简述保温温控纤维与织物的开发与应用.docx
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简述保温温控纤维与织物的开发与应用
简述保温、温控纤维与织物的开发与应用
（一）
1、概述
随着科学技术的快速发展和人们生活水平的不断提高，人们对面料与服装实用功能的要求就更加趋向多方面的了。
特别是近几年来，气候变化无常，气温的日差较大，人们往往因更换服装不及时，而导致诸多疾病的频繁发作，这就对服装的保温和调温功能提出了更高的要求。
2、保温、温控纤维的发展
人体以热传导、热对流和热辐射等三种形式通过衣服向外界传递热量，采用能减少热传导、热对流的纤维来保温，例如天然的棉花、羊毛、羽绒和它们的仿生材料，但这些材料不能全面、高效地阻断热传导、热对流、热辐射。
开发轻薄具有保温性的纤维，比如超细、异形、中空纤维，提高热传导率低的空气的含有率。
织物表面用铝等热反射率高的金属以减少因辐射而产生的热扩散，但铝材只能反射而不能吸收热量，碳虽然能够吸收热量，却不能将热量保存住。
80年代，受太阳能发电的启发，开发了具有吸热、蓄热特性的碳化锆保温纤维。
这类保温纤维虽有优良的保温性，但是无降温和调温的能力。
为了突破保温纺织材料仅仅用于遮体御寒的观念，80年代中后期，人们开发了一种根据环境变化，在一定温度范围内可自由调节体温的纤维，即当环境温度升高时，它可以贮存能量，凉爽宜人，当温度降低时，它不能释放能量，使人温暖，这便是兼具舒适性和功能性的温控纤维。
90年代以来，随着服装的时装化，仅通过增加或降低织物的丰厚度来维持人体适宜的温度，不但麻烦而且有时也很困难。
因此，新型调温纤维和织物的开发研制骤然兴起，其中以日本公司最为突出。
根据资料显示，调温纤维是一种双向温度调节保温材料。
它在环境温度较高时具有吸热功能、在环境温度较低时具有放热功能。
它将从根本上扩展原有纤维的功能，极大改善传统服装的舒适性和环境温度适应性。
3、温控纤维制作方法
根据环境温度的变化，在一定的温度范围内可自由调节人体温度的温控纤维有相转变物质类、塑性晶体类、添加溶剂类及电发热类等。
3.1相转变物质类温控纤维
利用在室温下能发生相转变的物质，这类物质在相转变时会伴随着吸热和放热现象，通过充填法、浸轧法、微胶囊法，将相变物质处理到纤维或纤维织物中。
3.1.1充填法
用充填法制作的温控纤维制成的织物由于变相盐在室温下发生结晶和熔融，发生可逆的贮热和释热性，在热循环（30℃）时产生最大的吸热，在冷却循环（9℃）时产生明显的放热，从而达到调温的效果。
3.1.2浸轧法
通过传统的浸渍→轧液→预烘→焙烘→水洗工艺，将不同分子里的聚乙醇交联到纤维织物上，形成一层不溶性的相变薄膜，这层薄膜具有显著的热贮存和释放性能。
该薄膜会坚牢地附着在织物上，经过数次洗涤，仍能保持这一特性。
3.1.3微胶囊法
用一种能贮存热量并在低温时保持热量的相变物质制成微胶囊加到高聚物溶液中，然后纺丝制成纤维，这种相变物质微胶囊在纤维中起到温控的作用，其保温性能完全不受潮湿环境的影响。
3.2塑性晶体类温控纤维
某些塑性晶体在固一固转变时会产生热变化。
例如：
季戊四醇、2，2一二甲基一1，3丙二醇、2—羧甲基—2—甲基—1，3—丙二醇等，若将它们加入到中空纤维中或用传统的涂层法处理到纤维织物上，可以在不同温度范围内赋予纤维或织物所需的贮热和释热性能。
实验证明，用此法改性后的尼龙纤维热含量是改性前的3.5~4倍，改性后的聚丙烯纤维热含量是改性前的2倍。
用这种纤维可制造温度在50C—1000C的温控织物，如绝缘、劳动服装及恶劣气候条件下的动植物保护等。
3.3添加溶剂类温控纤维
某些溶剂在环境温度变化时，具有明显的热胀冷缩性，若将其填封在中空纤维中，可以随温度变化来调节纤维的密度，以达到温控的目的。
3.4电发热温控纤维
