一種新型保暖保健纖維的開發(fā)

1、第六屆功能性紡織品及納米技術(shù)研討會論文集。20065一種新型保暖保健纖維的開發(fā)鐘正剛王寅生蔡意文林經(jīng)玲安泰科技股份有限公司所謂保暖，不外乎一是盡量保持熱量，不讓熱量散失，是一種消極保暖方法；再就是利用某種方法取得熱量，比如利用電池和面狀發(fā)熱體轉(zhuǎn)換為熱能的電熱面料、利用鐵粉氧化發(fā)熱的化學反應(yīng)發(fā)熱面料、利用物質(zhì)發(fā)生相變釋放熱量的保溫面料等，這是一種積極保暖方法。纖維材料的保暖性還受纖維材料與紗線、紗線結(jié)構(gòu)、織物結(jié)構(gòu)、編織結(jié)構(gòu)、后處理加工等因

2、素影響。而通過纖維材料與紗線取得保暖效果時，還與纖維的空氣含有率、吸濕發(fā)熱性、吸收紅外線特性等功能性因素有關(guān)。本文在總結(jié)保暖纖維研究和開發(fā)的現(xiàn)狀及所依據(jù)的理論的基礎(chǔ)上，提出了開發(fā)一種新型保暖保健纖維的思路。一、保暖纖維的開發(fā)現(xiàn)狀1超細纖維和中空纖維這兩種纖維保暖效果的原理是提高了纖維的空氣含有率。典型的產(chǎn)品有美國Albany公司生產(chǎn)的pfimaloft纖維，是用滌綸制作的超細纖維。這種纖維群組成的絮片，空氣間隙小，可以阻止水滴通過，但人

3、體的汗?jié)駳饪梢酝ㄟ^，能把熱的對流和傳導作用降至最小。美國3M公司ThinsulateR產(chǎn)品，既可以用滌綸，也可以用聚丙烯纖維制作。它實際上是一種熔噴纖維制品，仿效羽絨的結(jié)構(gòu)。熔噴纖維相當于羽絨，這種纖維極細，可以保持小的空氣間隙，能起到很好的保暖作用。Thermolite@由杜邦公司推出，采用中空纖維設(shè)計，可包住隔離的空氣，保持身體溫度，并將冷空氣隔離，且較同等輕質(zhì)布料暖和，極具保暖功能。2吸濕發(fā)熱纖維纖維吸收水分時，纖維分子和水分子相

4、互吸引而結(jié)合，水分子的動能降低而被轉(zhuǎn)化為熱(能)量釋放出來。還有就是為了強化發(fā)熱效果，在纖維內(nèi)部添加或者在纖維表面涂敷某種物質(zhì)，當纖維吸收水分后，觸發(fā)這種物質(zhì)發(fā)生化學反應(yīng)釋放出更多的熱量來。日本東麗(Toray)公司成功開發(fā)能吸收汗氣轉(zhuǎn)化為發(fā)熱的纖維材料[Warmsensor]，這是一種在化纖的基布上涂上有機化合物的材料，與一般的材料比，體感溫度可以提高3至5D，主要用于運動服衣料。這項技術(shù)是用一種被稱為“熱量感應(yīng)”的特殊化學制劑涂敷在

5、布料表面，使布料可以吸收人體自然排放的水氣，將之轉(zhuǎn)換為熱能。日本Toyobo公司開發(fā)研制十年的弱酸性X發(fā)熱纖維，其發(fā)熱原理是這種纖維具有獨特的蜂窩狀結(jié)構(gòu)，可以吸收更多皮膚散發(fā)的水分。皮膚在冬季散發(fā)熱能的同時散發(fā)氣化的水分，當氣化的水分被纖維吸收后，遇冷時將會釋放一定的熱能。不同纖維的吸濕率也不同，羊毛約為16％、棉僅為7％，而x發(fā)熱纖維的吸濕率高達27％，它在中高吸濕率的狀態(tài)中，比其它纖維釋放更多的熱能，同時與環(huán)境相對應(yīng)，調(diào)節(jié)身體與衣服

6、間的環(huán)境。3相交蓄熱調(diào)溫纖維在相變材料(PcM)技術(shù)的基礎(chǔ)上，相變纖維技術(shù)發(fā)展起來。PCM技術(shù)是美國國家航空航天局(NASA)在上個世紀70年代末至80年代初的研發(fā)成果，在保護太空精密儀器免受太空高溫干擾，其性能優(yōu)異卓越。1987年，NASA下屬triangle公司注冊了PCM與紡織纖維結(jié)合技術(shù)的專利和Outlast商標，并已在美國和歐洲市場成功銷售。國內(nèi)主要是天津工業(yè)大學進行了一系列的研究，工藝路線采取的是涂層、復合紡絲(皮芯結(jié)構(gòu))和

