遠(yuǎn)紅外納米紡織品的性能測(cè)試

梁 翠， 鄭 敏,2

(1. 蘇州大學(xué) 紡織與服裝工程學(xué)院, 江蘇 蘇州 215021； 2. 現(xiàn)代絲綢國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室(蘇州)， 江蘇 蘇州 215123)

遠(yuǎn)紅外納米紡織品的性能測(cè)試

梁 翠1， 鄭 敏1,2

(1. 蘇州大學(xué) 紡織與服裝工程學(xué)院, 江蘇 蘇州 215021； 2. 現(xiàn)代絲綢國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室(蘇州)， 江蘇 蘇州 215123)

為探討遠(yuǎn)紅外納米整理對(duì)棉針織物的保暖保健性能的影響，以平板保溫儀和人體試驗(yàn)法對(duì)自制的遠(yuǎn)紅外納米紡織品進(jìn)行了測(cè)試和評(píng)價(jià)，采用SEM表征了處理前后棉針織物表面的微觀結(jié)構(gòu)，EDS分析了整理后棉針織物表面的物相組成。結(jié)果表明：整理后的棉針織物表面呈現(xiàn)均勻的納米粒子，EDS表明遠(yuǎn)紅外納米粒子是氧化鋯；整理后的織物保溫率得到較大提高；遠(yuǎn)紅外納米紡織品能改善人體體表微循環(huán)，提高體表溫度，提高織物保溫性，具有保健保暖效果。

遠(yuǎn)紅外紡織品； 納米； 人體試驗(yàn)法； 保暖保健

在當(dāng)今社會(huì)，人們對(duì)衣著輕暖舒適、保健美觀的要求日漸強(qiáng)烈，功能性紡織品越來(lái)越受到人們的喜愛(ài)，在此背景下，遠(yuǎn)紅外紡織品應(yīng)運(yùn)而生并得到了良好的發(fā)展[1]。

采用納米原位合成方法，在棉織物內(nèi)直接生成顆粒細(xì)小均一的納米摻雜型ZrO2增強(qiáng)相，有效控制納米顆粒的生成和生長(zhǎng)速度，避免了應(yīng)用過(guò)程中的團(tuán)聚問(wèn)題及水洗牢度問(wèn)題。納米摻雜型ZrO2的價(jià)電子在常溫下就能獲得足夠的能量從施主能級(jí)躍遷到導(dǎo)帶上而成為自由電子，在外加電場(chǎng)作用下定向運(yùn)動(dòng)而導(dǎo)電，遠(yuǎn)紅外發(fā)射率得到極大提高。經(jīng)檢測(cè)，水洗50次后，遠(yuǎn)紅外發(fā)射率仍大于89%。但如何客觀、簡(jiǎn)便地評(píng)價(jià)其保溫保健性能已成為遠(yuǎn)紅外紡織品發(fā)展瓶頸[2]。遠(yuǎn)紅外紡織品的性能測(cè)試主要有發(fā)射率法、溫升法及人體試驗(yàn)法[3]。溫升法能直接反映織物輻射遠(yuǎn)紅外線的能力，但是不能很好反映織物對(duì)人體的溫升性能；發(fā)射率法存在參照黑體選擇的問(wèn)題，易引起發(fā)射率數(shù)據(jù)差異；人體試驗(yàn)法帶有很大的主觀性，卻能最好地詮釋這種功能紡織品引起的生理效應(yīng)，對(duì)上述測(cè)試方法是一個(gè)很好的補(bǔ)充。

本文利用平板保溫儀測(cè)試方法和人體試驗(yàn)法對(duì)自制的遠(yuǎn)紅外納米紡織品進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，以便為遠(yuǎn)紅外納米紡織品作用于人體的生理效應(yīng)研究提供依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 材料制備

純棉針織面料(市售)，納米摻雜型ZrO2遠(yuǎn)紅外整理液(實(shí)驗(yàn)室自制)。

采用軋，烘，焙工藝制備遠(yuǎn)紅外棉織物，具體工藝為：摻雜納米ZrO2分散液(lg/L)→浸漬(40 ℃, 30 min)→軋壓→烘干(100 ℃，2 min)→焙烘(140 ℃，2 min)。

1.2 測(cè)試儀器

采用YG(B)606D型平板式保暖儀，在環(huán)境溫度為22 ℃，濕度為65%的條件下進(jìn)行測(cè)試，計(jì)算試樣的保暖率(Q)，傳熱系數(shù)(U2)和克羅值(clo)[4]。

采用AMI人體著裝舒適性生理量測(cè)試系統(tǒng)、AM-8061K型簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)記錄器、ALF21R型激光多普勒血液儀，該測(cè)試系統(tǒng)由日本AMI Techno有限責(zé)任公司開(kāi)發(fā)，可以完成對(duì)體表溫度和皮膚血流的連續(xù)測(cè)量。

