Alakemlékező tulajdonságú textíliákkal elérhető, hogy az eredetitől eltérő alak pl. hőre (hidegre ill. melegre), fényre, nedvességre, a pH-érték megváltozására – akár ezek kombinációira is – térjen vissza eredeti alakjára. Ezzel a módszerrel egy textília ill. a belőle készült termék alakját, esztétikai megjelenését (mintázatát, fényét, színét), viselési tulajdonságait (fogását, nedvességfelvevő képességét, légáteresztő képességét stb.), lehetővé teszi egy sebhely gyógyulásának figyelését és védelmét, a kelme anyagában elhelyezett gyógyszerkapszula felszabadítását stb. Nagy érdeklődésre tartanak számot azok az intelligens ruházatban való alkalmazások is, ahol a kelmék részeinek méretének vagy orientációjának megváltoztatásával az emberi testre gyakorolt különböző nyomás alkalmazását teszik lehetővé, ami a sporttól a sebellátásig, a levegő- és vízgőzáteresztő képesség módosítására szolgáló területek megnyitásáig vagy lezárásáig, vagy egyszerűen csak a nagy gyűrődés-visszanyeréssel rendelkező ruhák előállításáig lehet hasznos. Végül pedig az alakemlékező textíliák új lehetőségek széles skáláját kínálják a textil- és ruházati tervezésben.

Alakemlékező tulajdonságokkal fémötvözetek és műanyagok (polimerek) is elláthatók. A textilipar számára elsősorban ez az utóbbi csoport fontos, mert egyrészt a szintetikus szálasanyagok is valójában vegyi úton, mesterségesen előállított polimerekből álló műanyagok, amelyek készülhetnek alakemlékező tulajdonságokkal, másrészt a textilkikészítésben is alkalmazhatók olyan polimerek a textíliákon, amelyek alakemlékező hatásukkal a textília valamely tulajdonságát befolyásolják.

Az alakemlékező textíliák nagy lehetőségeket kínálnak az intelligens textíliák és ruházati termékek körében, ezért világszerte jelentős kutatási tevékenység folyik ezen a téren, amelyek eredményei már az ipari gyakorlatban is megjelennek. Aktuátorként használhatók például a lágy robotika számára (ezek a merev anyagok és a darabos mozgások helyett puha, szerves struktúrák és a természetben előforduló mozgások imitációját végzik), ahol az elektromos aktuátorok részben helyettesíthetők más ingerek által vezérelt alakemlékező anyagokkal

Alakemlékező polimerek

Számos polimer mutat alakemlékező tulajdonságokat. Az alakemlékező polimerláncokban kemény és a lágy szakaszok váltakoznak. Az egymás melletti kemény szakaszok szabályos kristályszerkezetet alkotnak és hidrogénkötésekkel kapcsolódnak egymáshoz. A lágy szakaszok szerkezete ezzel szemben más: az üvegesedési átmeneti hőmérséklet alatt amorf szerkezetet mutatnak. Ezek a szakaszok kovalens kötésekkel kapcsolódnak a kemény szakaszokhoz. Az alakemlékező képesség akkor jó, ha a kemény szakaszok aránya 25–40% között van. Az üvegesedési hőmérséklet alatti állapotban a polimer kemény és erősebb, a másik, az üvegesedési hőmérséklet feletti állapotban rugalmas, gumiszerű, alakítható. Ha azonban a polimert ismét az üvegesedési hőmérséklet alá hűtik, újra visszanyeri eredeti, a deformációt megelőző állapotát.

Az alakemlékező polimerekből készült szálasanyagokat száraz, nedves (kicsapó fürdős) vagy olvadékos szálképzési eljárással készíthetik, ami hatással van tulajdonságaikra is. Az olvadékos szálképzési eljárással készült szálak nagyobb szilárdságúak, nyújthatóságuk jobban szabályozható, alakvisszanyerő tulajdonságuk jobb, mint a nedves eljárással készült szálaké, és az előállítás technológiája termelékenyebb és kevésbé környezetszennyező.

