湛權(quán)++++廖銀琳++++何錦顏++++陳輝++++李銳彬++++葉伙榮

摘要

本文介紹了紡織品光吸收保暖性能的背景和一種評(píng)價(jià)紡織品在光照下升溫效果方法的原理，通過(guò)對(duì)不同樣品的測(cè)試和標(biāo)準(zhǔn)棉貼襯的重復(fù)性試驗(yàn)，驗(yàn)證了所開(kāi)發(fā)方法的可行性和可靠性。同時(shí)本文還對(duì)考核指標(biāo)和對(duì)照物的選擇進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：光吸收；保暖性能；吸光發(fā)熱；紡織品

1 前言

保暖性是冬季服裝最重要的性能之一。傳統(tǒng)的保溫是以阻止身體所發(fā)出的熱逃逸為主，主要方法包括選用毛、絨、皮等高檔原料制衣，增加衣服層數(shù)等，往往是以“犧牲”衣物厚度來(lái)?yè)Q取較好的保溫保暖效果，因此傳統(tǒng)的保暖服裝一般都顯得蓬松、臃腫，既不便于活動(dòng)又缺乏美感[1]。新型的保暖服飾通常采用可積極發(fā)熱的保暖纖維為原料，即依靠保暖纖維的自身發(fā)熱來(lái)達(dá)到對(duì)人體的保暖效果，常見(jiàn)產(chǎn)品包括吸濕發(fā)熱纖維、光能發(fā)熱纖維、相變放熱纖維等[2-3]。光能發(fā)熱纖維是一種可吸收太陽(yáng)輻射中的可見(jiàn)光與紅外線，且可反射人體熱輻射的保暖材料。

國(guó)內(nèi)外有多種表征紡織品保暖保溫性能的方法和標(biāo)準(zhǔn)，包括ASTM F 1868、EN 31092、ISO 11092規(guī)定的蒸發(fā)熱板法，ASTM D 1518和GB/T 11048規(guī)定的靜態(tài)平板法，GB/T 18398中的暖體假人法等，主要測(cè)試紡織品的熱阻、熱導(dǎo)率、克羅值等指標(biāo)，但這些方法僅僅體現(xiàn)在穩(wěn)態(tài)下紡織品的熱傳導(dǎo)性能，無(wú)法體現(xiàn)材料自身的發(fā)熱升溫效果。GB/T 18319規(guī)定了用紅外輻射計(jì)測(cè)定紡織品紅外反射率、透射率、吸收率及輻照升溫速率的方法，主要測(cè)試紡織品的紅外蓄熱保暖性能，雖然已考核材料的升溫效能，但存在光源波長(zhǎng)單一（僅使用紅外波）、輻照時(shí)間短、未考核輻照后材料保溫效果等問(wèn)題。本文擬開(kāi)發(fā)一種評(píng)價(jià)紡織品在光照下升溫效果的方法，彌補(bǔ)現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)和方法的不足。

2 試驗(yàn)部分

2.1 試驗(yàn)原理

具有光吸收發(fā)熱性能的纖維制品在合適的光源條件下，可吸收光線中的0.6eV高能波長(zhǎng)段光波（波長(zhǎng)< 2μm）產(chǎn)生熱量[4]，同時(shí)吸收光源自身輻射的熱量，通過(guò)架設(shè)的溫度探頭可捕捉到纖維制品表面溫度變化情況，比較光照前后纖維制品及其對(duì)照樣品的升溫曲線、升溫速率、溫差等指標(biāo)，可達(dá)到考核此類產(chǎn)品的光吸收保暖性能的目的。

2.2 試驗(yàn)儀器和試樣（見(jiàn)表1）

2.3 試驗(yàn)準(zhǔn)備

（1）每個(gè)樣品制備兩個(gè)組合試樣，每個(gè)組合試樣由兩塊60mm×100mm的試樣組成，試樣反面相貼合，沿三邊縫合成一袋狀插入口，形成一個(gè)組合試樣，縫合線應(yīng)與織物的長(zhǎng)度或?qū)挾确较蚱叫?，如圖1所示。以相同的方式準(zhǔn)備兩個(gè)對(duì)照組合試樣。

（2）將樣品在溫度（20±2）℃、相對(duì)濕度（65±4）%的環(huán)境下調(diào)濕至少4h。

2.4 試驗(yàn)步驟

（1）調(diào)節(jié)射燈燈絲與測(cè)試架底板的垂直距離為50cm，通過(guò)調(diào)節(jié)載物臺(tái)和溫度傳感器的位置使兩個(gè)溫度傳感器升溫速率保持一致。連接溫度記錄儀，數(shù)據(jù)采集頻率為20秒/次。

（2）將溫度傳感器分別插入組合試樣和對(duì)照組合試樣。

（3）待組合試樣與對(duì)照試樣的測(cè)試初始溫度為（20±4）℃，且兩者顯示的溫差<0.5℃時(shí)，開(kāi)啟射燈進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試時(shí)間為15min。