1.3 測(cè)試方法

1.3.1 受試者及試驗(yàn)環(huán)境

本文選2名健康的年輕人為測(cè)試對(duì)象，分別標(biāo)記為S1(男)、S2(女)，平均年齡為21歲。選擇恒溫恒濕的密閉人工氣候室，溫度為(22±2)℃，相對(duì)濕度為(60±10)%，風(fēng)速≤0.1 m/s。

1.3.2 測(cè)試點(diǎn)

測(cè)試部位為下肢的右大腿和左小腿。將測(cè)試系統(tǒng)的血流傳感器和溫度傳感器放置于以上2個(gè)部位的下側(cè)和后側(cè)，血流傳感器可同時(shí)得到血流和溫度2個(gè)數(shù)據(jù)。

1.3.3 測(cè)試要求

實(shí)驗(yàn)過(guò)程中盡量消除情緒以及運(yùn)動(dòng)對(duì)皮膚血流的影響，要求受試者保持靜息狀態(tài)，下肢不隨意移動(dòng)[5]。實(shí)驗(yàn)日，受試者的早午餐應(yīng)為熱量均衡的日常食品，禁止食用巧克力等高能食品以及含酒精、咖啡因等刺激類(lèi)的食品[6]。

1.3.4 測(cè) 試

根據(jù)測(cè)試要求，把整理前后的針織面料做成九分褲。分別對(duì)穿著整理前后針織九分褲的下肢皮膚血流和皮膚溫度變化進(jìn)行測(cè)試，具體的方案如下。

受試者進(jìn)入人工氣候室，換上實(shí)驗(yàn)服，黏貼傳感器貼片，進(jìn)行30 min的環(huán)境適應(yīng)，保持靜息狀態(tài)。每0.1 s自動(dòng)記錄1次皮膚血流和皮膚溫度，連續(xù)記錄200 s。

1.4 織物性能測(cè)試

1.4.1 形貌觀察

取遠(yuǎn)紅外整理前后的棉織物樣品,在掃描電鏡儀上測(cè)定，觀察表面形貌。

1.4.2 能譜分析(EDS)

取遠(yuǎn)紅外整理后的棉織物樣品,在能譜儀上測(cè)定，分析織物的元素組成。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1 遠(yuǎn)紅外紡織品的微觀結(jié)構(gòu)分析

圖1示出整理前后試樣的掃描電鏡照片?？煽闯觯凑淼拿蘅椢锉砻孑^為光滑，基本無(wú)粒子存在，經(jīng)納米遠(yuǎn)紅外整理后，織物表面帶有大量納米功能粒子，形成一層致密納米膜。

圖1 整理前后紡織品的掃描電鏡照片F(xiàn)ig.1 SEM images of unfinished and finished textiles. (a) Unfinished; (b) Finished

圖2示出紡織品的遠(yuǎn)紅外能譜分析圖?？煽吹?，存在的主要能譜峰為C和O，是典型的棉織物能譜圖，其次存在的能譜峰為Zr和Zn等，這和遠(yuǎn)紅外納米材料的化學(xué)成分一致，說(shuō)明遠(yuǎn)紅外材料已經(jīng)附著在紡織品上。

圖2 紡織品的遠(yuǎn)紅外能譜分析圖Fig.2 EDS of far infrared textile

2.2 保溫測(cè)試

表1示出納米遠(yuǎn)紅外整理對(duì)棉織物保暖性能的影響?？煽闯?，經(jīng)納米遠(yuǎn)紅外整理過(guò)的織物其保暖性好于未經(jīng)整理過(guò)的織物。這可能是因?yàn)檫h(yuǎn)紅外整理后織物上的納米功能粒子吸收了外界的電磁輻射能量，其分子的能態(tài)從低能級(jí)向高能級(jí)躍遷，而后又從不穩(wěn)態(tài)的高能級(jí)回復(fù)到較低的穩(wěn)態(tài)能級(jí)而輻射出遠(yuǎn)紅外線[7]。所以織物經(jīng)遠(yuǎn)紅外技術(shù)處理后，其保溫率得到較大提高。

表1 納米遠(yuǎn)紅外整理對(duì)棉織物保暖性的影響Tab.1 Effects of far infrared finishing on warmth retention of cotton fabric

2.3 生理效應(yīng)測(cè)試

以右大腿下側(cè)和左小腿后側(cè)2個(gè)部位為測(cè)試點(diǎn)，分析了在坐正姿勢(shì)下S1和S2穿著整理前后九分褲時(shí)下肢皮膚溫度和皮膚血流的變化，以此探討遠(yuǎn)紅外紡織品的生理效應(yīng)。

