光熱轉(zhuǎn)換面料的吸光升溫性能研究

保溫面料有消極保溫面料和積極保溫面料之分。消極保溫面料主要是通過保溫的方式，防止人體熱量逃逸。如通過增加面料厚度和利用靜止空氣以起到隔熱保溫的效果，一般材料較為蓬松、缺乏美感，不適用于運動場合和商務(wù)場合。積極保溫材料則是通過從外部吸收能量，主動提高面料或人體與面料的環(huán)境溫度。如利用電池和發(fā)熱體將電能轉(zhuǎn)化為熱能而起到保溫作用的加熱型面料，但這類面料一般耐洗滌性及便攜性較差[1-3]。光熱轉(zhuǎn)換面料是蓄熱面料中的一種，它是一種新型的積極保溫面料，它可吸收太陽光，將光能轉(zhuǎn)化為熱能[4]，提高面料溫度，從而起到蓄熱保暖作用。

光熱轉(zhuǎn)換面料實現(xiàn)其蓄熱保暖功能主要有兩種途徑，一是可通過面料的后整理，如涂層整理[5]，將蓄熱材料以涂層的方式覆蓋在面料的表面，從而使傳統(tǒng)面料獲得吸光升溫功能；二是直接由含有碳化鋯等過渡金屬元素碳化物的光熱轉(zhuǎn)換紗織造而成光熱轉(zhuǎn)換面料，使面料具備吸光升溫的蓄熱功能[2]。光熱轉(zhuǎn)換紗的蓄熱面料與消極保溫面料相比，在不改變織物風(fēng)格、不增加織物厚度的情況下，即可具備優(yōu)良的吸光升溫性能；而與加熱型積極保溫面料相比，它不需要外置加熱元器件也可具備優(yōu)良的吸光升溫性能。因此，光熱轉(zhuǎn)換面料既保證了面料的輕便性、美觀性、設(shè)計多樣性，又具備了吸光升溫的特點，可廣泛應(yīng)用于運動服、職業(yè)服裝、冬季服裝中，具備廣闊的市場應(yīng)用前景。

對于光熱轉(zhuǎn)換面料，其吸光升溫性能是其最重要的特性，直接決定其最終產(chǎn)品的應(yīng)用價值及質(zhì)量。本文以光熱轉(zhuǎn)換紗織造而成的面料為研究對象，研究面料顏色、光熱轉(zhuǎn)換紗含量、光熱轉(zhuǎn)換紗排列方式對其面料吸光升溫性能的影響。

1 試驗

1.1 原理

將光熱轉(zhuǎn)換面料與參比面料一同在500W功率的光源下照射20min，用溫度傳感器分別測量光熱轉(zhuǎn)換面料與參比面料的表面溫度，并記錄溫度值，以20min內(nèi)的最大升溫值、測試終點時光熱轉(zhuǎn)換面料與參比面料的溫度差值表征光熱轉(zhuǎn)換面料的吸光升溫性能。

1.2 試驗條件

儀器設(shè)備：蓄熱測試儀（TST-XG001）；

光源：500W；

溫度傳感器：精度0.1℃；

溫度記錄儀：數(shù)據(jù)采集間隔6s；

環(huán)境條件：溫度（20±2）℃、相對濕度（65±4）%的恒溫恒濕室，實驗室中不應(yīng)有對試樣造成影響的熱輻射源。

1.3 樣品

面料在測試前，應(yīng)置于1.2所示環(huán)境中，調(diào)節(jié)參比面料與光熱轉(zhuǎn)換面料二者溫度為（20±0.5）℃，且二者的初始溫度差≤0.2℃，同一組試驗內(nèi)的多次測試間初始溫度差≤0.2℃。

光熱轉(zhuǎn)換面料（紗線A：20D/24F錦綸消光FDY；紗線B：20D/18F錦綸光熱轉(zhuǎn)換FDY，由廈門東綸股份有限公司提供）：橙色系列蓄熱面料（紗線排列方式及其光熱轉(zhuǎn)換紗含量分別為：22A2B×22A2B，8.34%； A×3A1B，12.36%；12A2B×12A2B，14.28%；6A1B×6A1B，14.28%；A×2A2B，24.72%）、藏青色系列蓄熱面料（紗線排列方式及其光熱轉(zhuǎn)換紗含量分別為：22A2B×22A2B，8.34%；A×4A1B，9.89%；A×6A2B，12.36%；6A1B×6A1B，14.28%；12A2B×12A2B，14.28%；A×B，49.91%）。

參比面料：與光熱轉(zhuǎn)換面料同材質(zhì)的錦綸標(biāo)準(zhǔn)貼襯織物（符合GB/T 7568.3—2008）。

1.4 測試過程

將60mm×100mm的光熱轉(zhuǎn)換面料和參比面料均置于1.2所示環(huán)境中，采用500W的光源照射，利用溫度傳感器實時記錄光熱轉(zhuǎn)換面料及參比面料溫度，用于繪制試樣溫度—時間的吸光升溫曲線，測試20min后關(guān)閉光源，以最大升溫值及終點溫差評價其吸光升溫性能。

