實(shí)現(xiàn)服裝“冬暖夏涼”,調(diào)溫紡織品的奧秘在哪？
這些年，氣候的異?，F(xiàn)象越來越頻繁，就像前不久，很多地方都熱得幾乎要觸發(fā)高溫預(yù)警，然而一夜之后多地又下起了罕見的桃花雪，這種氣溫的劇烈波動已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出人體適應(yīng)的能力，所以對溫度調(diào)節(jié)類產(chǎn)品的需求就有很大的市場，這兩天正在上海國家會展中心舉辦的2023中國國際紡織品展覽會上，就出現(xiàn)了很多標(biāo)稱具有溫度調(diào)節(jié)功能的紡織品，以往關(guān)于溫度調(diào)節(jié)這一紡織品功能性的宣傳從來沒有像這次這樣普及，看來紡織業(yè)也是看到了氣候變化帶來的商機(jī)。
關(guān)于紡織品的溫度調(diào)節(jié)功能，在以往更多集中在保溫這一性能上，但保溫產(chǎn)品只適用于冬季的服裝，對于夏天來講如何降溫才是產(chǎn)品最大的賣點(diǎn)，隨著涼感紡織品標(biāo)準(zhǔn)的制訂，這次展覽中關(guān)于涼感功能性宣傳的企業(yè)也越來越多，另一個(gè)關(guān)于紡織品調(diào)溫功能性的宣傳來自自動溫度調(diào)節(jié)，它可以隨著外界溫度的變化自動調(diào)節(jié)溫度，使人體始終處在一個(gè)適宜的溫度區(qū)域。
01
調(diào)溫紡織品的奧秘
調(diào)溫紡織品的奧秘在于所包含的材料是能夠感知環(huán)境溫度變化的相變材料。相變物質(zhì)通過發(fā)生狀態(tài)改變（固態(tài)、液態(tài)或氣態(tài)），可以存儲或釋放大量能量，以維持基體溫度恒定。
當(dāng)外界環(huán)境溫度升高時(shí)，纖維中包含的相變材料發(fā)生相變，從固態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)，吸收熱量儲存于纖維內(nèi)部；當(dāng)外界環(huán)境溫度降低時(shí)，相變材料從液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)，釋放出儲存的熱量，保持體表溫度，使人體處于一種舒適的狀態(tài)。
相變材料的存儲方法：相變材料能夠存儲或釋放能量，但在發(fā)生形態(tài)轉(zhuǎn)變時(shí)易發(fā)生泄漏，限制了相變材料的應(yīng)用。通過對相變材料進(jìn)行封裝，可以有效防止泄漏問題，目前可用的方法包括多孔材料吸附法和微膠囊法兩種。
多孔材料吸附法：由于表面張力和毛細(xì)效應(yīng)的存在，相變材料可以吸附在多孔材料中實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定。常用的多孔材料有黏土礦物、多孔碳材料、金屬泡沫，此方法不僅可以防止相變材料的泄漏，還可提高相變復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能。這種潛熱儲熱技術(shù)在太陽能應(yīng)用、建筑節(jié)能等領(lǐng)域得到了廣泛關(guān)注，但在紡織方面的應(yīng)用較少。
微膠囊法：微膠囊可以理解為是用一種物質(zhì)包裹住另一種物質(zhì)，包在內(nèi)部的物質(zhì)稱為芯材，而用來包裹的物質(zhì)稱為壁材。微膠囊化增加了相變材料的比表面積，方便了熱量的傳遞，從而間接提高了導(dǎo)熱率，相變材料存儲于膠囊內(nèi)部，解決了形態(tài)變化導(dǎo)致的泄漏問題，也使微膠囊具有很好的穩(wěn)定性。
常用的制備方法：