Alakemlékező tulajdonsággal több polimer fajta is felruházható. Textilipari alkalmazásban leggyakrabban poliuretánt (PU), polietilént (PE) és poli(etilén-tereftalátot) (PET) használnak erre a célra.

Alakemlékező polimerek alkalmazása a textiliparban

Az alakemlékező polimerek különböző tulajdonságokkal rendelkeznek. amelyeket az intelligens textíliák gyártásához lehet felhasználni.

Az ilyen szálakból készült fonalakból a hagyományos textilipari eljárásokkal (szövés, kötés, fonatolás) készítenek kelméket és azokból készre gyártott textiltermékeket (ruhákat és műszaki vagy egészségügyi, gyógyászati textíliákat). Az alakemlékező tulajdonság kihasználható a termék formájának, mintázatának, méretének, terjedelmének, vagy valamilyen más fizikai tulajdonságának (pl. légáteresztő képességének, vízfelvevő képességének) módosítására és ezzel hozzájárulhatnak a viselési kényelem javításához is. 

Az alakemlékező szálasanyagok mellett textilipari termékeknél gyakran alkalmaznak ilyen tulajdonságú filmeket textilkelmére laminálva, vagy alakemlékező polimert valamely kelme bevonására kenési eljárással is.

Hő- és nedvességszabályozás

A hő- és nedvességszabályozó ruházat a viselési kényelem szempontjából rendkívül fontos és ebben az alakemlékező polimerek alkotta szálasanyagokból készült textíliák nagy segítséget tudnak nyújtani. A vízgőzáteresztő képesség az emberi test hőmérsékletével együtt szabályozható. A polimer üvegesedési hőmérséklete fölött a polimer molekulaszerkezete fellazul és ezzel elősegíti a pára és a hő átáramlását. Ha azonban a testhőmérséklet az üvegesedési hőmérséklet alá süllyed, a molekulaszerkezet ismét zártabbá válik és megakadályozza a hő- és nedvességveszteséget. Így az ilyen anyagból készült ruházat alkalmas a stabil testhőmérséklet fenntartására.

Az alakemlékező polimerek hő- és nedvességszabályozásra való alkalmazásának másik változata a fólia (membrán) készítése, amit laminálással rögzítenek a kelme felületére, vagy két kelmeréteg közé helyeznek el a ruhában. Ezek a rétegek is akkor reagálnak, ha a külső ruházati réteg hőmérséklete bizonyos határ alá csökken, ezért a ruházati rétegek közötti légrés mozgás közben szélesebbé válik.

Alakra illeszkedő képesség

Bár egy szál alakemlékező hatását alapvetően a szál hosszának változásának tekintik, de ez az alakemlékező textíliákba való beépítés után – a környezeti hőmérséklet változásával – számos formát ölthet: hajlítás, zsugorodás és vastagságnövekedés, amit a kelmeszerkezetek határoznak meg. Az ilyen szálakból gyártott ruhadarabok megfelelően képesek illeszkedni viselőjük testéhez, anélkül, hogy – például az elasztánszálakkal ellentétben – jelentősebb szorítóerőt gyakorolnának a viselőre. Az alakemlékező szálakból készült, jobb komfortérzetet nyújtó kelme különösen alsóruházathoz és kevésbé szorító zoknikhoz használható.

Gyűrődésmentesítés

Az alakemlékező polimerekkel kezelt pamutszövetek gyűrődésmentesek. A pamutszövetek gyűrődésmentesítésének hagyományos módszere egy, rendszerint formaldehidet tartalmazó reaktív műgyantát használnak, amely a cellulózszálakkal kémiai reakcióba lép és ezzel megváltoztatja annak tulajdonságát. A formaldehid azonban rákkeltő hatású, ezért alkalmazását jobb elkerülni. Megfelelő alakemlékező polimerrel ez a veszély elhárítható. Az így kezelt pamutkelme többszöri – akár több száz – mosás után is megfelelő gyűrődésmentességet mutat, emellett nagyobb mintamegtartó képességgel is rendelkezik, ami szintén esztétikai előny.

