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发热保暖材料开发现状

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  • 作者:南耀小编
  • 发布日期:2022-02-24
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1.吸湿发热保暖纤维

羊毛吸水后会发热,而人体即使不运动也有大量的潜汗蒸发,由此人们想到了开发吸湿发热性保暖纤维。长期以来,日本在这类发热材料的研究与开发中处于领先地位。日本东洋纺公司于20世纪末推出了eks纤维。这种纤维的吸湿能力约为棉的3.5倍,发热量是羊毛的2倍。它不仅能够将人体皮肤蒸发出的水蒸气转换为热量,达到保暖的效果,还可以将人体多余汗气及时吸收达到干爽舒适,所以eks又是一种能随外界环境和穿着空间变化而自创舒适穿着感觉的呼吸纤维。

旭化成纺织公司的Thermogear是将宾霸(Be2mberg)和微小的抗起球腈纶CashmilonFF组合而成,手感柔软且具有良好的吸湿发热性和调湿功能。宾霸学名铜氨丝,属再生纤维素纤维,除了具有优越的吸湿发热特性,还有会呼吸、清爽、抗静电、悬垂性佳四大功能。而超细抗起球腈纶能有效增加纱线之间空气含量并能够持久保持温暖。Thermogear把两者结合成为一种崭新的吸湿发热保暖纤维。

仓敷纺绩公司的Lunafa是利用羊毛吸收湿气后产生吸附热来达到保暖效果的。加工原理是用90%的棉包裹10%的防缩羊毛的双层构造纱,表面防水,内部保湿。另外敷纺公司的ThermoStock也是将棉的舒适感与羊毛的保暖性能结合起来的发热面料。由于吸湿发热纤维利用的是气体的汗转变为液体时产生的热量,因此多用于内衣、文胸、袜子及运动服等贴身产品。

2.太阳能发热保暖纤维

这种纤维材料可吸收太阳辐射中的可见光与近红外线,并且反射人体热辐射,具有良好的保温功能。它以添加IV族过渡金属碳化物为主。当阳光照射时,该碳化物能将0.6V以上的阳光电磁波辐射线中的高能辐射线吸收并转化成热能。20世纪90年代末,三菱人造丝公司将氧化锡与氧化锑的复合物微粉添加在腈纶纺丝原液中,开发出近红外线吸收纤维Thermocatch。这种纤维织制的织物即使在阴天也能够显著提高内部温度达2~10℃。而尤尼吉卡公司利用IV族过渡金属元素的碳化物具有吸收近红外线、反射远红外线的特点,将碳化锆微粉作为芯成分,制成阳光蓄热保温纤维Solar2α。此纤维加工成服装后,阳光照射下服装内部温度可较普通服装高2~8℃,阴天保温功能有所下降,温度仅比普通服装高0~2℃。但由于氧化锆能够完全融入到每根纤维中,因此面料耐洗性好,保暖效果较持久。该纤维材料刚问世时主要用于滑雪服,目前被作为针织产品的内里选材并受到关注。另外,帝人、钟纺和富士纺等公司也开发出阳光蓄热保温纤维和纺织品,如Ceramino、Inserared等。而SoKoSeiren公司的ThermoStore是陶瓷涂层的锦纶、涤纶织物,具有较好的储热和保暖功能。

3.导电发热保暖材料

导电发热保暖材料是由电热材料参与组成的复合纤维,其原理是利用导电纤维通电使纤维发热,以达到保暖效果。目前应用较为广泛的导电纤维是碳纤维。碳纤维是一种强度比钢大,密度比铝小,比不锈钢还耐腐蚀,比耐热钢还耐高温,又能像铜那样导电,具有许多宝贵的电学、热学和力学性能的新型材料。碳纤维发热材料除了升温迅速,电热转化率高,安全性高,使用寿命长以外,还具备发热时产生远红外线的性能[6],因此利用碳纤维发热材料可开发出具有保健功能的发热保暖服装。目前碳纤维发热材料已较为广泛地应用到了保健坐垫、床垫、地毯、保暖衣、褥子、鞋垫、保健服等产品的开发中。另外,德国WarmX公司于2004年还利用极微细的银纤维与供应电力的小型充电电池开发出内衣系列产品,这种产品在外界温度非常低时也可以达到较好保温效果。此外,日本还有人用聚乙烯和碳黑粉末混合制成导电发热纤维。


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4.相变发热保暖材料

相变材料遇冷或热后发生固—液可逆变化而吸收、放出热量,其优秀的调温功能很早就受到了人们的关注。1987年,美国一家公司将相变材料微胶囊添加在纤维中生产更暖、更薄的手套衬,供在极端低温环境中作业的飞行员和地勤人员使用。美国海军随后将这种织物用于生产保暖性更好的、寒冷气候下使用的袜子。1989年美国航天局将相变材料应用于宇航员手套衬中,所研制的由两种含相同相变物质层的夹心结构组成的薄絮片能够使手在低达-60℃的温度下握冰冷的铜棒10min仍保持温暖。1997年美国海军采用微胶囊化相变物质制成全身潜水服,经测试,这种潜水服可使潜水员在3h内保持温暖,而普通潜水服保温时间仅有1h左右。

目前相变发热保暖纺织材料的开发主要是在中空纤维中填入相变材料或利用微胶囊等技术将相变材料包裹其中,来达到蓄热调温的目的。由美国Outlast公司生产的奥特佳(热敏材料)登月空调纤维,就是利用相变材料微胶囊技术开发的新型纤维[3,17]。日本小松精练公司推出的AirTechnio也是一种温度调节材料,它覆盖一层含温度调节功能的蛋白质粉末的薄膜,通过重复的吸热、储热和放热来适应外部环境的温度变化。锺纺合纤公司的ThermoSupport利用特殊高分子聚合物在寒冷地方凝固、产生凝固热,而在炎热地方融解、吸收热量这一特性来防止剧烈的温度变化,是一种能够调节温度的尼龙。

5.化学发热保暖材料

这类材料一般是在纤维中加入化学物质,将化学能转化成热能保暖。如将铁粉混入聚合物中纺丝,利用铁粉在空气中氧化放热达到保暖目的。2007年冬季市场上所流行的一款暖贴便是利用这个原理制成的。暖贴里装有还原铁粉和活性炭,通过非织造布的微孔透氧技术,铁粉氧化发热,发热速度和温度由微孔大小决定。这种暖贴冬天放在内衣里既方便又安全。但是铁粉氧化不可逆,所以暖贴只是一次性用品。目前化学发热材料在保暖鞋、取暖袋以及家纺产品开发中运用较为广泛。


(本文摘自论文,侵删。)


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