陶瓷纤维含量和组织对织物远红外性能的影响研究

王青　张红霞　吴丽丽

摘 要：探讨了陶瓷纤维的含量和不同的织物组织对机织物远红外功能的影响。经纱采用普通涤纶长丝，纬纱采用远红外涤纶长丝和普通涤纶长丝，设计并制织以不同投纬比和不同组织的两个系列机织物，并测试各个织物的远红外发射率。结果表明：相同组织不同投纬比的机织物，机织物的远红外发射率随着陶瓷纤维含量的增高而增大;投纬比相同组织不同的机织物，织物组织对机织物的远红外发射率有一定影响，双层组织远红外发射率最高;在单层组织中平纹组织的远红外发射率相对斜纹和缎纹略高，织物远红外发射率随着织物组织枚数的增大而减小。

关键词：陶瓷纤维;远红外功能;织物组织;远红外发射率

中图分类号：TS155.6

文献标志码：A

文章编号：1009-265X（2019）03-0033-05

Research on Effects of Ceramic Fiber Content and Fabric Weaveson Far Infrared Property of Fabrics

WANG Qinga， ZHANG Hongxiaa， WU Lilib

（a.National Engineering Lab for Textile Fiber Materials and Processing Technology;b.College of Materials and Textiles， Zhejiang Sci-Tech University， Hangzhou 310018， China）

Abstract：In this paper， the effects of ceramic fiber content and fabric weaves on far infrared function of fabrics were explored. The common polyester filament was used as the warp and far-infrared polyester filament， and polyester filament were used as the weft to design and weave two series of woven fabrics with different weft ratios and different fabric weaves. Then， the far-infrared emissivity of each fabric was tested. The research showed that the far infrared emissivity of woven fabrics with the same fabric weaves and different weft ratios increased with the increase of ceramic fabric content. For the woven fabric with the same weft ratio and different fabric weaves， the fabric weave had influence on the far infrared emissivity， and double-layer weave had the highest far infrared emissivity. In the single-layer weave， the far infrared emissivity of plain weave was slightly higher than twill weave and satin weave， and the far infrared emissivity of the fabric decreased with the increase in the number of pieces of fabric.

Key words：ceramic fiber; far infrared function; fabric weaves; far infrared emissivity

随着经济的发展和科技的进步，人们对自身健康日益关注，保健功能性纺织品以其强大的保健功能而日益突出[1]。伴随着人们对轻暖舒适，保健美观的追求，远红外纺织品应运而生[2]。远红外织物是由日本尤尼吉卡和东丽最早研究出并投入生产的，发展至今不过三十余年，已经成为功能性纺织品的一个重要分支[3]。远红外线是一种人眼不可见光线，极易被人体所吸收，人体吸收后，还能通过水分子产生共振作用，深入皮肤3～5 cm，使機体内部温度上升，毛细血管扩张，血液循环加快，加速组织间的新陈代谢，提高机体免疫能力，具有消除炎症和水肿的效果[4-6]。远红外纳米纺织品能改善人体表微循环，提高体表温度和织物保温性，远红外陶瓷粉中有铁、铝、锰等金属氧化物，能有效抑制细菌的生长和新陈代谢，有抑菌作用[7-9]。

目前，存在许多远红外性能面料的同类研究，但是组织对织物远红外性能的影响研究现在还比较少。与其相比，本文主要探究了纬纱中不同含量的陶瓷纤维以及不同组织对织物远红外性能产生的影响，在探究平纹、2/1斜纹、菱形破斜纹、五枚纬缎、八枚纬缎这些基本单层组织的基础上，还探究了双层组织相对同类型单层组织对织物远红外性能的影响，试制了9种不同比例纬纱的交织面料，以及6种不同组织的面料，进行了织物远红外功能的测试与分析，探究了其对织物远红外功能的影响。

