漆東岳++王向欽++袁彬蘭++倪冰選++朱銳鈿++陸樹(shù)興

摘要：簡(jiǎn)要綜述了遠(yuǎn)紅外紡織品的作用原理，并結(jié)合檢測(cè)原理及實(shí)際測(cè)試中的數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)，對(duì)現(xiàn)行遠(yuǎn)紅外紡織品相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中的測(cè)試方法進(jìn)行了詳細(xì)的分析，為生產(chǎn)者送檢及消費(fèi)者的選擇提供了參考，并對(duì)標(biāo)準(zhǔn)提出了改進(jìn)意見(jiàn)。

關(guān)鍵詞：遠(yuǎn)紅外紡織品； 遠(yuǎn)紅外波長(zhǎng)；法向發(fā)射率；遠(yuǎn)紅外發(fā)射率；遠(yuǎn)紅外輻射溫升

隨著國(guó)民消費(fèi)水平的不斷提高，人們已不再滿足于“吃飽穿暖”的生活，對(duì)服裝的要求也不斷提高，對(duì)保暖、保溫服裝，更是要求擺脫臃腫、厚重的感覺(jué)，追求輕薄、時(shí)尚和健康；同時(shí)，由于生活節(jié)奏的加快，人們的鍛煉時(shí)間不斷減少，如何保健成為了人們關(guān)注的焦點(diǎn)。在這種趨勢(shì)的影響下，兼具保健與保暖作用的遠(yuǎn)紅外紡織品成為了人們理想中的產(chǎn)品。

由于遠(yuǎn)紅外紡織品外形及其他物理性能與普通紡織品無(wú)異，消費(fèi)者很難鑒別其是否具有遠(yuǎn)紅外性能，而目前國(guó)內(nèi)關(guān)于紡織品遠(yuǎn)紅外性能表征的標(biāo)準(zhǔn)及測(cè)試方法較多，各標(biāo)準(zhǔn)的要求及測(cè)試方法不盡相同，難以為消費(fèi)者提供有效的指導(dǎo)。本文將從遠(yuǎn)紅外紡織品的特征、作用機(jī)理及測(cè)試原理等方面分析相關(guān)測(cè)試方法與標(biāo)準(zhǔn)，為消費(fèi)者解答疑惑，同時(shí)為遠(yuǎn)紅外紡織品市場(chǎng)健康發(fā)展和質(zhì)量監(jiān)管盡微薄之力。

1 遠(yuǎn)紅外紡織品特征及作用機(jī)理

1.1 遠(yuǎn)紅外線的產(chǎn)生

紅外線又稱紅外光，指波長(zhǎng)為0.75μm～1000μm的電磁波，具有較強(qiáng)的熱作用，在不同的領(lǐng)域?qū)h(yuǎn)紅外線的劃分不同，在實(shí)際應(yīng)用中通常把波長(zhǎng)2.5μm以上的紅外線稱為遠(yuǎn)紅外[1]。根據(jù)維恩位移定律，黑體輻射曲線的峰值波長(zhǎng)與黑體的絕對(duì)溫度T的乘積是一個(gè)常數(shù)，即 λm·T=2898（μm·K）[2]，這就是說(shuō)溫度低于886.2℃的物體均在向外輻射遠(yuǎn)紅外線。

1.2 遠(yuǎn)紅外紡織品的特征

遠(yuǎn)紅外紡織品與普通紡織品均向外輻射出遠(yuǎn)紅外線，不同的是在相同的溫度下遠(yuǎn)紅外紡織品的輻射功率更高。

斯特潘-玻爾茲曼定律指出單位面積輻射功率與自身絕對(duì)溫度的四次方及材料表面發(fā)射率成正比，即E=ε·σ·T4，其中σ為常數(shù)，這說(shuō)明提高表面溫度、提高發(fā)射率和增大表面積可以提高物體的總輻射功率，對(duì)于紡織品而言，提高表面發(fā)射率和增大表面積是提高其遠(yuǎn)紅外輻射強(qiáng)度的主要途徑。

目前市場(chǎng)上常見(jiàn)的遠(yuǎn)紅外紡織品開(kāi)發(fā)途徑主要是提高其發(fā)射率，一是在紡絲時(shí)加入金屬氧化物、陶瓷粉末等發(fā)射率很高的遠(yuǎn)紅外發(fā)射體，制備遠(yuǎn)紅外纖維；二是采用陶瓷粉末制成的整理液對(duì)紡織品進(jìn)行整理[3-5]。