Gyapjútextíliák nemezelődésmentesítése

A kezeletlen gyapjúszövetek és kötött kelmék mosásban nemezelődnek, ami a gyapjúszálak pikkelyes felületének következménye. Poliuretán alapú alakemlékező polimerből készült, felületbevonó gyantával kezelt gyapjú e tulajdonsága csökkenthető.

A víztaszító képesség befolyásolása

Egy textília víztaszító képességének javítására a szokásos eljárás az, hogy a kelmén hidrofób bevonatot hoznak létre. Alakemlékező polimerekkel való kezeléssel elérhető, hogy a textília felületén a szálak alakjának nedvesség hatására történő megváltozásával a felületen apró, mikro- vagy nanoméretű szemcsék keletkezzenek, ami lótusz-effektust hoz létre: megakadályozzák a vízcseppek ellaposodását, megtapadását, ehelyett gömbölyűek maradnak és leperegnek a felületről. Az ilyen kelmék például a kezeletlen kelmékhez képest sokkal könnyebben tisztíthatók. 

Hőmérséklet-változásra válaszoló tulajdonságok

A hőre reagáló alakemlékező polimereket általában úgy állítják be, hogy vagy az üvegesedési átmeneti hőmérsékleten, vagy az olvadási hőmérsékleten váltsák ki hatásukat (ez az ún. kiváltási hőmérséklet) A kiváltási hőmérséklet akár a testhőmérséklet körül is beállítható, ami alkalmassá teszi az ilyen anyagokat olyan textilipari alkalmazásokhoz, mint például a mechanikai tulajdonságok vagy a forma változásának programozott visszafordítása. Ilyen például a hidrogéllel kezelt pamutszövet, amely képes a nedves levegőből nagymennyiségű vizet felvenni, ami később a kiváltási hőmérsékletnél magasabb hőmérsékleten ismét ki tudott szabadulni. 

Az ilyen típusú polimerekkel kezelt textíliák gyűrődésmentes vagy éppen gyűrődéstartó, zsugorodásmentes vagy zsugorodó tulajdonságokkal is felruházhatók. Egy ilyen meggyűrődött pamutszövet például rövid időn belül belül visszanyerheti eredeti sima alakját, ha gőzt fújnak rá.

A hőre reagáló polimer hidrogél háromdimenziós makromolekuláris gélhálózat, amely nagy mennyiségű vizet tartalmaz a szerkezetén belül. Az ilyen gélek duzzadási foka egy kritikus hőmérséklet (32–34 °C) alatt ill. felett növekszik ill. csökken. A végeredmény a hidrofób kölcsönhatások miatt a gél zsugorodását eredményezi. Ez a kritikus hőmérséklet közel van az emberi test hőmérsékletéhez. Az ilyen anyaggal bevont textíliák visszafordítható duzzadást/zsugorodást (hidratálást/dehidratálást) és a textília jó vízgőzáteresztő képességét mutatnak. Ezek a tulajdonságok lehetővé teszik hőmérséklet-érzékeny higroszkópos szövetek, hőmérséklet-érzékeny dezodoráló szálak és hőmérséklet-érzékeny tápanyagszállító szövetek létrehozását. 

Fényre válaszoló alakemlékező polimerek alkalmazása

A fényre válaszoló polimerek különösen vonzóak a különböző textilipari alkalmazások számára. Számos polimert fejlesztettek ki és alkalmaznak. Az ilyen fényre válaszoló polimerek aktiválásához speciális hullámhosszú fényre van szükség, ami azonban korlátozza a ruházati termékekben való gyakorlati alkalmazásukat. Egy ilyen polimerrel a kezelt textília látható fénnyel való besugárzás hatására alakváltozásokra képes, például gyűrődései kisimulnak. 

