温度调节纺织品

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1、调温纺织品摘要本文简述了调温纤维的发展动向及产品分类，以 Outlast 为例，对智能调 温纺织品的作用机理、制备方法、测试手段、性能评价指标、用途以及发展方向 等进行了论述。1、引言21世纪，随着科技的进步，功能性纺织品的不断发展，新型纤维的开发运 用便成了纺织行业的一大热点，国内外企业已经纷纷投入大量精力进行相关产品 的开发，而温度调节纤维的研发就成了该领域内的一大亮点。所谓的温度调节纤 维是指根据外界环境温度的变化，在一定的温度范围内自由的调节温度。当外界 环境的温度升高时，它可以储存能量，减缓温度的升高，当温度降低时，它又可 以释放能量，减缓温度的降低，创造一个环境适宜的动态温度平台，

2、提高纤维纺 织品的舒适性，将其比作“贴身空调机”是恰如其分。它的问世可以为处于恶劣 环境下的部队边防人员、高温环境下的作业人员、进行剧烈运动后的运动员等等， 提供相应的着装保护。随着调温服装的发展，不仅仅作为特殊的行业服，已经越 来越广泛的应用于日常服装。到目前为止，美国、德国、日本、中国、韩国等都 开展了这方面的研究。温度调节纺织品技术被选为 21 世纪能改变人类生活的 21项革新之一，是自防水透湿织物以来最重要的舒适性纺织品1。 2、调温纺织品的品种调温纤维是一种双向温度调节材料，按照其调温方式可将它进行大致归类如 下2： 2.1介质相变调温织物相变是指物质从一种相态转变为另一种相态。相变

3、材料(PCM)是指在确定温 度范围内可改变自身聚集状态的材料。在生产加工过程中，将相变材料以微胶囊 形式加入到纺织纤维基质中，当到达相变温度时，它通过不连续的升温来防止服 装内温度波动范围过大，相变过程的能量贮存于相变材料中以提高其热容量；当 环境温度下降时，它又会释放出其贮存的能量。近几年欧美市场上出现的Out last纤维就是一种介质相变调温纤维，其技术 的关键就是将微胶囊包裹的特定熔点和结晶点的相变材料置于纤维内部。为覆盖 所有实际需要的温度范围，它使用了三种不同的相变材料：相变温度为18.33 29.44C的用于严寒气候；26.6737.78C的用于温暖气候；32.2243.33C的

4、用于热区或大运动量情况。2.2 自动调温织物美国科学家设计了几种冬暖夏凉服装的可行方案：一是在织物内插入一层具 有特效功能的胶片，只让适宜人体的15C25C的气体透过。这样，既能御寒又 能防热。二是在织物中夹一层经过特殊处理的铝箔，利用铝箔反射热量，成为衣 服上的“空调器”。三是模仿人体血液循环的原理，发明一种新的控温仿生衣。 这种仿生衣是在织物中布满管道，冬天循环热水，夏天循环冷水，以此来创造人 体所需要的温度。四是赋予织物记忆力，根据主人预先确定的指令，随时调节温 度。2.3 其他新型调温纤维(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

5、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。(2) 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、梭基等亲水基团，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。(3) 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Air-Techno。它主要是利用聚醋纤维等合成纤维

6、，镀上具有调节温度功能的特殊 蛋白微粒子超薄膜。当衣服外温度上升时，特殊微粒子即吸热，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。日本大和化学工业株式会社最近开发出以高级脂肪族碳化氢为主要组 分的微胶囊整理剂“PrethermoC-25”，和“PrethermoC-31”。这两种功能整 理剂能使纺织面料通过连续吸热和放热，控制面料温度，赋予纺织面料调温功能。（4）自动调温材料日本生产出一种包含尼龙及聚醋纤维的天气状况记忆聚合物制成的新衣料， 其聚合物分为晶体和非晶体两部分。当温度上升至25C以上时，非晶体部分的 分子间距离增大，便于汗水排出

