織物的蓄熱保溫整理

織物的蓄熱保溫整理
服裝重要的功能在于維持人體正常溫度，使人體感到舒適。服裝的熱傳遞基本上可分為兩種：顯熱傳遞，即人體溫度和外界環(huán)境存在差異可產(chǎn)生的熱量傳遞，它主要通過(guò)熱傳導(dǎo)、對(duì)流和輻射來(lái)完成；潛熱傳遞，即由于人體與外界環(huán)境之間的蒸汽濃度差而產(chǎn)生的濕熱傳遞，它主要通過(guò)蒸發(fā)和排汗來(lái)完成。
傳統(tǒng)服裝主要通過(guò)控制人體與外界環(huán)境之間的熱輻射、熱傳導(dǎo)和對(duì)流而達(dá)到保溫目的。當(dāng)環(huán)境溫度較低時(shí)，可通過(guò)適當(dāng)增加織物的豐厚度，使織物的靜止空氣層的空間加大以提高保暖效果；環(huán)境溫度接近或高于體溫時(shí)，人體已難以通過(guò)輻射、對(duì)流和傳導(dǎo)來(lái)散失熱量，此時(shí)應(yīng)降低織物厚度以增大人體與環(huán)境間的熱交換，且皮膚還需大量排汗，利用汗液的蒸發(fā)帶走熱量才能維持體溫的恒定。
隨著服裝的時(shí)裝化，僅通過(guò)增加或降低織物厚度來(lái)維持人體適宜的溫度，不但麻煩而且有時(shí)也很困難，而且也不美觀。因此，上世紀(jì)90年代以來(lái)，新型保溫調(diào)溫纖維和織物的開(kāi)發(fā)研制驟然興起。各種新型的保溫調(diào)溫紡織品相繼問(wèn)世，例如遠(yuǎn)紅外纖維、降溫織物、在原絲液中填加特殊的陶瓷粉末或涂層法將陶瓷粉末涂布在織物上。近，一種新的方法——微膠囊技術(shù)，應(yīng)用在開(kāi)發(fā)蓄熱調(diào)溫紡織品上。
1蓄熱調(diào)溫紡織品的介紹
蓄熱調(diào)溫紡織品是一種通過(guò)紡織品表面或纖維內(nèi)含有的相變物質(zhì)遇冷、熱后發(fā)生固-液可逆相變而吸收、放出熱量，從而具有溫度調(diào)節(jié)功能的新型高技術(shù)紡織品。這類(lèi)紡織品能夠根據(jù)外界環(huán)境溫度的變化在一定的濕度范圍內(nèi)可自由調(diào)節(jié)紡織品內(nèi)部溫度，即當(dāng)外界環(huán)境溫度升高時(shí)，可以?xún)?chǔ)存能量，使紡織品內(nèi)部溫度升高相對(duì)較低；當(dāng)外界環(huán)境溫度下降時(shí)，可以釋放能量，使紡織品內(nèi)部溫度降低相對(duì)較少，做成服裝后比常規(guī)紡織品更具舒適性。
蓄熱調(diào)溫紡織品研制所使用的相變物質(zhì)的相變溫度通常在0-50℃，利用相變物質(zhì)的吸放熱特性將其加工到紡織材料上可以獲得意想不到的效果。上世紀(jì)80年代中期，各國(guó)研究人員先后采用多種工藝路線研制開(kāi)發(fā)蓄熱調(diào)溫紡織品，我國(guó)自上世紀(jì)90年代初開(kāi)始蓄熱調(diào)溫紡織品的研究，現(xiàn)已取得了很大成績(jī)。
20世紀(jì)80年代中期，美國(guó)NASA開(kāi)始資助具有溫度調(diào)節(jié)功能的紡織品的研究工作，計(jì)劃用于宇航服中的工作手套，美國(guó)Triangle研究發(fā)展公司和農(nóng)業(yè)部南方工作室先后開(kāi)展了該方面的研究工作。20世紀(jì)90年代初美國(guó)Gateway公司(現(xiàn)更名為Outlast技術(shù)公司)得到了Triangle公司用微膠囊技術(shù)制造蓄熱調(diào)溫紡織品和泡沫的專(zhuān)利授權(quán)，該公司經(jīng)過(guò)數(shù)年的研究改進(jìn)，于1997年開(kāi)始生產(chǎn)和銷(xiāo)售含有蓄熱調(diào)溫微膠囊的纖維、織物和泡沫產(chǎn)品。日本和歐洲等工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家也有同類(lèi)研究。