Egészségügyi és kozmetikai textíliák

A hőre vagy a pH-értékre válaszoló, stimuláló hatású hidrogéllel kezelt textíliák felhasználásával készült bőrápolási termékek hidratáló, fehérítő, fényesítő, sőt öregedésgátló hatásúak az emberi bőrre nézve. Egy ilyen textília reagál az emberi test hőmérsékletére és így hőmérsékletre reagáló hordozóanyagként is használható bőrtápláló anyagok, illatanyagok, dezodoráló anyagok, vagy akár gyógyszerek emberi bőrre történő szabályozott felszabadítására.

Alakemlékező fémötvözetek alkalmazása textíliákban

Az alakemlékező polimerek mellett az alakemlékező fémötvözeteknek is van jelentőségük a textíliák körében, a textília alakváltozásának szabályozásában.

Az alakemlékező fémötvözetek képesek egy előzetesen definiált alakot megfelelő hőfolyamatok hatására ismételten felvenni. Több ilyen ötvözet ismert, de ezek közül a legismertebb a nikkel-titán (NiTi, Nitinol) ötvözet. Az alakváltozás folyamata ezeknek az ötvözeteknek az anyagszerkezetében, a kristályszerkezet átrendeződésével magyarázható: a kristályszerkezetben hőmérséklet-változással és mechanikai terheléssel kiváltott átrendeződés, azaz fázisátalakulás következménye. Azt a hőmérsékletet, ahol a fázisátalakulás bekövetkezik, átalakulási hőmérsékletnek nevezik. Az alakemlékező Nitinol ötvözetek viszonylag nagy (7–8%) deformációra és nagyszámú – akár 100 000 – ismétlésre képesek.

Alakemlékező Nitinol ötvözetből huzalokat, rugókat, lemezeket és csöveket készítenek, amelyekkel általában különböző szerkezeteket mozgatnak. Felhasználási területeiket főleg a járműiparban, a robotokban és az orvostechnikai eszközökben találjuk meg, de textíliákban is alkalmazásra is találtak.

Textíliákban alkalmazott alakemlékező ötvözetek

Az alakemlékező ötvözetekből készült huzalokat elsősorban különféle mintázási célokra alkalmazzák szövetekben, intelligens ruházati termékekben, függönyökben, intelligens szobai válaszfalakban stb. Például Nitinol-huzalból készült rúgók hővédő ruházatba való integrálásával lehetővé válik a szövetrétegek közötti légrés módosítása és ezzel a hőszigetelés fokozása. Egy másik alkalmazásban a ruhaujj szövetébe integrált alakemlékező fémhuzal felmelegedéskor megrövidíti azt, a környezet lehűlésekor pedig a ruha ujja ismét megnyúlik – ezzel javítva viselőjének közérzetét hőmérséklet-változáskor.

A szövés, kötés, nemszőttkelme-gyártás, varrás és hímzés egyaránt lehetővé teszi a vékony huzalok beépítését vagy hozzáadását a kelméhez. Ezzel a módszerrel különféle alakemlékező tulajdonságokat érhetnek el úgy is, hogy az alapanyag magától nem mutatna ilyen hatást. Ehhez többnyire szálakkal burkolt, néhány tized vagy század milliméter vastagságú alakemlékező anyagú huzalokat használnak, amelyek részt vesznek a kelmeképzésben és beépülnek a kelmeszerkezetbe, ill. varrásnál a varratba, hímzéskor a hímzett mintázatba. Hőmérséklet-változáskor kifejtik hatásukat és például összehúzzák a kelmét, ezzel valamilyen térbeli mintázatot képezve az eredetileg síklap alakú kelméből. Az eredeti hőmérsékletre visszaállva a kelme ismét kisimul. Hasonló hatásokat érhetnek el alakemlékező anyagból készült bevonatnak a kelmére applikálásával.