1.3 遠(yuǎn)紅外紡織品的作用機(jī)理

根據(jù)基爾霍夫輻射定律，物體的輻射能力越大，吸收能力也越大，人體中含有60%～80%的水分，根據(jù)匹配吸收原理，當(dāng)遠(yuǎn)紅外波長(zhǎng)與人體自身波長(zhǎng)相對(duì)應(yīng)時(shí)，身體可以吸收其遠(yuǎn)紅外輻射。人體溫度一般為28℃～40℃，發(fā)射的遠(yuǎn)紅外輻射主波長(zhǎng)為10μm左右，5.6μm～15μm遠(yuǎn)紅外線占總能量的整個(gè)人體50%以上，遠(yuǎn)紅外紡織品在吸收外界熱量后輻射出的遠(yuǎn)紅外波長(zhǎng)為3μm～25μm，可以被人體所吸收，形成共振。遠(yuǎn)紅外紡織品吸收身體的熱輻射，并以遠(yuǎn)紅外形式反饋給人體，加速血液循環(huán)，達(dá)到保健和輔助醫(yī)療的效果[6]。

2 國(guó)內(nèi)現(xiàn)行紡織品遠(yuǎn)紅外性能相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)分析

2.1 現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)概況

目前我國(guó)與紡織品遠(yuǎn)紅外性能測(cè)試相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)主要有4個(gè)，按實(shí)施日期先后分別是FZ/T 64010—2000（2014復(fù)審繼續(xù)有效） 《遠(yuǎn)紅外紡織品》、GB/T 18319—2001《紡織品 紅外蓄熱保暖性的試驗(yàn)方法》、CAS 115—2005《保健功能紡織品》、GB/T 30127—2013《紡織品 遠(yuǎn)紅外性能的檢測(cè)和評(píng)價(jià)》，其中所涉及的測(cè)試方法可分為兩類，用于表征紡織品遠(yuǎn)紅外發(fā)射性能的測(cè)試方法，以及用于表征紡織品遠(yuǎn)紅外吸收性能的測(cè)試方法，其具體的測(cè)試項(xiàng)目及測(cè)試用儀器見(jiàn)表1。

2.2 遠(yuǎn)紅外性能測(cè)試方法分析

2.2.1 紡織品遠(yuǎn)紅外發(fā)射性能測(cè)試方法

目前用于表征紡織品遠(yuǎn)紅外發(fā)射性能的測(cè)試方法有FZ/T 64010—2000和CAS 115—2005中的遠(yuǎn)紅外波長(zhǎng)、法向發(fā)射率，以及GB/T 30127—2013中的遠(yuǎn)紅外發(fā)射率。

FZ/T 64010—2000要求遠(yuǎn)紅外波長(zhǎng)應(yīng)為8μm ～15μm，CAS 115—2005要求為4μm ～16μm，對(duì)遠(yuǎn)紅外紡織品的判定也有所不同，但FZ/T 64010—2000與CAS 115—2005中關(guān)于遠(yuǎn)紅外波長(zhǎng)、法向發(fā)射率的測(cè)試方法基本相同，均采用紅外光譜儀和黑體爐進(jìn)行測(cè)試。其測(cè)試方法為：先采用100℃時(shí)黑體爐所發(fā)射的紅外線作為紅外光譜儀的遠(yuǎn)紅外光譜儀的光源，測(cè)試黑體爐的法向發(fā)射率曲線，再用黑體爐將樣品升溫至100℃，測(cè)試樣品或比對(duì)樣的法向發(fā)射率曲線（如圖1），根據(jù)試樣與黑體爐發(fā)射率曲線的積分比值計(jì)算樣品的發(fā)射率，并根據(jù)曲線判斷遠(yuǎn)紅外波長(zhǎng)是否在可接受范圍之內(nèi)[7-8]。由于FZ/T 64010—2000和CAS 115—2005中的遠(yuǎn)紅外波長(zhǎng)、法向發(fā)射率項(xiàng)目較為復(fù)雜，對(duì)儀器要求較高，故其測(cè)試成本較高。

圖1 遠(yuǎn)紅外波長(zhǎng)及法向發(fā)射率測(cè)試裝置示意圖

GB/T 30127—2013中的遠(yuǎn)紅外發(fā)射率的測(cè)試與法向發(fā)射率的測(cè)試相似，不同的是其采用的是波長(zhǎng)范圍為5μm～14μm的遠(yuǎn)紅外檢測(cè)傳感器，在黑體倉(cāng)內(nèi)測(cè)試34℃時(shí)樣品發(fā)射率與標(biāo)準(zhǔn)黑體遠(yuǎn)紅外輻照強(qiáng)度的比值[9]。

