保温纤维.docx

服用控温织物1 前言 传统的消极保暖方式容易导致防寒服装过于笨重。厚重的衣服会产生过高的服装压力，会导致穿着者行动不便，产生心理和生理上的不舒适感。因此在保证足够的保暖量的前提下减轻保暖材料的质量，具有极其重要意义。可以看到，无论是消极保暖方式还是积极保暖方式的研究，无不致力于减轻服装的重量，结合服用性能的其他方面要求，服用保暖材料总的发展趋势可以概括为“轻便、舒适、保暖”。此外，保暖材料的发展也趋于积极保暖和功能性。消极保暖朝积极保暖的方向发展，一旦积极保暖方式的热源问题得到解决，则可以获得广泛的前景。保暖材料的功能性则体现在抗菌、防螨等多方面。服装最重要的功能在于维持人体正常温度，使人体感到舒适。服装的热传递基本上可分为两种：显热传递，即人体温度和外界环境存在差异而产生的热量传递，它主要通过热传导、对流和辐射完成；潜热传递，即由于人体与外界环境之问的蒸汽浓度差而产生的湿热传递，它主要通过蒸发和排汗来完成。传统服装主要通过控制人体与外界环境之问的热辐射、热传导和对流而达到保温目的。当环境温度较低时，可通过适当增加织物的丰厚度，使织物的静止空气层的空问加大以提高保暖效果；环境温度接近或高于体温时，人体己难以通过辐射、对流和传导来散失热量，此时应降低织物厚度以增大人体与环境问的热交换，且皮肤还需大量排汗，利用汗液的蒸发带走热量才能维持体温的匣定1。随着服装的时装化，仅通过增加或降低织物的丰厚度来维持人体适宜的温度，不但麻烦而且有时也很困难。因此，九十年代以来，新型保温调温纤维和织物的开发研制骤然兴起，2 保温织物 早期的保温织物通常采用织物表面蒸镀金属、复合金属层等方法，利用金属的镜面反射性能，抑制人体热量辐射散发。例如镀有金属铝的“金属棉”就有较好的保温性能，但它存在很多缺点，如热传导较强、缺乏着色陛、透气透湿性差、不能洗涤等”“。积极保温材料则通过吸收外部能源的能量再以热量辐射的形式给予人体，从而达到保温增温目的9I。其中包括将铁粉等混入聚合物中纺丝，利用铁粉在使用过程中的不断氧化放热开发出的化学反应放热纤维，但其突出问题是耐久件差，放热效果也不理想”I；还有利用将添加分散导电性填料(如碳纤维)的树脂涂层于衣料用聚酯纤维上，通电后纤维发热，改善服装的保暖效果。但因使用中须通电，使用范围受限制。近些年来，国内外研制开发的新型积极保温材料主要为阳光蓄热保温纤维与远红外纤维。2.1 阳光蓄热保温纤维 它是一种可吸收太阳辐射中的可见光与近红外线，且可反射人体热辐射，具有保温功能的材料。它以添加族过渡金属碳化物为主3。当阳光照射时，该碳化物能将o6ev以上的高能辐射线吸收并转换成热能，能量低于06eV的辐射线则被反射不被吸收。阳光电磁波辐射线的大部分可被它们吸收，并转换成热能放出4。日本德山都和尤尼吉卡公司联合研制出含碳化锆、可吸收太阳能的蓄热保暖纤维“solar一仪”。它是一种皮芯复合纤维，芯层为含碳化锆的聚酰胺或聚酯，皮层为普通成纤高聚物，由双螺杆挤出机熔融纺丝而成。这种纤维加工成服装后，阳光照射下服内温度可较普通服装高28，保温效果有明显提高；但阴天时其保温功能有所下降，服内温度仅比普通服装高“02”。此外，日本帝人公刊利用某些醌系有机染料所具有的近红外线吸收功能，将该类染料涂覆在纤维表面，得到具有太阳光中近红外线吸收功能的纤维。