纺织品远红外性能测试方法研究

漆东岳++王向钦++袁彬兰++倪冰选++朱锐钿++陆树兴

摘要：简要综述了远红外纺织品的作用原理，并结合检测原理及实际测试中的数据和经验，对现行远红外纺织品相关标准中的测试方法进行了详细的分析，为生产者送检及消费者的选择提供了参考，并对标准提出了改进意见。

关键词：远红外纺织品； 远红外波长；法向发射率；远红外发射率；远红外辐射温升

随着国民消费水平的不断提高，人们已不再满足于“吃饱穿暖”的生活，对服装的要求也不断提高，对保暖、保温服装，更是要求摆脱臃肿、厚重的感觉，追求轻薄、时尚和健康；同时，由于生活节奏的加快，人们的锻炼时间不断减少，如何保健成为了人们关注的焦点。在这种趋势的影响下，兼具保健与保暖作用的远红外纺织品成为了人们理想中的产品。

由于远红外纺织品外形及其他物理性能与普通纺织品无异，消费者很难鉴别其是否具有远红外性能，而目前国内关于纺织品远红外性能表征的标准及测试方法较多，各标准的要求及测试方法不尽相同，难以为消费者提供有效的指导。本文将从远红外纺织品的特征、作用机理及测试原理等方面分析相关测试方法与标准，为消费者解答疑惑，同时为远红外纺织品市场健康发展和质量监管尽微薄之力。

1 远红外纺织品特征及作用机理

1.1 远红外线的产生

红外线又称红外光，指波长为0.75μm～1000μm的电磁波，具有较强的热作用，在不同的领域对远红外线的划分不同，在实际应用中通常把波长2.5μm以上的红外线称为远红外[1]。根据维恩位移定律，黑体辐射曲线的峰值波长与黑体的绝对温度T的乘积是一个常数，即 λm·T=2898（μm·K）[2]，这就是说温度低于886.2℃的物体均在向外辐射远红外线。

1.2 远红外纺织品的特征

远红外纺织品与普通纺织品均向外辐射出远红外线，不同的是在相同的温度下远红外纺织品的辐射功率更高。

斯特潘-玻尔兹曼定律指出单位面积辐射功率与自身绝对温度的四次方及材料表面发射率成正比，即E=ε·σ·T4，其中σ为常数，这说明提高表面温度、提高发射率和增大表面积可以提高物体的总辐射功率，对于纺织品而言，提高表面发射率和增大表面积是提高其远红外辐射强度的主要途径。

目前市场上常见的远红外纺织品开发途径主要是提高其发射率，一是在纺丝时加入金属氧化物、陶瓷粉末等发射率很高的远红外发射体，制备远红外纤维；二是采用陶瓷粉末制成的整理液对纺织品进行整理[3-5]。

1.3 远红外纺织品的作用机理

根据基尔霍夫辐射定律，物体的辐射能力越大，吸收能力也越大，人体中含有60%～80%的水分，根据匹配吸收原理，当远红外波长与人体自身波长相对应时，身体可以吸收其远红外辐射。人体温度一般为28℃～40℃，发射的远红外辐射主波长为10μm左右，5.6μm～15μm远红外线占总能量的整个人体50%以上，远红外纺织品在吸收外界热量后辐射出的远红外波长为3μm～25μm，可以被人体所吸收，形成共振。远红外纺织品吸收身体的热辐射，并以远红外形式反馈给人体，加速血液循环，达到保健和辅助医疗的效果[6]。

2 国内现行纺织品远红外性能相关标准分析

2.1 现行标准概况

目前我国与纺织品远红外性能测试相关的标准主要有4个，按实施日期先后分别是FZ/T 64010—2000（2014复审继续有效） 《远红外纺织品》、GB/T 18319—2001《纺织品 红外蓄热保暖性的试验方法》、CAS 115—2005《保健功能纺织品》、GB/T 30127—2013《纺织品 远红外性能的检测和评价》，其中所涉及的测试方法可分为两类，用于表征纺织品远红外发射性能的测试方法，以及用于表征纺织品远红外吸收性能的测试方法，其具体的测试项目及测试用仪器见表1。