根據(jù)維恩位移定律，黑體輻射曲線的峰值波長(zhǎng)與黑體的絕對(duì)溫度T的乘積是一個(gè)常數(shù)，即λm·T=2898（μm·K）[2]，物體在溫度為100℃時(shí)發(fā)出的遠(yuǎn)紅外線峰值波長(zhǎng)為7.77μm，此峰值波長(zhǎng)與物體材質(zhì)并無(wú)很大的相關(guān)性，在實(shí)際檢測(cè)中也發(fā)現(xiàn)，在相同測(cè)試溫度的條件下，測(cè)試遠(yuǎn)紅外波長(zhǎng)均符合FZ/T 64010—2000與CAS 115—2005的要求，且峰型與主峰的位置幾乎一致，所以遠(yuǎn)紅外波長(zhǎng)這一項(xiàng)目對(duì)消費(fèi)者并無(wú)多大參考意義。

法向發(fā)射率以及遠(yuǎn)紅外發(fā)射率項(xiàng)目采用在相同溫度下，樣品發(fā)出的遠(yuǎn)紅外輻射強(qiáng)度與標(biāo)準(zhǔn)黑體發(fā)出的遠(yuǎn)紅外輻射強(qiáng)度的比值作為參考，根據(jù)大量數(shù)據(jù)來(lái)看，遠(yuǎn)紅外紡織品與普通紡織品該指標(biāo)相差較為明顯，可以作為鑒別遠(yuǎn)紅外紡織品的有力憑證。

2.2.2 紡織品遠(yuǎn)紅外吸收性能測(cè)試方法

目前用于表征紡織品遠(yuǎn)紅外吸收性能的主要有GB/T 18319—2001中的紅外吸收率和紅外輻照升溫速率，以及GB/T 30127—2013中的遠(yuǎn)紅外輻射溫升等3種檢測(cè)方法。

紅外吸收率指樣品在指定遠(yuǎn)紅外輻照強(qiáng)度下所吸收的能量與總能量的比值，該指標(biāo)并沒(méi)有直接的測(cè)試方法，而是通過(guò)遠(yuǎn)紅外透射率與遠(yuǎn)紅外反射率計(jì)算而來(lái)。GB/T 18319—2001中規(guī)定在保證電紅外輻射源主波長(zhǎng)為2.4μm，試樣表面輻照強(qiáng)度為650W/m2的試驗(yàn)條件下，采用檢測(cè)波長(zhǎng)范圍為0.8μm～10μm的紅外輻射強(qiáng)度計(jì)檢測(cè)分別在樣品的正后方以及樣品與輻射源間25°位置測(cè)試樣品的遠(yuǎn)紅外透射率和遠(yuǎn)紅外反射率（如圖2），再通過(guò)公式αa=100-αt-αr計(jì)算出其遠(yuǎn)紅外吸收率[10]。

圖2 遠(yuǎn)紅外透射率（左）、遠(yuǎn)紅外反射率（右）測(cè)試裝置

GB/T 18319—2001中的紅外輻照升溫速率與GB/T 30127—2013中的遠(yuǎn)紅外輻射溫升測(cè)試原理及裝置（見(jiàn)圖3）基本相同，即在一定的輻照條件下測(cè)試樣品在一段時(shí)間的溫度升高值。不同的是GB/T 18319—2001要求的輻射源主波長(zhǎng)為2.4μm，要求保證試樣表面輻照強(qiáng)度為650W/m2，而GB/T 30127—2013要求的輻射源主波長(zhǎng)為5μm～14μm，僅要求輻射源功率為150W，距離為500mm；GB/T 18319—2001要求測(cè)試的是2s～9s內(nèi)的升溫值，以計(jì)算升溫速率，而GB/T 30127—2013則是要求記錄30s內(nèi)的溫度升高值；GB/T 18319—2001要求的點(diǎn)狀溫度傳感器直徑不大于0.7mm，示值誤差不大于0.01℃，而GB/T 18319—2001要求的點(diǎn)狀溫度傳感器直徑不超過(guò)0.8mm，示值誤差不大于0.1℃。