该纤维制品能使保温效果提高6，据称保温陛能略优于陶瓷微粉涂层的纤维。2.2 远红外纤维 远红外纤维通过吸收人体发射出的热量，并向人体辐射一定波长范围的远红外线，可使人体局部产生温热效应，促进血液循环；由于能反射返还部分人体辐射的红外线，减少了人体热量损失，使得此类纤维织物的保温性能较好3。研究表明，大多数陶瓷微粉都具有发射远红外线的功能，把它填充到纤维中，则可使纤维在一定温度下能发射714m的远红外线给予人体。远红外纤维中使尉最多的陶瓷粉是金属氧化物，其中以氧化铝、氧化镁、氧化锆为好，有时也使用二氧化钛和二氧化硅。不同的远红外陶瓷微粉有着不同的红外光谱特性，这是由于它们的晶格振动不同所致。资料表明，在825“m波长范围内，没有一种单一金属或非金属氧化物材料的全辐射率能稳定在90左右，而采用元素周期表中第、第V周期中的一种或几种氧化物混合而成的远红外陶瓷粉，在环境温度为2050时具有较高的光谱发射率，是一种理想的材料。远红外纤维于80年代末在日本开发成功，最早开发的有日本的尤尼吉卡和东丽公刮。随后，日本的帝人、旭化成和钟纺等公司也开始了对远红外纤维织物的开发研究。旭化成公司采用双层结构，外层采用阳光蓄热材料以提高体感升温效果，内层采用混合远红外陶瓷材料，以降低人体散热造成的热量损失。钟纺公刮采用涤纶、锦纶或丙纶布料中掺入远红外陶瓷微粉末以达到保暖功能，该服装制品能使保温效果提高24。3 降温织物3.1 凉爽舒适织物 在湿热条件下，人们工作或运动时为改善织物的舒适性，需要相对地减少织物与皮肤之间的相对湿度，这就要求纤维材料对水蒸气的吸收量大，吸收速度高；尤其在大量出汗的情况下，需要纤维具有较高的吸湿和吸水性，并能迅速地向外界释放汗水，使人体不会有闷热感膊8。近些年来，国外一些大公司相继开发了多种具有吸汗性能的复合织物，这类织物大多为双层或多层结构的针织物，其内层是传导和扩散水分速度较快的疏水f生合成纤维，外层是吸湿吸水性较好的天然纤维或新型合纤改性纤维。经过特殊设计，可以获得优良的吸汗广I夹干性能，增加凉爽舒适感。3.2 紫外线和热线屏蔽织物 紫外线和热线屏蔽纤维主要指在合成纤维生产过程中，掺入屏蔽剂，用共混、芯鞘等方法纺丝，使纤维具有遮蔽紫外线、可见光和近红外线的效果。屏蔽剂主要通过将入射紫外线、可见光和近红外线反射或折射而达到降温的目的。它是利用陶瓷或金属氧化物等微粉或超微粉与纤维或织物结合，增加表面对紫外线、可见光和近红外线的反射和散射作用。这些粉末包括高岭土、碳酸钙、滑石粉、氧化铁、氧化锌等12。4 调温织物 调温纤维是一种双向温度调节保温材料。它在环境温度较高时具有吸热功能、在环境温度较低时具有放热功能。它将从根本上扩展原有纤维的功能，极大改善传统服装的舒适性和环境温度适应性。41 介质相变调温纤维 所谓相变，是指物质从一种相态转变为另一种相态。众所剧知，热能储存需要一定的材料作为载体，材料热能的存储有两种形式：显热储存，即依靠材料的热容来储存热，热量蓄积的过程中材料温度会随热量的增加而增加，反之亦然；潜热储存，即依靠材料的相变潜热(相变热)来储存热。其中相变储热优点在于：相变热热焓值较大，单位体积储热能力比显热储存材料大许多，且相变是在恒定温度下发生的。