2.2 远红外性能测试方法分析

2.2.1 纺织品远红外发射性能测试方法

目前用于表征纺织品远红外发射性能的测试方法有FZ/T 64010—2000和CAS 115—2005中的远红外波长、法向发射率，以及GB/T 30127—2013中的远红外发射率。

FZ/T 64010—2000要求远红外波长应为8μm ～15μm，CAS 115—2005要求为4μm ～16μm，对远红外纺织品的判定也有所不同，但FZ/T 64010—2000与CAS 115—2005中关于远红外波长、法向发射率的测试方法基本相同，均采用红外光谱仪和黑体炉进行测试。其测试方法为：先采用100℃时黑体炉所发射的红外线作为红外光谱仪的远红外光谱仪的光源，测试黑体炉的法向发射率曲线，再用黑体炉将样品升温至100℃，测试样品或比对样的法向发射率曲线（如图1），根据试样与黑体炉发射率曲线的积分比值计算样品的发射率，并根据曲线判断远红外波长是否在可接受范围之内[7-8]。由于FZ/T 64010—2000和CAS 115—2005中的远红外波长、法向发射率项目较为复杂，对仪器要求较高，故其测试成本较高。

图1 远红外波长及法向发射率测试装置示意图

GB/T 30127—2013中的远红外发射率的测试与法向发射率的测试相似，不同的是其采用的是波长范围为5μm～14μm的远红外检测传感器，在黑体仓内测试34℃时样品发射率与标准黑体远红外辐照强度的比值[9]。

根据维恩位移定律，黑体辐射曲线的峰值波长与黑体的绝对温度T的乘积是一个常数，即λm·T=2898（μm·K）[2]，物体在温度为100℃时发出的远红外线峰值波长为7.77μm，此峰值波长与物体材质并无很大的相关性，在实际检测中也发现，在相同测试温度的条件下，测试远红外波长均符合FZ/T 64010—2000与CAS 115—2005的要求，且峰型与主峰的位置几乎一致，所以远红外波长这一项目对消费者并无多大参考意义。

法向发射率以及远红外发射率项目采用在相同温度下，样品发出的远红外辐射强度与标准黑体发出的远红外辐射强度的比值作为参考，根据大量数据来看，远红外纺织品与普通纺织品该指标相差较为明显，可以作为鉴别远红外纺织品的有力凭证。

2.2.2 纺织品远红外吸收性能测试方法

目前用于表征纺织品远红外吸收性能的主要有GB/T 18319—2001中的红外吸收率和红外辐照升温速率，以及GB/T 30127—2013中的远红外辐射温升等3种检测方法。

红外吸收率指样品在指定远红外辐照强度下所吸收的能量与总能量的比值，该指标并没有直接的测试方法，而是通过远红外透射率与远红外反射率计算而来。GB/T 18319—2001中规定在保证电红外辐射源主波长为2.4μm，试样表面辐照强度为650W/m2的试验条件下，采用检测波长范围为0.8μm～10μm的红外辐射强度计检测分别在样品的正后方以及样品与辐射源间25°位置测试样品的远红外透射率和远红外反射率（如图2），再通过公式αa=100-αt-αr计算出其远红外吸收率[10]。

图2 远红外透射率（左）、远红外反射率（右）测试装置

GB/T 18319—2001中的红外辐照升温速率与GB/T 30127—2013中的远红外辐射温升测试原理及装置（见图3）基本相同，即在一定的辐照条件下测试样品在一段时间的温度升高值。不同的是GB/T 18319—2001要求的辐射源主波长为2.4μm，要求保证试样表面辐照强度为650W/m2，而GB/T 30127—2013要求的辐射源主波长为5μm～14μm，仅要求辐射源功率为150W，距离为500mm；GB/T 18319—2001要求测试的是2s～9s内的升温值，以计算升温速率，而GB/T 30127—2013则是要求记录30s内的温度升高值；GB/T 18319—2001要求的点状温度传感器直径不大于0.7mm，示值误差不大于0.01℃，而GB/T 18319—2001要求的点状温度传感器直径不超过0.8mm，示值误差不大于0.1℃。