2 試驗分析與討論

2.1 面料顏色與吸光升溫性能的關(guān)系

選擇光熱轉(zhuǎn)換紗含量及組織結(jié)構(gòu)參數(shù)相同的兩組橙色及藏青色面料互為參比試樣，研究面料顏色對吸光升溫性能的影響。其中，光熱轉(zhuǎn)換紗含量14.28%，紗線排列為12A2B×12A2B的面料測試結(jié)果見表1、圖1、圖2；光熱轉(zhuǎn)換紗含量為8.34%，紗線排列為22A2B×22A2B的面料結(jié)果見表2、圖3、圖4。

表1 不同顏色的蓄熱面料（光熱轉(zhuǎn)換紗含量14.28%）的測試結(jié)果

圖1 不同顏色的蓄熱面料（光熱轉(zhuǎn)換紗含量14.28%）吸光升溫曲線

圖2 不同顏色的蓄熱面料（光熱轉(zhuǎn)換紗含量14.28%）終點溫差曲線

表2 不同顏色的蓄熱面料（光熱轉(zhuǎn)換紗含量8.34%）的測試結(jié)果

圖3 不同顏色的蓄熱面料（光熱轉(zhuǎn)換紗含量8.34%）吸光升溫曲線

圖4 不同顏色的蓄熱面料（光熱轉(zhuǎn)換紗含量8.34%）實時溫差曲線

由表1、表2可知，在織物組織結(jié)構(gòu)參數(shù)一致的情況下，光熱轉(zhuǎn)換紗含量為14.28%時，紗線排列為12A2B×12A2B的藏青色面料相比橙色面料，其最大升溫值高出1.3℃；光熱轉(zhuǎn)換紗含量為8.34%時，紗線排列為22A2B×22A2B的藏青色面料相比橙色面料，其最大升溫值高出1.0℃。如果橙色面料的最大升溫值要與藏青色面料的最大升溫值相當(dāng)，必須提高橙色面料的光熱轉(zhuǎn)換紗含量。如，14.28%的橙色面料其最大升溫值方能與蓄熱紗含量為8.34%的藏青色面料相當(dāng)，約為33.5℃。兩種光熱轉(zhuǎn)換紗含量的測試結(jié)果均表明藏青色面料的最大升溫值高于橙色面料。也就是說在光熱轉(zhuǎn)換紗含量、面料組織結(jié)構(gòu)一致的情況下，顏色越深，吸光升溫性能越好。

由圖1、圖3可知，在試驗過程中，前5min光熱轉(zhuǎn)換面料升溫速率最大，5min到10min放緩，10min以后光熱轉(zhuǎn)換面料的溫度變化較??；由圖2、圖4可知，在試驗過程中，前5min藏青色光熱轉(zhuǎn)換面料與橙色光熱轉(zhuǎn)換面料的溫差不斷擴大，直至5min后趨于穩(wěn)定。但在照射全過程中，藏青色面料的溫度始終高于橙色面料，這進一步驗證了在光熱轉(zhuǎn)換紗含量、面料組織結(jié)構(gòu)一致的情況下，顏色越深，吸光升溫性能越好。

2.2 光熱轉(zhuǎn)換紗排列方式與吸光升溫性能的關(guān)系

以光熱轉(zhuǎn)換紗含量14.28%的藏青色面料及橙色面料為研究對象，選取6A1B×6A1B以及12A2B×12A2B的兩種紗線排列方式，其他組織結(jié)構(gòu)的參數(shù)，如紗支、厚度、密度均一致的面料互為參比試樣做測試，其測試結(jié)果如表3、圖5、圖6所示。

表3 光熱轉(zhuǎn)換紗含量14.28%不同紗線排列方式的測試結(jié)果

圖5 不同紗線排列方式的藏青色光熱轉(zhuǎn)換面料吸光升溫曲線

圖6 不同紗線排列方式的橙色光熱轉(zhuǎn)換面料吸光升溫曲線

由表3可知，對于兩種紗線排列6A1B×6A1B和12A2B×12A2B的藏青色光熱轉(zhuǎn)換面料在照射20min下，其最大升溫值均為34.4℃，測試終點相對溫差為0℃。從圖5也可以看出，兩種紗線排列的藏青色光熱轉(zhuǎn)換面料在照射20min全過程吸光升溫值基本一致。

同樣的，兩種紗線排列的橙色光熱轉(zhuǎn)換面料在20min照射全過程吸光升溫值基本一致，其最大升溫值分別為33.3℃和33.2℃，相對溫差0.1℃，其吸光升溫性能相當(dāng)。這與藏青色光熱轉(zhuǎn)換面料的測試結(jié)論一致。因此，在光熱轉(zhuǎn)換紗含量、面料顏色一致的情況下，紗線的排列方式對面料的吸光升溫值影響不明顯。