相變調(diào)溫紡織品的制備方法有很多，其原理是將相變材料以合理的方式與纖維織物進(jìn)行結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)溫效果。常見的相變調(diào)溫紡織品的加工方法有中空纖維填充法、紡絲法、后整理法等。
后整理法：通過整理或涂層的方式，將相變材料施加在織物上，從而使紡織品擁有智能調(diào)溫的功能。整理法采用浸—軋—烘—皂洗工藝得到相變材料的織物，浸漬液中含相變材料或相變材料微膠囊、交聯(lián)劑、催化劑等。涂層法通過涂層加工手段，利用膠黏劑將相變材料粘接在紡織品上。
中空纖維填充法：是在織造前，利用特殊方法將中空部門密封，將相變材料微膠囊填充到中空纖維的中空部分，利用相變材料而產(chǎn)生可逆蓄熱和放熱性能，然后用樹脂將纖維進(jìn)行包覆，防止相變膠囊外泄從而達(dá)到持久調(diào)溫效果。
紡絲法：是將相變材料微膠囊直接分散在紡絲熔體或溶液內(nèi)進(jìn)行紡絲，或?qū)⒑邢嘧儾牧衔⒛z囊的紡絲組分作為島或芯組分，聚酯、丙綸等作為皮組分制備耐久效果好的相變纖維。
02
相變調(diào)溫紡織品有規(guī)范了
2022年12月13日，廣東省標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會發(fā)布團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)《相變調(diào)溫纖維及紡織品》，對相變調(diào)溫纖維及紡織品的術(shù)語和定義、分類和標(biāo)記、技術(shù)要求、試驗(yàn)方法、檢驗(yàn)規(guī)則、包裝、運(yùn)輸和貯存分別做出規(guī)定。
行內(nèi)人士認(rèn)為，該團(tuán)標(biāo)來得及時(shí)，對具有相變調(diào)溫功能的新一代纖維及紡織品的開發(fā)和發(fā)展具有一定的促進(jìn)作用。
據(jù)介紹，所謂相變調(diào)溫，是指有些物質(zhì)在從固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)中的一種相態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N相態(tài)時(shí)發(fā)生吸收或釋放熱量從而調(diào)節(jié)溫度的現(xiàn)象。
例如，有些纖維經(jīng)過工藝制備處理成為相變調(diào)溫纖維，用這種纖維制成功能性紡織品，便具有相變調(diào)溫功能——環(huán)境溫度在一定范圍內(nèi)升高時(shí)，封裝在纖維里的相變材料便從固態(tài)轉(zhuǎn)化為液態(tài)（稱為熔融），其過程吸收大量熱能；反之，相變材料從液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)晶或半結(jié)晶固態(tài)（稱為結(jié)晶）過程則釋放熱能。
而在這過程中紡織品本身溫度基本不變。這一吸收一釋放，調(diào)節(jié)“衣內(nèi)微環(huán)境氣候”保持在人體舒適狀態(tài)，使體感實(shí)現(xiàn)冬暖夏涼。
相變調(diào)溫紡織品因之被稱為“貼身空調(diào)器”。相變調(diào)溫纖維及紡織品崛起成為深受歡迎的新一代高新技術(shù)紡織服裝產(chǎn)品。
資料顯示，相變調(diào)溫纖維及紡織品來源于美國的發(fā)明。上世紀(jì)80年代美國太空總署為了保護(hù)宇航員及珍貴設(shè)備免受太空急劇溫度變化影響而要求研究開發(fā)這一功能性產(chǎn)品，成功后擴(kuò)大應(yīng)用于普通服裝、防護(hù)性服裝如消防服、野戰(zhàn)服、冷庫工作服、潛水服、飛行服及室內(nèi)裝飾、床上用品、鞋襪、醫(yī)療用品等各類產(chǎn)品領(lǐng)域，展現(xiàn)了廣闊的市場前景。相變調(diào)溫纖維及紡織品被美國人選為“改變21世紀(jì)人類生活的21項(xiàng)革新之一”。
