紡織品遠(yuǎn)紅外性能測試方法研究

漆東岳++王向欽++袁彬蘭++倪冰選++朱銳鈿++陸樹興

摘要：簡要綜述了遠(yuǎn)紅外紡織品的作用原理，并結(jié)合檢測原理及實際測試中的數(shù)據(jù)和經(jīng)驗，對現(xiàn)行遠(yuǎn)紅外紡織品相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中的測試方法進(jìn)行了詳細(xì)的分析，為生產(chǎn)者送檢及消費者的選擇提供了參考，并對標(biāo)準(zhǔn)提出了改進(jìn)意見。

關(guān)鍵詞：遠(yuǎn)紅外紡織品； 遠(yuǎn)紅外波長；法向發(fā)射率；遠(yuǎn)紅外發(fā)射率；遠(yuǎn)紅外輻射溫升

隨著國民消費水平的不斷提高，人們已不再滿足于“吃飽穿暖”的生活，對服裝的要求也不斷提高，對保暖、保溫服裝，更是要求擺脫臃腫、厚重的感覺，追求輕薄、時尚和健康；同時，由于生活節(jié)奏的加快，人們的鍛煉時間不斷減少，如何保健成為了人們關(guān)注的焦點。在這種趨勢的影響下，兼具保健與保暖作用的遠(yuǎn)紅外紡織品成為了人們理想中的產(chǎn)品。

由于遠(yuǎn)紅外紡織品外形及其他物理性能與普通紡織品無異，消費者很難鑒別其是否具有遠(yuǎn)紅外性能，而目前國內(nèi)關(guān)于紡織品遠(yuǎn)紅外性能表征的標(biāo)準(zhǔn)及測試方法較多，各標(biāo)準(zhǔn)的要求及測試方法不盡相同，難以為消費者提供有效的指導(dǎo)。本文將從遠(yuǎn)紅外紡織品的特征、作用機(jī)理及測試原理等方面分析相關(guān)測試方法與標(biāo)準(zhǔn)，為消費者解答疑惑，同時為遠(yuǎn)紅外紡織品市場健康發(fā)展和質(zhì)量監(jiān)管盡微薄之力。

1 遠(yuǎn)紅外紡織品特征及作用機(jī)理

1.1 遠(yuǎn)紅外線的產(chǎn)生

紅外線又稱紅外光，指波長為0.75μm～1000μm的電磁波，具有較強(qiáng)的熱作用，在不同的領(lǐng)域?qū)h(yuǎn)紅外線的劃分不同，在實際應(yīng)用中通常把波長2.5μm以上的紅外線稱為遠(yuǎn)紅外[1]。根據(jù)維恩位移定律，黑體輻射曲線的峰值波長與黑體的絕對溫度T的乘積是一個常數(shù)，即 λm·T=2898（μm·K）[2]，這就是說溫度低于886.2℃的物體均在向外輻射遠(yuǎn)紅外線。

1.2 遠(yuǎn)紅外紡織品的特征

遠(yuǎn)紅外紡織品與普通紡織品均向外輻射出遠(yuǎn)紅外線，不同的是在相同的溫度下遠(yuǎn)紅外紡織品的輻射功率更高。

斯特潘-玻爾茲曼定律指出單位面積輻射功率與自身絕對溫度的四次方及材料表面發(fā)射率成正比，即E=ε·σ·T4，其中σ為常數(shù)，這說明提高表面溫度、提高發(fā)射率和增大表面積可以提高物體的總輻射功率，對于紡織品而言，提高表面發(fā)射率和增大表面積是提高其遠(yuǎn)紅外輻射強(qiáng)度的主要途徑。

目前市場上常見的遠(yuǎn)紅外紡織品開發(fā)途徑主要是提高其發(fā)射率，一是在紡絲時加入金屬氧化物、陶瓷粉末等發(fā)射率很高的遠(yuǎn)紅外發(fā)射體，制備遠(yuǎn)紅外纖維；二是采用陶瓷粉末制成的整理液對紡織品進(jìn)行整理[3-5]。