通过利用这些相变特性，可以保证在吸收或散发热量时维持温度不变14。42特殊调温服 特殊涮温服由面层、内层和调温垫层组成，它通过调温层起调温作用。不I司的调温服，调温垫层有不同的调温装置和不同的工作原理。它可按不同劫司温方式分为电热式调温服、液体调温服和通气调温服。电热式调温服的调温垫由弹性导电材料组成，使用固定电源或小型蓄电池、锂电池保持一定温度；通气调温服垫层内装置壁上有带孔的弹性管，管内充空气或混合气体，温度由恒温器保持；还有一种通过电动泵使冷却物质在循环回路中流动，循环构成制冷回路，使人体躯干得到良好的散热效果的液冷服，是新一代个体冷却散热服装。43 其他新型调温纤维43.1介质溶解析出调温纤维 将二氧化碳等气体溶解在溶剂中，然后填充到纤维的中空部分，并在织造前将中空部分封闭。当温度降低时，调温纤维中空部分的液体固化，气体在其中的溶解度降低，从而使纤维的有效体积增大，织物的绝热性能提高；反之，温度升高时绝热性能降低。由于使用过程中易造成气体逸出，因此其调温效果耐久性有待改进1。432调温调湿纤维 日本东洋纺公司对聚丙烯酸分子链进行高亲水化处理(金属盐型)，分子链中引入氨基、羧基等亲水基团，并进行交联处理，开发出了具有调温调湿功能的纤维“爱克苏”。由于该纤维亲水性基团含量超过了各种天然纤维，因此它有很高的吸湿性。通过调整纤维结构，可使纤维吸湿放热和脱湿吸热过程较为平稳进行，吸湿和放湿速度可调节到木棉纤维的一半左右。与天然纤维相比， “爱克苏”的吸湿和放热速度比较缓慢，可以均匀地释放，从而使衣内温度调节缓和，也能防止出汗后的冷感”。433微粒调温纤维日本小松精练公司近年推出了具有保持衣服内舒适温度功能的纤维材料AirTechno。它主要利用聚酯纤维等合成纤维，镀上具有调节温度功能的特殊蛋白微粒子(10毫微米)超薄膜。当衣服外温度上升时，特殊微粒子即随温度状况吸热，抑制衣服内温度上升。相反，当外部温度下降时，这种纤维即释放出储存的热量，防止衣服内部温度下降。由于未使用甲醛等对人体有害的物质，这种纤维可广泛应用于运动服、寝具和劳动保护用品。5 国内外服用保暖材料的使用现状 当前对服用保暖材料的使用仍然是以消极保暖为主。传统的消极保暖材料如棉絮、羊毛和羽绒等依然占有很大的市场份额，新型保暖材料方面，欧美国家以丌发中空纤维和超细纤维絮料以及防风层压织物为主；日本则在对陶瓷微粉的使用上处于国际领先地位。欧美的几家大公司通过不断的研发形成了自己特有的产品体系，积极保暖材料在消费市场上尚难广泛而有效地应用。相比国外而言，我国对服用保暖材料的研究与开发处于相对滞后状态。80年代以来我国开始喷胶棉的大批量生产，作为絮填材料用来生产大衣、防寒服。80年代末90年代初，太空棉制品在市场上曾经热销。其后，涤纶仿羽绒类产品、三维卷曲中空涤纶热熔粘合絮片、超细丙纶熔喷絮片、远红外类产品以及羊毛絮片等相继问世。90年代末期，中国纺织大学研制成功九孔高弹中空丙纶、涤纶纤维；总后军需装备研究所则自主开发了聚四氟乙烯防水透湿层压织物，可作为絮片的防风层使用。国内关于保暖材料的研究开发尚存在不少的问题，主要包括： 科技投入少，对保暖材料的保暖机理研究较少、创新研究少，产品开发以模仿为主，低水平仿造多； 关于保暖材料保暖