7、微膠囊紡絲。利用復合紡絲工藝生產(chǎn)的蓄熱調(diào)溫纖維絮片的保溫性能與普通毛滌混合絮片相當，4509／m2絮片的熱阻為172clo，保溫率7343％，但沒有見到產(chǎn)業(yè)化?？诩t外陶瓷蓄熱纖維碳化鋯、碳化硅等第Ⅳ族過度金屬元素的碳化物對小于2um的近紅外能量有很好的吸收作用。日本尤尼吉卡公司和三菱人造絲公司先后研發(fā)成功，并商品化。國內(nèi)天津工業(yè)大學、西北紡織工學院等也進行了研究。這種產(chǎn)品適合于吸收太陽光，對中、遠紅外的吸收效果不太顯著，因此它適合第六屆

8、功能性紡織品及納米技術(shù)研討會論文集2006—5于作外衣。遠紅外保健紡織品和具有低壓通電發(fā)熱的改性棉紗等在此就不再贅述。二、新型保暖纖維開發(fā)的理論依據(jù)眾所周知，熱輻射中能轉(zhuǎn)換為熱能的95％能量集中在03～2微米范圍的太陽光?，F(xiàn)在大量開發(fā)的遠紅外保健紡織品有的保暖效果很低，甚至無功效；產(chǎn)品的測試方法以及所謂的標準存在明顯的缺陷，等等。在經(jīng)過太空棉的失敗后，紅外纖維及紡織品已經(jīng)面臨其重蹈之覆轍之困境。為了擺托目前的現(xiàn)狀，解消費者之困惑，爭取在

9、技術(shù)上有所提升，我們在多年開發(fā)以電氣石為基礎(chǔ)的復合遠紅外一負離子亞／納超微粉體的基礎(chǔ)上，開發(fā)了一種廣譜紅外蓄能特種粉體，以高比熱(容)為特點，特別適合于作保暖纖維，從理論上又有別于上述保暖纖維，同時又具有促進人體血液微循環(huán)的健康功能。根據(jù)能量守恒定律，紅外輻射入射紡織面料時應(yīng)有：aTaRaA=100％，其中aT為透射率、aR為反射率、aA為吸收率。據(jù)徐衛(wèi)林(2005)研究，不同試樣的雙層織物對紅外的透射、反射和吸收情況的測試，如表1。表

10、1三種試樣雙層織物的紅外透射率、反射率及吸收率匯總試樣序號8r／％8R／％8A／％8T8RaA／％l#367752301125100323#34465320112098865#2831552012069557從上表可以看出，aTaRaA的值基本上接近100％，且一半以上的紅外入射能量被反射回去，透射的比例也接近1／3，而用于吸收溫升的比例太低。無論材料厚重(面料克重)如何變化，其吸收率基本不變。顯然，設(shè)法提高纖維吸收率是提高纖維溫升和增

11、加保暖性能的最好辦法。表2紡織材料的導熱系數(shù)(室溫20℃測量)(據(jù)于偉東儲才元，2002)材料名稱^／wm1℃1材料名稱入／wm1℃1材料名稱入／wm1℃1棉O071～0073滌綸0084氟綸0244羊毛0052～0055腈綸0051毛氈0041蠶絲0050～0055丙綸0221～0302石棉0046粘膠纖維0055～0071氯綸0042羽毛0024醋酯纖維0050錦綸02440337空氣00234丙綸、錦綸的導熱系數(shù)高，滌綸次之。如果

12、將一種高比熱亞／納超微粉體與其共混，在纖維中形成一種彌散結(jié)構(gòu)，其熱學性質(zhì)應(yīng)該會出現(xiàn)新的情況，這一點還需要作大量的理論推導和試驗測試工作來驗證，至少纖維的熱阻可以按網(wǎng)絡(luò)電路原理，進行串、并聯(lián)簡化。三、新型保暖纖維的評價對于具有極大市場潛力的保暖內(nèi)衣市場而言，從2004年11月1日起正式實施的針織保暖內(nèi)衣等13項紡織行業(yè)新標準，將玩名稱炒作概念的噱頭促銷拒之IJ#t“?！氨Ｅ省奔啊皢挝豢酥乇Ｅ省?，并以此作為測定和評判內(nèi)衣保暖功能的門檻，