圖3 GB/T 18319—2001 紅外輻照升溫速率測(cè)試裝置

就原理而言GB/T 18319—2001中紅外吸收率項(xiàng)目所規(guī)定的測(cè)試條件穩(wěn)定，可以保證測(cè)試的可重復(fù)性，可用于比較紡織品遠(yuǎn)紅外性能的優(yōu)劣；紅外輻照升溫速率可以客觀反映遠(yuǎn)紅外紡織品的吸收性能，同時(shí)也保證了測(cè)試條件的可重復(fù)性。但GB/T 18319—2001依然存在許多問(wèn)題：測(cè)試裝置中對(duì)溫度傳感器的技術(shù)要求難以達(dá)到，目前國(guó)內(nèi)僅有寥寥幾家檢測(cè)機(jī)構(gòu)具有該項(xiàng)目的檢測(cè)資質(zhì)；GB/T 18319—2001是方法標(biāo)準(zhǔn)，沒(méi)有判定值，不能用于遠(yuǎn)紅外紡織品的判定。因此，GB/T 18319—2001可用于遠(yuǎn)紅外紡織品的開(kāi)發(fā)與研究，但對(duì)消費(fèi)者而言指導(dǎo)意義不大。

GB/T 30127—2013中的遠(yuǎn)紅外輻射溫升同樣存在溫度傳感器的技術(shù)要求過(guò)高的問(wèn)題，直徑不超過(guò)0.8mm的點(diǎn)狀溫度傳感器，目前技術(shù)領(lǐng)先的OMIGA公司也僅有精度為±0.5℃的儀器銷售；同時(shí)GB/T 30127僅規(guī)定了距離與輻射源功率，不能保證樣品受到的輻照強(qiáng)度一致。根據(jù)大量樣品檢測(cè)的數(shù)據(jù)來(lái)看，不論樣品是否具備遠(yuǎn)紅外性能，30s內(nèi)的溫升普遍在2℃以上，而標(biāo)準(zhǔn)中的判定值為普通樣品1.4℃以上，疏松類樣品1.7℃以上，所以遠(yuǎn)紅外輻射溫升項(xiàng)目參考意義不大。

3 結(jié)論

結(jié)合檢測(cè)原理及檢測(cè)經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，現(xiàn)行遠(yuǎn)紅外性能測(cè)試相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)各有優(yōu)缺點(diǎn)。其中FZ/T 64010—2000和CAS 115—2005中的法向發(fā)射率以及GB/T 30127—2013中的遠(yuǎn)紅外發(fā)射率項(xiàng)目可以較為合理地用于衡量紡織品的遠(yuǎn)紅外發(fā)射性能，但FZ/T 64010—2000和CAS 115—2005測(cè)試方法復(fù)雜，成本較高；GB/T 18319—2001中的紅外吸收率項(xiàng)目可用于比較紡織品遠(yuǎn)紅外發(fā)射性能的優(yōu)劣，但不可用于判定；遠(yuǎn)紅外波長(zhǎng)項(xiàng)目較為雞肋，難以用于分辨遠(yuǎn)紅外紡織品，而GB/T 18319—2001中的紅外輻照升溫速率與GB/T 30127—2013中的遠(yuǎn)紅外輻射溫升項(xiàng)目點(diǎn)狀溫度傳感器技術(shù)要求過(guò)高，難以實(shí)現(xiàn)，同時(shí)判定值設(shè)置不合理，也不具備指導(dǎo)消費(fèi)者的意義。

4 建議

綜上所述，建議生產(chǎn)商更多地使用GB/T 30127—2013中的遠(yuǎn)紅外發(fā)射率作為衡量紡織品遠(yuǎn)紅外發(fā)射性能的測(cè)試方法，讓消費(fèi)者可以清晰地了解所購(gòu)買(mǎi)的產(chǎn)品，保障消費(fèi)者的利益；建議相關(guān)檢測(cè)機(jī)構(gòu)及研究機(jī)構(gòu)加緊紅外輻照升溫速率與遠(yuǎn)紅外輻射溫升測(cè)試儀器的研究與開(kāi)發(fā)，同時(shí)積累數(shù)據(jù)，為制定更為合理的判定值提供依據(jù)；建議相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)制定部分對(duì)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行修訂，采用遠(yuǎn)紅外發(fā)射性能與遠(yuǎn)紅外吸收性能相結(jié)合方式對(duì)紡織品的遠(yuǎn)紅外性能進(jìn)行評(píng)價(jià)，制定更為合理的判定值，同時(shí)去除容易誤導(dǎo)消費(fèi)的指標(biāo)與評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，為消費(fèi)者提供更清晰明了的消費(fèi)指導(dǎo)。

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（作者單位：廣州纖維產(chǎn)品檢測(cè)研究院）