（4）調(diào)換組合試樣與對(duì)照試樣的位置，重復(fù)步驟（2）和（3）。

（5）重復(fù)以上步驟，完成兩個(gè)組合試樣的測(cè)試。

本文通過(guò)分別對(duì)1#～3#試樣、標(biāo)準(zhǔn)棉貼襯對(duì)照樣及不同類型的對(duì)照樣進(jìn)行多次試驗(yàn)，優(yōu)化試驗(yàn)參數(shù)，探索所開(kāi)發(fā)方法可行性和可靠性。

2.5 試驗(yàn)結(jié)果分析

2.5.1 不同試樣對(duì)考核指標(biāo)的影響

從圖2易知，3個(gè)試樣的溫度隨著光照時(shí)間延長(zhǎng)而逐漸升高，并與樣品的克重呈正相關(guān)的趨勢(shì)。在大功率射燈長(zhǎng)時(shí)間的照射下，一方面纖維上的特殊粒子吸收光能產(chǎn)生熱量；另一方面射燈本身的高能量也會(huì)在樣品表面發(fā)生熱傳遞，使3個(gè)試樣的溫度逐漸升高。同時(shí)，樣品克重越大，單位面積厚度越大，集聚在樣品中間的熱量越不容易對(duì)流和流失?？梢猿醪娇闯觯徔椘肺獍l(fā)熱是由光照、樣品中吸光發(fā)熱粒子及樣品結(jié)構(gòu)等因素共同作用的結(jié)果。

表2是3個(gè)樣品在各個(gè)時(shí)間點(diǎn)的實(shí)測(cè)溫度。從表中可以看出，在光照前100s內(nèi)，樣品的升溫速率最快，呈倍數(shù)增長(zhǎng)；從100s到300s，升溫速率逐漸變小；光照600s后升溫速率繼續(xù)減少而接近于0，樣品溫度逐漸趨于穩(wěn)定。光照初始階段，外界能量（光照熱量）迅速對(duì)流到樣品表面，并通過(guò)熱傳遞轉(zhuǎn)移到樣品中間，同時(shí)樣品中的特殊粒子吸光產(chǎn)生能量，使探頭溫度迅速上升，升溫速率達(dá)到峰值。隨著光照時(shí)間延長(zhǎng)，樣品中部的能量也逐步熱對(duì)流和熱傳遞到其他介質(zhì)，樣品溫度繼續(xù)保持增長(zhǎng)，但升溫速率逐漸降低，直到一段時(shí)間后樣品能量的吸收和釋放逐漸趨于一個(gè)穩(wěn)定的平衡狀態(tài)，樣品的溫度基本保持不變。

表3是各樣品升溫至50℃附近時(shí)所需時(shí)間和升溫速率，可以清晰地看出，相同光照條件下升溫速率隨著克重增加而逐漸增大。因此，樣品光照至平衡狀態(tài)時(shí)與初始階段的溫度差和樣品升溫到特定溫度時(shí)的升溫效率是評(píng)價(jià)紡織品的光吸收保暖性能兩個(gè)重要的指標(biāo)。

2.5.2 標(biāo)準(zhǔn)棉貼襯樣品重復(fù)性試驗(yàn)

對(duì)同一標(biāo)準(zhǔn)棉貼襯樣品進(jìn)行7次重復(fù)性光照試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖3。

從圖3可以看出，升溫曲線變化趨勢(shì)一致，數(shù)值略有波動(dòng)；光照10min后樣品溫度在42.305℃～43.977℃之間變化，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為1.41%；相對(duì)初始溫度的溫度差在區(qū)間19.513℃～20.434℃內(nèi)，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為1.57%。上述曲線和數(shù)據(jù)表明，本試驗(yàn)開(kāi)發(fā)的方法測(cè)試結(jié)果穩(wěn)定、可靠，重復(fù)性好。

2.5.3 不同類型對(duì)照樣對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響

分別選取滌綸織物、腈綸織物、牛仔布和標(biāo)準(zhǔn)棉貼襯4種類型的樣品作為對(duì)照樣品，分析其對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖4。

從圖4可以看出，選用不同類型的對(duì)照物，在相同光照條件下，升溫趨勢(shì)基本一致，但升溫速率和平衡溫度有較大的差別。滌綸、腈綸和棉貼襯在光照10min后溫度逐漸趨于穩(wěn)定，而牛仔織物仍保持增長(zhǎng)趨勢(shì)，考慮到光照時(shí)間過(guò)長(zhǎng)對(duì)成本的影響，牛仔織物不宜選作對(duì)照物。在評(píng)價(jià)某一織物的光吸收保暖性能時(shí)，最佳的對(duì)照物應(yīng)為未經(jīng)過(guò)整理的同類型樣品；在不能提供同類型對(duì)照樣品時(shí)，基于方法推廣和應(yīng)用，具有可溯源性、規(guī)范性的標(biāo)準(zhǔn)棉貼襯可以用作本方法的對(duì)照物。

3 結(jié)論

本文開(kāi)發(fā)了一種測(cè)試紡織品光吸收保暖性能的方法。通過(guò)對(duì)不同樣品的測(cè)試和重復(fù)性試驗(yàn)，表明本方法具有測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確、可靠，重現(xiàn)性好等特點(diǎn)。同時(shí)本文還對(duì)考核指標(biāo)和對(duì)照物的選擇進(jìn)行了探討。

參考文獻(xiàn)：

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（作者單位：廣州纖維產(chǎn)品檢測(cè)研究院）