納米陶瓷錦綸短纖緯編織物吸光發(fā)熱性能研究

梁佳璐,叢洪蓮,高 哲

(江南大學 教育部針織技術工程研究中心，江蘇 無錫 214122)

保暖性是冬季服裝最重要的性能，日常生活中的保暖服裝主要通過使用保暖纖維來實現(xiàn)，保暖機理主要分為維持熱量和能量轉換兩種方式[1]。納米陶瓷錦綸短纖是通過納米陶瓷顆粒吸收人體發(fā)射的熱量，提高對人體的熱輻射，阻擋熱量逸散；同時自身也可以吸收太陽能輻射中的可見光和紅外線，并將其轉化成熱能，從而達到保暖效果，更有吸光發(fā)熱的作用[2-4]。吸收光能產生熱量的過程包括材料的吸光、光照能量的吸收反射、能量在環(huán)境中的交換等[5-6]。

東華大學通過加入遠紅外陶瓷粉和碳化鋯顆粒制得了聚丙烯腈基太陽能蓄能發(fā)熱纖維[7]；江蘇太倉發(fā)明了由陶瓷蓄熱纖維和天然纖維素纖維混紡的保暖舒適透氣纖維[8]；目前已開發(fā)的具有吸光發(fā)熱性能的紗線均是通過將具有吸收紅外線性能的顆粒添加進基體纖維溶液中制得，織造的織物比一般織物在晴天的溫度高2℃～8℃[9]。將云母顆粒加入到錦綸紡絲液中制得的錦綸基涼爽纖維的降溫性能優(yōu)于普通錦綸[10]。

納米陶瓷是指在顆?；虺叽缭谝痪S尺度上具有納米量級的陶瓷材料，兼具陶瓷材料和納米材料的特性，多是金屬氧化物，如：氧化鋁、氧化鎂、氧化鋯、二氧化鈦以及二氧化硅等等[11-15]。納米陶瓷錦綸短纖在后加工過程中將納米陶瓷顆粒均勻地滲透到錦綸等纖維分子的內部結構(無定形區(qū))中，以提高纖維對陽光等光源中紅外線的吸收，起到儲熱保溫效果[16]。

本文主要采用織物升溫/降溫測試、保溫測試和熱成像捕捉的方法，針對納米陶瓷錦綸短纖緯編織物的吸光發(fā)熱性能進行研究。

1 實驗準備

1.1 紗線準備

本文研究的是恒天中纖紡化有限公司的納米陶瓷錦綸短纖，將直徑在200 nm左右的白色納米陶瓷顆粒和錦綸紡絲液共混制得的短纖，可以增加紗線比表面積，提高紗線性能，之后與莫代爾、棉進行混紡，得到混紡短纖。納米陶瓷錦綸短纖的組成是：35 %錦綸、35 %莫代爾和30 %棉。其在全波段光譜照射下可實現(xiàn)光能向熱能的轉化，室內外均具有發(fā)熱功能。通過將納米陶瓷錦綸短纖與其它紗線交織改變織物原料比例，從而測試不同含量納米陶瓷錦綸短纖緯編織物的吸光發(fā)熱性能。

1.2 織物準備

織物的吸光發(fā)熱性能主要反映了織物的吸光發(fā)熱能力，主要作為低溫寒冷環(huán)境中的服用面料，選擇測試的織物均是雙面織物，選擇市場上典型的雙面織物組織結構，同時選擇的織物克重在300 g/m2以上，織物的厚度在1 mm左右。

本次測試織物的織物參數(shù)如下表1所示：

表1 測試織物參數(shù)表

1.3 環(huán)境準備

全光譜UVB金鹵太陽燈(220V，150W)，是一種接近日光色的節(jié)能新光源，金鹵燈的光譜是在連續(xù)光譜的基礎上疊加了密集的線狀光譜，波長范圍覆蓋了可見光(0.4μm～0.76μm)和紅外線(0.76μm～400μm)部分，可以滿足織物升溫所需要的光源條件，減小自然界中太陽光線動態(tài)照射對織物性能測試結果的影響。

恒溫恒濕室，溫濕度條件是：溫度(20±2)℃，濕度(65±4) %RH，可以在實驗過程中保持相對穩(wěn)定的環(huán)境，降低自然環(huán)境的溫濕度變化對織物性能測試結果的影響。

1.4 織物性能測試

1.4.1 織物升溫/降溫測試

圖1(a)所示為使用溫度傳感器對織物升溫/降溫測試的原理圖。根據光吸收保溫性試驗方法(BQE A 036-2011)來進行設計，在同一條件下打開光源照射織物(規(guī)格：15cm×18cm)0.5h，關閉光源0.5h，并使用iButton DS1922L-F5溫度傳感器(記錄間隔時間：30s，記錄精度：0.0625℃)對織物中心點的溫度進行實時測量。

1.4.2 織物保溫性能測試

根據GB/T11048-1989《紡織品保溫性能的試

基肥配比對花期持續(xù)天數(shù)的影響達到了極顯著水平，對地徑的影響達到了顯著水平，對另外2個指標的影響不顯著。N∶P∶K=15∶15∶15 的基肥配比對地徑和花期持續(xù)天數(shù)均存在最好的促進效果。從單因素來看，營養(yǎng)均衡的基肥策略對復色紫薇的增益明顯。

