淺析紡織品的光吸收保暖性能

湛權++++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準棉貼襯的重復性試驗，驗證了所開發方法的可行性和可靠性。同時本文還對考核指標和對照物的選擇進行了探討。

關鍵詞：光吸收；保暖性能；吸光發熱；紡織品

1 前言

保暖性是冬季服裝最重要的性能之一。傳統的保溫是以阻止身體所發出的熱逃逸為主，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熱的保暖纖維為原料，即依靠保暖纖維的自身發熱來達到對人體的保暖效果，常見產品包括吸濕發熱纖維、光能發熱纖維、相變放熱纖維等[2-3]。光能發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。

國內外有多種表征紡織品保暖保溫性能的方法和標準，包括ASTM F 1868、EN 31092、ISO 11092規定的蒸發熱板法，ASTM D 1518和GB/T 11048規定的靜態平板法，GB/T 18398中的暖體假人法等，主要測試紡織品的熱阻、熱導率、克羅值等指標，但這些方法僅僅體現在穩態下紡織品的熱傳導性能，無法體現材料自身的發熱升溫效果。GB/T 18319規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。本文擬開發一種評價紡織品在光照下升溫效果的方法，彌補現有標準和方法的不足。

2 試驗部分

2.1 試驗原理

具有光吸收發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）產生熱量[4]，同時吸收光源自身輻射的熱量，通過架設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，可達到考核此類產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，縫合線應與織物的長度或寬度方向平行，如圖1所示。以相同的方式準備兩個對照組合試樣。

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

2.4 試驗步驟

（1）調節射燈燈絲與測試架底板的垂直距離為50cm，通過調節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，數據采集頻率為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，開啟射燈進行測試。測試時間為15min。

（4）調換組合試樣與對照試樣的位置，重復步驟（2）和（3）。

（5）重復以上步驟，完成兩個組合試樣的測試。

本文通過分別對1#～3#試樣、標準棉貼襯對照樣及不同類型的對照樣進行多次試驗，優化試驗參數，探索所開發方法可行性和可靠性。

2.5 試驗結果分析

2.5.1 不同試樣對考核指標的影響

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生熱量；另一方面射燈本身的高能量也會在樣品表面發生熱傳遞，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。可以初步看出，紡織品吸光發熱是由光照、樣品中吸光發熱粒子及樣品結構等因素共同作用的結果。

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，樣品的升溫速率最快，呈倍數增長；從100s到300s，升溫速率逐漸變小；光照600s后升溫速率繼續減少而接近于0，樣品溫度逐漸趨于穩定。光照初始階段，外界能量（光照熱量）迅速對流到樣品表面，并通過熱傳遞轉移到樣品中間，同時樣品中的特殊粒子吸光產生能量，使探頭溫度迅速上升，升溫速率達到峰值。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，樣品溫度繼續保持增長，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定的平衡狀態，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。

2.5.2 標準棉貼襯樣品重復性試驗

對同一標準棉貼襯樣品進行7次重復性光照試驗，試驗結果見圖3。

從圖3可以看出，升溫曲線變化趨勢一致，數值略有波動；光照10min后樣品溫度在42.305℃～43.977℃之間變化，相對標準偏差為1.41%；相對初始溫度的溫度差在區間19.513℃～20.434℃內，相對標準偏差為1.57%。上述曲線和數據表明，本試驗開發的方法測試結果穩定、可靠，重復性好。

2.5.3 不同類型對照樣對試驗結果的影響

分別選取滌綸織物、腈綸織物、牛仔布和標準棉貼襯4種類型的樣品作為對照樣品，分析其對試驗結果的影響。試驗結果見圖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，最佳的對照物應為未經過整理的同類型樣品；在不能提供同類型對照樣品時，基于方法推廣和應用，具有可溯源性、規范性的標準棉貼襯可以用作本方法的對照物。

3 結論

本文開發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性試驗，表明本方法具有測試結果準確、可靠，重現性好等特點。同時本文還對考核指標和對照物的選擇進行了探討。

參考文獻：

[1] 王敏， 李俊. 發熱保暖服裝材料的開發現狀及發展趨勢[J]. 產業用紡織品， 2009 （4）：6-9.

[2] 王喜娜. 簡述發熱保暖纖維的發熱機理及開發應用[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用[J]. 棉紡織技術， 2005 （11）：38-40.

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

（作者單位：廣州纖維產品檢測研究院）