２００５年１２月・第３３卷・第１２期Ｖｏ１ ．３３ Ｎｏ．１２， ２ＤＤ５ＳＨＡＮＧＨＡＩ ＴＥＸＴＩＬＥ ＳＣＩＥＮＣＥ ＆ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ上海纺织科技专题论坛织物的蓄热保温整理（ 天津工业大学材料化工学院．天津３００１６０）摘要：文章介绍了相变材料在纺织品中的应用，并叙述可蓄热保温纺织品的概念、保温机理、制造方法、性能评价方法以及调温纺织品在各领域中的应用 关键词：纺织品；相变材料；保温整理；舒适性；性能评价中图分类号：ＴＳ１９５．１９文献标识码：Ｂ文章编号：１００１－２０４４（２００５）１２－００１９－０３瓮亮，吴赞敏 Ｈｅａｔ ｐｒｅｓｅｒｖａｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｈｅｒｍａｌ ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ ｆｉｎｉｓｈ ｏｆ ｆａｂｒｉｃ （Ｔｉａｎｊｉｎ Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌ ａｎｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｉｒｎｇ， Ｔｉａｎｊｉｎ ３００１６０， Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓ ｔｒａｃｔ二Ｔｈｉｓ ａｒｔｉｃｌｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｐｈａｓｅ ｃｈａｎｇｅ ｍａｓｍｉｌｓ ＰＣＭ ｉｎ ｔｅｘｔｉｌｅｓ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｃｏｎｃｅｐｔ ｏｆ ｈｅａｔ ｐｒｅａｅｒｖａｔｉｏｎ ａｎｄｔｈｅｒｍａｌ ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ ｔｅｘｔｉｌｅｓ， ｔｈｅ ｈｅａｔ ｐｒｅｓｅｒｖａｔｉｏｎ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ａｎｄ ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｉｔｓ ｐｒｏｄｕｃｉｎｇ ａｎｄ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ａｓ ｗｅｌ ａｓ ｉｔｓ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｉｎ ｔｅｘｔｉｌｅｓ ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ．Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ； ｔｅｘｔｉｌｅｓ； ｐｈａｓｅ ｃｈａｎｇｅ ｔｎａｔｅｒｉａｌｓ（ＰＣＭ）；ｆｉｎｉｓｈｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅｒｍａｌ ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ； ｃｏｍｆｏｒｔａｂｌｉｔｙ； ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎＷＥＮＧ Ｌａｎｇ， ＷＵ Ｚａｎ－ｍｉｎ 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可产生的热量传递，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间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［１［，２１。随着服装的时装化， 仅通过增加或降低织物厚度来维持人体适宜的温度，不但麻烦而且困难，也不美代中期，各国研究人员先后采用多种工艺路线研制开发蓄热调温纺织品，我国自９０年代初开始蓄热调温纺织品的研究，现已取得了很大成绩。