淺析紡織品的光吸收保暖性能

湛權(quán)++++廖銀琳++++何錦顏++++陳輝++++李銳彬++++葉伙榮

摘要

本文介紹了紡織品光吸收保暖性能的背景和一種評價紡織品在光照下升溫效果方法的原理，通過對不同樣品的測試和標(biāo)準(zhǔn)棉貼襯的重復(fù)性試驗，驗證了所開發(fā)方法的可行性和可靠性。同時本文還對考核指標(biāo)和對照物的選擇進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：光吸收；保暖性能；吸光發(fā)熱；紡織品

1 前言

保暖性是冬季服裝最重要的性能之一。傳統(tǒng)的保溫是以阻止身體所發(fā)出的熱逃逸為主，主要方法包括選用毛、絨、皮等高檔原料制衣，增加衣服層數(shù)等，往往是以“犧牲”衣物厚度來換取較好的保溫保暖效果，因此傳統(tǒng)的保暖服裝一般都顯得蓬松、臃腫，既不便于活動又缺乏美感[1]。新型的保暖服飾通常采用可積極發(fā)熱的保暖纖維為原料，即依靠保暖纖維的自身發(fā)熱來達(dá)到對人體的保暖效果，常見產(chǎn)品包括吸濕發(fā)熱纖維、光能發(fā)熱纖維、相變放熱纖維等[2-3]。光能發(fā)熱纖維是一種可吸收太陽輻射中的可見光與紅外線，且可反射人體熱輻射的保暖材料。

國內(nèi)外有多種表征紡織品保暖保溫性能的方法和標(biāo)準(zhǔn)，包括ASTM F 1868、EN 31092、ISO 11092規(guī)定的蒸發(fā)熱板法，ASTM D 1518和GB/T 11048規(guī)定的靜態(tài)平板法，GB/T 18398中的暖體假人法等，主要測試紡織品的熱阻、熱導(dǎo)率、克羅值等指標(biāo)，但這些方法僅僅體現(xiàn)在穩(wěn)態(tài)下紡織品的熱傳導(dǎo)性能，無法體現(xiàn)材料自身的發(fā)熱升溫效果。GB/T 18319規(guī)定了用紅外輻射計測定紡織品紅外反射率、透射率、吸收率及輻照升溫速率的方法，主要測試紡織品的紅外蓄熱保暖性能，雖然已考核材料的升溫效能，但存在光源波長單一（僅使用紅外波）、輻照時間短、未考核輻照后材料保溫效果等問題。本文擬開發(fā)一種評價紡織品在光照下升溫效果的方法，彌補(bǔ)現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)和方法的不足。

2 試驗部分

2.1 試驗原理

具有光吸收發(fā)熱性能的纖維制品在合適的光源條件下，可吸收光線中的0.6eV高能波長段光波（波長< 2μm）產(chǎn)生熱量[4]，同時吸收光源自身輻射的熱量，通過架設(shè)的溫度探頭可捕捉到纖維制品表面溫度變化情況，比較光照前后纖維制品及其對照樣品的升溫曲線、升溫速率、溫差等指標(biāo)，可達(dá)到考核此類產(chǎn)品的光吸收保暖性能的目的。

2.2 試驗儀器和試樣（見表1）

2.3 試驗準(zhǔn)備

（1）每個樣品制備兩個組合試樣，每個組合試樣由兩塊60mm×100mm的試樣組成，試樣反面相貼合，沿三邊縫合成一袋狀插入口，形成一個組合試樣，縫合線應(yīng)與織物的長度或?qū)挾确较蚱叫?，如圖1所示。以相同的方式準(zhǔn)備兩個對照組合試樣。

（2）將樣品在溫度（20±2）℃、相對濕度（65±4）%的環(huán)境下調(diào)濕至少4h。

2.4 試驗步驟

（1）調(diào)節(jié)射燈燈絲與測試架底板的垂直距離為50cm，通過調(diào)節(jié)載物臺和溫度傳感器的位置使兩個溫度傳感器升溫速率保持一致。連接溫度記錄儀，數(shù)據(jù)采集頻率為20秒/次。

（2）將溫度傳感器分別插入組合試樣和對照組合試樣。

（3）待組合試樣與對照試樣的測試初始溫度為（20±4）℃，且兩者顯示的溫差<0.5℃時，開啟射燈進(jìn)行測試。測試時間為15min。

（4）調(diào)換組合試樣與對照試樣的位置，重復(fù)步驟（2）和（3）。

（5）重復(fù)以上步驟，完成兩個組合試樣的測試。

本文通過分別對1#～3#試樣、標(biāo)準(zhǔn)棉貼襯對照樣及不同類型的對照樣進(jìn)行多次試驗，優(yōu)化試驗參數(shù)，探索所開發(fā)方法可行性和可靠性。