我國于上世紀(jì)90年代開始相變調(diào)溫纖維的研究開發(fā)，近年來取得了突破性進(jìn)展，已有一批科研機(jī)構(gòu)、院校和企業(yè)掌握了相關(guān)技術(shù)，一批企業(yè)開始批量生產(chǎn)，產(chǎn)品逐漸進(jìn)入市場，呈現(xiàn)著良好的發(fā)展勢頭。但與技術(shù)開發(fā)和應(yīng)用相比，相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)化工作卻相對滯后。
相變調(diào)溫纖維及紡織品至今未有專門的國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，開發(fā)和生產(chǎn)應(yīng)用企業(yè)各自制定的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)指標(biāo)不統(tǒng)一，參差不齊，各行其是，消費(fèi)者難以判定優(yōu)劣。
行內(nèi)形成共識，制定相應(yīng)的統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)供大家共同遵守執(zhí)行已成該產(chǎn)業(yè)發(fā)展的當(dāng)務(wù)之急。
03
展覽會上的溫度調(diào)節(jié)紡織品
1、揮發(fā)性涼感纖維
代表性產(chǎn)品就是薄荷纖維。薄荷我們都熟悉，具有很強(qiáng)的揮發(fā)性，夏天在皮膚上涂抹一點(diǎn)會感覺很涼爽，這是因?yàn)楸『傻膿]發(fā)性帶走了皮膚上的熱量。借鑒于薄荷的這一特點(diǎn)，很多企業(yè)在紡絲液中添加具有薄荷這樣揮發(fā)性的物質(zhì)，從而達(dá)到接觸涼感的目的。對這類涼感產(chǎn)品的性能我還是具有一些疑問的，因?yàn)槲覀冎辣『赏磕ㄔ谄つw上很快就揮發(fā)完了，所以功能的持久性值得商榷，再有就是薄荷提取物加入到紡絲液中后是否還能保持足夠的揮發(fā)性。
2、超導(dǎo)熱涼感紡織品
代表性產(chǎn)品就是玉石纖維。一些物質(zhì)由于具有很好的導(dǎo)熱性能，當(dāng)與我們的皮膚接觸時(shí)會很快傳導(dǎo)走皮膚上的熱量，讓人感到很涼快，我們夏天使用的涼席就是靠良好的導(dǎo)熱性能讓人感到?jīng)鏊?，一些礦物質(zhì)也具有同樣的導(dǎo)熱功能，所以很多企業(yè)就把這些礦物質(zhì)制成納米級的顆粒加入到紡絲液中，從而賦予纖維也具有超高的導(dǎo)熱性能。這類纖維似乎是目前涼感紡織品的研發(fā)重點(diǎn)，只不過各家企業(yè)添加的礦物質(zhì)的種類不一樣，對這類涼感纖維需要考察的是礦物質(zhì)的儲熱能力，如果物質(zhì)本身的儲熱能力很高，那么長時(shí)間穿著這樣的產(chǎn)品不但不會感到?jīng)鏊€會因?yàn)閮岫兊冒l(fā)燙。就像鐵塊，在夏天如果摸一下陰涼處的鐵塊會感到?jīng)鏊?，但是如果鐵塊在太陽下曝曬后就會很燙，對這類涼感紡織品中添加的礦物質(zhì)既要具有良好的導(dǎo)熱性能，還要具有比較低比熱容。
3、相變調(diào)溫紡織品
