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，它主要通過熱傳導(dǎo)、對流和輻射來完成；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，它主要通過蒸發(fā)和排汗來完成。
傳統(tǒng)服裝主要通過控制人體與外界環(huán)境之間的熱輻射、熱傳導(dǎo)和對流而達(dá)到保溫目的。當(dāng)環(huán)境溫度較低時，可通過適當(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，人體已難以通過輻射、對流和傳導(dǎo)來散失熱量，此時應(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。
隨著服裝的時裝化，僅通過增加或降低織物厚度來維持人體適宜的溫度，不但麻煩而且有時也很困難，而且也不美觀。因此，上世紀(jì)90年代以來，新型保溫調(diào)溫纖維和織物的開發(fā)研制驟然興起。各種新型的保溫調(diào)溫紡織品相繼問世，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，可以儲存能量，使紡織品內(nèi)部溫度升高相對較低；當(dāng)外界環(huán)境溫度下降時，可以釋放能量，使紡織品內(nèi)部溫度降低相對較少，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，各國研究人員先后采用多種工藝路線研制開發(fā)蓄熱調(diào)溫紡織品，我國自上世紀(jì)90年代初開始蓄熱調(diào)溫紡織品的研究，現(xiàn)已取得了很大成績。
20世紀(jì)80年代中期，美國NASA開始資助具有溫度調(diào)節(jié)功能的紡織品的研究工作，計劃用于宇航服中的工作手套，美國Triangle研究發(fā)展公司和農(nóng)業(yè)部南方工作室先后開展了該方面的研究工作。20世紀(jì)90年代初美國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利授權(quán)，該公司經(jīng)過數(shù)年的研究改進(jìn)，于1997年開始生產(chǎn)和銷售含有蓄熱調(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)國家也有同類研究。
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絕熱方法來避免皮膚溫度降低過多，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)之間變化時從外界環(huán)境吸收或釋放熱量，且在相變的過程中溫度保持不變。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，它在人體與外界環(huán)境之間起一個調(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(熱板法測試)性能外，還具有動態(tài)保溫性能，動態(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，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
一般來說，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申請的美國專利將二氧化碳之類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)氧樹脂處理，防止石蠟從纖維中析出。該纖維在升降溫過程中，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公司申請了將石蠟類碳?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)纖維的專利。其中主要是通過將相變材料包封在直徑1-10?m的微膠囊中，對織物進(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機(jī)化合物以物理或化學(xué)方法包覆起來，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)計不同。緩釋微膠囊、壓敏微膠囊等類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時間保持其完整性，以避免芯料的滲透。
4性能的評價方法
服裝的熱濕舒適性的評價方法和指標(biāo)與單純的織物保暖性、透濕性的評價方法和指標(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。具體來說，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進(jìn)行研究。這些年來，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)。
但就具體測試方法而言，又分為單純熱濕性能測試和綜合熱濕性能測試，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，以期取長補(bǔ)短，優(yōu)勢互補(bǔ)。
為了模擬人體出汗時衣內(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，并建立了大量的評價指標(biāo)。國外有許多科學(xué)家先后研制了不同種類的微氣候儀，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單出汗筒體、崔慧杰等人模仿德國Umbach博士的儀器研制了織物動態(tài)熱濕舒適性能汽相緩沖作用測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的動態(tài)熱平衡，對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、儲存和重新釋放身體的熱量，因此當(dāng)腳或頭產(chǎn)生過量的熱量時，它可以吸收熱量；而當(dāng)腳或頭感覺發(fā)冷時，儲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
通過含相變物質(zhì)微膠囊對諸如手術(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汽車內(nèi)織物
在汽車內(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，并且通過相變材料的吸熱或放熱來保持車內(nèi)溫度的恒定。B.PAUSE對汽車內(nèi)部諸如地板、車頂、座椅及儀表盤等物品應(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始就是NASA及美國軍方資助的項目。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。近紅外探測是根據(jù)目標(biāo)與背景的亮度差別來發(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)境溫度的物體都會向外發(fā)射紅外輻射而使之成像。因此，防熱紅外探測就要通過降低目標(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年代美國陸軍設(shè)計出三色紅外偽裝服。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TeledyneIndustrieslnc也設(shè)計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
目前，紡織材料的研究開發(fā)已經(jīng)步入了一個新領(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，會使我們的生活更舒適。7qrPWGkEi

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