２ ０世纪８０年代中期，美国ＮＡＳＡ开始资助具有温度调节功能的纺织品的研究工作，计划用于宇航服中观。因此，９０年代以来，新型保温调温纤维和织物的开发研制骤然兴起。各种新型的保温调温纺织品相继问世，例如远红外纤维、降温织物、在原丝液中添加特殊的陶瓷粉末或涂层法将陶瓷粉末涂布在织物上。最近，一种新的方法—调温纺织品上。微胶囊技术，应用到了开发蓄热的工作手套，美国Ｔｉｒａｎｇｌｅ研究发展公司和农业部南方工作室先后开展了该方面的研究工作。２０世纪９０年代初，美国Ｇａｔｅｗａｙ公司（现更名为Ｏｕｔｌａｓｔ技术公司）得到了Ｔｙｉａｎｇｌｅ公司微胶囊技术制造蓄热调温纺织品和泡沫的专利授权，该公司经过研究改进，于１９９７年开始生产和销售含有蓄热调温微胶囊的纤维、织物和泡沫产品。日本和欧洲等工业发达国家也有同类研究。ｆ蓄热调温纺织品的介绍［３１蓄热调温纺织品是一种通过纺织品表面或纤维内 含有的相变物质遇冷、热后发生固一液可逆相变而吸２蓄热调温纺织品保温机理［４．５１ 蓄热调温纺织品与传统的纺织品的区别在于保温机理的不同。传统的保温衣物主要是通过绝热方法避免皮肤温度降低过多，而绝热效果主要取决于织物的厚度和密度。厚度越大、密度越小绝热效果越好，因为收、放出热量，从而具有温度调节功能的新型高技术纺织品。这类纺织品能够根据外界环境温度的变化在一定的湿度范围内可自由调节纺织品内部温度，即当外界环境温度升高时，可以储存能量，使纺织品内部温度升高相对较低；当外界环境温度下降时，可以释放能量，使纺织品内部温度降低相对较少，做成服装后比常规纺织品更具有舒适性。滞留在织物内部的静止空气多而空气的热传导率极小，然而传统织物的保温效果受限于外界压缩和水分的影晌。而蓄热调温织物的保温机理则是一种对水分和外界压力影响不敏感的能为人体提供舒适微气候环 蓄热调温纺织品研制所使用的相变物质的相交温度通常在０一５０℃。利用相变物质的吸放热特性将其加工到纺织材料上可以获得意想不到的效果。８０年收稿日期二２００５－０８－１２作者简介：翁亮（１９８０－），女，黑龙江双鸭山人，在读硕十研究生，研究方向为微生物对染料废水的处理。境的全新的保温机理，即提供热调节而不是提供热隔绝。这种全新的保温机理在于纺织品内部应用了微胶囊相变材料（ＭＰＣＭｓ ），相变材料在其固、液相态之间变化时从外界环境吸收或向外界释放热量，且在相变的过程中温度保持不变。含有相变材料的纺织品不论外界环境温度升高还是降低时，它在人体与外界环境之间起调节器的作用，缓冲外界环境温度的变化。上海纺织科技ＳＨＡＮＧＨＡＩ ＴＥＸＴＩＬＥ ＳＣＩＥＮＣＥ ＆ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ２００５年，２月・第３３卷。第１２期Ｖｏｌ． ３３ Ｎｏ．１２， ２的５专题论坛 蓄热调温纺织品除具有与普通纺织品相似的静态 熔融勃度很低，完全不具备可纺性，只有将低温相变物保温（热板法测试）性能外，还具有动态保温性能动态保温性能的产生是纺织品内部包含的相变物质在环境温度变化时的吸热成放热引起的。当环境温度或人体皮肤温度达到服装内ＭＰＣＭＳ的熔点时，ＭＰＣＭｓ吸热从固态转化液态，在服装层内产生短暂的制冷效果，热能可能来自外界温暖环境。一旦ＭＰＣＭｓ完全溶解，储能便结束。如果ＭＰＣＭｓ月及装在低于ＰＣＭ结晶温度的质与多种增勃剂混合后才能用于纺丝，采用分子量为ｌ ００１〕的ＰＥＣ纺出的纤维具有明显的温度调节功能。（ ２）蓄热微胶囊共混纺丝法。１９９３年Ｔｒｉｎｇｌｅ公司申请了将石蜡类碳氢化合物封人直径１一ＩＯＷ的微胶囊中，然后与聚合物溶液一起纺丝，得到具有可逆蓄热特点纤维的专利。蓄热调温微胶囊就是将特定温度范围的相变材料 寒冷环境中使用，液态ＰＣＭｓ将变回固态，释放出能量，用某些高分子化合物或无机化合物以物理或化学方法提供短暂的加热效果。这种热转换在服装内起缓冲作用，减小皮肤温度的变化，延长人的舒适感。３蓄热调温纺织品的制造方法〔６一‘〕３．１织物表面整理法表面整理法包括相变材料直接整理法和蓄热微胶 囊整理法。（１） 相变物质直接整理法。用交联剂及催化剂一起混合后制成均匀水溶液，将棉、涤棉和羊毛织物等在溶液中浸溃、轧压、烘干、皂洗后得到增重５０％左右的织物，该类织物在０一５００Ｃ温度范围具有明显的吸放热效果。 （２）蓄热微胶囊整理法。微胶囊由天然或合成的高分子制成的微型容器。蓄热微胶囊是将相变物质在液态时包裹在微小球体中。