειτουργίες της δομής του υφάσματος [17]. Τα ερεθίσματα και οι αντίστοιχες αποκρίσεις σε αυτά μπορεί να έχουν ρίζες μαγνητικές, ηλεκτρικές, θερμικές, χημικές και άλλες. Το επίπεδο εξυπνάδας των υφασμάτων μπορεί να χωριστεί σε τρεις υποομάδες: παθητικά έξυπνα υφάσματα, τα οποία μπορούν μόνο να λαμβάνουν τα ερεθίσματα του περιβάλλοντος, έχουν δηλαδή το ρόλο αισθητήρων ενεργά έξυπνα υφάσματα, τα οποία μπορούν να αντιλαμβάνονται τα ερεθίσματα του περιβάλλοντος αλλά και να αντιδρούν σε αυτά. Εκτός δηλαδή από τον ρόλο του αισθητήρα δρουν και ως ενεργοποιητές πολύ έξυπνα υφάσματα, τα οποία έχουν την ικανότητα να προσαρμόζουν τη συμπεριφορά τους ανάλογα με τις συνθήκες. Δηλαδή, εκτελούν ευφυώς συγκεκριμένες λειτουργίες αποκρινόμενα σε εξωτερικές διεγέρσεις Κατά κανόνα, δύο στοιχεία πρέπει να είναι παρόντα στη δομή του υφάσματος ώστε να μιλάμε για έξυπνα υφάσματα: ένας αισθητήρας και ένας ενεργοποιητής και είναι πιθανό να υπάρχει και μία μονάδα επεξεργασίας που κατευθύνει τον ενεργοποιητή με βάση τα σήματα του αισθητήρα. Αν και τα έξυπνα υφάσματα μπορούν να εφαρμοστούν σε πολλά πεδία, στην παρούσα διπλωματική θα επικεντρωθούμε στον τομέα της κλωστοϋφαντουργίας. Ομολογουμένως, ο συγκεκριμένος τομέας μπορεί να περιλαμβάνει ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών. Περιλαμβάνει για παράδειγμα έξυπνα ρούχα που χρησιμεύουν σε ιατρικές εφαρμογές. Επίσης, μπορεί να περιλαμβάνει και την καθημερινή ένδυση, η οποία θα μπορεί να είναι τόσο λειτουργική όσο και μοντέρνα. Τέλος, και στον τομέα των αθλητικών ειδών είναι επίσης αξιοποιήσιμα, καθώς η άνεση του χρήστη αποτελεί έναν πολύ σημαντικό παράγοντα. Τα έξυπνα ρούχα είναι αξιοποιήσιμα σε πεδία εφαρμογών όπου απαιτείται η ενεργοποίηση και η παρακολούθηση, όπως για παράδειγμα σε ένα ιατρικό περιβάλλον, σε ανθρώπους που ανήκουν στον ευαίσθητο κοινωνικό ιστό, σε διαστημικές αποστολές αλλά και στον στρατό. Εφαρμογές σαν και αυτές θα αναδείξουν τη σημαντικότητα των έξυπνων υφασμάτων και αυτό σιγά σιγά θα έχει ως αποτέλεσμα να χρησιμοποιούνται από μεγαλύτερο φάσμα χρηστών και σε εφαρμογές όπως διασκέδαση, σπορ, εργασιακού περιβάλλοντος και όχι μόνο. Στον παρακάτω Πίνακα 2.1 συνοψίζονται τα έξυπνα υλικά

28 19 και οι εφαρμογές/ λειτουργίες τους στον τομέα της κλωστοϋφαντουργίας. Οι περισσότερες εφαρμογές θα αναλυθούν παρακάτω. Πίνακας 2.1: ΈΈξυπνα υλικά και οι εφαρμογές τους σε υφάσματα [18]