2蓄熱調(diào)溫紡織品保溫機(jī)理
蓄熱調(diào)溫紡織品與傳統(tǒng)的紡織品的區(qū)別在于保溫機(jī)理的不同。傳統(tǒng)的保溫衣物主要是通過(guò)絕熱方法來(lái)避免皮膚溫度降低過(guò)多，而絕熱效果主要取決于織物的厚度和密度。厚度越大、密度越小，絕熱效果越好，因?yàn)闇粼诳椢飪?nèi)部的靜止空氣多而空氣的熱傳導(dǎo)率極小，然而傳統(tǒng)織物的保溫效果受限于外界壓縮和水分的影響。而蓄熱調(diào)溫技術(shù)的保溫機(jī)理則是一種對(duì)水分和外界壓力影響不敏感的能為人體提供舒適微氣候環(huán)境的全新的保溫機(jī)理，即提供熱調(diào)節(jié)而不是提供熱隔絕。這種全新的保溫機(jī)理在于紡織品內(nèi)部應(yīng)用了微膠囊相變材料，相變材料在其固、液相態(tài)之間變化時(shí)從外界環(huán)境吸收或釋放熱量，且在相變的過(guò)程中溫度保持不變。含有相變材料的紡織品不論外界環(huán)境溫度升高還是降低時(shí)，它在人體與外界環(huán)境之間起一個(gè)調(diào)節(jié)器的作用，緩沖外界環(huán)境溫度的變化。
蓄熱調(diào)溫紡織品除具有與普通紡織品相似的靜態(tài)保溫(熱板法測(cè)試)性能外，還具有動(dòng)態(tài)保溫性能，動(dòng)態(tài)保溫性能的產(chǎn)生是紡織品內(nèi)部包含的相變物質(zhì)在環(huán)境溫度變化時(shí)的吸熱或放熱引起的。當(dāng)環(huán)境溫度或人體皮膚溫度達(dá)到服裝內(nèi)微膠囊相變材料(MPCMs)的熔點(diǎn)時(shí)，MPCMs吸熱從固態(tài)轉(zhuǎn)化為液態(tài)，在服裝層內(nèi)產(chǎn)生短暫的制冷效果。一旦MPCMs完全液化，儲(chǔ)能便結(jié)束。如果MPCMs服裝在低于PCM結(jié)晶溫度的寒冷環(huán)境中使用，液態(tài)PCM，將變回固態(tài)，釋放出能量，提供短暫的加熱效果。這種熱轉(zhuǎn)換在服裝內(nèi)起緩沖作用，減小皮膚溫度的變化，延長(zhǎng)穿著者的舒適感。
3蓄熱調(diào)溫紡織品的制造方法
蓄熱調(diào)溫紡織品的制造方法有以下三種:
3·1織物表面整理法
3·1·1相變物質(zhì)直接整理法
相變物質(zhì)用交聯(lián)劑及催化劑一起混合后制成均勻水溶液，將棉、滌棉或羊毛織物等在溶液中浸漬，軋壓、烘干、皂洗后得到增重50%左右的織物，該類(lèi)織物在0-50℃溫度范圍具有明顯的吸放熱效果。
3·1·2蓄熱微膠囊整理法
微膠囊是由天然或合成的高分子制成的微型容器。蓄熱微膠囊是將相變物質(zhì)在液態(tài)時(shí)包裹在微小球體中。含有相變物質(zhì)的微膠囊隨著外界環(huán)境溫度的變化，相應(yīng)的吸收熱量和釋放熱量。將蓄熱微膠囊整理到織物表面，可以明顯提高織物的保溫性。
3·2中空纖維內(nèi)部填充法
一般來(lái)說(shuō)，調(diào)溫織物的調(diào)溫效果是利用纖維內(nèi)部的溫適載體或其含有的相變材料達(dá)到的。1971年HansenR.H申請(qǐng)的美國(guó)專(zhuān)利將二氧化碳之類(lèi)的氣體先溶解到各種溶劑中，然后充填到纖維的中空部分，在織造前，利用特殊方法將中空部分密封，從而利用纖維中空部分的氣-液(固)相轉(zhuǎn)變來(lái)達(dá)到保溫。上世紀(jì)80年代初期，Vigo等人將帶有結(jié)晶水的無(wú)機(jī)鹽充填到中空纖維的中空部分，利用相變鹽在室溫下發(fā)生熔融和結(jié)晶而產(chǎn)生可逆的貯熱和釋熱性能，從而達(dá)到調(diào)溫效果。
3·3直接紡絲法
3·3·1相變物質(zhì)直接紡絲法