2.5 試驗結(jié)果分析

2.5.1 不同試樣對考核指標(biāo)的影響

從圖2易知，3個試樣的溫度隨著光照時間延長而逐漸升高，并與樣品的克重呈正相關(guān)的趨勢。在大功率射燈長時間的照射下，一方面纖維上的特殊粒子吸收光能產(chǎn)生熱量；另一方面射燈本身的高能量也會在樣品表面發(fā)生熱傳遞，使3個試樣的溫度逐漸升高。同時，樣品克重越大，單位面積厚度越大，集聚在樣品中間的熱量越不容易對流和流失?？梢猿醪娇闯?，紡織品吸光發(fā)熱是由光照、樣品中吸光發(fā)熱粒子及樣品結(jié)構(gòu)等因素共同作用的結(jié)果。

表2是3個樣品在各個時間點的實測溫度。從表中可以看出，在光照前100s內(nèi)，樣品的升溫速率最快，呈倍數(shù)增長；從100s到300s，升溫速率逐漸變?。还庹?00s后升溫速率繼續(xù)減少而接近于0，樣品溫度逐漸趨于穩(wěn)定。光照初始階段，外界能量（光照熱量）迅速對流到樣品表面，并通過熱傳遞轉(zhuǎn)移到樣品中間，同時樣品中的特殊粒子吸光產(chǎn)生能量，使探頭溫度迅速上升，升溫速率達(dá)到峰值。隨著光照時間延長，樣品中部的能量也逐步熱對流和熱傳遞到其他介質(zhì)，樣品溫度繼續(xù)保持增長，但升溫速率逐漸降低，直到一段時間后樣品能量的吸收和釋放逐漸趨于一個穩(wěn)定的平衡狀態(tài)，樣品的溫度基本保持不變。

表3是各樣品升溫至50℃附近時所需時間和升溫速率，可以清晰地看出，相同光照條件下升溫速率隨著克重增加而逐漸增大。因此，樣品光照至平衡狀態(tài)時與初始階段的溫度差和樣品升溫到特定溫度時的升溫效率是評價紡織品的光吸收保暖性能兩個重要的指標(biāo)。

2.5.2 標(biāo)準(zhǔn)棉貼襯樣品重復(fù)性試驗

對同一標(biāo)準(zhǔn)棉貼襯樣品進(jìn)行7次重復(fù)性光照試驗，試驗結(jié)果見圖3。

從圖3可以看出，升溫曲線變化趨勢一致，數(shù)值略有波動；光照10min后樣品溫度在42.305℃～43.977℃之間變化，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為1.41%；相對初始溫度的溫度差在區(qū)間19.513℃～20.434℃內(nèi)，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為1.57%。上述曲線和數(shù)據(jù)表明，本試驗開發(fā)的方法測試結(jié)果穩(wěn)定、可靠，重復(fù)性好。

2.5.3 不同類型對照樣對試驗結(jié)果的影響

分別選取滌綸織物、腈綸織物、牛仔布和標(biāo)準(zhǔn)棉貼襯4種類型的樣品作為對照樣品，分析其對試驗結(jié)果的影響。試驗結(jié)果見圖4。

從圖4可以看出，選用不同類型的對照物，在相同光照條件下，升溫趨勢基本一致，但升溫速率和平衡溫度有較大的差別。滌綸、腈綸和棉貼襯在光照10min后溫度逐漸趨于穩(wěn)定，而牛仔織物仍保持增長趨勢，考慮到光照時間過長對成本的影響，牛仔織物不宜選作對照物。在評價某一織物的光吸收保暖性能時，最佳的對照物應(yīng)為未經(jīng)過整理的同類型樣品；在不能提供同類型對照樣品時，基于方法推廣和應(yīng)用，具有可溯源性、規(guī)范性的標(biāo)準(zhǔn)棉貼襯可以用作本方法的對照物。

3 結(jié)論

本文開發(fā)了一種測試紡織品光吸收保暖性能的方法。通過對不同樣品的測試和重復(fù)性試驗，表明本方法具有測試結(jié)果準(zhǔn)確、可靠，重現(xiàn)性好等特點。同時本文還對考核指標(biāo)和對照物的選擇進(jìn)行了探討。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王敏， 李俊. 發(fā)熱保暖服裝材料的開發(fā)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J]. 產(chǎn)業(yè)用紡織品， 2009 （4）：6-9.

[2] 王喜娜. 簡述發(fā)熱保暖纖維的發(fā)熱機(jī)理及開發(fā)應(yīng)用[J]. 山東紡織科技， 2012 （5）：9-12.

[3] 施楣梧. 新型纖維材料及其在紡織品中的應(yīng)用[J]. 棉紡織技術(shù)， 2005 （11）：38-40.

[4] 陳嘉毅， 朱光. 淺談新型發(fā)熱保暖纖維[J]. 山東紡織科技， 2008 （2）：53-56.

（作者單位：廣州纖維產(chǎn)品檢測研究院）