2.3.1 升溫測(cè)試

圖3示出在坐正姿勢(shì)下，S1和S2分別穿著整理前后的九分褲在右大腿和左小腿處的皮膚溫度。由圖可知，S1和S2穿著整理后的九分褲與整理前的九分褲相比，不同部位的人體皮膚溫度都增加了0.8～1.5 ℃。這可能是由于織物中添加的遠(yuǎn)紅外放射性物質(zhì)可在很寬的波長(zhǎng)范圍內(nèi)吸收環(huán)境或人體發(fā)射出的電磁波，并輻射出波長(zhǎng)為2.5～30 μm的遠(yuǎn)紅外線，與人體的紅外吸收光譜范圍2.5～15 μm接近，人體吸收了遠(yuǎn)紅外線后，體溫升高的同時(shí)，又以遠(yuǎn)紅外線的形式發(fā)射到遠(yuǎn)紅外紡織品，并使紡織品的溫度升高，起到溫暖人體的作用[8]。

注: a—著普通九分褲；b—著遠(yuǎn)紅外九分褲。圖3 2位受試者(S1和S2)在左小腿和右大腿處的皮膚溫度Fig.3 Skin temperatures on left shank and right thigh of two subjects. (a) S1 right thigh; (b)S1 left shank; (c) S2 right thigh; (d) S2 left shank

此外，由圖3可知，S1和S2在同一部位的皮膚溫度增加量不一樣，而同一個(gè)受試者不同部位的皮膚溫度增加量也有明顯不同。一是因?yàn)槿梭w的皮膚溫度與個(gè)人的心理、生理因素、生理周期等有關(guān)，不同人的體表溫度會(huì)有差異，對(duì)遠(yuǎn)紅外線的刺激和反射效果也不一樣，體表溫度越高，對(duì)遠(yuǎn)紅外服裝的觸發(fā)溫度越高，遠(yuǎn)紅外效果也越強(qiáng)。而不同部位表現(xiàn)出的不同效果也說(shuō)明了體表溫度對(duì)遠(yuǎn)紅外效果的影響。二是因?yàn)閷?shí)驗(yàn)是不同階段完成的，每次實(shí)驗(yàn)的實(shí)際環(huán)境溫度與理論溫度在誤差范圍內(nèi)的浮動(dòng)，導(dǎo)致了皮膚增加量的不同。

2.3.2 血液微循環(huán)測(cè)試

圖4示出在坐正姿勢(shì)下，S1和S2分別穿著整理前后的九分褲時(shí)的皮膚血流變化。由圖可知，S1和S2穿著整理后的九分褲與整理前的九分褲相比，人體的血液流速明顯增加。這是由于在一定波長(zhǎng)范圍內(nèi)的遠(yuǎn)紅外線與人體細(xì)胞中水分子的振動(dòng)頻率相同,當(dāng)人體表面受到輻射時(shí),會(huì)引起細(xì)胞的分子共振,產(chǎn)生熱效應(yīng),并激活人體表面細(xì)胞,促進(jìn)皮下組織血液的微循環(huán),達(dá)到保暖、保健、促進(jìn)新陳代謝、提高人體免疫力的功效[9-11]。

圖4 2位受試者在穿著不同九分褲時(shí)的皮膚血流量Fig.4 Skin blood mass traces of two subjects with different pants. (a) S1 ordinary pant; (b) S1 far-infrared pant; (c) S2 ordinary pant; (d) S2 far-infrared pant

3 結(jié) 論

1)遠(yuǎn)紅外納米紡織品吸收人體的遠(yuǎn)紅外能量后溫度會(huì)升高, 使其反饋發(fā)射紅外輻射的總功率提高。遠(yuǎn)紅外紡織品對(duì)人體皮膚有升溫效應(yīng)。

2)遠(yuǎn)紅外納米紡織品引起皮膚升溫, 刺激皮膚熱感受器, 使血管張力降低, 毛細(xì)血管擴(kuò)張, 促進(jìn)了微循環(huán), 從而改善局部和全身的血液循環(huán)。

研究結(jié)果表明，經(jīng)遠(yuǎn)紅外納米技術(shù)整理后的紡織品能引起人體細(xì)胞的分子共振,產(chǎn)生熱效應(yīng),并激活人體表面細(xì)胞,促進(jìn)人體皮下組織血液的微循環(huán),達(dá)到保暖、保健、促進(jìn)新陳代謝、提高人體免疫力的功效。

FZXB

[1] 薛少林,閻玉霄,王衛(wèi).遠(yuǎn)紅外紡織品及其開(kāi)發(fā)與應(yīng)用[J].山東紡織科技,2001,42(1):48-51. XUE Shaolin, YAN Yuxiao, WANG wei. The development and application of far infrared textiles[J].Shandong Textile Science & Technology, 2001,42 (1):48-51.

