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实现服装“冬暖夏凉”,调温纺织品的奥秘在哪?

2023-05-16 09:36:13 小黄

这些年,气候的异常现象越来越频繁,就像前不久,很多地方都热得几乎要触发高温预警,然而一夜之后多地又下起了罕见的桃花雪,这种气温的剧烈波动已经远远超出人体适应的能力,所以对温度调节类产品的需求就有很大的市场,这两天正在上海国家会展中心举办的2023中国国际纺织品展览会上,就出现了很多标称具有温度调节功能的纺织品,以往关于温度调节这一纺织品功能性的宣传从来没有像这次这样普及,看来纺织业也是看到了气候变化带来的商机。

关于纺织品的温度调节功能,在以往更多集中在保温这一性能上,但保温产品只适用于冬季的服装,对于夏天来讲如何降温才是产品最大的卖点,随着凉感纺织品标准的制订,这次展览中关于凉感功能性宣传的企业也越来越多,另一个关于纺织品调温功能性的宣传来自自动温度调节,它可以随着外界温度的变化自动调节温度,使人体始终处在一个适宜的温度区域。

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调温纺织品的奥秘

调温纺织品的奥秘在于所包含的材料是能够感知环境温度变化的相变材料。相变物质通过发生状态改变(固态、液态或气态),可以存储或释放大量能量,以维持基体温度恒定。

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当外界环境温度升高时,纤维中包含的相变材料发生相变,从固态变为液态,吸收热量储存于纤维内部;当外界环境温度降低时,相变材料从液态变为固态,释放出储存的热量,保持体表温度,使人体处于一种舒适的状态。

相变材料的存储方法:相变材料能够存储或释放能量,但在发生形态转变时易发生泄漏,限制了相变材料的应用。通过对相变材料进行封装,可以有效防止泄漏问题,目前可用的方法包括多孔材料吸附法和微胶囊法两种。

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多孔材料吸附法:由于表面张力和毛细效应的存在,相变材料可以吸附在多孔材料中实现稳定。常用的多孔材料有黏土矿物、多孔碳材料、金属泡沫,此方法不仅可以防止相变材料的泄漏,还可提高相变复合材料的导热性能。这种潜热储热技术在太阳能应用、建筑节能等领域得到了广泛关注,但在纺织方面的应用较少。

微胶囊法:微胶囊可以理解为是用一种物质包裹住另一种物质,包在内部的物质称为芯材,而用来包裹的物质称为壁材。微胶囊化增加了相变材料的比表面积,方便了热量的传递,从而间接提高了导热率,相变材料存储于胶囊内部,解决了形态变化导致的泄漏问题,也使微胶囊具有很好的稳定性。

常用的制备方法:

相变调温纺织品的制备方法有很多,其原理是将相变材料以合理的方式与纤维织物进行结合,从而实现调温效果。常见的相变调温纺织品的加工方法有中空纤维填充法、纺丝法、后整理法等。

后整理法:通过整理或涂层的方式,将相变材料施加在织物上,从而使纺织品拥有智能调温的功能。整理法采用浸—轧—烘—皂洗工艺得到相变材料的织物,浸渍液中含相变材料或相变材料微胶囊、交联剂、催化剂等。涂层法通过涂层加工手段,利用胶黏剂将相变材料粘接在纺织品上。

中空纤维填充法:是在织造前,利用特殊方法将中空部门密封,将相变材料微胶囊填充到中空纤维的中空部分,利用相变材料而产生可逆蓄热和放热性能,然后用树脂将纤维进行包覆,防止相变胶囊外泄从而达到持久调温效果。

纺丝法:是将相变材料微胶囊直接分散在纺丝熔体或溶液内进行纺丝,或将含有相变材料微胶囊的纺丝组分作为岛或芯组分,聚酯、丙纶等作为皮组分制备耐久效果好的相变纤维。

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相变调温纺织品有规范了

2022年12月13日,广东省标准化协会发布团体标准《相变调温纤维及纺织品》,对相变调温纤维及纺织品的术语和定义、分类和标记、技术要求、试验方法、检验规则、包装、运输和贮存分别做出规定。

行内人士认为,该团标来得及时,对具有相变调温功能的新一代纤维及纺织品的开发和发展具有一定的促进作用。

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据介绍,所谓相变调温,是指有些物质在从固态、液态、气态中的一种相态转变为另一种相态时发生吸收或释放热量从而调节温度的现象。

例如,有些纤维经过工艺制备处理成为相变调温纤维,用这种纤维制成功能性纺织品,便具有相变调温功能——环境温度在一定范围内升高时,封装在纤维里的相变材料便从固态转化为液态(称为熔融),其过程吸收大量热能;反之,相变材料从液态转变为结晶或半结晶固态(称为结晶)过程则释放热能。

而在这过程中纺织品本身温度基本不变。这一吸收一释放,调节“衣内微环境气候”保持在人体舒适状态,使体感实现冬暖夏凉。

相变调温纺织品因之被称为“贴身空调器”。相变调温纤维及纺织品崛起成为深受欢迎的新一代高新技术纺织服装产品。

资料显示,相变调温纤维及纺织品来源于美国的发明。上世纪80年代美国太空总署为了保护宇航员及珍贵设备免受太空急剧温度变化影响而要求研究开发这一功能性产品,成功后扩大应用于普通服装、防护性服装如消防服、野战服、冷库工作服、潜水服、飞行服及室内装饰、床上用品、鞋袜、医疗用品等各类产品领域,展现了广阔的市场前景。相变调温纤维及纺织品被美国人选为“改变21世纪人类生活的21项革新之一”。