将导电的树脂涂覆在纤维或纤维织物的表面，这种纤维或织物通过电流时便会发热，可通过调节电流的大小及织物的编织密度来控制纤维或织物的温度。
例如：
日本东丽公司使用独特的复合纤维技术，制成一种双层结构的纤维织物，表面涂履导电树脂，织物通过电流即发热，通过调节编织密度，便可自行调节织物温度。
这种织物可用于医疗加温的被单、电热地毯、车辆用加温垫等。
保温、温控纤维与织物的开发与应用
（二）
4保温纤维织物的制作方法
碳化锆具有高效吸收可见光，反射红外线的特性，当它吸收占太阳光中95%的2μm以下的短波长能源后，通过热转换，可将能源储存在材料中，它还具有反射超过2μm红外线波长的特性。
而人体产生的红外线波长约10μm左右，不会向外散发。
这说明碳化锆具有理想的吸热、蓄热的特性。
若将碳化锆系的化合物微粒与成纤高聚物共混纺制成纤维，吸收在服装内部的热量从人体散发出的热量同时被纤维反射，阻止了热量向外部扩散，起到了高效保温的作用。
另外，新型保温调温纺织品的制作方法一般如下，早期的保温织物通常采用织物表面蒸镀金属、复合金属层等方法，利用金属的镜面反射性能，抑制人体热量辐射散发。
例如镀有金属铝的“金属棉”就有较好的保温性能，但它存在很多缺点，如热传导较强、缺乏着色性、透气透湿性差、不能洗涤等。
积极保温材料则通过吸收外部能源的能量再以热量辐射的形式给予人体，从而达到保温增温目的。
其中包括将铁粉等混入聚合物中纺丝，利用铁粉在使用过程中的不断氧化放热开发出的化学反应放热纤维，但其突出问题是耐久性差，放热效果也不理想；还有利用将添加分散导电性填料（如碳纤维）的树脂涂层于衣料用聚酯纤维上，通电后纤维发热，改善服装的保暖效果。
但因使用中须通电，使用范围受限制。
近些年来，国内外研制开发的新型积极保温材料主要为阳光蓄热保温纤维与远红外纤维。
5国内外部分公司开发的蓄热保温、降温纤维与纺织品情况
5.1美国
5.1.1美国3M公司
美国3M公司采用先进技术制造出超细保温纤维“新雪丽”。
同传统的保温材料相比，“新雪丽”具有卓越的保暖性能：
在厚度皆为1厘米的条件下，“新雪丽”的保暖性是羽绒的1.5倍，是其它高度松软保温材料的两倍。
“新雪丽”保温材料的功效源于它的超细纤维，其直径是一般纤维的十分之一，使得纤维间留存的空气更多；在同样大小的空间内，可以充塞更多的纤维，因此能更多更有效的反射人体热辐射。
同时，“新雪丽”保温材料的吸水量只是其自重的1%，即使在潮湿的环境中它依然能够保暖。
“新雪丽”纤维的应用非常广泛：
B型材料是专为抗压而设计，具有轻盈、保暖、防潮、透气的特点，用于鞋类；
C型材料特点纤薄，反复洗涤之后其保暖性能影响不大，尤其适用于户外专业装备；
FX型材料弹性好、可拉伸，在潮湿环境中能保持保暖能力，易干，适用于手套、帽子、衣服等；
G型和S型材料舒适柔滑，具有极佳的悬垂性，可进行经典与流行设计，适用于普通外衣、运动装、手套等附件；
THL型保温材料轻柔，是目前市场上热重效率最高的合成保温材料，结构结实，能有效反射人体热辐射，适用于外衣、滑雪衣、床上用品、睡袋等；
U型和I型保温材料薄型、抗压，在潮湿环境中仍具保暖能力，适用于一般外套、运动衣、手套和其他防寒用品。
运用“新雪丽”保温材料设计的运动装、休闲装、职业装等，充分展现“新雪丽”的产品特性：
轻薄、保暖、防潮、透气。
5.1.2美国科罗拉多州博耳德的一个科技研究机构
美国科罗拉多州博耳德的一个科技研究机构研究出一种全新服装，以帮助滑雪和远足人士保暖。
现在的大多数保暖服装，均主要依赖羽毛、羊毛和合成物质作为保暖材料，但该公司的新产品都采用截然不同的保暖方法，堪称是一种革命性产品。
据透露，该机构使用温度调节技术制造的面料，能吸收、储存和释放热能，令穿者感觉保暖舒适。
据介绍，当滑雪人士向下滑坡时，身体会产生热能，这种面料可从中吸收及储存一定的热能，令穿者感到温暖舒适，又不会过热；当滑雪者再乘缆车上山时，面料便会释出所储存的热能，令穿者不致受冷。
