陶瓷纖維含量和組織對織物遠紅外性能的影響研究

王青　張紅霞　吳麗麗

摘 要：探討了陶瓷纖維的含量和不同的織物組織對機織物遠紅外功能的影響。經紗采用普通滌綸長絲，緯紗采用遠紅外滌綸長絲和普通滌綸長絲，設計并制織以不同投緯比和不同組織的兩個系列機織物，并測試各個織物的遠紅外發射率。結果表明：相同組織不同投緯比的機織物，機織物的遠紅外發射率隨著陶瓷纖維含量的增高而增大;投緯比相同組織不同的機織物，織物組織對機織物的遠紅外發射率有一定影響，雙層組織遠紅外發射率最高;在單層組織中平紋組織的遠紅外發射率相對斜紋和緞紋略高，織物遠紅外發射率隨著織物組織枚數的增大而減小。

關鍵詞：陶瓷纖維;遠紅外功能;織物組織;遠紅外發射率

中圖分類號：TS155.6

文獻標志碼：A

文章編號：1009-265X（2019）03-0033-05

Research on Effects of Ceramic Fiber Content and Fabric Weaveson Far Infrared Property of Fabrics

WANG Qinga， ZHANG Hongxiaa， WU Lilib

（a.National Engineering Lab for Textile Fiber Materials and Processing Technology;b.College of Materials and Textiles， Zhejiang Sci-Tech University， Hangzhou 310018， China）

Abstract：In this paper， the effects of ceramic fiber content and fabric weaves on far infrared function of fabrics were explored. The common polyester filament was used as the warp and far-infrared polyester filament， and polyester filament were used as the weft to design and weave two series of woven fabrics with different weft ratios and different fabric weaves. Then， the far-infrared emissivity of each fabric was tested. The research showed that the far infrared emissivity of woven fabrics with the same fabric weaves and different weft ratios increased with the increase of ceramic fabric content. For the woven fabric with the same weft ratio and different fabric weaves， the fabric weave had influence on the far infrared emissivity， and double-layer weave had the highest far infrared emissivity. In the single-layer weave， the far infrared emissivity of plain weave was slightly higher than twill weave and satin weave， and the far infrared emissivity of the fabric decreased with the increase in the number of pieces of fabric.

Key words：ceramic fiber; far infrared function; fabric weaves; far infrared emissivity

隨著經濟的發展和科技的進步，人們對自身健康日益關注，保健功能性紡織品以其強大的保健功能而日益突出[1]。伴隨著人們對輕暖舒適，保健美觀的追求，遠紅外紡織品應運而生[2]。遠紅外織物是由日本尤尼吉卡和東麗最早研究出并投入生產的，發展至今不過三十余年，已經成為功能性紡織品的一個重要分支[3]。遠紅外線是一種人眼不可見光線，極易被人體所吸收，人體吸收后，還能通過水分子產生共振作用，深入皮膚3～5 cm，使機體內部溫度上升，毛細血管擴張，血液循環加快，加速組織間的新陳代謝，提高機體免疫能力，具有消除炎癥和水腫的效果[4-6]。遠紅外納米紡織品能改善人體表微循環，提高體表溫度和織物保溫性，遠紅外陶瓷粉中有鐵、鋁、錳等金屬氧化物，能有效抑制細菌的生長和新陳代謝，有抑菌作用[7-9]。

目前，存在許多遠紅外性能面料的同類研究，但是組織對織物遠紅外性能的影響研究現在還比較少。與其相比，本文主要探究了緯紗中不同含量的陶瓷纖維以及不同組織對織物遠紅外性能產生的影響，在探究平紋、2/1斜紋、菱形破斜紋、五枚緯緞、八枚緯緞這些基本單層組織的基礎上，還探究了雙層組織相對同類型單層組織對織物遠紅外性能的影響，試制了9種不同比例緯紗的交織面料，以及6種不同組織的面料，進行了織物遠紅外功能的測試與分析，探究了其對織物遠紅外功能的影響。