29 Υφάσματα που αναπνέουν (smart breathable fabrics) Τα υδροφοβικά (hydrophobic) ενδύματα είναι τα πιο συνηθισμένα στον τομέα των breathable ενδυμάτων. Πρόκειται για ενδύματα που έχουν πορώδη επιφάνεια και επιτρέπουν την διαφυγή του ιδρώτα ενώ παράλληλα είναι αδιάβροχα. Υπάρχουν υφάσματα που περιέχουν και υδροφιλικά και υδροφοβικά πολυμερικά στοιχεία. Το υδροφοβικό κομμάτι παρέχει αντίσταση στο νερό ενώ το υδροφιλικό επιτρέπει την απομάκρυνση του ιδρώτα [19]. ΈΈνας από τους πρώτους τύπους υφάσματος που βγήκε στην αγορά και στόχευε στη βελτίωση της μόνωσης ήταν τα breathable ενδύματα Gore-Tex. Τα υφάσματα αυτά βασίζονταν σε μία μεμβράνη που αποτελούνταν από πολλούς πόρους με ελάχιστη διάμετρο ο καθένας και επέτρεπε την απομάκρυνση του ιδρώτα ενώ παράλληλα προσέφερε προστασία από τη βροχή. Αυτά τα υφάσματα εκτός από αδιάβροχα ήταν και αντιανεμικά. Εφαρμόστηκαν σε διάφορους τομείς όπως στον στρατό, στην αστυνομία, στην πυροσβεστική αλλά και στις υπαίθριες δραστηριότητες αναψυχής. Επίσης χρησίμευσαν στον τομέα της χειρουργικής αφού εφαρμόστηκαν σε επαναχρησιμοποιούμενα χειρουργικά ενδύματα, παρέχοντας παράλληλα άνεση και προστασία από το αίμα ή άλλα σωματικά υγρά στο χρήστη [20]. SMPs Τα breathable υφάσματα τα οποία βασίζονται στα SMPs, δρουν όπως ένας διακόπτης ώστε να ελέγχουν την μετάδοση της υγρασίας. Σε μία χαμηλή θερμοκρασία η επένδυση του υφάσματος διογκώνεται και αυτό έχει ως αποτέλεσμα να κλείσουν οι μικρορωγμές. Σε μία υψηλότερη θερμοκρασία από αυτή της μετάβασης (transition temperature), η επένδυση χαλαρώνει και έτσι οι μικρορωγμές ανοίγουν. Η μορφνομνήμονη πολυουρεθάνη (SMPU) που χρησιμοποιείται για τέτοιου είδους υφάσματα, είναι κατάλληλη διότι η θερμοκρασία υαλώδους μετάπτωσης της προσεγγίζει τη θερμοκρασία του σώματος. ΌΌταν η θερμοκρασία του σώματος ξεπερνά την θερμοκρασία υαλώδους μετάπτωσης του SMPU φιλμ, η θερμότητα και η υγρασία απελευθερώνονται στο περιβάλλον ώστε το ένδυμα να είναι πιο άνετο για τον χρήστη. ΌΌταν η θερμοκρασία του σώματος είναι κάτω από τη θερμοκρασία υαλώδους μετάπτωσης, τότε ο αέρας και η υγρασία παραμένουν στο ένδυμα. ΆΆρα, το SMPU φιλμ βοηθάει στο να διατηρείται η θερμοκρασία του σώματος σταθερή. Προσθέτοντας υδροφιλικά στοιχεία στα SMPUs, μπορεί να βελτιωθεί η διαπερατότητα της υγρασίας και του νερού (water vapor permeability, WVP). Ομοίως αυτό μπορεί να επιτευχθεί και με το σχηματισμό μικροαφρών στα SMPUs. Το SMPU φιλμ που εξαρτάται από τη θερμότητα μπορεί να πλαστικοποιηθεί, να επικαλυφθεί ή και να διπλοφοδραριστεί με τα συμβατικά υφάσματα [18]. Πιο συγκεκριμένα, η εταιρία Mitsubishi Heavy Industries δημιούργησε μία νέα σειρά αθλητικών ενδυμάτων με την ονομασία Diaplex. Η κεντρική ιδέα βασιζόταν στην πλαστικοποίηση ενός SMP μεταξύ δύο επιπέδων υφάσματος, έχοντας ως αποτέλεσμα τη δημιουργία μίας μεμβράνης. Με αυτό τον τρόπο το ένδυμα μπορούσε να είναι αδιάβροχο, αντιανεμικό και breathable παράλληλα. Η μεμβράνη Diaplex ενεργοποιείται όταν η θερμοκρασία ξεπεράσει μία καθορισμένη και έτσι η μικροπορώδης δομή της πολυμερικής μεμβράνης επιτρέπει την απελευθέρωση του ιδρώτα και της θερμότητας από το σώμα [21].

