远红外纳米纺织品的性能测试

梁 翠， 郑 敏,2

(1. 苏州大学 纺织与服装工程学院, 江苏 苏州 215021； 2. 现代丝绸国家工程实验室(苏州)， 江苏 苏州 215123)

远红外纳米纺织品的性能测试

梁 翠1， 郑 敏1,2

(1. 苏州大学 纺织与服装工程学院, 江苏 苏州 215021； 2. 现代丝绸国家工程实验室(苏州)， 江苏 苏州 215123)

为探讨远红外纳米整理对棉针织物的保暖保健性能的影响，以平板保温仪和人体试验法对自制的远红外纳米纺织品进行了测试和评价，采用SEM表征了处理前后棉针织物表面的微观结构，EDS分析了整理后棉针织物表面的物相组成。结果表明：整理后的棉针织物表面呈现均匀的纳米粒子，EDS表明远红外纳米粒子是氧化锆；整理后的织物保温率得到较大提高；远红外纳米纺织品能改善人体体表微循环，提高体表温度，提高织物保温性，具有保健保暖效果。

远红外纺织品； 纳米； 人体试验法； 保暖保健

在当今社会，人们对衣着轻暖舒适、保健美观的要求日渐强烈，功能性纺织品越来越受到人们的喜爱，在此背景下，远红外纺织品应运而生并得到了良好的发展[1]。

采用纳米原位合成方法，在棉织物内直接生成颗粒细小均一的纳米掺杂型ZrO2增强相，有效控制纳米颗粒的生成和生长速度，避免了应用过程中的团聚问题及水洗牢度问题。纳米掺杂型ZrO2的价电子在常温下就能获得足够的能量从施主能级跃迁到导带上而成为自由电子，在外加电场作用下定向运动而导电，远红外发射率得到极大提高。经检测，水洗50次后，远红外发射率仍大于89%。但如何客观、简便地评价其保温保健性能已成为远红外纺织品发展瓶颈[2]。远红外纺织品的性能测试主要有发射率法、温升法及人体试验法[3]。温升法能直接反映织物辐射远红外线的能力，但是不能很好反映织物对人体的温升性能；发射率法存在参照黑体选择的问题，易引起发射率数据差异；人体试验法带有很大的主观性，却能最好地诠释这种功能纺织品引起的生理效应，对上述测试方法是一个很好的补充。

本文利用平板保温仪测试方法和人体试验法对自制的远红外纳米纺织品进行综合评价，以便为远红外纳米纺织品作用于人体的生理效应研究提供依据。

1 实验部分

1.1 材料制备

纯棉针织面料(市售)，纳米掺杂型ZrO2远红外整理液(实验室自制)。

采用轧，烘，焙工艺制备远红外棉织物，具体工艺为：掺杂纳米ZrO2分散液(lg/L)→浸渍(40 ℃, 30 min)→轧压→烘干(100 ℃，2 min)→焙烘(140 ℃，2 min)。

1.2 测试仪器

采用YG(B)606D型平板式保暖仪，在环境温度为22 ℃，湿度为65%的条件下进行测试，计算试样的保暖率(Q)，传热系数(U2)和克罗值(clo)[4]。

采用AMI人体着装舒适性生理量测试系统、AM-8061K型简单数据记录器、ALF21R型激光多普勒血液仪，该测试系统由日本AMI Techno有限责任公司开发，可以完成对体表温度和皮肤血流的连续测量。

1.3 测试方法

1.3.1 受试者及试验环境

本文选2名健康的年轻人为测试对象，分别标记为S1(男)、S2(女)，平均年龄为21岁。选择恒温恒湿的密闭人工气候室，温度为(22±2)℃，相对湿度为(60±10)%，风速≤0.1 m/s。

1.3.2 测试点

测试部位为下肢的右大腿和左小腿。将测试系统的血流传感器和温度传感器放置于以上2个部位的下侧和后侧，血流传感器可同时得到血流和温度2个数据。

1.3.3 测试要求

实验过程中尽量消除情绪以及运动对皮肤血流的影响，要求受试者保持静息状态，下肢不随意移动[5]。实验日，受试者的早午餐应为热量均衡的日常食品，禁止食用巧克力等高能食品以及含酒精、咖啡因等刺激类的食品[6]。

1.3.4 测 试

根据测试要求，把整理前后的针织面料做成九分裤。分别对穿着整理前后针织九分裤的下肢皮肤血流和皮肤温度变化进行测试，具体的方案如下。

受试者进入人工气候室，换上实验服，黏贴传感器贴片，进行30 min的环境适应，保持静息状态。每0.1 s自动记录1次皮肤血流和皮肤温度，连续记录200 s。

1.4 织物性能测试

1.4.1 形貌观察

取远红外整理前后的棉织物样品,在扫描电镜仪上测定，观察表面形貌。

1.4.2 能谱分析(EDS)

取远红外整理后的棉织物样品,在能谱仪上测定，分析织物的元素组成。

2 实验结果

2.1 远红外纺织品的微观结构分析

图1示出整理前后试样的扫描电镜照片。可看出，未整理的棉织物表面较为光滑，基本无粒子存在，经纳米远红外整理后，织物表面带有大量纳米功能粒子，形成一层致密纳米膜。

图1 整理前后纺织品的扫描电镜照片Fig.1 SEM images of unfinished and finished textiles. (a) Unfinished; (b) Finished

图2示出纺织品的远红外能谱分析图。可看到，存在的主要能谱峰为C和O，是典型的棉织物能谱图，其次存在的能谱峰为Zr和Zn等，这和远红外纳米材料的化学成分一致，说明远红外材料已经附着在纺织品上。