采用紡絲法直接將低溫相變物質(zhì)如石蠟紡制在纖維內(nèi)部，并在纖維表面進(jìn)行環(huán)氧樹(shù)脂處理，防止石蠟從纖維中析出。該纖維在升降溫過(guò)程中，石蠟熔融吸熱、結(jié)晶放熱，使纖維的熱效應(yīng)明顯不同于普通纖維。
天津工業(yè)大學(xué)的研究表明，單純將相變物質(zhì)作為一種成分用于熔融復(fù)合紡絲很困難，由于低溫相變物質(zhì)的熔融粘度很低，完全不具備可紡性，只有將低溫相變物質(zhì)與多種增粘劑混合后才能用于紡絲，采用分子量為100O的PEG紡出的纖維具有明顯的溫度調(diào)節(jié)功能。
3·3·2蓄熱微膠囊共混紡絲法
1993年Tringle公司申請(qǐng)了將石蠟類(lèi)碳?xì)浠衔锓馊酥睆?-10?m的微膠囊中，然后與聚合物溶液一起紡絲，得到具有可逆蓄熱特點(diǎn)纖維的專(zhuān)利。其中主要是通過(guò)將相變材料包封在直徑1-10?m的微膠囊中，對(duì)織物進(jìn)行涂層或?qū)⑽⒛z囊混入紡絲液中進(jìn)行紡絲。
蓄熱調(diào)溫微膠囊就是將特定溫度范圍的相變材料用某些高分子化合物或無(wú)機(jī)化合物以物理或化學(xué)方法包覆起來(lái)，制成直徑在1-100?m之間常態(tài)下穩(wěn)定的固體微粒，這種包裹后相變材料性質(zhì)不受影響的固體微粒就是蓄熱調(diào)溫微膠囊。蓄熱調(diào)溫微膠囊與其他微膠囊(緩釋微膠囊、壓敏微膠囊等)的不同之處在于壁材的選取和設(shè)計(jì)不同。緩釋微膠囊、壓敏微膠囊等類(lèi)型的膠囊是希望膠囊壁材在外界條件的作用下被破壞以達(dá)到特殊效果，而蓄熱調(diào)溫微膠囊的壁材則需要在外力作用下能夠較長(zhǎng)時(shí)間保持其完整性，以避免芯料的滲透。
4性能的評(píng)價(jià)方法
服裝的熱濕舒適性的評(píng)價(jià)方法和指標(biāo)與單純的織物保暖性、透濕性的評(píng)價(jià)方法和指標(biāo)有很大不同，因?yàn)榍罢咚婕暗膹V度與深度遠(yuǎn)比后者多。具體來(lái)說(shuō)，前者要受到人體、服裝、環(huán)境三方面因素的影響，而后者從織物本身來(lái)進(jìn)行研究。這些年來(lái)，紡織品的熱濕舒適性在研究方法上主要集中在以下三種方法，即微候儀法，暖體假人法和實(shí)際人體穿著法。它們各有優(yōu)缺點(diǎn)。
但就具體測(cè)試方法而言，又分為單純熱濕性能測(cè)試和綜合熱濕性能測(cè)試，一般主要采用微氣候儀法并結(jié)合實(shí)際人體穿著法進(jìn)行研究，以期取長(zhǎng)補(bǔ)短，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。
為了模擬人體出汗時(shí)衣內(nèi)微氣候的變化行為，許多學(xué)者研制了各種不同的微氣候儀，并建立了大量的評(píng)價(jià)指標(biāo)。國(guó)外有許多科學(xué)家先后研制了不同種類(lèi)的微氣候儀，具體有Hardy、Behrmann、Meheels、Woodcode、尾崎、諸風(fēng)、川端、丹羽、松本、若野等人，國(guó)內(nèi)有李毅、施楣梧等人研制的微氣候儀I型和Ⅱ型、林秀壁等人研制出的簡(jiǎn)單出汗筒體、崔慧杰等人模仿德國(guó)Umbach博士的儀器研制了織物動(dòng)態(tài)熱濕舒適性能汽相緩沖作用測(cè)試儀以及總后軍需研究所根據(jù)衣內(nèi)微氣候理論研制的衣內(nèi)微氣候測(cè)試儀。
5蓄熱調(diào)溫紡織品的應(yīng)用
5·1服裝與鞋帽
在外界環(huán)境溫度達(dá)到相變物質(zhì)的熔融點(diǎn)或結(jié)晶點(diǎn)后，相變物質(zhì)開(kāi)始吸收或釋放熱量，使穿衣人的人體與外界環(huán)境之間的熱量流動(dòng)減少或者被中斷，從而在人體與外界環(huán)境之間建立一種相對(duì)的動(dòng)態(tài)熱平衡，對(duì)人體起到積極的溫度調(diào)節(jié)作用。