由于这种面料并非采用密封空气方法以达到保暖效果，因此即使服装被弄湿或受到挤压，穿者仍可保持舒适。
5.1.3美国杜邦公司
Thermolite保暖纤维产品是由杜邦公司推出的，它是一种极具保暖功能的材质。
●采用Thermolite的中空纤维设计，可包住隔离的空气，保持身温度，并将冷空气隔离，且较同等轻质布料暖和。
●Thermolite保暖纤维产品能将湿气迅速而自然地排出，使其蒸发至布料表面表层，以保持穿衣者的温暖性，是轻盈保暖材质的首选。
Thermolite保暖纤维产品再干透比率方面远比其他竞争者迅速。
在HOHENSTEIN研究院的严格测试中，证明了Thermolite保暖纤维产品较其他产品能够更快干透。
故此，将会保持更温暖及更舒适。
“Thermolite”系列纤维是杜邦科学家从北极熊毛的研究中获得灵感而研制的涤纶中空纤维。
该纤维细度与棉相近，具有和北极熊毛一样的中空结构，其织物可在不增加厚度的前提下，具有更好的保暖效果。
中空结构使纤维的表面积增大，因而同时具有优异的导湿功能，适于用生产保暖内衣、衬衫、袜子和防寒服。
适用范围：
滑雪衣、风衣、背心、夹克、雨衣、帽子、手套、睡袋及雪衣等，有绝佳的保暖效果。
保温、温控纤维与织物的开发与应用（三）
5.2中国
5.2.1台湾远东纺织有限公司远红外蓄热保温棉
该公司用的是规格为1.5d×38mm纤维，台湾远东“EASTLON”牌SC-2533FX是一种远红外棉，该纤维中含有的特殊的陶瓷粉能吸收周围的热量转换为较长的光波，此种较长波长的光波，能促使人体体液中水分子振动，增加肌肉中体液及微血管中血液的流动速度，加速排除积聚在肌肉中的乳酸，达到加速人体内的新陈代谢，快速消除疲劳恢复活力的效果。
技术指标
旦尼：
1.5纤长（mm）：
38
测试结果
（1）热效应测试报告：
测试单位：
中国纺织中心
仪器：
Thermovision
热源：
500Ｗ卤素灯
热源距离：
100cm
照射时间：
10分钟
照射前温度（℃）
照射后温度（℃）
温度差（℃）
陶瓷棉不织布
29.9
33.2
3.3
一般不织布
30.3
31.4
1.1
（2）血液循环测试报告：
测试单位：
中国纺织中心
仪器：
雷射血流仪ＭOORＭBF3D 携带式生理代谢测试系统：
CORTEXMETAMAX
一般T/C（65/95）
陶瓷棉T/C（65/35）
胸部60分钟平均血流量
15.6
18.2
胸部60分钟平均血流速（cm/sec）
10.8
11.0
50分钟平均心跳（1/min）
73.8
71.1
由上面的分析报告中可以发现使用远红外线蓄热保温棉生产的产品确实具有蓄热保温及促进血流速（量）的效果。
虽然在保温率的数据上显示蓄热保温产品只比一般产品高约2℃，但只照射10分钟便有如此明显的差异可证明远东纺织股份有限公司生产的远红外线纤维确实有快速的蓄热效果。
应用
护膝、护腕、女用生理裤等产品。
5.2.2台湾远东纺织有限公司轻量保温涤纶棉
该公司用的是规格为1.5d×38mm的纤维，台湾远东“EASTLON”牌SC-2536H为优质涤纶短纤，此种纤维孔中带有空气,具有良好的韧性、隔热和不起球的特性，适合于圆筒编织。
该纤维是远东纺织股份有限公司生产的。
技术指标
纤度（旦尼尔）：
1.5单纤强度（g/d）：
4.8
纤长（mm）：
38伸度（%）：
28
光泽度：
半光热风收缩（%）6.0
伸度为10%模块：
3.3
测试结果
其它保温纤维与WARMMAX对照表
项目
ISO11092（CLO）
空气渗透率ASTMD737（CM3/CM2/秒）
WARMMAX
0.29
50.8
普通涤纶纺
0.21
49.5
棉花
0.20
53.3
应用
内衣类、休闲服饰、运动服饰。
5.2.3中国纺织大学科技园
据悉，一种由原中国纺织大学科技园专家发明的全新保暖面料是由博迪纤维原料制成，具有蓄热保温，活化细胞，消除疲劳三重功效。