图3 GB/T 18319—2001 红外辐照升温速率测试装置

就原理而言GB/T 18319—2001中红外吸收率项目所规定的测试条件稳定，可以保证测试的可重复性，可用于比较纺织品远红外性能的优劣；红外辐照升温速率可以客观反映远红外纺织品的吸收性能，同时也保证了测试条件的可重复性。但GB/T 18319—2001依然存在许多问题：测试装置中对温度传感器的技术要求难以达到，目前国内仅有寥寥几家检测机构具有该项目的检测资质；GB/T 18319—2001是方法标准，没有判定值，不能用于远红外纺织品的判定。因此，GB/T 18319—2001可用于远红外纺织品的开发与研究，但对消费者而言指导意义不大。

GB/T 30127—2013中的远红外辐射温升同样存在温度传感器的技术要求过高的问题，直径不超过0.8mm的点状温度传感器，目前技术领先的OMIGA公司也仅有精度为±0.5℃的仪器销售；同时GB/T 30127仅规定了距离与辐射源功率，不能保证样品受到的辐照强度一致。根据大量样品检测的数据来看，不论样品是否具备远红外性能，30s内的温升普遍在2℃以上，而标准中的判定值为普通样品1.4℃以上，疏松类样品1.7℃以上，所以远红外辐射温升项目参考意义不大。

3 结论

结合检测原理及检测经验来看，现行远红外性能测试相关标准各有优缺点。其中FZ/T 64010—2000和CAS 115—2005中的法向发射率以及GB/T 30127—2013中的远红外发射率项目可以较为合理地用于衡量纺织品的远红外发射性能，但FZ/T 64010—2000和CAS 115—2005测试方法复杂，成本较高；GB/T 18319—2001中的红外吸收率项目可用于比较纺织品远红外发射性能的优劣，但不可用于判定；远红外波长项目较为鸡肋，难以用于分辨远红外纺织品，而GB/T 18319—2001中的红外辐照升温速率与GB/T 30127—2013中的远红外辐射温升项目点状温度传感器技术要求过高，难以实现，同时判定值设置不合理，也不具备指导消费者的意义。

4 建议

综上所述，建议生产商更多地使用GB/T 30127—2013中的远红外发射率作为衡量纺织品远红外发射性能的测试方法，让消费者可以清晰地了解所购买的产品，保障消费者的利益；建议相关检测机构及研究机构加紧红外辐照升温速率与远红外辐射温升测试仪器的研究与开发，同时积累数据，为制定更为合理的判定值提供依据；建议相关标准制定部分对现行标准进行修订，采用远红外发射性能与远红外吸收性能相结合方式对纺织品的远红外性能进行评价，制定更为合理的判定值，同时去除容易误导消费的指标与评判标准，为消费者提供更清晰明了的消费指导。

参考文献：

[1] 秦文杰，刘洪太，张一心. 纺织品远红外功能评价标准研究[J]. 纺织科技进展， 2009（6）： 52-53.

[2] 袁兵. 远红外纺织品的保健效果 [J].红外技术， 2002， 24（5）： 52-56.

[3] 滑钧凯，刘建勇，张双利. 远红外纺织品的生产、应用与发展 [J]. 天津纺织工学院学报， 1994， 13（4）： 10-14.

[4] 曹徐苇，范雪荣，王强. 远红外纺织品发展综述[J]. 印染助剂， 2007， 24（7）： 1-5.

[5] 倪冰选，张鹏，杨瑞斌，等. 纺织品远红外性能及其测试研究[J]. 中国纤检， 2011 （22）： 45-47.

[6] 张娓华，张平，王卫. 远红外纺织品性能与测试研究[J]. 染整技术， 2009 （9）： 36-39.

[7] FZ/T 64010—2000 远红外纺织品[S].

[8] CAS 115—2005 保健功能纺织品[S].

[9] GB/T 30127—2013 纺织品 远红外性能的检测和评价[S].

[10] GB/T 18319—2001 纺织品 红外蓄热保暖性的试验方法[S].

（作者单位：广州纤维产品检测研究院）