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超實用!教你認清市場上的發熱纖維及產品

6月
28
2018

2018年6月28日15時 今日科學 中國綢都網

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傳統的冬服如棉絮、羽絨、裘皮和各類化纖絮片等保暖材料製成的服裝,多通過阻止熱量散發來達到保暖效果,其缺點是厚重、臃腫。隨著人們審美和舒適要求的提高,能發熱並持久保溫的輕薄型面料日益受到青睞,從而促進了發熱纖維的研發。

發熱纖維是能自行產生熱量且保暖的新型纖維。其不僅能像傳統纖維那樣阻止熱量散發,更能吸收、儲存外界熱量並向人體傳遞。就發熱機理來看,發熱纖維主要有光能發熱、電能發熱、相變放熱、化學放熱和吸濕發熱等幾種類型。

光能發熱纖維

01吸收遠紅外光發熱(遠紅外纖維)

一般通過在滌綸、丙綸等纖維中均勻地加入遠紅外線吸收物質(陶瓷粉體)製成。陶瓷粉多是金屬氧化物,如氧化鋁、氧化鎂、氧化鋯,有時也選用二氧化鈦和二氧化矽。如日本鍾紡合纖公司開發的儲熱保溫聚酯材料Ceramino纖維,在後加工過程中將遠紅外線吸收物質均勻地滲透到纖維分子的內部結構(無定形區)中,可提高對陽光等外界紅外線的吸收,起到儲熱保溫效果。

日本小松精練公司將紅外線吸收劑和玻璃微珠添加到聚合物中,製成了保溫纖維DynaLive。該纖維製成的服裝,其內部溫度比一般織物高3~7℃。其他還有富士紡公司的INSERARED纖維和可樂麗公司的LONWAVE纖維等。

02吸收可見光和近紅外線發熱

日本尤尼吉可公司的Thermotron纖維芯部溶有碳化鋯的微小粒子,在太陽光熱能的作用下發出熱量並反射出波長較長的遠紅外線,使服裝內部變暖。三菱人造絲公司的無色光熱轉換聚丙烯腈纖維Thermocatch芯層含有能吸收近紅外線的微細半導體粒子(氧化錫與氧化銻的複合物微粉),可將光能轉化成熱能。當有光照射時,Thermocatch纖維含量在10%以上的混紡紗就可以將光能轉化成熱能,並提高溫度2~10℃。此外,東麗公司的「Torayheat」纖維不僅能吸收可見光並轉換成熱能,還具有防靜電和抗起球的效果。

電能發熱纖維

電能發熱纖維是含有電熱材料組分的複合纖維,其原理是通過導電纖維通電發熱,達到保暖效果。目前,應用比較廣泛的導電纖維是碳纖維。碳纖維材料除了升溫迅速、電熱轉化率高,還具有發熱時產生遠紅外線的功能,因此,利用碳纖維發熱材料可開發出兼具保健功能的發熱保暖服裝。另外,德國WarmX公司也於2004年利用極微細的銀纖維與可以供電的小型充電電池,開發出內衣系列產品,在外界溫度很低時也能達到較好的保溫效果。

近年來,隨著石墨烯技術的發展,各種各樣的石墨烯發熱產品,如護腰、護膝等開始在市場上流行,其本質上還是通過電發熱,即利用外加電源,電流通過石墨烯複合材料的電阻產生熱量。石墨烯被認為在熱輻射的波段上與人體遠紅外吸收波段比較一致,因而是優秀的輻射熱源。

化學反應發熱纖維

將化學物質加入纖維中,利用放熱化學反應將化學能轉化成熱能,從而達到保暖效果。如將鐵粉混入聚合物中紡絲,利用鐵粉被空氣中的氧氣氧化放熱,達到保暖目的。但該類產品最大的問題是發熱效果不理想,耐久性也較差,暖貼即是該類纖維的一種應用。

01相變調溫纖維

利用物質相態轉變時吸收或放出熱量的原理,雙向調節身體微環境溫度。它在環境溫度較高時具有吸熱功能,在環境溫度較低時具有放熱功能。美國Outlast技術公司與德國特種纖維製造商Kelheim纖維公司共同研製的Outlast?纖維,就是一種通過相變調節溫度的纖維,使用微膠囊包裹熱敏相變材料碳氫化蠟,隨著溫度變化,發生固態、液態的相互轉化,從而達到吸熱、放熱的效果。

02吸濕發熱纖維

天然纖維都具有一定的吸濕發熱性能,其中尤以羊毛纖維更為明顯。一般來說,吸濕發熱纖維的發熱性能與其回潮率有關,回潮率高,則其吸濕發熱性能優良;反之,則差。受此啟發,人們研發了吸濕發熱纖維。纖維吸濕發熱的機理,一般認為是纖維吸收水分時,纖維分子和水分子相互吸引而結合,水分子的動能降低而被轉化為熱(能)量釋放出來。此外,為了強化發熱效果,可在纖維內部添加或者在纖維表面塗敷某種物質,當纖維吸收水分後,觸發這種物質發生化學反應釋放出更多的熱量。

如東洋紡開發的eks纖維,在溫度為20℃、相對濕度為65%的條件下吸濕能力是棉的3.5倍,纖維吸放熱量約為羊毛的2倍;其開發的N38纖維具有自重41%(20℃、65%相對濕度條件下)吸濕能力,不僅能使衣物內的溫度升高約3℃,還具有高吸濕、高放濕能力,同時兼具消臭、抗菌和防霉性能。其他吸濕發熱纖維還包括日本東麗公司開發的Softwarm纖維和Warmsensor纖維、日本旭化成株式會社開發的Thermogear纖維、日本三菱公司Renaissα纖維等。

當前研發較多的吸濕發熱纖維,其吸濕發熱機理只是一種推測,還需進一步研究論證,這對以後的新型纖維材料和新產品的研發都具有重要的意義。此外,發熱纖維的評價體系和保暖持久性還有待進一步改善。


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