它不仅可以吸收可见光的能量，并以热量的形式馈赠给人体，还能够将人体放出的能量进行吸收，从而防止自身热量的流失，达到利用自身热量保温的目的。
同时，由于其反射的光电子穿透深度较深，可达10微米左右，所以它的保温、保健效果更佳。
科学家曾用热成相仪对人体作过一个对比测试（温度记录测试），结果表明，覆盖博迪纤维织物的人体，体温保持的时间更长久。
正因为如此，其价格是普通保暖纤维的5倍，是精梳棉的3倍，可谓是名副其实的非常材料（保暖性高于普通保暖纤维30%）。
由于博迪纤维这种材料，纤丝鸟博暖衣将保暖内衣一贯以来的里、中、外三层保暖模式变革为全新的单层保暖模式，保暖依然而厚度不再，保暖内衣的未来走向由此“可见一斑”。
简述保温、温控纤维与织物的开发与应用（四）
5.2.4上海鑫高科技研究所
前几年来，上海鑫高科技研究所发明了防风与导湿兼容KEG保温面料，因为KEG多功能保温布的关键之处在于找到了一种物质，其质的密度恰好介于热气分子和风分子之间，形成了热气分子能透过而风分子却穿不过去的物理现象。
其产品已经经过中国国家棉纺织品质量监督检验中心的检验，其透气量为59.9×10-3/.S，透湿量为5578g/.d。
KEG面料是利用仿生学原理，借鉴陆地动物的皮毛结构。
动物皮毛具有生态御寒功能，其结构是在近皮处生长绒状毛，外表覆盖长毛。
因为纤维的各种组织形态中绒状结构储存的空气量最大，生物体利用空气阻热的性能，达到最佳的保温状态。
而纤维的各种组织形态中，又以长毛横向风阻量最大，抗风作用好。
这就形成了绒状毛阻挡体温向外散发，横向长毛阻挡寒风侵入的作用。
而动物的生皮又有导湿和弹性的特点。
根据这一原理，KEG面料的里层制成粒绒，接触皮肤有种柔软感，并把人体散发的热气储存在粒绒的空气中。
中间层由两种物质构成，一种是由人造纤维做成的网状骨架，另一种是渗于网状骨架中的复合化学元素，这种新生物质其质的密度介于热气分子和风分子之间。
最外层随功用不同而做成不同的装饰层。
由于人造纤维所具有的弹性特点，面料又具有贴体性，做成服装，可以克服服装三口（领口、袖口、裤口）窜风的缺陷。
经中国国家棉纺织品质量监督检验中心检验，其保温率为50.93%、弹性回复率直向为74.4%，横向为86.2%。
该面料的用途：
由于轻、薄、软也是KEG面料的特性。
其做成流线型运动装，可以帮助赛车手、登山、滑雪、马球等运动员在寒冷的天气里提高成绩。
同样这种面料做成高尔夫球运动装也有助于球手在冬季里轻松潇洒地挥杆。
另外KEG面料还可做成海军服、特种兵服装，因为其具有防静电、防水、防油、阻燃等功能，聚皮衣、雨衣、风衣和棉衣的功能于一衣，适合士兵和油田工人在恶劣条件下作业。
再者，还可以做自动充气的便携睡袋等等。
5.2.5江苏如皋市鸿燕工艺服饰厂
近几年来,中国江苏如皋市鸿燕工艺服饰厂开发生产的各种情侣手套系列产品，该厂可以根据顾客需要绣各种图案，其主要面料是选用的精纺绒面料，衬里有两层保温面料，而且这种手套2004年秋冬季节打算仅售价15元一双，经济而实用。
目前又要到一个销售旺季了，该厂负责人认为,在现在这个温情四溢的年代，什么最能吸引人的眼球，特别是时尚年轻人，新颖别致的情侣手套，两人可以合戴一双手套，浪漫温馨。
5.2.6广西北流市保健被厂
广西北流市保健被厂发明了保温学生套装，其专利号为97209209.9。
本实用新型公开了一种具有保温功能的学生套装，包括由上衣、裤、面料布、保温层、冷热波倒流膜布、内层布，特征是面料布、内层布、保温层、冷热波倒流膜布按学生套装的各种规格裁剪好，把膜布、保温层夹在面料布与内层之间车成系列学生套装。
该产品的优点是保暖好，穿着轻便、成本低，具有抗风湿、润肤养颜的作用，特别在零下天气里效果特别好。
一般在零下20ºC气温内只穿一件“零下”装，外加一件外套即可。
5.2.7江苏仪征化纤三角中空纤维
中国石化仪征化纤股份有限公司研究出的三角中空纤维保暖性非常好，可用来制作保暖纺织品和服饰。