含有相变物质的微胶囊随着外界环境温度的变化，相应的吸收或释放热量。将蓄热微胶囊整理到织物表面，可明显提高织物的保温性。３．２中空纤维内部填充法一般来说，调温织物的调温效果是利用纤维内部 的温适载体或其含有的相变材料达到的。１９７１年Ｈａｎｓｅｎ Ｒ． Ｈ申请的美国专利将二氧化碳之类的气体先溶解到各种溶剂中，然后充填到纤维的中空部分，在织造前，利用特殊方法将中空部分密封，从而利用纤维中空部分的气一液（固）相转变来达到保温０ ８０年代初期，Ｖｉｇｏ等人将带有结晶水的无机盐充填到中空纤维的中空部分，利用相变盐在室温下发生熔融和结晶而产生可逆的贮热和释热性能，从而达到调温效果。３．３直接纺丝法（１）相变物质直接纺丝法。采用纺丝法直接将低 温相变物质如石蜡纺制在纤维内部，并在纤维表面进行环氧树脂处理，防止石蜡从纤维中析出。该纤维在升降温过程中，石蜡熔融吸热、结晶放热，使纤维的热效应明显不同于普通纤维。 天津工业大学的ＲＡ表明，单纯将相变物质作为一种成分用于熔融复合纺丝很困难，由于低温相变物质的包覆起来，制成直径在１一１００ Ｎ，之间常态下稳定的固体微粒，这种包裹后相变材料性质不受影响的固体微粒就是蓄热调温微胶囊。蓄热调温微胶囊与其他微胶囊如缓释微胶囊、压敏微胶囊等的不同之处在于壁材的选取和设计不同。缓释微胶囊、压敏微胶囊等类型的胶囊是希望胶囊壁材在外界条件的作用下被破坏以达到特殊效果，而蓄热调温微胶囊的壁材则需要在外力作用下能够较长时间保持其完整性，以避免芯料的渗透。４性能的评价方法川服装的热湿舒适性的评价方法和指标与单纯的织 物保暖性、透湿性的评价方法和指标有很大不同，因为前者所涉及的广度与深度远比后者大。具体来说，前者要受到人体、服装、环境三方面因素的影响，而后者从织物平身来进行研究。这些年来，纺织品的热湿舒适性在研究方法上主要有以下三种，即微候仪法、暖体假人法和实际人体穿着法。它们各有优缺点，如表１。 具体测试过程又分为单纯热湿性能测试和综合热湿性能测试，下面就对这些指标作一分析对比和综合评述，见表２０表１不同测试方法的优缺点 测试方法优点缺点微气候法仪器简单、重复性好 方法易行、周期短、与实际情况存在差异暖体假人法适合任何环境、误差较小无感情变化、不能反应心理因素影响 人休穿着法与实际符合误差较大、周期长表２热、湿及其综合传递性能测试对比侧试方法测试方法或仪器主要导出指标单纯热冷却法｝一４卜却时间指数、隔热指数、保暖率藻递性｛厦温法ｃ１。值、绝热率、热阻热脉冲法同上湿度梯度法湿阻、湿阻抗透湿杯法、蒸发法、吸收法、蒸发透湿指数、透汽率、透湿量皿法织物微气候仪、出汗暖体假人珊Ｈ热阻、湿阻、热湿比、微区气候压、微区温度 结合上述特点，一般主要采用微气候仪法并结合实际人体穿着法进行研究，以期助长补短，优势互补。２００５年，２月・第３３卷・第，２期Ｖｏｌ ． ３３ Ｎｏ．１２， ２００５ＳＨＡＮＧＨＡＩ ＴＥＸＴＩＬＥ ＳＣＩＥＮＣＥ ＆ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ上海纺织科技专题论坛 为了模拟人体出汗时衣内微气候的变化行为，许多学者研制了各种不同的微气候仪，并建立了大量的评价指标。国外有许多科学家先后研制了不同种类的微气候仪，具体有Ｈａｒｄｙ， Ｂｅｈｒｍａｎｎ， Ｍｅｈｅｅｌｓ， Ｗｏｏｄ－ｃｏｄｅ、尾崎、诸风、川端、丹羽、松本、若野等人，国内有李毅、施桅梧等人研制的微气候仪Ｉ型和ＩＩ型，林秀壁军方资助的项目，因此，受到相当的关注。目前，已经用于制造飞行保暖手套，军用冷热作战靴、潜水服、冬季服装、海军陆战队微气候冷却服装等方面。除此之外，它还能用于红外线伪装服，军事应用上的红外光波段主要分为０．７５一３ ｌａｍ的近红外和３一１５ ｍ的热红外。近ｕ．［红外探测是根据目标与背景的亮度差别来发现目标。因此，伪装主要是设法减少或消除目标与背景的亮度差别。红外热象仪则是利用高于环境温度的物体都会向等人研制出的简单出汗筒体，崔慧杰等人模仿德国Ｕｍｂａｃｈ博士的仪器研制了织物动态热湿舒适性能汽相缓冲作用测试仪以及总后军需研究所根据衣内微气候理论研制的衣内微气候测试仪。外发射红外辐射而使之成像，因此，防热红外探测就要通过降低目标在热红外谱段的热辐射，调温纤维及纺织品能缓冲人体散发的热，降低热红外辐射，有望在热红５蓄热调温纺织品的应用５．