2.3 光熱轉(zhuǎn)換紗含量與吸光升溫性能的關(guān)系

以系列藏青色蓄熱面料為研究對象，以不含光熱轉(zhuǎn)換紗的同材質(zhì)錦綸標(biāo)準(zhǔn)貼襯織物為參比樣，研究光熱轉(zhuǎn)換紗含量對藏青色面料的吸光升溫性能的影響，測試結(jié)果見表4、圖7、圖8。

表4 不同蓄熱紗含量的藏青色面料吸光升溫測試結(jié)果

圖7 藏青色蓄熱面料的吸光升溫曲線

圖8 藏青色系列蓄熱面料的最大升溫值曲線

由表4、圖7可知，添加了蓄熱紗的面料，經(jīng)照射20min后，其面料的最大升溫值明顯升高，且其最大升溫值隨著添加量的明顯增加而明顯提高。在蓄熱紗添加量為8.34%時，其最大升溫值相比初始溫度20.0℃上升至33.5℃，與未添加蓄熱紗的參比樣相比，測試終點相對溫差為1.4℃。在蓄熱紗含量增加至49.91%，即經(jīng)紗均為蓄熱紗，其最大升溫值相比初始溫度20.0℃上升至35.9℃，與未添加蓄熱紗的參比樣相比，測試終點相對溫差為3.8℃，其吸光升溫性能明顯提升。

但是從圖8可知，藏青色蓄熱面料在蓄熱紗含量在9.89%～14.28%范圍內(nèi)，其吸光升溫性能相當(dāng)，最大升溫值分別為34.6℃、34.5℃、34.8℃，沒有明顯區(qū)別。這是因為顏色對吸光性能的影響明顯，藏青色面料本身顏色較深，而蓄熱紗含量對其吸光升溫性能的影響因子比例下降，在蓄熱紗含量未明顯增加時，其吸光升溫性能提升較小。因此，為了實現(xiàn)吸光性能的明顯提升，生產(chǎn)工藝中也應(yīng)明顯增加蓄熱紗含量。

以系列橙色蓄熱面料為研究對象，以同材質(zhì)的錦綸標(biāo)準(zhǔn)貼襯織物為參比樣，研究蓄熱紗含量對橙色面料的吸光升溫性能的影響，測試結(jié)果見表5、圖9、圖10。

表5 不同蓄熱紗含量的橙色面料吸光升溫測試結(jié)果

圖9 橙色蓄熱面料的吸光升溫曲線

圖10 橙色系列蓄熱面料的最大升溫值曲線

由表5、圖9、圖10可知，同藏青色面料一致，對于橙色光熱轉(zhuǎn)換面料，隨著面料中蓄熱紗含量增加，其吸光升溫性能也不斷提升。從光熱轉(zhuǎn)化紗含量為8.34%到24.72%，其最大升溫值從32.6℃上升至34.3℃，但其升溫幅度明顯小于藏青色面料，這也進一步驗證了深顏色面料的吸光升溫性能更好這一結(jié)論。同樣，在光熱轉(zhuǎn)換紗含量為12.36%及14.28%時，其吸光升溫性能沒有明顯的區(qū)別，直至光熱轉(zhuǎn)換紗含量提高到24.72%時，其蓄熱性能方得到明顯提高。這也進一步驗證了只有在生產(chǎn)工藝中明顯增加蓄熱紗含量，方可實現(xiàn)吸光升溫性能的明顯提升。

3 結(jié)論

（1）對于組織結(jié)構(gòu)參數(shù)、光熱轉(zhuǎn)換紗含量一致的光熱轉(zhuǎn)換面料，深色面料的吸光升溫性能優(yōu)于淺色面料。深色面料可采用較低含量的光熱轉(zhuǎn)換紗即可達到明顯的吸光升溫效果，而淺色面料需通過提高光熱轉(zhuǎn)換紗的含量以達到和深色面料相當(dāng)?shù)奈馍郎匦阅堋?/p>

（2）對于厚度、紗支、密度、蓄熱紗含量、織物顏色一致的光熱轉(zhuǎn)換面料，光熱轉(zhuǎn)換紗的經(jīng)緯排列方式不影響其吸光升溫性能。因此，可以在保證吸光升溫性能的基礎(chǔ)上，有更豐富的織物組織結(jié)構(gòu)設(shè)計。

（3）隨著光熱轉(zhuǎn)換紗含量的增加，面料的吸光升溫性能也得到提高，表現(xiàn)在最大升溫值明顯提高。但當(dāng)面料的吸光升溫性能達到一定程度后，如需實現(xiàn)更大程度的升溫值，織物設(shè)計中需顯著提高光熱轉(zhuǎn)換紗的含量。