1.3 遠(yuǎn)紅外紡織品的作用機(jī)理

根據(jù)基爾霍夫輻射定律，物體的輻射能力越大，吸收能力也越大，人體中含有60%～80%的水分，根據(jù)匹配吸收原理，當(dāng)遠(yuǎn)紅外波長與人體自身波長相對應(yīng)時，身體可以吸收其遠(yuǎn)紅外輻射。人體溫度一般為28℃～40℃，發(fā)射的遠(yuǎn)紅外輻射主波長為10μm左右，5.6μm～15μm遠(yuǎn)紅外線占總能量的整個人體50%以上，遠(yuǎn)紅外紡織品在吸收外界熱量后輻射出的遠(yuǎn)紅外波長為3μm～25μm，可以被人體所吸收，形成共振。遠(yuǎn)紅外紡織品吸收身體的熱輻射，并以遠(yuǎn)紅外形式反饋給人體，加速血液循環(huán)，達(dá)到保健和輔助醫(yī)療的效果[6]。

2 國內(nèi)現(xiàn)行紡織品遠(yuǎn)紅外性能相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)分析

2.1 現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)概況

目前我國與紡織品遠(yuǎn)紅外性能測試相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)主要有4個，按實施日期先后分別是FZ/T 64010—2000（2014復(fù)審繼續(xù)有效） 《遠(yuǎn)紅外紡織品》、GB/T 18319—2001《紡織品 紅外蓄熱保暖性的試驗方法》、CAS 115—2005《保健功能紡織品》、GB/T 30127—2013《紡織品 遠(yuǎn)紅外性能的檢測和評價》，其中所涉及的測試方法可分為兩類，用于表征紡織品遠(yuǎn)紅外發(fā)射性能的測試方法，以及用于表征紡織品遠(yuǎn)紅外吸收性能的測試方法，其具體的測試項目及測試用儀器見表1。

2.2 遠(yuǎn)紅外性能測試方法分析

2.2.1 紡織品遠(yuǎn)紅外發(fā)射性能測試方法

目前用于表征紡織品遠(yuǎn)紅外發(fā)射性能的測試方法有FZ/T 64010—2000和CAS 115—2005中的遠(yuǎn)紅外波長、法向發(fā)射率，以及GB/T 30127—2013中的遠(yuǎn)紅外發(fā)射率。

FZ/T 64010—2000要求遠(yuǎn)紅外波長應(yīng)為8μm ～15μm，CAS 115—2005要求為4μm ～16μm，對遠(yuǎn)紅外紡織品的判定也有所不同，但FZ/T 64010—2000與CAS 115—2005中關(guān)于遠(yuǎn)紅外波長、法向發(fā)射率的測試方法基本相同，均采用紅外光譜儀和黑體爐進(jìn)行測試。其測試方法為：先采用100℃時黑體爐所發(fā)射的紅外線作為紅外光譜儀的遠(yuǎn)紅外光譜儀的光源，測試黑體爐的法向發(fā)射率曲線，再用黑體爐將樣品升溫至100℃，測試樣品或比對樣的法向發(fā)射率曲線（如圖1），根據(jù)試樣與黑體爐發(fā)射率曲線的積分比值計算樣品的發(fā)射率，并根據(jù)曲線判斷遠(yuǎn)紅外波長是否在可接受范圍之內(nèi)[7-8]。由于FZ/T 64010—2000和CAS 115—2005中的遠(yuǎn)紅外波長、法向發(fā)射率項目較為復(fù)雜，對儀器要求較高，故其測試成本較高。

圖1 遠(yuǎn)紅外波長及法向發(fā)射率測試裝置示意圖

GB/T 30127—2013中的遠(yuǎn)紅外發(fā)射率的測試與法向發(fā)射率的測試相似，不同的是其采用的是波長范圍為5μm～14μm的遠(yuǎn)紅外檢測傳感器，在黑體倉內(nèi)測試34℃時樣品發(fā)射率與標(biāo)準(zhǔn)黑體遠(yuǎn)紅外輻照強(qiáng)度的比值[9]。