１服装与鞋帽在外界环境温度达到相变物质的熔融点或结晶点 后，相变物质开始吸收或释放热量，使穿衣人的人体与外界环境之间的热量流动减少或者被中断，从而在人体与外界环境之间建立一种相对的动态热平衡，对人体起到积极的温度调节作用。由于纤维或织物中含有的相变物质可以吸收、储 存和重新释放身体的热量，因此当脚或头产生过量的外伪装方面起到作用。为了满足近红外和热红外伪装的要求，将红外伪装材料进行复合加工。２０世纪９０年代美国陆军设计出三色红外伪装服，它由三层具不同热红外发射率的伪装材料复合而成，每层材料呈现不同的颜色，能较好地模拟背景的光学特征，具有较强的红外热量时，它可以吸收热量，而当脚或头感觉发冷时，储存的热量又可以重新释放到身体比较冷的部位。５．２医疗卫生用品通过含相变物质微胶囊对诸如手术服、床上材料 伪装效果。美国Ｔｅｌｅｄｙｎｅ Ｉｎｄｕｓｔｉｒｅｓ Ｉｎｃ也设计一种多层涂层织物复合加工成的伪装服，每层织物具有不同的红外发射率，它们相互搭配，从而尽可能地模拟背景的红外发射情况，防伪效果较好。参考文献：〔１］石海峰，张兴样．蓄热调温纺织品的研究与开发现状【１３．纺织学报，２００１，（１０）：６３一６５． ［２］万震，王炜，杜国军．新型保温调温纺织品的研究进展［ Ｊ］．合成纤维，２００３（５） ；３５一３８和精心护理所用的材料等医疗卫生用品的功能整理，不仅可以改善医生的舒适度，而且对病人的病情起到良好的辅助治疗作用。５．３保护性装置在头盔、膝盖护垫、肘部衬垫等保护性装置中应用 微胶囊相变材料，可以适当地控制这些部位汗液的产生与排放。通过微胶囊内的相变材料的相变可以调节［３１尉霞．智能纺织品【Ｊ］．山东纺织科技，２００３（３） ：５４ －５６［４］石海峰，张兴祥微胶囊技术在蓄热调温纺织品中的应用「Ｊ］．产业用纺织品， ２００１（１２） ：ｌ－５．［５］ Ｇｉ．，｝． Ｋ， Ｇｈａｄｄａｒ Ｎ， Ｈａｔａｔｈａｎｉ Ｊ， Ｊｏｎｅｓ Ｂ． Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ａｎｄ ｎｕｍｅｒｉｃａｌｍｖｅｓｔ ｉｇａｒｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｐｈａｓｅ ｃｈａｎｇｅ ｔｎａｔｅｎａｌｓ ｏｎ ｃｌｏｔｈｉｎｇ ｐｅｔｉａｒｌ－ｉ ｓ ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ［ Ｊ １． Ｔｅｘｔｉｌｅ Ｒｅｓ． Ｊ． ，２００４，７４ （３） ：２０５一２１４．［６］王玮玲，丁伟东．相变纤维５伪相变纤维［Ｊ］．纤维技术，２００４（１）：３１ －３４．身体局部温度的平衡，以减少湿热的产生，从而为人体的这些部位提供适当的冷却度。５．４汽车内织物 在汽车内部采用蓄热调温纺织品作为内衬同样可以为乘客提供温度调节效果，并且通过相变材料的吸［ ７ ］ Ｃｈｏｉ ｋｒｅｙｏｕａ， Ｃｈｏ ｇｉｌｓｏｏ， Ｐｉｌｓｏｏ ｋｉｍ， Ｃｈｏ ｃｈａｎｇｇｉ． Ｔｈｅｒｍａｌ ｓｔｏｍｇｅ／ｒｅ－Ｉ ｅｍｅ ａｎｄ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｍｐｅｒ６ｅｓ ｏｆ ｐｈａｓｅ ｃｈａｎｇｅ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｏｎ ｐｏｌｙｅｓｔｅｒｆａｂｒｉｃ［ Ｊ］ ． Ｔｅｘｔｉｌｅ ｅｅａ． Ｊ． ， ２００４，７４ （４） ：２９２一２９６．［８１赵晓娣，邓桦．微胶囊技术在蓄热调温整理的研究［Ｊ］．纺织学报，２００４，（３） ：６８ －７０．「９〕李创服装动态热湿舒适性理论及测试技术概述「１ｌ．北京纺织，２００２（２）；４７一４９ 热或放热来保持车内温度的恒定。Ｂ． ＰＡＵＳＥ对汽车内部诸如地板、车顶、座椅及仪表盘等物品应用蓄热调温纺织品具有明显的调温效果。［１０］张威，唐雯，马军．功能性纺织纤维的开发与发展现状〔Ｊ１．山东纺织科技， ２００４（ｔ）：４４ －４７「川宋肇堂．功能性织物整理的进展（一〕［Ｊ］．印染，２００３（１０）；４６－４８ ５．５军事用途ｆｔＺｌ由于调温纤维及纺织品一开始就是ＮＡＳＡ及美国 尹－．＊．、［１２］未肇堂、调温纤维及其纺织品［Ｊ］．印染助剂，２００４，２１（３）：１ －４．、，，！．户欢迎关注２００６年新版（（上海纺织科技》