[2] 梁曉艨,沈蘭萍.遠(yuǎn)紅外保溫保健紡織品保溫性能測(cè)試方法研究[J].現(xiàn)代紡織技術(shù),2000,8(1):29-31. LIANG Xiaomeng, SEHN Lanping. Test method of the resistant of far-infrared thermal insulating and health-caring textiles[J].Advanced Textile Technology, 2000,8(1):29-31.

[3] 廖聲海,陳旭煒,李毓陵.遠(yuǎn)紅外織物功能的測(cè)試與評(píng)價(jià)[J].產(chǎn)業(yè)用紡織品,2003,21(10):30-33. LIAO Shenghai, CHEN Xuwei, LI Yuling. The testing and evaluating of far-infrared fabric′s function[J].Technical Textiles, 2003, 21(10):30-33.

[4] 郭禹.紡織品保溫性能檢測(cè)中存在的問(wèn)題[J].紡織科學(xué)研究,2006,17(4):1-8.

GUO Yu. Problems detected in textile insulating effect test[J].Textile Science Research, 2006,17(4):1-8.

[5] CASSANDRA D H, ANNERIEKE Z, NIGEL A S,et al. Novel high-amplitude blood-flow oscillations in vasodilating human skins[J].Journal of Thermal Biology, 2004,29(7-8): 717-723.

[6] 顧心清,丁江舟,李榮杰，等.02艦艇防寒服的保暖性能人體評(píng)價(jià)試驗(yàn)[J].海軍醫(yī)學(xué)雜志,2003,24(3):210-213. GU Xinqing, DING Jiangzhou, LI Rongjie, et al.Subjective evaluation of the thermal insulation property of the new type cold weather clothing for naval crew[J].Journal of Navy Medicine, 2003,24(3):210-213.

[7] 薛孝川.遠(yuǎn)紅外纖維的發(fā)展和應(yīng)用[J].化纖與紡織技術(shù),2003(4):19-22. XUE Xiaochuan.Development and application of far infrared fiber[J].Chemical Fiber & Textile Technology,2003(4):19-22.

[8] 珊巒.遠(yuǎn)紅外紡織品的現(xiàn)狀和發(fā)展[J].上海絲綢,2011(1):16-19. SHAN Luan. Present situation and development of far-infrared textiles[J]. Shanghai Silk,2011(1):16-19.

[9] 秦文杰,劉洪太,張一心.紡織品遠(yuǎn)紅外功能評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)研究[J].紡織科技進(jìn)展,2009(6):52-56. QIN Wenjie, LIU Hongtai, ZHANG Yixin. Analysis of far-infrared textiles functional evaluation standards[J].Progress in Textile Science & Technology,2009(6):52-56.

[10] SHOJIRO Inoue, MORIHIRO Kabaya. Biological activities caused by far-infrared radiation[J].Int J Biometerol, 1989,33(3):145-150.

[11] YU SY, CHIU J H, YAND S D, et al. Biological effect of far-infrared therapy on increasing skin microcirculation in rats[J]. Photodermatol Photoimmunol Photomed, 2006,22(2): 78-86.

Study on performance of far-infrared nanometer textiles

LIANG Cui1, ZEHGN Min1,2

(1.CollegeofTextileandClothingEngineering,SoochowUniversity,Suzhou,Jiangsu215021,China;2.NationalEngineeringLaboratoryforModernSilk(Suzhou),Suzhou,Jiangsu215123,China)

The aim of this paper was to research the effect of far-infrared nanometer finishing on the health protection and warmth retention properties of knitted cotton fabrics. The performance of far-infrared textiles was tested with flatplate warmth retaining tester and body warmth keeping testing. SEM was used to characterize the microstructure of the surface of the knitted cotton fabrics before and after treatment, and EDS was used to investigate the phase composition of the surface of the knitted cotton fabrics after treatment. The results showed that uniform nano-particles were observed on the surface of the finished knitted cotton fabrics. EDS analysis indicated that far-infrared nano-particles on the fabric surface was zirconia; and the warmth retaining ratio of the treated cotton fabrics significantly improved. Far-infrared textiles can improve the microcirculation of the human body and increase the skin temperature and hence have health promotion and warmth retention capacities.

far-infrared textiles; nanometer; body warmth keep testing; health promotion and warmth retention

0253- 9721(2013)09- 0049- 05

2012-09-10

2013-03-07

中國(guó)紡織工業(yè)聯(lián)合會(huì)科技指導(dǎo)性項(xiàng)目(2011170)

梁翠(1988—)，女，碩士生。研究方向?yàn)榧{米材料在紡織領(lǐng)域的應(yīng)用。鄭敏，通信作者，E-mail:zhengmin@suda.edu.cn。

TS 195.5

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