根據(jù)維恩位移定律，黑體輻射曲線的峰值波長與黑體的絕對溫度T的乘積是一個常數(shù)，即λm·T=2898（μm·K）[2]，物體在溫度為100℃時發(fā)出的遠(yuǎn)紅外線峰值波長為7.77μm，此峰值波長與物體材質(zhì)并無很大的相關(guān)性，在實際檢測中也發(fā)現(xiàn)，在相同測試溫度的條件下，測試遠(yuǎn)紅外波長均符合FZ/T 64010—2000與CAS 115—2005的要求，且峰型與主峰的位置幾乎一致，所以遠(yuǎn)紅外波長這一項目對消費者并無多大參考意義。

法向發(fā)射率以及遠(yuǎn)紅外發(fā)射率項目采用在相同溫度下，樣品發(fā)出的遠(yuǎn)紅外輻射強(qiáng)度與標(biāo)準(zhǔn)黑體發(fā)出的遠(yuǎn)紅外輻射強(qiáng)度的比值作為參考，根據(jù)大量數(shù)據(jù)來看，遠(yuǎn)紅外紡織品與普通紡織品該指標(biāo)相差較為明顯，可以作為鑒別遠(yuǎn)紅外紡織品的有力憑證。

2.2.2 紡織品遠(yuǎn)紅外吸收性能測試方法

目前用于表征紡織品遠(yuǎn)紅外吸收性能的主要有GB/T 18319—2001中的紅外吸收率和紅外輻照升溫速率，以及GB/T 30127—2013中的遠(yuǎn)紅外輻射溫升等3種檢測方法。

紅外吸收率指樣品在指定遠(yuǎn)紅外輻照強(qiáng)度下所吸收的能量與總能量的比值，該指標(biāo)并沒有直接的測試方法，而是通過遠(yuǎn)紅外透射率與遠(yuǎn)紅外反射率計算而來。GB/T 18319—2001中規(guī)定在保證電紅外輻射源主波長為2.4μm，試樣表面輻照強(qiáng)度為650W/m2的試驗條件下，采用檢測波長范圍為0.8μm～10μm的紅外輻射強(qiáng)度計檢測分別在樣品的正后方以及樣品與輻射源間25°位置測試樣品的遠(yuǎn)紅外透射率和遠(yuǎn)紅外反射率（如圖2），再通過公式αa=100-αt-αr計算出其遠(yuǎn)紅外吸收率[10]。

圖2 遠(yuǎn)紅外透射率（左）、遠(yuǎn)紅外反射率（右）測試裝置

GB/T 18319—2001中的紅外輻照升溫速率與GB/T 30127—2013中的遠(yuǎn)紅外輻射溫升測試原理及裝置（見圖3）基本相同，即在一定的輻照條件下測試樣品在一段時間的溫度升高值。不同的是GB/T 18319—2001要求的輻射源主波長為2.4μm，要求保證試樣表面輻照強(qiáng)度為650W/m2，而GB/T 30127—2013要求的輻射源主波長為5μm～14μm，僅要求輻射源功率為150W，距離為500mm；GB/T 18319—2001要求測試的是2s～9s內(nèi)的升溫值，以計算升溫速率，而GB/T 30127—2013則是要求記錄30s內(nèi)的溫度升高值；GB/T 18319—2001要求的點狀溫度傳感器直徑不大于0.7mm，示值誤差不大于0.01℃，而GB/T 18319—2001要求的點狀溫度傳感器直徑不超過0.8mm，示值誤差不大于0.1℃。