1 原料的选择及织物的制备

1.1 纤维选择

经纱选用普通涤纶长丝，纬纱选用远红外涤纶长丝和普通涤纶长丝。远红外织物中的远红外粒子通过吸收环境和人体电磁辐射的能量后，分子可以从低能级向高能级跃迁，由于高能级是不稳态，分子通过辐射出远红外线从高能级回复到稳态的低能级，远红外织物辐射出的电磁波通过和人体细胞中水分子的共振作用于人体，达到保暖改善人体表面微循环的保健效果。远红外纤维的制备有涂层法和纺丝液法[10]，本实验所选用的远红外涤纶长丝是将远红外纳米陶瓷粉末添加进涤纶纺丝液中制成的，其规格为16.7 tex（96F）。陶瓷纤维横截面为圆形，无明显的孔隙结构，纤维对光线反射作用强烈，织物光泽度较强但不柔和，如图1所示;远红外涤纶中由于混入远红外陶瓷粉末，纤维横截面上有颗粒状突起如图2所示。

1.2 织物试样方案的设计与制备

织物是由纱线组成的，要探究陶瓷纤维含量对织物远红外性能的影响，在经纬密度和织物组织相同的条件下，可以通过探讨织物中远红外纱线所占比例来探究织物中陶瓷纤维含量对织物远红外性能的影响。综合考虑试样的织造要求，在其它工艺条件相同的条件下，通过改变远红外纱线投纬比例来改变织物中陶瓷纤维的含量，从而探究织物中陶瓷纤维含量对织物远红外性能的影响。通过以上考虑，设计了A系列试样，A1～A9试样选用远红外纱线和普通涤纶以0∶1、1∶4、1∶3、1∶2、1∶1、2∶1、3∶1、4∶1、1∶0的比例进行投纬，A1～A9试样经纱都选用的是8.3 tex的普通涤纶，纬纱中甲纬选用16.7 tex（96F）远红外涤纶长丝，乙纬选用16.7 tex普通涤纶，经纬密度相同（织物经密80根/cm、总纬密40根/cm），织物组织都选用5枚缎纹，织物规格如表1。

探究织物组织对织物远红外性能的影响，首先要保证织物经纬密度和投纬比相同。常用的织物组织有平纹、斜纹、缎纹和双层组织，这四类组织织物手感和风格也不相同，本文选用平纹、2/1斜纹、菱形破斜纹、五枚纬缎、八枚纬缎这几种有代表性的组织来探究单层组织间织物远红外性能的关系，同时设计了上下层都为平纹的双层组织与单层的平纹组织做对比。通过以上考虑，设计了B系列织物，B1～B6试样中经纱都选用的是8.3 tex的普通涤纶，甲纬选用16.7 tex（96F）远红外涤纶长丝，乙纬选用16.7 tex普通涤纶，甲乙纬投纬比为1∶1，试样经纬密度都相同（经密80根/cm、纬密40根/cm），采用6种不同的组织试制成织物，其中B1双层织物样品总纬密和总经密与单层织物经纬密度相同，上下两层纬纱排列比例（甲纬：乙纬）都为1∶1，织物规格如表2。

生产工艺流程：

经线：原料检验→倒筒→加捻→定形→倒筒→染色→色检→倒筒→整经→穿结经→织造;

纬线甲：原料检验→倒筒→倒筒→织造;

纬线乙：原料检验→倒筒→倒筒→织造。

2 远红外性能测试方法

2.1 实验仪器选用

织物的远红外功能检测方法主要有温升法、人体试验法、发射率法3种[11]。漆东岳等[12]对于纺织品远红外测试的各种方法进行了分析，认为CAS 115—2005和FZ/T 64010—2000的远红外法向发射率项目可以较为合理的用于纺织品远红外发射率的衡量。本文选用远红外法向发射率来表征织物远红外性能，实验主要仪器有YG751B型电脑式恒温恒湿箱（宁波纺织仪器厂）如图3;EMS-302M远红外发射率测试仪（台湾省和德）如图4。