产品性能
·保暖性好
·透气性强
·手感滑爽、柔软
·真丝般的光泽
系列化产品
已开发出全消光、抗菌、抗紫外、荧光增白等系列化的三角中空纤维。
产品用途
适合加工各种针织类休闲服和机织物。
产品规格
110dtex～167dtex/72f
5.3日本
5.3.1日本旭化成公司
日本旭化成公司开发出一种可制成保暖服装的新纤维，这种纤维具有保暖吸湿的特性，并且触感柔软。
该新开发的纤维素材中，含有不起毛球的丙烯酸纤维Cashmilon以及铜氨丝纤维，其比例为40：
60；且吸湿能力好于丙烯酸纤维。
这种纤维制成的服装可以迅速吸汗，使穿者保持涼爽感觉。
另外，旭化成公司开发的远红外纤维织物还采用双层结构，外层采用阳光蓄热材料以提高体感升温效果，内层采用混合远红外陶瓷材料，以降低人体散热造成的热量损失。
5.3.2日本的德桑特公司及尤尼吉卡公司
日本的德桑特公司及尤尼吉卡公司，利用碳化锆为材料，共同开发同了蓄势保温纤维，即“太阳能纤维”。
它是将碳化锆先粉碎成1μm以下的超细粒子，然后与高聚物共混后作为芯材，再将此芯材作为皮材的PET或尼龙进行复合纺丝，制成5.6tex、16.7tex的涤沦或3.3tex、7.8tex的锦纶长丝，即涤纶或锦纶“太阳能纤维”。
这种“太阳能纤维”可用来制作滑雪服、防风运动服、保暖内衣等，也可用于农业、装饰、建材等产业领域。
简述保温、温控纤维与织物的开发与应用（五）
5.3.3日本纺织品公司
前些年，日本的帝人、旭化成和钟纺等公司就已经开始了对还红外纤维织物的开发研究。
旭化成公司采用双层结构，外层采用阳光蓄热材料以提高体感升温效果，内层采用混合远红外陶瓷材料，以降低人体散热造成的热量损失。
日本钟纺公司采用涤纶、锦纶或丙纶布料中掺入远红外陶瓷微粉末以达到保暖功能，该服装制品能使保温效果提高2-4℃。
5.3.4日本东洋纺公司
纤维品种上：
日本东洋纺公司对聚丙烯酸分子链进行高亲水化处理（金属盐型），分子链中引入氨基、羧基等亲水基团，并进行交联处理，开发出了具有调温调湿功能的纤维“爱克苏”。
由于该纤维亲水性基团含量超过了各种天然纤维，因此它有很高的吸湿性。
通过调整纤维结构，可使纤维吸湿放热和脱湿吸热过程较为平稳进行，吸湿和放湿速度可调节到木棉纤维的一半左右。
与天然纤维相比，“爱克苏”的吸湿和放热速度比较缓慢，可以均匀地释放，从而使衣内温度调节缓和，也能防止出汗后的冷感。
织物品种上：
众所周知，日本公司利用改变纱线和织物组织结构的原理，开发了多种新型凉爽舒适织物。
而日本东洋纺公司模拟人体出汗机理，取得各种有关参数来改善织物性能，再用特殊涤纶与棉或亚麻混纺，用巴厘纱或细麻布织造出有优异吸汗性能的织物。
5.3.5日本小松精练公司
近年来，日本小松精练公司推出了具有保持衣服内舒适温度功能的纤维材料Air—Techno。
它主要利用聚酯纤维等合成纤维，镀上具有调节温度功能的特殊蛋白微粒子（10毫微米）超薄膜。
当衣服外温度上升时，特殊微粒子即随温度状况吸热，抑制衣服内温度上升。
相反，当外部温度下降时，这种纤维即释放出储存的热量，防止衣服内部温度下降。
由于未使用甲醛等对人体有害的物质，这种纤维可广泛应用于运动服、寝具和劳动保护用品。
5.3.6日本东丽公司
保温织物：
日本东丽公司使用独特的复合纤维技术，制成一种双层结构的纤维织物，表面涂履导电树脂，织物通过电流即发热，通过调节编织密度，便可自行调节织物温度。
这种织物可用于医疗加温的被单、电热地毯、车辆用加温垫等。
降温织物：
日本东丽公司等开发的ACEC织物，采用Supima棉与能快速反射阳光的涤纶以不同混纺比纺出不同纱号的混纺纱，它能迅速挥发汗液，降低衣服里面的温升，达到舒服凉爽的目的。
5.3.7日本帝人公司
日本帝人公司利用某些醌系有机染料所具有的近红外线吸
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