1 原料的選擇及織物的制備

1.1 纖維選擇

經紗選用普通滌綸長絲，緯紗選用遠紅外滌綸長絲和普通滌綸長絲。遠紅外織物中的遠紅外粒子通過吸收環境和人體電磁輻射的能量后，分子可以從低能級向高能級躍遷，由于高能級是不穩態，分子通過輻射出遠紅外線從高能級回復到穩態的低能級，遠紅外織物輻射出的電磁波通過和人體細胞中水分子的共振作用于人體，達到保暖改善人體表面微循環的保健效果。遠紅外纖維的制備有涂層法和紡絲液法[10]，本實驗所選用的遠紅外滌綸長絲是將遠紅外納米陶瓷粉末添加進滌綸紡絲液中制成的，其規格為16.7 tex（96F）。陶瓷纖維橫截面為圓形，無明顯的孔隙結構，纖維對光線反射作用強烈，織物光澤度較強但不柔和，如圖1所示;遠紅外滌綸中由于混入遠紅外陶瓷粉末，纖維橫截面上有顆粒狀突起如圖2所示。

1.2 織物試樣方案的設計與制備

織物是由紗線組成的，要探究陶瓷纖維含量對織物遠紅外性能的影響，在經緯密度和織物組織相同的條件下，可以通過探討織物中遠紅外紗線所占比例來探究織物中陶瓷纖維含量對織物遠紅外性能的影響。綜合考慮試樣的織造要求，在其它工藝條件相同的條件下，通過改變遠紅外紗線投緯比例來改變織物中陶瓷纖維的含量，從而探究織物中陶瓷纖維含量對織物遠紅外性能的影響。通過以上考慮，設計了A系列試樣，A1～A9試樣選用遠紅外紗線和普通滌綸以0∶1、1∶4、1∶3、1∶2、1∶1、2∶1、3∶1、4∶1、1∶0的比例進行投緯，A1～A9試樣經紗都選用的是8.3 tex的普通滌綸，緯紗中甲緯選用16.7 tex（96F）遠紅外滌綸長絲，乙緯選用16.7 tex普通滌綸，經緯密度相同（織物經密80根/cm、總緯密40根/cm），織物組織都選用5枚緞紋，織物規格如表1。

探究織物組織對織物遠紅外性能的影響，首先要保證織物經緯密度和投緯比相同。常用的織物組織有平紋、斜紋、緞紋和雙層組織，這四類組織織物手感和風格也不相同，本文選用平紋、2/1斜紋、菱形破斜紋、五枚緯緞、八枚緯緞這幾種有代表性的組織來探究單層組織間織物遠紅外性能的關系，同時設計了上下層都為平紋的雙層組織與單層的平紋組織做對比。通過以上考慮，設計了B系列織物，B1～B6試樣中經紗都選用的是8.3 tex的普通滌綸，甲緯選用16.7 tex（96F）遠紅外滌綸長絲，乙緯選用16.7 tex普通滌綸，甲乙緯投緯比為1∶1，試樣經緯密度都相同（經密80根/cm、緯密40根/cm），采用6種不同的組織試制成織物，其中B1雙層織物樣品總緯密和總經密與單層織物經緯密度相同，上下兩層緯紗排列比例（甲緯：乙緯）都為1∶1，織物規格如表2。

生產工藝流程：

經線：原料檢驗→倒筒→加捻→定形→倒筒→染色→色檢→倒筒→整經→穿結經→織造;

緯線甲：原料檢驗→倒筒→倒筒→織造;

緯線乙：原料檢驗→倒筒→倒筒→織造。

2 遠紅外性能測試方法

2.1 實驗儀器選用

織物的遠紅外功能檢測方法主要有溫升法、人體試驗法、發射率法3種[11]。漆東岳等[12]對于紡織品遠紅外測試的各種方法進行了分析，認為CAS 115—2005和FZ/T 64010—2000的遠紅外法向發射率項目可以較為合理的用于紡織品遠紅外發射率的衡量。本文選用遠紅外法向發射率來表征織物遠紅外性能，實驗主要儀器有YG751B型電腦式恒溫恒濕箱（寧波紡織儀器廠）如圖3;EMS-302M遠紅外發射率測試儀（臺灣省和德）如圖4。