图2 纺织品的远红外能谱分析图Fig.2 EDS of far infrared textile

2.2 保温测试

表1示出纳米远红外整理对棉织物保暖性能的影响。可看出，经纳米远红外整理过的织物其保暖性好于未经整理过的织物。这可能是因为远红外整理后织物上的纳米功能粒子吸收了外界的电磁辐射能量，其分子的能态从低能级向高能级跃迁，而后又从不稳态的高能级回复到较低的稳态能级而辐射出远红外线[7]。所以织物经远红外技术处理后，其保温率得到较大提高。

表1 纳米远红外整理对棉织物保暖性的影响Tab.1 Effects of far infrared finishing on warmth retention of cotton fabric

2.3 生理效应测试

以右大腿下侧和左小腿后侧2个部位为测试点，分析了在坐正姿势下S1和S2穿着整理前后九分裤时下肢皮肤温度和皮肤血流的变化，以此探讨远红外纺织品的生理效应。

2.3.1 升温测试

图3示出在坐正姿势下，S1和S2分别穿着整理前后的九分裤在右大腿和左小腿处的皮肤温度。由图可知，S1和S2穿着整理后的九分裤与整理前的九分裤相比，不同部位的人体皮肤温度都增加了0.8～1.5 ℃。这可能是由于织物中添加的远红外放射性物质可在很宽的波长范围内吸收环境或人体发射出的电磁波，并辐射出波长为2.5～30 μm的远红外线，与人体的红外吸收光谱范围2.5～15 μm接近，人体吸收了远红外线后，体温升高的同时，又以远红外线的形式发射到远红外纺织品，并使纺织品的温度升高，起到温暖人体的作用[8]。

注: a—着普通九分裤；b—着远红外九分裤。图3 2位受试者(S1和S2)在左小腿和右大腿处的皮肤温度Fig.3 Skin temperatures on left shank and right thigh of two subjects. (a) S1 right thigh; (b)S1 left shank; (c) S2 right thigh; (d) S2 left shank

此外，由图3可知，S1和S2在同一部位的皮肤温度增加量不一样，而同一个受试者不同部位的皮肤温度增加量也有明显不同。一是因为人体的皮肤温度与个人的心理、生理因素、生理周期等有关，不同人的体表温度会有差异，对远红外线的刺激和反射效果也不一样，体表温度越高，对远红外服装的触发温度越高，远红外效果也越强。而不同部位表现出的不同效果也说明了体表温度对远红外效果的影响。二是因为实验是不同阶段完成的，每次实验的实际环境温度与理论温度在误差范围内的浮动，导致了皮肤增加量的不同。

2.3.2 血液微循环测试

图4示出在坐正姿势下，S1和S2分别穿着整理前后的九分裤时的皮肤血流变化。由图可知，S1和S2穿着整理后的九分裤与整理前的九分裤相比，人体的血液流速明显增加。这是由于在一定波长范围内的远红外线与人体细胞中水分子的振动频率相同,当人体表面受到辐射时,会引起细胞的分子共振,产生热效应,并激活人体表面细胞,促进皮下组织血液的微循环,达到保暖、保健、促进新陈代谢、提高人体免疫力的功效[9-11]。

图4 2位受试者在穿着不同九分裤时的皮肤血流量Fig.4 Skin blood mass traces of two subjects with different pants. (a) S1 ordinary pant; (b) S1 far-infrared pant; (c) S2 ordinary pant; (d) S2 far-infrared pant

3 结 论

1)远红外纳米纺织品吸收人体的远红外能量后温度会升高, 使其反馈发射红外辐射的总功率提高。远红外纺织品对人体皮肤有升温效应。

2)远红外纳米纺织品引起皮肤升温, 刺激皮肤热感受器, 使血管张力降低, 毛细血管扩张, 促进了微循环, 从而改善局部和全身的血液循环。

研究结果表明，经远红外纳米技术整理后的纺织品能引起人体细胞的分子共振,产生热效应,并激活人体表面细胞,促进人体皮下组织血液的微循环,达到保暖、保健、促进新陈代谢、提高人体免疫力的功效。

FZXB

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Study on performance of far-infrared nanometer textiles

LIANG Cui1, ZEHGN Min1,2

(1.CollegeofTextileandClothingEngineering,SoochowUniversity,Suzhou,Jiangsu215021,China;2.NationalEngineeringLaboratoryforModernSilk(Suzhou),Suzhou,Jiangsu215123,China)

The aim of this paper was to research the effect of far-infrared nanometer finishing on the health protection and warmth retention properties of knitted cotton fabrics. The performance of far-infrared textiles was tested with flatplate warmth retaining tester and body warmth keeping testing. SEM was used to characterize the microstructure of the surface of the knitted cotton fabrics before and after treatment, and EDS was used to investigate the phase composition of the surface of the knitted cotton fabrics after treatment. The results showed that uniform nano-particles were observed on the surface of the finished knitted cotton fabrics. EDS analysis indicated that far-infrared nano-particles on the fabric surface was zirconia; and the warmth retaining ratio of the treated cotton fabrics significantly improved. Far-infrared textiles can improve the microcirculation of the human body and increase the skin temperature and hence have health promotion and warmth retention capacities.

far-infrared textiles; nanometer; body warmth keep testing; health promotion and warmth retention

0253- 9721(2013)09- 0049- 05

2012-09-10

2013-03-07

中国纺织工业联合会科技指导性项目(2011170)

梁翠(1988—)，女，硕士生。研究方向为纳米材料在纺织领域的应用。郑敏，通信作者，E-mail:zhengmin@suda.edu.cn。

TS 195.5

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