相變材料(PCM，Phase Change Material)是一種利用相變潛熱來貯能和放能的化學材料，其原理是所含有的相變物質隨外界溫度升高時吸收儲存熱量，自身由固態(tài)變成液態(tài)，當溫度降低時，由液態(tài)變成固態(tài)，放出相變物質儲存的熱量，從而實現某產品的溫度自調節(jié)功能，創(chuàng)造舒適的溫度環(huán)境。迄今為止，相變材料主要包括無機PCM、有機PCM和復合PCM。已開發(fā)和應用的單一型PCM有500多種，還有通過復合技術開發(fā)和應用的具有獨特相變特性的復合PCM。根據相變材料相變過程的形態(tài)不同，又可分為固-液、固-固、固-氣、液-氣四種相變形態(tài)。其中發(fā)展較快，研究和應用較多的是固-液相變。根據相變溫度，相變材料可分為高溫、常溫和低溫材料。高溫材料在200～1000℃范圍，主要是一些無機鹽類，適用于一些特殊的高溫環(huán)境。常溫低溫材料在-20～200°C范圍，主要是一些無機鹽水合物、有機物、高分子，適用于工農業(yè)、民用等。
一段時間以來，對貯能材料的研究，主要集中在無機水合物方面。這種材料的特點是具有較高的潛熱和良好的導熱性，但易發(fā)生相分離，有較嚴重的過冷現象。而石蠟、脂肪酸、多元醇和酯等有機化合物貯能材料具有過冷程度小、無相分離等優(yōu)點。因此研究有機相變貯能材料——聚乙二醇頗具實際意義。
一、不同分子量聚乙二醇的相變熱性質
聚乙二醇(PEG)本身是一種常用相變材料，在對聚乙二醇進行冷熱循環(huán)處理時，其超分子結構會發(fā)生某種相的轉變，從而改變宏觀性質而具有特殊的蓄熱調溫性能。聚乙二醇由于聚合程度的不同，可形成一系列平均分子量從200～20000不等的聚合物。此類聚合物在常溫20°C下，當平均分子量高于600時以固態(tài)形式存在。其發(fā)生固一液，固一固相變時的溫度隨聚合度的不同，相變溫度的變化范圍是室溫至65%左右，其潛熱較大，表明它們是適合于熱貯藏應用的。對于服裝用的相變材料，相變溫度一般為30～35%，接近于體溫。以PEG作為相變材料。用不同方式添加到紡織材料上，可以使織物具有雙向調溫的特殊功能。