2.2 實驗方法

a）將每份樣品裁剪為直徑不小于60 mm的圓形試樣，放入溫度為（20±1）℃、濕度為（65±3）%的恒溫恒濕箱中調節24 h;

b）開機預熱45 min，待腔體內溫度穩定在34 ℃;

c）將標準黑體片放置在下部機臺的加熱板上，穩定后測定黑體片發射率I0;

d）將試樣放置到加熱板上，待樣品穩定后記錄試樣發射率參數I;

e）系統根據黑體發射率I0、標準黑體發射率以及試樣發射率I，在遠紅外發射率測試儀配套的電腦上直接讀出試樣的遠紅外發射率。

3 結果與分析

3.1 陶瓷纖維含量對織物遠紅外效果的影響

表3是A系列機織物遠紅外發射率測試結果，圖5是根據表3的測試結果做的折線圖。由圖5可知，隨著緯紗中陶瓷纖維含量的增加，織物的遠紅外發射率不斷增大;當織物中不含遠紅外紗線時，織物遠紅外發射率最低，當織物緯紗中遠紅外紗線比例為20%時，織物遠紅外發射率大于0.8，可以達到CAS115-2005保健功能紡織品評價標準規定的遠紅外法向發射率指標[13];緯紗中遠紅外紗線比例大于50%時，織物的遠紅外發射率增長開始變得緩慢，織物有較好的遠紅外功能;當緯紗中遠紅外紗線達到100%時，織物的遠紅外發射率達到峰值。究其原因是溫度在絕對零度以上的物體都是會向外輻射紅外線，紅外線是一種電磁波，物體中的電子通過吸收外界的能量，并受到激發，外層電子會到較高的能位上，脫離原來的軌道，但是電子在較高的能位上是不穩定的，會通過釋放能量回到原來的能位上。遠紅外陶瓷粉具有較高的遠紅外輻射能力，可以在常溫下吸收太陽光或者人體輻射的能量，并以遠紅外的形式作用于人體，當織物中不含有遠紅外纖維時，織物的發射遠紅外的能力較低;當織物中陶瓷纖維含量增加時，織物中遠紅外陶瓷粉也增加，對于外界和人體輻射的能量吸收量增大，發射出的遠紅外線也增大，織物的遠紅外發射率增大。

3.2 織物組織對織物遠紅外效果的影響

表4是B系列機織物遠紅外發射率測試結果，圖6是根據表4的測試結果做的折線圖。由圖6可知，組織對遠紅外發射率影響比較小，投緯相同的情況下，平紋組織的織物略高于斜紋和緞紋。物體的遠紅外發射率與材料表面的狀態有關，材料表面越粗糙，遠紅外發射率越大[14]。當遠紅外輻射到物體表面，一部分能量被物體表面吸收，一部分能量會被反射，還有一部分可以穿過物體;當材料對遠紅外輻射吸收的越多，它的遠紅外發射率就越高。隨著織物枚數的增大，織物對光線的反射越好，織物表面更加光滑，當外界紅外輻射到織物表面時，緞紋織物相對其他組織對紅外輻射反射較多，吸收較少，緞紋織物的遠紅外發射率相對平紋斜紋較低。

在經緯密度相同、投緯相同的情況下雙層組織（上下層都為平紋）比平紋組織發射率高。由于雙層組織織物有兩層，當外界輻射出來的能量經過織物第一層之后，一部分能量被吸收，另一部分被反射出去，被反射出去的這部分輻射還要經過第二層織物的吸收，這樣只有少部分能量被反射出去;雙層織物相對于單層的平紋織物對外界遠紅外輻射吸收率得到明顯的提高，雙層織物（上下層都為平紋）遠紅外發射率相對單層的平紋織物的發射率要高。

4 結 語

在經緯密度和織物組織相同條件下，隨著緯紗中遠紅外紗線比例增加，織物中陶瓷纖維含量不斷增加，織物的遠紅外發射率不斷增大;當緯紗中遠紅外紗線比例大于等于20%時，織物可以達到遠紅外保健功能紡織品評價標準中規定的遠紅外法向發射率指標;當緯紗中遠紅外紗線比例為50%時，織物遠紅外發射率達到89.5%;織物有較高的遠紅外發射率，當緯紗中遠紅外紗線比例大于50%時，織物遠紅外發射率增長變緩慢，在產品開發中可以有效的利用這一性能，節約生產成本。在經緯密度和投緯比相同條件下，組織不同的機織物中，單層織物中平紋組織織物的遠紅外發射率相對斜紋和緞紋較高，織物遠紅外反射率隨著織物組織枚數的增大而減小，雙層組織織物比同一類型的單層組織織物的遠紅外發射率有明顯提高。

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