這類產(chǎn)品具有雙向調(diào)節(jié)溫度的功能，它是利用物質(zhì)在不同“相”之間變化產(chǎn)生的吸熱或放熱反應(yīng)來達(dá)到自動調(diào)節(jié)溫度的功能，當(dāng)人體感到熱時(shí)，相變物質(zhì)從固態(tài)轉(zhuǎn)變成液態(tài)，吸收人體發(fā)出的熱量而使溫度降低；當(dāng)人體感覺到冷時(shí)，相變物質(zhì)從液態(tài)轉(zhuǎn)變成固態(tài)，釋放出儲存的能量而使溫度升高。對這類產(chǎn)品需要考慮的就是相變材料在相變過程中能夠儲存的能量，儲能越多自動調(diào)溫的效果就越好，所以它跟超導(dǎo)熱涼感紡織品需要物質(zhì)具有低的比熱容相反，相變調(diào)溫紡織品中相變材料的比熱容越高越好。
4、仿松球效應(yīng)智能傳熱導(dǎo)濕紡織品
這個(gè)是我在這次展覽會南通大學(xué)的展位上第一次發(fā)現(xiàn)這樣的功能性，它是模擬松球鱗片在雨天遇水會收縮，而干燥后又會自然張開這之一特性，通過特殊的處理，使得面料在高濕氣的環(huán)境中自動彎曲張開，這樣可以使人體產(chǎn)生的熱氣快速透出，從而達(dá)到降溫透濕的目的；而當(dāng)溫度降低、濕度下降后又會自動閉合，恢復(fù)到原始的平整狀態(tài)，從而避免人體熱量過度流失。因?yàn)橐郧皼]見過這樣的功能性產(chǎn)品，所以對具體的效果不清楚，不過我的疑問是這樣的產(chǎn)品似乎只適合運(yùn)動中出熱出汗的狀態(tài)，如果在高濕度但低溫度的環(huán)境中怎么辦？因?yàn)槲覀兯幍沫h(huán)境并不是只有高溫才會高濕，同樣存在低溫但高濕的狀況。
5、暖姜纖維
這個(gè)是在青島纖維的展位上發(fā)現(xiàn)的一個(gè)保暖纖維，據(jù)說是把從生姜中提取的物質(zhì)加入到紡絲液中，可以具有發(fā)熱保暖的功能。生姜我們都知道，吃了以后會發(fā)熱出汗，但把它加入到纖維中是否還能發(fā)熱就不清楚了，看了一下纖維的說明，他們宣傳的發(fā)熱指標(biāo)是吸濕發(fā)熱，這個(gè)就不太好說了，因?yàn)槲鼭癜l(fā)熱的原理其實(shí)就是把動態(tài)的水汽液化成液態(tài)的水后，通過水分子相態(tài)的變化來放出熱量，從而達(dá)到保暖的目的，原則上吸濕性好的纖維都具有吸濕發(fā)熱的功效，而且這個(gè)發(fā)熱的功效跟人體新陳代謝的功能有關(guān)，新陳代謝快的人，發(fā)出的水汽多，那么感覺到紡織品發(fā)熱的功能就明顯，而如果一個(gè)人的新陳代謝比較慢，沒什么水汽生成沒那么他可能就感覺不到紡織品的發(fā)熱。
6、蓄熱升溫纖維
這類纖維是把儲熱性能好的礦物質(zhì)加入到紡絲液中，在平?；顒又欣w維中的礦物質(zhì)會把從外界自然光或人體輻射出的熱量儲存起來，當(dāng)溫度降低時(shí)，這些儲存在纖維中的能量會以遠(yuǎn)紅外的形式輻射到人體上，從而達(dá)到保暖的目的。這類纖維其實(shí)就是以前宣傳的遠(yuǎn)紅外保暖性能，需要考慮的是物質(zhì)的比熱容要大，這樣才能儲存足夠的能量；還有就是外界能夠給與的能量，如果外界沒能量給與那么它就不具有能量儲存，也就沒法保暖；最后就是這些物質(zhì)還必須具有優(yōu)良的遠(yuǎn)紅外能量力，否則儲存的能量也不能傳導(dǎo)給人體，當(dāng)然也就不可能保暖。
看了以上各種具有溫度調(diào)節(jié)功能的紡織品，我們應(yīng)該可以感覺到，現(xiàn)階段還沒有比較完美的產(chǎn)品，各種纖維都必須在合適的條件下才能發(fā)揮我們想要的溫度調(diào)節(jié)功能，對溫度調(diào)節(jié)的范圍、溫度調(diào)節(jié)的保持時(shí)間都不能達(dá)到我們理想的要求，所以還是不要抱有太大的希望，這能是特殊環(huán)境中的一些應(yīng)急使用。