30 21 PCMs Τα υλικά αλλαγής φάσης είναι επίσης χρήσιμα για τη δημιουργία breathable υφασμάτων. Αν και ο μηχανισμός τους δεν είναι υπεύθυνος για να ρυθμίζει εάν θα περάσει υγρασία στο ύφασμα, η ενσωμάτωση τους στο τελευταίο έχει ως αποτέλεσμα την βελτίωση του μηχανισμού διαχείρισης της υγρασίας και της θερμοκρασίας. ΈΈχει επίσης αποδειχθεί ότι υφάσματα που περιέχουν PCMs, μέσω της μικροενθυλάκωσης, είναι πιο άνετα για τον χρήστη από τα συμβατικά αδιάβροχα υφάσματα. Γενικότερα σε εφαρμογές υφασμάτων, το PCM είναι έγκλειστο σε μικρές πλαστικές σφαίρες που έχουν ελάχιστη διάμετρο. Αυτές οι μικροσκοπικές σφαίρες είναι οι λεγόμενες PCM μικροκάψουλες και είτε είναι μόνιμα ενσωματωμένες στις ίνες είτε στους PU αφρούς είτε στην επένδυση του ενδύματος [13] Βελτιωμένη φροντίδα υφασμάτων (υφάσματα που δεν χρειάζονται σιδέρωμα) Για υφάσματα που περιέχουν βαμβάκι ή άλλες κυτταρικές ίνες, η εύκολη φροντίδα (easycare), η ανθεκτικότητα στην πίεση και η αποφυγή σιδερώματος πρέπει να είναι αποτέλεσμα πολύ προσεκτικού μορφομνήμονου φινιρίσματος ώστε να διατηρηθούν οι αισθητικές, άνεσης και ιδιότητες υφής του ενδύματος [22]. Τα SMPs που αντιδρούν στη θερμότητα μπορούν να ενσωματωθούν σε υφάσματα μέσω του φινιρίσματος και των ινών. Η Εικόνα 2.1 δείχνει τη διαδικασία της ανάκτησης του σχήματος ενός υφάσματος που περιέχει μορφομνήμονη πολυουρεθάνη (SMPU). Τα βαμβακερά υφάσματα που περιέχουν SMPs δεν παρουσιάζουν ζάρες εάν τσαλακωθούν (wrinkle-free) εξαιτίας της ανάκτησης του σχήματος τους. Ειδικά τα βαμβακερά ρούχα, αναπτύσσουν ζάρες πολύ εύκολα εάν υποστούν έστω και μικρή πίεση, ενώ κάποιος τα φοράει ή κατά την αποθήκευση τους, λόγω των υδρογενών δεσμών που περιέχουν. Επίσης και στα μάλλινα υφάσματα μπορεί να εφαρμοστεί το SMPU και να έχει τον ίδιο μηχανισμό αντίδρασης με τα βαμβακερά [18]. Εικόνα 2.1: Ανάκτηση σχήματος ενός υφάσματος που έχει υφανθεί με SMP στους 50 βαθμούς Κελσίου με χρόνους ανάκτησης (a) 0 sec, (b) 15 sec, (c) 30 sec, (d) 45 sec [18]

31 22 Πιο συγκεκριμένα, η ιταλική εταιρία Corpo Nove παρουσίασε ένα μακρυμάνικο πουκάμισο με την ονομασία Oricalco (Εικόνα 2.2), απο ύφασμα το οποίο ενσωματώνει στη δομή του SMAs και έχει τη δυνατότητα να θυμάται διαφορετικές μορφές αποκρινόμενο στα ερεθίσματα του περιβάλλοντος. Εκτός από τις θερμορυθμιστικές του ιδιότητες, οι οποίες αναφέρθηκαν στην παράγραφο 1.1.2, έχει και την επιπλέον ιδιότητα να μην χρειάζεται σιδέρωμα. Η ιδιότητα του αυτή οφείλεται στην δυνατότητα του να επανέλθει πλήρως στο αρχικό του σχήμα, αφού έχει συμπιεστεί στο μικρότερο δυνατό όγκο του, χρησιμοποιώντας ως πηγή θερμότητας μέχρι και ένα απλό πιστολάκι μαλλιών [5, 23]. Εικόνα 2.2: (Αριστερά) Πουκάμισο από μορφομνήμονο ύφασμα Oricalco. (Δεξιά) Μορφομνήμονο ύφασμα [23] Μορφομνήμονες ίνες σε υφάσματα Σε σύγκριση με τα SMPU φιλμ, οι SMPU ίνες διαθέτουν υψηλότερη δυνατότητα ανάκτησης σχήματος και υψηλότερη ανάκτηση πίεσης. Οι SMP ίνες μπορούν αρκετά εύκολα να ενσωματωθούν σε υφάσματα και υπερισχύουν σε πλεονεκτήματα των SMA ινών. Οι SMA ίνες, όπως έχουμε προαναφέρει, μπορεί να χαλάσουν την υφή του υφάσματος. Οι SMP ίνες έρχονται σε καλύτερη επαφή με το ανθρώπινο σώμα εξαιτίας της πολυμερικής τους φύσης, δίνοντας την αίσθηση ότι πρόκειται για συμβατικό ύφασμα. Τέλος, οι SMP ίνες είναι πολύ πιο φθηνές σε σχέση με τις SMA ίνες. Τα μορφομνήμονα υφάσματα που περιέχουν SMP ίνες μπορούν να χρησιμοποιηθούν στον τομέα της ένδυσης και να δημιουργήσουν ενδύματα που προσαρμόζονται στις θερμοκρασιακές συνθήκες του περιβάλλοντος. Μέσω του φαινομένου της πλαστικής