7、；当气温降至25C以下时，分子则会收缩，纤 维间的距离缩短，从而起到保暖作用。美国也在研制由自动调温的化学纤维制成的军服。这种军服对周围的温度特 别敏感，会随温度的变化而变化，从而使服装内形成一个微气候环境。酷暑季节， 调温纤维自行收缩，使编织物的孔眼张开而通风透气，从而大大地提高军服的散 热能力；寒冬腊月，调温纤维又可自行膨胀，使编织物的孔眼闭合而阻止空气流 通，从而提高了军服的保暖能力。我国自行研制了一种可以降低太阳热辐射的防暑服装，它由多层带孔单面或 双面喷铝的涤纶薄膜和普通布料制作而成。根据需要可制成上衣、裤子及多种款 式的防暑降温服装，且可靠性高、成本低。3.Outlast 纤维空调

8、纤维Outlast 纤维是较为成熟也是目前市场应用最广泛的调温纤维， 20 世纪 90 年代初美国 Gateway 公司（现更名为 Outlast 技术公司）得到了 Triangle 公 司用微胶囊技术制造储热调温纺织品和泡沫的专利授权，该公司经过数年的研究 改进，于 1997 年开始生产和销售含有储热调温微胶囊的纤维、织物和泡沫产品。 美国 Outlast 技术公司随后又将 2mm 以上的储热调温泡沫生产技术授权于美 国 Frisby 技术公司。日本和欧洲等工业发达国家也有同类研究。我国自 20 世 纪 90 年代初开始储热调温纺织品的研究工作，现已取得了很大的成绩3-。43.1 Outla

9、st 相变调温纺织品的特点及调温原理相变调温纺织纤维及其纺织产品是将相变蓄热技术与纺织品制造技术相结 合制造出的一种高科技纤维及纺织品。调温纺织品的功能基于传统纺织品，但有 着较好的自适应的温度调节性能，它突破了传统纺织材料与单向调温纺织材料的 温度调节的局限，它是通过吸收、储存、释放能量的方式来调节外界环境的温度 （如图 3-1 Outlast 纤维调温原理）。当调温纺织品的外界温度升高时，调温材料会吸收能量，以潜热的形式储存在分子结构当中，缓解当前温度的升高。相反， 当温度降低时，调温材料会主动地释放能量，减缓温度的降低，这样就达到了调 节体表温度的作用，在人体周围形成一种舒适的“衣内微气

10、候”，在皮肤与外界 环境之间创造一个动态温度平衡，延长了人体的舒适状态。温度调节区OUTLAST纤建囁收减少过棉图 3-1 Outlast 纤维调温原理由图中可以看出，当人体产生的热量过剩时，过剩热量会被 Outlast 空调纤 维所吸收，从而达到降低人体微环境温度的目的，而当外界温度过低时，Out last 空调纤维内的热敏相变材料可以将吸收储存起来的热量释放出来，从而提高人体 微环境的温度。因此， Outlast 空调纤维可以通过吸收储存释放热量使穿着者始 终处于较为舒适的状态。3.2 智能调温纺织品的制备方法智能调温纺织品的加工方法可分为纺丝法、涂层法、泡沫方法、浸扎法和中 空纤维内部填

11、充法等，其中较为成熟的主要有纺丝法和织物涂层法，也是目前应 用最多的方法6。3.2.1中空纤维浸渍填充法早期的相变调温纤维通常是将中空纤维浸渍在相变材料溶液中5，使纤维的 中空部分充满相变材料溶液，经干燥后再将纤维两端封闭而制得的。采用中空纤 维浸渍填充法生产调温纤维时， 由于所用纤维的直径较大，这种调温纤维难以 在工业化应用中推广。3.2.2 纺丝法利用纺丝法制备调温纤维时6，通过将相变材料添加到纺丝聚合物的熔体或 溶液中，然后经行纺丝加工，从而得到含有相变材料的调温纤维。根据纺丝方法 的不同又可分为湿法纺丝和熔融纺丝两种。（1）湿法纺丝法。将相变材料与纺丝液混合后进行纺丝，是目前工业化制备