圖3 GB/T 18319—2001 紅外輻照升溫速率測試裝置

就原理而言GB/T 18319—2001中紅外吸收率項目所規(guī)定的測試條件穩(wěn)定，可以保證測試的可重復(fù)性，可用于比較紡織品遠(yuǎn)紅外性能的優(yōu)劣；紅外輻照升溫速率可以客觀反映遠(yuǎn)紅外紡織品的吸收性能，同時也保證了測試條件的可重復(fù)性。但GB/T 18319—2001依然存在許多問題：測試裝置中對溫度傳感器的技術(shù)要求難以達(dá)到，目前國內(nèi)僅有寥寥幾家檢測機(jī)構(gòu)具有該項目的檢測資質(zhì)；GB/T 18319—2001是方法標(biāo)準(zhǔn)，沒有判定值，不能用于遠(yuǎn)紅外紡織品的判定。因此，GB/T 18319—2001可用于遠(yuǎn)紅外紡織品的開發(fā)與研究，但對消費者而言指導(dǎo)意義不大。

GB/T 30127—2013中的遠(yuǎn)紅外輻射溫升同樣存在溫度傳感器的技術(shù)要求過高的問題，直徑不超過0.8mm的點狀溫度傳感器，目前技術(shù)領(lǐng)先的OMIGA公司也僅有精度為±0.5℃的儀器銷售；同時GB/T 30127僅規(guī)定了距離與輻射源功率，不能保證樣品受到的輻照強(qiáng)度一致。根據(jù)大量樣品檢測的數(shù)據(jù)來看，不論樣品是否具備遠(yuǎn)紅外性能，30s內(nèi)的溫升普遍在2℃以上，而標(biāo)準(zhǔn)中的判定值為普通樣品1.4℃以上，疏松類樣品1.7℃以上，所以遠(yuǎn)紅外輻射溫升項目參考意義不大。

3 結(jié)論

結(jié)合檢測原理及檢測經(jīng)驗來看，現(xiàn)行遠(yuǎn)紅外性能測試相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)各有優(yōu)缺點。其中FZ/T 64010—2000和CAS 115—2005中的法向發(fā)射率以及GB/T 30127—2013中的遠(yuǎn)紅外發(fā)射率項目可以較為合理地用于衡量紡織品的遠(yuǎn)紅外發(fā)射性能，但FZ/T 64010—2000和CAS 115—2005測試方法復(fù)雜，成本較高；GB/T 18319—2001中的紅外吸收率項目可用于比較紡織品遠(yuǎn)紅外發(fā)射性能的優(yōu)劣，但不可用于判定；遠(yuǎn)紅外波長項目較為雞肋，難以用于分辨遠(yuǎn)紅外紡織品，而GB/T 18319—2001中的紅外輻照升溫速率與GB/T 30127—2013中的遠(yuǎn)紅外輻射溫升項目點狀溫度傳感器技術(shù)要求過高，難以實現(xiàn)，同時判定值設(shè)置不合理，也不具備指導(dǎo)消費者的意義。

4 建議

綜上所述，建議生產(chǎn)商更多地使用GB/T 30127—2013中的遠(yuǎn)紅外發(fā)射率作為衡量紡織品遠(yuǎn)紅外發(fā)射性能的測試方法，讓消費者可以清晰地了解所購買的產(chǎn)品，保障消費者的利益；建議相關(guān)檢測機(jī)構(gòu)及研究機(jī)構(gòu)加緊紅外輻照升溫速率與遠(yuǎn)紅外輻射溫升測試儀器的研究與開發(fā)，同時積累數(shù)據(jù)，為制定更為合理的判定值提供依據(jù)；建議相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)制定部分對現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行修訂，采用遠(yuǎn)紅外發(fā)射性能與遠(yuǎn)紅外吸收性能相結(jié)合方式對紡織品的遠(yuǎn)紅外性能進(jìn)行評價，制定更為合理的判定值，同時去除容易誤導(dǎo)消費的指標(biāo)與評判標(biāo)準(zhǔn)，為消費者提供更清晰明了的消費指導(dǎo)。

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[10] GB/T 18319—2001 紡織品 紅外蓄熱保暖性的試驗方法[S].

（作者單位：廣州纖維產(chǎn)品檢測研究院）