2.2 实验方法

a）将每份样品裁剪为直径不小于60 mm的圆形试样，放入温度为（20±1）℃、湿度为（65±3）%的恒温恒湿箱中调节24 h;

b）开机预热45 min，待腔体内温度稳定在34 ℃;

c）将标准黑体片放置在下部机台的加热板上，稳定后测定黑体片发射率I0;

d）将试样放置到加热板上，待样品稳定后记录试样发射率参数I;

e）系统根据黑体发射率I0、标准黑体发射率以及试样发射率I，在远红外发射率测试仪配套的电脑上直接读出试样的远红外发射率。

3 结果与分析

3.1 陶瓷纤维含量对织物远红外效果的影响

表3是A系列机织物远红外发射率测试结果，图5是根据表3的测试结果做的折线图。由图5可知，随着纬纱中陶瓷纤维含量的增加，织物的远红外发射率不断增大;当织物中不含远红外纱线时，织物远红外发射率最低，当织物纬纱中远红外纱线比例为20%时，织物远红外发射率大于0.8，可以达到CAS115-2005保健功能纺织品评价标准规定的远红外法向发射率指标[13];纬纱中远红外纱线比例大于50%时，织物的远红外发射率增长开始变得缓慢，织物有较好的远红外功能;当纬纱中远红外纱线达到100%时，织物的远红外发射率达到峰值。究其原因是温度在绝对零度以上的物体都是会向外辐射红外线，红外线是一种电磁波，物体中的电子通过吸收外界的能量，并受到激发，外层电子会到较高的能位上，脱离原来的轨道，但是电子在较高的能位上是不稳定的，会通过释放能量回到原来的能位上。远红外陶瓷粉具有较高的远红外辐射能力，可以在常温下吸收太阳光或者人体辐射的能量，并以远红外的形式作用于人体，当织物中不含有远红外纤维时，织物的发射远红外的能力较低;当织物中陶瓷纤维含量增加时，织物中远红外陶瓷粉也增加，对于外界和人体辐射的能量吸收量增大，发射出的远红外线也增大，织物的远红外发射率增大。

3.2 织物组织对织物远红外效果的影响

表4是B系列机织物远红外发射率测试结果，图6是根据表4的测试结果做的折线图。由图6可知，组织对远红外发射率影响比较小，投纬相同的情况下，平纹组织的织物略高于斜纹和缎纹。物体的远红外发射率与材料表面的状态有关，材料表面越粗糙，远红外发射率越大[14]。当远红外辐射到物体表面，一部分能量被物体表面吸收，一部分能量会被反射，还有一部分可以穿过物体;当材料对远红外辐射吸收的越多，它的远红外发射率就越高。随着织物枚数的增大，织物对光线的反射越好，织物表面更加光滑，当外界紅外辐射到织物表面时，缎纹织物相对其他组织对红外辐射反射较多，吸收较少，缎纹织物的远红外发射率相对平纹斜纹较低。

在经纬密度相同、投纬相同的情况下双层组织（上下层都为平纹）比平纹组织发射率高。由于双层组织织物有两层，当外界辐射出来的能量经过织物第一层之后，一部分能量被吸收，另一部分被反射出去，被反射出去的这部分辐射还要经过第二层织物的吸收，这样只有少部分能量被反射出去;双层织物相对于单层的平纹织物对外界远红外辐射吸收率得到明显的提高，双层织物（上下层都为平纹）远红外发射率相对单层的平纹织物的发射率要高。

4 结 语

在经纬密度和织物组织相同条件下，随着纬纱中远红外纱线比例增加，织物中陶瓷纤维含量不断增加，织物的远红外发射率不断增大;当纬纱中远红外纱线比例大于等于20%时，织物可以达到远红外保健功能纺织品评价标准中规定的远红外法向发射率指标;当纬纱中远红外纱线比例为50%时，织物远红外发射率达到89.5%;织物有较高的远红外发射率，当纬纱中远红外纱线比例大于50%时，织物远红外发射率增长变缓慢，在产品开发中可以有效的利用这一性能，节约生产成本。在经纬密度和投纬比相同条件下，组织不同的机织物中，单层织物中平纹组织织物的远红外发射率相对斜纹和缎纹较高，织物远红外反射率随着织物组织枚数的增大而减小，双层组织织物比同一类型的单层组织织物的远红外发射率有明显提高。

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