我国于上世纪90年代开始相变调温纤维的研究开发,近年来取得了突破性进展,已有一批科研机构、院校和企业掌握了相关技术,一批企业开始批量生产,产品逐渐进入市场,呈现着良好的发展势头。但与技术开发和应用相比,相应的标准化工作却相对滞后。

相变调温纤维及纺织品至今未有专门的国家标准和行业标准,开发和生产应用企业各自制定的企业标准技术指标不统一,参差不齐,各行其是,消费者难以判定优劣。

行内形成共识,制定相应的统一的标准供大家共同遵守执行已成该产业发展的当务之急。

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展览会上的温度调节纺织品

1、挥发性凉感纤维

代表性产品就是薄荷纤维。薄荷我们都熟悉,具有很强的挥发性,夏天在皮肤上涂抹一点会感觉很凉爽,这是因为薄荷的挥发性带走了皮肤上的热量。借鉴于薄荷的这一特点,很多企业在纺丝液中添加具有薄荷这样挥发性的物质,从而达到接触凉感的目的。对这类凉感产品的性能我还是具有一些疑问的,因为我们知道薄荷涂抹在皮肤上很快就挥发完了,所以功能的持久性值得商榷,再有就是薄荷提取物加入到纺丝液中后是否还能保持足够的挥发性。

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2、超导热凉感纺织品

代表性产品就是玉石纤维。一些物质由于具有很好的导热性能,当与我们的皮肤接触时会很快传导走皮肤上的热量,让人感到很凉快,我们夏天使用的凉席就是靠良好的导热性能让人感到凉爽的,一些矿物质也具有同样的导热功能,所以很多企业就把这些矿物质制成纳米级的颗粒加入到纺丝液中,从而赋予纤维也具有超高的导热性能。这类纤维似乎是目前凉感纺织品的研发重点,只不过各家企业添加的矿物质的种类不一样,对这类凉感纤维需要考察的是矿物质的储热能力,如果物质本身的储热能力很高,那么长时间穿着这样的产品不但不会感到凉爽,还会因为储热而变得发烫。就像铁块,在夏天如果摸一下阴凉处的铁块会感到凉爽,但是如果铁块在太阳下曝晒后就会很烫,对这类凉感纺织品中添加的矿物质既要具有良好的导热性能,还要具有比较低比热容。

3、相变调温纺织品

这类产品具有双向调节温度的功能,它是利用物质在不同“相”之间变化产生的吸热或放热反应来达到自动调节温度的功能,当人体感到热时,相变物质从固态转变成液态,吸收人体发出的热量而使温度降低;当人体感觉到冷时,相变物质从液态转变成固态,释放出储存的能量而使温度升高。对这类产品需要考虑的就是相变材料在相变过程中能够储存的能量,储能越多自动调温的效果就越好,所以它跟超导热凉感纺织品需要物质具有低的比热容相反,相变调温纺织品中相变材料的比热容越高越好。

4、仿松球效应智能传热导湿纺织品

这个是我在这次展览会南通大学的展位上第一次发现这样的功能性,它是模拟松球鳞片在雨天遇水会收缩,而干燥后又会自然张开这之一特性,通过特殊的处理,使得面料在高湿气的环境中自动弯曲张开,这样可以使人体产生的热气快速透出,从而达到降温透湿的目的;而当温度降低、湿度下降后又会自动闭合,恢复到原始的平整状态,从而避免人体热量过度流失。因为以前没见过这样的功能性产品,所以对具体的效果不清楚,不过我的疑问是这样的产品似乎只适合运动中出热出汗的状态,如果在高湿度但低温度的环境中怎么办?因为我们所处的环境并不是只有高温才会高湿,同样存在低温但高湿的状况。

5、暖姜纤维

这个是在青岛纤维的展位上发现的一个保暖纤维,据说是把从生姜中提取的物质加入到纺丝液中,可以具有发热保暖的功能。生姜我们都知道,吃了以后会发热出汗,但把它加入到纤维中是否还能发热就不清楚了,看了一下纤维的说明,他们宣传的发热指标是吸湿发热,这个就不太好说了,因为吸湿发热的原理其实就是把动态的水汽液化成液态的水后,通过水分子相态的变化来放出热量,从而达到保暖的目的,原则上吸湿性好的纤维都具有吸湿发热的功效,而且这个发热的功效跟人体新陈代谢的功能有关,新陈代谢快的人,发出的水汽多,那么感觉到纺织品发热的功能就明显,而如果一个人的新陈代谢比较慢,没什么水汽生成没那么他可能就感觉不到纺织品的发热。

6、蓄热升温纤维

这类纤维是把储热性能好的矿物质加入到纺丝液中,在平常活动中纤维中的矿物质会把从外界自然光或人体辐射出的热量储存起来,当温度降低时,这些储存在纤维中的能量会以远红外的形式辐射到人体上,从而达到保暖的目的。这类纤维其实就是以前宣传的远红外保暖性能,需要考虑的是物质的比热容要大,这样才能储存足够的能量;还有就是外界能够给与的能量,如果外界没能量给与那么它就不具有能量储存,也就没法保暖;最后就是这些物质还必须具有优良的远红外能量力,否则储存的能量也不能传导给人体,当然也就不可能保暖。

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看了以上各种具有温度调节功能的纺织品,我们应该可以感觉到,现阶段还没有比较完美的产品,各种纤维都必须在合适的条件下才能发挥我们想要的温度调节功能,对温度调节的范围、温度调节的保持时间都不能达到我们理想的要求,所以还是不要抱有太大的希望,这能是特殊环境中的一些应急使用。


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