工程师用聚乙烯一种常用于塑料袋的材料开发了自冷却织物姜星

工程师用聚乙烯（一种常用于塑料袋的材料）开发了自冷却织物

在考虑可能成为未来面料的材料时，科学家们在很大程度上放弃了一种广泛使用的选择：聚乙烯。

聚乙烯是保鲜膜和食品袋的材料，它既轻又薄，可以使您比大多数纺织品更凉爽，因为它可以让热量通过而不是将热量滞留在其中。

但是聚乙烯也可以锁住水和汗液，因为它无法吸走并蒸发水分这种抗芯吸性能一直是聚乙烯被用作耐磨纺织品的主要阻碍因素。

现在，麻省理工学院的工程师已经将聚乙烯纺成纤维和纱线，以吸干水分。他们将纱线编织成丝质轻巧的织物，比棉花，尼龙和聚酯等普通纺织品吸收和蒸发水分的速度更快。

他们还计算了聚乙烯的生产和用作纺织品所具有的生态足迹。

与大多数假设相反，他们估计聚乙烯纤维在生命周期中对环境的影响可能比棉和尼龙纤维要小。

研究人员希望，由聚乙烯制成的织物能够为将塑料袋和其他聚乙烯产品循环利用为可穿戴纺织品提供动力，从而增加材料的可持续性。

“一旦有人将塑料袋扔到海洋中，那就是个问题。

但是这些袋很容易回收，如果您可以将聚乙烯制成运动鞋或连帽衫，那么从这些袋子中回收并回收它们在经济上是有道理的，麻省理工学院机械工程系的研究科学家Svetlana Boriskina说。

Boriskina和她的同事今天在《自然可持续性》中发表了他们的发现。

水灯芯

聚乙烯分子具有一个碳原子主链，每个碳原子连接一个氢原子。这种简单的结构经过多次重复，形成了一种类似于聚四氟乙烯的结构，可以抵抗水和其他分子的粘附。

“我们与每个人交谈的人都说聚乙烯可能会让您保持凉爽，但它不会吸收水分和汗水，因为它会排斥水，因此，它不能用作纺织品，” Boriskina说。

然而，她和她的同事们试图用聚乙烯制造可编织纤维。他们从原始粉末状的聚乙烯开始，并使用标准的纺织品制造设备将聚乙烯熔化并挤压成细纤维，类似于将意大利面条切成细条。

出乎意料的是，他们发现这种挤压过程会轻微氧化材料，从而改变纤维的表面能，从而使聚乙烯变得微弱的亲水性，并能够将水分子吸引到表面。

该团队使用第二台标准挤出机将多条聚乙烯纤维捆束在一起，制成了可编织的纱线。他们发现，在一股纱线中，纤维之间的空间形成毛细管，一旦被吸收到纤维表面，水分子就可以通过毛细管被动吸收。

为了优化这种新的芯吸能力，研究人员对纤维的性能进行了建模，发现在整个纱线中沿特定方向排列的一定直径的纤维可以提高纤维的芯吸能力。

基于他们的模型，研究人员制造出了具有最佳纤维排列和尺寸的聚乙烯纱线，然后使用工业织机将纱线织入织物中。

然后，他们通过将织物条浸入水中并测量液体芯吸或爬升每个条带所花费的时间，来测试聚乙烯织物在棉，尼龙和聚酯上的芯吸能力。

他们还将每块织物按比例放置在单个水滴上，并在水通过毛细作用穿过织物并蒸发后随时间测量其重量。

在每项测试中，聚乙烯织物都比其他普通织物更快地吸干并蒸发了水。研究人员确实观察到，聚乙烯由于反复润湿而失去了部分吸水能力，但通过简单地施加一些摩擦或使其暴露在紫外线下，他们又使该材料再次变得亲水。

“您可以通过摩擦材料来刷新材料，从而保持其芯吸能力，” Boriskina说。“它可以连续地和被动地抽走水分。”

生态循环

研究小组还发现了一种将颜色掺入聚乙烯织物中的方法，这仍然是一个挑战，这又是由于该材料具有抵抗与其他分子结合的能力。

研究人员将彩色颗粒添加到粉末状聚乙烯中，然后将其挤出成纤维形式。这样，颗粒被包裹在纤维内，成功地赋予它们颜色。

Boriskina说：“我们不需要通过将纺织品浸入苛刻的化学药品溶液中来进行传统的染色过程。”

“我们可以以完全干燥的方式对聚乙烯纤维进行着色，并且在其生命周期结束时，我们可以融化，离心并回收颗粒以再次使用。”

研究人员说，研究小组的干法染色工艺有助于减少聚乙烯的生态足迹，而如果将聚乙烯用于制造纺织品，聚乙烯将具有相对较小的生态足迹。

该团队通过使用纺织行业常用的生命周期评估工具来计算此足迹。研究人员考虑到聚乙烯的物理特性以及织物的制作和着色工艺，与聚酯和棉相比，生产聚乙烯纺织品所需的能源更少。

“聚乙烯具有较低的熔融温度，因此，例如，您不必像其他合成聚合物材料一样将其加热那么多，” Boriskina解释说。“

合成原始聚乙烯还比合成聚酯或尼龙等传统纺织材料释放出更少的温室气体和废热。棉花还需要大量土地，肥料和水才能生长，并且需要经过苛刻的化学处理，所有这些具有巨大的生态足迹。”

她说，在使用阶段，聚乙烯织物对环境的影响也较小，因为与棉和其他纺织品相比，聚乙烯织物的洗涤和干燥所需的能源更少。

“它不会变脏，因为没有东西粘在上面，”博里斯基纳说。“您可以在冷循环中洗涤聚乙烯10分钟，而在热循环中洗涤棉花一个小时。”

该团队正在探索将聚乙烯织物结合到轻质，被动冷却的运动服装，军装甚至下一代航天服中的方法，因为聚乙烯可以屏蔽有害的X射线对太空的辐射。

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