二、PEG制成相變材料的方式
1、填充纖維法
早期的相變纖維大多通過兩個步驟制備，先制成中空纖維，然后將其浸漬在相變材料中，使中空部分充滿PCM，經干燥再利用特殊技術將纖維兩端封閉。Vigo等人自20世紀80年代中期開始研究將中空纖維浸漬于低分子量的PEG(M<1000)或塑晶材料的溶液或液體中，使PEG或塑晶進入纖維內部，得到在-40～60%溫度范圍內具有相變特性的纖維。該方法設備簡單操作便利，但是由于低分子量的PEG溶于水，在織物洗滌過程中會逐漸損失，因而不具有實用價值。
2、交聯沉積法
PEG在交聯劑DMDHEU(2D樹脂)、MgCl2·6H2O/檸檬酸的作用下，可與纖維素纖維發(fā)生交聯反應，形成纖維-聚合物線性或網狀粘接模式，沉積、固著在纖維上。
采用交聯方式將PEG添加到紡織材料上，除了能賦予紡織材料特殊的蓄熱調溫功能外，也使紡織材料的其他性能有所改善，其中抗菌活性、回彈性、回潮率明顯增高，而耐磨性、抗起毛起球性、抗靜電性及易去污性能等均有所改善。但在上述性能改善的同時，這種方式卻使織物的強力呈不同程度的下降。從反應機理上看，PEG可與棉、滌棉混紡、羊毛、尼龍等多種纖維發(fā)生交聯，從而獲得上述性能。
3、復合紡絲法
將按一定比例的聚合物和PEG熔體或溶液用復合紡絲技術直接紡制成皮芯型相變纖維。為了改善可紡性和減小PEG在加工過程中化學穩(wěn)定性對工藝路線實施的影響，一般添加第三組分。張興祥等人以聚丙烯(PP)和分子量為1000～20000的PEG及增稠劑為原料，采用熔融復合紡絲法研制出以PEG為芯層的皮芯復合相變材料。將該纖維加工成490g/m2的非織造布，在環(huán)境溫度35.5°C左右時內部溫度比純PP非產業(yè)用紡織品織造布低3.3°C，在26.9°C左右時內部溫度比純PP非織造布高6.1°C。
4、共混產生相變材料
高聚物經過共混后，由于受到共混物中其他聚合物的作用和影響，聚合物的某些性質會發(fā)生很大的變化，賦予高聚物本身不具備的新的性質或性能。PEG和纖維素在二甲基亞砜/多聚甲醛(DMSO/PF)的溶劑體系中表現出良好的相容性，再生共混物的相變焓較大，相變性質為固-固相轉變。
5、微膠囊法和涂層法
將平均顆粒直徑為5μm的含有PEG的微膠囊與粘合劑、分散劑、消泡劑等混合均勻，涂敷在織物或非織造布表面，在適宜溫度下干燥，然后將織物或非織造布皂洗，除去未反應成分，干燥后得到具有吸收和放出熱量功能的織物或非織造布?；蛘邔⑽⒛z囊混入紡絲液中混合紡絲。
科研人員將PEG作為PU合成的多元醇組分，通過選擇和設計PEG的聚合度和含量，使得PU涂層中的PEG相區(qū)的相變轉化溫度，恰好在人們感覺最舒適的溫度范圍。這樣，環(huán)境溫度高于其熔融溫度時，涂層相變吸熱，同時聚合物體積膨脹，親水基團空間體積增大，熱運動加劇，使透氣量增大，排熱排汗速度加快，使人有涼爽的感覺；當環(huán)境溫度低于結晶溫度時，PEG鏈段結晶，PU涂層相變放出熱量，同時封閉孔隙，又由于親水基團活性降低，透氣性減少，從而具有良好的擋風和保暖性能。

三、PEG相變材料的用途
PEG相變材料由于PEG自身獨特的相變特性和跨度較大的相變溫度，使得PEG相變材料在許多方面得到應用。
1、日用品
如保暖服裝、電器防熱外殼、保鮮盒、保溫盒、取暖器、儲能炊具、寢具等。還可用做窗簾、床單、被面或保溫絮片，其用于睡袋保溫絮片已被市場化。
以窗簾為例，建筑物中一個重要的熱量弱環(huán)是窗戶。由于玻璃的絕熱性能差，大量的熱在夏日的白天通過玻璃進入建筑物內。冬天的晚上，窗戶成為熱損失的主要原因。經過相變材料處理的百葉窗或窗簾可以解決這一問題，并保證建筑物內調節(jié)空氣的效率。一種三層織物，由兩層紡織物和一層填充有相變材料的泡沫層壓而成，可以滿足這一需要。泡沫中的相變材料通過吸熱或散熱調節(jié)通過三層結構的熱流。這樣就形成一個熱屏障，可根據熱需求調節(jié)通過織物系統(tǒng)的熱流量。對含有相變材料的這種窗簾進行測試表明，與不含相變材料的普通窗簾相比，其熱流量可降低30%。
2、軍用和航空航天
一般用于飛行保暖手套、軍用冷或熱氣候作戰(zhàn)靴、軍用民用潛水服、防火裝具、冬服、微氣候冷卻服裝等。
3、鞋襯
由于其特有的熱能吸收和釋放功能，可使激烈運動產生的熱量及時被相變物質吸收，并在運動停止后釋放，使腳部溫度相對恒定，增加舒適感。
4、建筑材料
將PEG高聚合度的相變材料添加在水泥中，或用做建筑屋頂或其他材料。
5、其他
用于汽車內襯、電池隔板。產業(yè)用紡織品PEG相變材料可用于改善座位的熱舒適性，在坐墊中使用的相變材料通過吸收多余的熱量可防止溫度升高。填充于坐墊中的相變材料吸熱所產生的降溫效應可改善座椅的舒適性。

四、結論
綜上所述，聚乙二醇以其自身獨特的相變特性和跨度較大的相變溫度，使它在許多領域得到應用，在改善熱舒適性的同時，也節(jié)省了一部分能源。許多利用聚乙二醇相變材料的技術還在開發(fā)之中。