由于纖維或織物中含有的相變物質(zhì)可以吸收、儲(chǔ)存和重新釋放身體的熱量，因此當(dāng)腳或頭產(chǎn)生過(guò)量的熱量時(shí)，它可以吸收熱量；而當(dāng)腳或頭感覺(jué)發(fā)冷時(shí)，儲(chǔ)存的熱量又可以重新釋放到身體比較冷的部位。
5·2醫(yī)療衛(wèi)生用品
通過(guò)含相變物質(zhì)微膠囊對(duì)諸如手術(shù)服、床上材料和精心護(hù)理所用的材料等醫(yī)療衛(wèi)生用品的功能整理，不僅可以改善醫(yī)生的舒適度，而且對(duì)病人的病情起到良好的輔助治療作用。
5·3保護(hù)性裝置
在頭盔、膝蓋護(hù)墊、肘部襯墊等等保護(hù)性裝置中應(yīng)用微膠囊相變材料，可以適當(dāng)?shù)乜刂七@些部位汗液的產(chǎn)生與排放。通過(guò)微膠囊內(nèi)的相變材料的相變可以調(diào)節(jié)身體局部溫度的平衡，以減少濕熱的產(chǎn)生，從而為人體的這些部位提供適當(dāng)?shù)睦鋮s度。
5·4汽車(chē)內(nèi)織物
在汽車(chē)內(nèi)部采用蓄熱調(diào)溫紡織品作為內(nèi)襯，同樣可以為乘客提供溫度調(diào)節(jié)效果，并且通過(guò)相變材料的吸熱或放熱來(lái)保持車(chē)內(nèi)溫度的恒定。B.PAUSE對(duì)汽車(chē)內(nèi)部諸如地板、車(chē)頂、座椅及儀表盤(pán)等物品應(yīng)用蓄熱調(diào)溫紡織品具有明顯的調(diào)溫效果。
5·5軍事用途
由于調(diào)溫纖維及紡織品一開(kāi)始就是NASA及美國(guó)軍方資助的項(xiàng)目。因此，受到他們的關(guān)注就不足為奇了。目前，已經(jīng)用于制造飛行保暖手套，軍用冷或熱作戰(zhàn)靴、潛水服、冬季服裝、海軍陸戰(zhàn)隊(duì)微氣候冷卻服裝等方面。除此之外，它還能用于紅外線偽裝服，軍事應(yīng)用上的紅外光波段主要分為0.75-3?m的近紅外和3-15?m的熱紅外。近紅外探測(cè)是根據(jù)目標(biāo)與背景的亮度差別來(lái)發(fā)現(xiàn)目標(biāo)。因此，偽裝主要是設(shè)法減少或消除目標(biāo)與背景的亮度差別。紅外熱象儀則是利用高于環(huán)境溫度的物體都會(huì)向外發(fā)射紅外輻射而使之成像。因此，防熱紅外探測(cè)就要通過(guò)降低目標(biāo)在熱紅外譜段的熱輻射。調(diào)溫纖維及紡織品能緩沖人體散發(fā)的熱，降低熱紅外輻射。有望在熱紅外偽裝方面起些作用。為了滿(mǎn)足近紅外和熱紅外偽裝的要求，將紅外偽裝材料進(jìn)行復(fù)合加工。20世紀(jì)90年代美國(guó)陸軍設(shè)計(jì)出三色紅外偽裝服。它由三層具不同熱紅外發(fā)射率的偽裝材料復(fù)合而成，每層材料呈現(xiàn)不同的顏色，能較好地模擬背景的光學(xué)特征，具有較強(qiáng)的紅外偽裝效果。美國(guó)TeledyneIndustrieslnc也設(shè)計(jì)一種多層涂層織物復(fù)合加工成的偽裝服，每層織物具有不同的紅外發(fā)射率。它們相互搭配，從而盡可能的模擬背景的紅外發(fā)射情況，防偽效果較好。
6結(jié)束語(yǔ)
目前，紡織材料的研究開(kāi)發(fā)已經(jīng)步入了一個(gè)新領(lǐng)域，向著高功能、高附加值發(fā)展。隨著蓄熱調(diào)溫紡織品技術(shù)的不斷深人，及其范圍的不斷擴(kuò)大，它所帶給人們的效果是不同凡響的，會(huì)使我們的生活更舒適。7qrPWGkEi

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