12、调温纤维的主要方 法。湿法纺丝所用的相变材料主要是微胶囊形式的相变材料， 通过微胶囊壁和 纤维的包裹作用，使相变材料不已泄露，纤维调温功能的耐久性好。目前主要采 用湿法纺丝法生产的调温纤维主要是腈纶纤维。目前调温腈纶纤维中相变材料的 最大加入量约为8。（2）熔融纺丝法。在熔融纺丝法过程中，可将微胶囊形式的稳定相变材料分散在聚合物的熔融 液中，然后进行纺丝，制备调温纤维；也可将相变材料、抗氧化剂、热稳定剂添 加在聚合物融液中， 然后纺丝，制备调温纤维。在纺丝过程中，相变材料、抗 氧化剂和热稳定剂可以同时加入。3.2.3 织物整理法6织物整理法是通过整理或涂层的方式，将相变材料施加在织物上，从而获

13、得 调温纺织品的方法。这种制备调温纺织品的方法简单，但施加在纺织品上的相变 材料量较低，经整理后织物的手感变差，产品的调温功能及整理效果的耐磨性和 耐洗涤性较差。（1） 涂层方法9在加工时，涂层浆中含有相变材料微胶囊、涂层剂及其他助剂，如交联剂、 增稠剂、分散剂、消泡剂等，其中相变材料微胶囊的直径应该在1060“m。涂 层浆的黏度和流变性能应满足涂层加工要求，其黏度至少在0. 5Pas以上。（2）织物整理方法将含相变材料的整理剂施加在纺织品上，从而得到调温纺织品。日本大好化 学工业株式会开发了含有相变材料微胶囊的舒适调温剂Pre thermo C系列，其 相变材料以高级脂肪族烃为主要成份，微胶

14、囊的壁材采用蜜胺树脂。 PrethermoC 25 中的微胶囊直径小于纤维直径，而且通过胶黏剂将其固着在纤维之间，因 此整理效果的耐洗涤性较好。4.智能调温纺织品性能评价4.1 评价方法4.1.1 热分析法相变材料测试主要采用差热分析法(DTA)、差示扫描量热法(DSC)和热重分析 法(TGA)7(1) 差示扫描量热法(DSC)DSC通常用来测定储热能力及植入到织物结构中的PCM微胶囊的相变温度范 围。现阶段相变特征和行为的表征与测试主要采用DSC，与DTA相比，它在测定 过程中，样品和参比物之间始终保持相同的温度。在程序升温过程中，记录样品 温度和向样品输入的热流量与向参考样品输入的热流量的

15、差值。 DSC 可以得到相 变温度、相变热。通过温度变化对空白样品和含相变物质的试样进行比较，当样 品发生相变时，就会有热效应发生，并促使样品与参比物在升温或降温过程中温 度变化速率发生变化，反应在 DSC 谱图上就会有一个脉冲出现，根据图谱就可 得到相变的有关信息，从而分析相变过程。(3) 热重分析法(TGA)TGA 用于测量微胶囊中相变材料的热应力，也是熔融纺丝必须的测试方法之 一。常见的质量损失有2种：(1)100 C时水分蒸发损失；(2)280310 C时微 胶囊壁破裂释放出碳氢化合物。如果在 2 种温度下微胶囊的质量没有明显差异， 就说明了微胶囊壁的完整性。4.1.2温度调节因素(T

16、RF)测试法温度调节因素法(TRF)是Outlast纤维纱线、织物性能的非生理检测方法。 这项新技术测量影响温度调节的各种因素，适用于在试验室模拟真实生活状况的 生理测试。该系统使用连续的环境温度和能量，维持一种模拟皮肤的温度。测量 皮肤温度随外界能量变化的波动状况，这种能量正是织物和纤维调节温度的决定 因素。该程序的数字范围是 0-10代表织物有能力适应连续的温度变化1 意味着调节温度的能力很差。若该技术能够区分有无热能力的相似织物间的差别 将有助于织物的设计。4.1.3 暖体假人法暖体假人模拟真人群体的几何造型，符合真人群体统计数据的平均值;全身分为 头、躯干、四肢等解剖段，至少 6 段皮肤温度被加热到一恒定温度，其温度应 与人体平均皮肤温度基本相近且