驗方法》使用YG606型平板式保溫儀(加熱周期為3個周期，加熱時間為20min，加熱溫度為36℃)測試織物(規(guī)格：30cm×30cm)的保溫性能，每種試樣測試3組數(shù)據，取其平均值。織物的保溫率越大，傳熱系數(shù)的數(shù)值越小，克羅值越大，織物的保溫性能越好[17]。

1.4.3 織物吸光發(fā)熱成像捕捉

圖1(b)所示為使用InfRec R500紅外熱像儀對織物吸光發(fā)熱成像進行捕捉的實驗原理圖。利用光源和紅外熱像儀搭建一個測量系統(tǒng)在同一條件下照射織物(規(guī)格：15cm×18cm)0.5h，將織物升溫情況每隔5min轉變?yōu)閳D片格式，圖中的顏色越深，織物的溫度越高，以此來比較四塊織物光源照射部分的溫度最大值[18]。

圖1 測試裝置圖

2 織物性能結果與分析

2.1 織物升溫/降溫規(guī)律

根據實驗數(shù)據以時間段數(shù)(30s/段)為橫坐標，分別以不同織物各自的溫度做縱坐標，得出的變化趨勢圖如下頁圖2所示：

圖2 織物升溫/降溫變化圖

在恒溫恒濕的條件下，光源照射時，織物的溫度變化具有三個階段。在A區(qū)，四款織物的溫度隨著光源照射時間的增加而增加，且升溫速率近似相等。在B區(qū)，四款織物的溫度隨著光源照射時間的增加而增加，但升溫速率漸漸降低，四款織物的升溫速率從大到小依次為：織物2、織物1、織物3、織物4。在C區(qū)，織物4的升溫趨于平緩，趨向于與周圍環(huán)境達到平衡的能量交換，其他3款織物仍具有緩慢升溫的效果，織物2升溫效果最佳，織物1次之。

織物的熱阻主要取決于織物所用的纖維。光源照射時，從原料來看，織物1納米陶瓷錦綸短纖含量高達100 %，織物2含95 %，織物3含78 %，織物4則不含納米陶瓷錦綸短纖，因此織物4的升溫速率最小，織物3的升溫速率僅高于織物4?？椢锞o度的增加，織物厚度的減小均會使得其熱阻值降低。從緊度來看，織物2成分中氨綸，織物致密，熱阻大；織物1厚度較薄，織物熱阻小，易散熱，因此織物1的升溫速率小于織物2。當織物中納米陶瓷錦綸短纖含量是95 %，氨綸含量是5 %時，織物的吸光發(fā)熱性能最好。

吸光發(fā)熱材料有良好的吸收陽光作用，但在沒有陽光的情況下，溫度下降很快。關閉光源后，織物沒有接受光源照射，沒有能量來源，織物溫度均會下降。從原料來看，織物1納米陶瓷錦綸短纖含量高達100 %，織物2含95 %，織物3含78 %，織物4則不含納米陶瓷錦綸短纖，因此織物4的降溫速率最小。而其余三款織物的降溫速率基本相似。

2.2 織物保溫性能

根據實驗數(shù)據匯總的保溫性能測試結果如表2所示：

表2 保溫性測試數(shù)據

通過實驗數(shù)據表2可以看出，織物4的保溫率及克羅值最小，說明在相同的情況下，織物4的保溫性能較差，而織物1、織物2、織物3的保溫率及克羅值數(shù)值接近，說明三者的保溫性能接近。反映了含有納米陶瓷錦綸短纖的織物的保溫性能優(yōu)于普通織物。

2.3 織物吸光發(fā)熱成像特征

利用紅外熱像儀捕捉到織物光照30 min升溫圖片如圖3所示：

圖3 織物升溫采集圖

在圖3中，由于實驗中采用的光源是球狀，四款織物面上的溫度從四款織物交界處向織物各自的中心的方向上顏色逐漸變淺，溫度逐漸降低，每款織物最大值溫度由高到低依次為：織物2、織物1、織物3、織物4；在30 min內，四款織物的溫度升高值分別為：30.81℃、29.97℃、29.71℃、27.4℃。

利用紅外熱像儀捕捉織物溫度變化曲線如圖4所示。

圖4 織物峰值溫度點升溫變化圖

根據圖4所示，該實驗進一步驗證了四款織物的峰值溫度點的升溫規(guī)律及各織物的吸光發(fā)熱性能。

3 結論

本文通過對納米陶瓷錦綸短纖緯編織物的吸光發(fā)熱性能進行測試分析，得到以下結論：

(1)在光源照射30 min后，納米陶瓷錦綸短纖織造的織物比一般織物溫度高3.41℃，且保溫性能優(yōu)于普通織物，從升溫和保溫角度說明納米陶瓷錦綸短纖具有吸光發(fā)熱的作用；

(2)在光照條件下，納米陶瓷錦綸短纖緯編織物的升溫速率大于等于普通織物；無光照條件下，納米陶瓷錦綸短纖緯編織物的降溫速率略大于普通織物；在實驗條件下，納米陶瓷錦綸短纖緯編織物的保溫性能優(yōu)于普通織物；

(3)當納米陶瓷錦綸短纖在緯編織物中含量達到78 %時，織物就具有優(yōu)良的吸光發(fā)熱作用；當納米陶瓷錦綸短纖含量達95 %，氨綸含量達5 %時，織物具有最佳的吸光發(fā)熱性能。在實際生產中，在保證織物性能的前提下，可以對織物成分的含量進行調節(jié)，從而降低生產成本。