浅析纺织品的光吸收保暖性能

湛权++++廖银琳++++何锦颜++++陈辉++++李锐彬++++叶伙荣

摘要

本文介绍了纺织品光吸收保暖性能的背景和一种评价纺织品在光照下升温效果方法的原理，通过对不同样品的测试和标准棉贴衬的重复性试验，验证了所开发方法的可行性和可靠性。同时本文还对考核指标和对照物的选择进行了探讨。

关键词：光吸收；保暖性能；吸光发热；纺织品

1 前言

保暖性是冬季服装最重要的性能之一。传统的保溫是以阻止身体所发出的热逃逸为主，主要方法包括选用毛、绒、皮等高档原料制衣，增加衣服层数等，往往是以“牺牲”衣物厚度来换取较好的保温保暖效果，因此传统的保暖服装一般都显得蓬松、臃肿，既不便于活动又缺乏美感[1]。新型的保暖服饰通常采用可积极发热的保暖纤维为原料，即依靠保暖纤维的自身发热来达到对人体的保暖效果，常见产品包括吸湿发热纤维、光能发热纤维、相变放热纤维等[2-3]。光能发热纤维是一种可吸收太阳辐射中的可见光与红外线，且可反射人体热辐射的保暖材料。

国内外有多种表征纺织品保暖保温性能的方法和标准，包括ASTM F 1868、EN 31092、ISO 11092规定的蒸发热板法，ASTM D 1518和GB/T 11048规定的静态平板法，GB/T 18398中的暖体假人法等，主要测试纺织品的热阻、热导率、克罗值等指标，但这些方法仅仅体现在稳态下纺织品的热传导性能，无法体现材料自身的发热升温效果。GB/T 18319规定了用红外辐射计测定纺织品红外反射率、透射率、吸收率及辐照升温速率的方法，主要测试纺织品的红外蓄热保暖性能，虽然已考核材料的升温效能，但存在光源波长单一（仅使用红外波）、辐照时间短、未考核辐照后材料保温效果等问题。本文拟开发一种评价纺织品在光照下升温效果的方法，弥补现有标准和方法的不足。

2 试验部分

2.1 试验原理

具有光吸收发热性能的纤维制品在合适的光源条件下，可吸收光线中的0.6eV高能波长段光波（波长< 2μm）产生热量[4]，同时吸收光源自身辐射的热量，通过架设的温度探头可捕捉到纤维制品表面温度变化情况，比较光照前后纤维制品及其对照样品的升温曲线、升温速率、温差等指标，可达到考核此类产品的光吸收保暖性能的目的。

2.2 试验仪器和试样（见表1）

2.3 试验准备

（1）每个样品制备两个组合试样，每个组合试样由两块60mm×100mm的试样组成，试样反面相贴合，沿三边缝合成一袋状插入口，形成一个组合试样，缝合线应与织物的长度或宽度方向平行，如图1所示。以相同的方式准备两个对照组合试样。

（2）将样品在温度（20±2）℃、相对湿度（65±4）%的环境下调湿至少4h。

2.4 试验步骤

（1）调节射灯灯丝与测试架底板的垂直距离为50cm，通过调节载物台和温度传感器的位置使两个温度传感器升温速率保持一致。连接温度记录仪，数据采集频率为20秒/次。

（2）将温度传感器分别插入组合试样和对照组合试样。

（3）待组合试样与对照试样的测试初始温度为（20±4）℃，且两者显示的温差<0.5℃时，开启射灯进行测试。测试时间为15min。

（4）调换组合试样与对照试样的位置，重复步骤（2）和（3）。

（5）重复以上步骤，完成两个组合试样的测试。

本文通过分别对1#～3#试样、标准棉贴衬对照样及不同类型的对照样进行多次试验，优化试验参数，探索所开发方法可行性和可靠性。

2.5 试验结果分析

2.5.1 不同试样对考核指标的影响

从图2易知，3个试样的温度随着光照时间延长而逐渐升高，并与样品的克重呈正相关的趋势。在大功率射灯长时间的照射下，一方面纤维上的特殊粒子吸收光能产生热量；另一方面射灯本身的高能量也会在样品表面发生热传递，使3个试样的温度逐渐升高。同时，样品克重越大，单位面积厚度越大，集聚在样品中间的热量越不容易对流和流失。可以初步看出，纺织品吸光发热是由光照、样品中吸光发热粒子及样品结构等因素共同作用的结果。

表2是3个样品在各个时间点的实测温度。从表中可以看出，在光照前100s内，样品的升温速率最快，呈倍数增长；从100s到300s，升温速率逐渐变小；光照600s后升温速率继续减少而接近于0，样品温度逐渐趋于稳定。光照初始阶段，外界能量（光照热量）迅速对流到样品表面，并通过热传递转移到样品中间，同时样品中的特殊粒子吸光产生能量，使探头温度迅速上升，升温速率达到峰值。随着光照时间延长，样品中部的能量也逐步热对流和热传递到其他介质，样品温度继续保持增长，但升温速率逐渐降低，直到一段时间后样品能量的吸收和释放逐渐趋于一个稳定的平衡状态，样品的温度基本保持不变。

表3是各样品升温至50℃附近时所需时间和升温速率，可以清晰地看出，相同光照条件下升温速率随着克重增加而逐渐增大。因此，样品光照至平衡状态时与初始阶段的温度差和样品升温到特定温度时的升温效率是评价纺织品的光吸收保暖性能两个重要的指标。

2.5.2 标准棉贴衬样品重复性试验

对同一标准棉贴衬样品进行7次重复性光照试验，试验结果见图3。

从图3可以看出，升温曲线变化趋势一致，数值略有波动；光照10min后样品温度在42.305℃～43.977℃之间变化，相对标准偏差为1.41%；相对初始温度的温度差在区间19.513℃～20.434℃内，相对标准偏差为1.57%。上述曲线和数据表明，本试验开发的方法测试结果稳定、可靠，重复性好。

2.5.3 不同类型对照样对试验结果的影响

分别选取涤纶织物、腈纶织物、牛仔布和标准棉贴衬4种类型的样品作为对照样品，分析其对试验结果的影响。试验结果见图4。

从图4可以看出，选用不同类型的对照物，在相同光照条件下，升温趋势基本一致，但升温速率和平衡温度有较大的差别。涤纶、腈纶和棉贴衬在光照10min后温度逐渐趋于稳定，而牛仔织物仍保持增长趋势，考虑到光照时间过长对成本的影响，牛仔织物不宜选作对照物。在评价某一织物的光吸收保暖性能时，最佳的对照物应为未经过整理的同类型样品；在不能提供同类型对照样品时，基于方法推广和应用，具有可溯源性、规范性的标准棉贴衬可以用作本方法的对照物。

3 结论

本文开发了一种测试纺织品光吸收保暖性能的方法。通过对不同样品的测试和重复性试验，表明本方法具有测试结果准确、可靠，重现性好等特点。同时本文还对考核指标和对照物的选择进行了探讨。

参考文献：

[1] 王敏， 李俊. 发热保暖服装材料的开发现状及发展趋势[J]. 产业用纺织品， 2009 （4）：6-9.

[2] 王喜娜. 简述发热保暖纤维的发热机理及开发应用[J]. 山东纺织科技， 2012 （5）：9-12.

[3] 施楣梧. 新型纤维材料及其在纺织品中的应用[J]. 棉纺织技术， 2005 （11）：38-40.

[4] 陈嘉毅， 朱光. 浅谈新型发热保暖纤维[J]. 山东纺织科技， 2008 （2）：53-56.

（作者单位：广州纤维产品检测研究院）