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1． 東華大學紡織學院，上海 201620；2． 東華大學紡織面料技術教育部重點實驗室，上海 201620；3． 江蘇省產業(yè)技術研究院，江蘇 南京 210042

隨著社會發(fā)展進入智能化時代，人們對生活質量的要求越來越高。在寒冷的冬季，人們追求的不再是簡單的防寒保暖，而更加注重的是對健康和對美的追求。通過增加衣服厚度的被動保暖方式，尤其不能滿足易寒體質的愛美女性及患有風濕、關節(jié)炎的老年人對美觀、舒適和保暖的需求。因此，研究和開發(fā)可實現主動保暖的發(fā)熱材料顯得尤為重要[1]1-2。

傳統(tǒng)的服裝保暖是通過控制熱的對流、輻射和傳導等途徑，阻止服裝內部的熱量損失實現的。大多數服裝使用較厚的織物、高密織物或高孔隙率的織物等制作，以降低服裝的導熱系數，達到隔絕冷空氣的目的[2]。這類服裝一般較厚重或體積大，對穿著者的運動有一定限制，保暖效果也不夠理想。發(fā)熱材料則主動產生熱量而使得溫度升高，發(fā)熱均勻，升溫速率快，保暖效果好，舒適性能佳，而且有保健功能[3]25。因此，發(fā)熱材料已經成為國內外的研究焦點。隨著服裝行業(yè)的多樣化發(fā)展，智能紡織品已被更多的人接納，服裝行業(yè)迎來了新的契機[4]1。

1 發(fā)熱材料的分類及其基本特征

目前市場上的發(fā)熱材料產品越來越多，如發(fā)熱手套、電熱鞋墊、電熱護膝、電熱護腰、電熱馬甲、電熱墻紙等。發(fā)熱材料根據其發(fā)熱方式大致可以分為吸濕發(fā)熱材料、電發(fā)熱材料、化學能發(fā)熱材料、相變發(fā)熱材料及太陽能發(fā)熱材料5種[5],[6]2,[7]，其熱能產生方式、原理及優(yōu)缺點不同，具體見表1。

表1 5種發(fā)熱材料的基本特征

2 國內的發(fā)展現狀

當前，發(fā)熱材料已成為人們關注的焦點，國內各大高校及研發(fā)機構紛紛投入研究開發(fā)，為發(fā)熱材料的發(fā)展掀起了一股熱潮。

2.1 吸濕發(fā)熱材料

目前，吸濕發(fā)熱材料研究主要集中在一些發(fā)達國家，而國內在這方面的研究還不是很多[8]14,[9]199。吸濕發(fā)熱纖維是吸濕發(fā)熱材料中常用的調溫纖維，是能夠對外界水分和壓力條件變化做出響應的新型纖維[8]13。由吸濕發(fā)熱纖維制作的服裝能夠吸收人體散發(fā)的濕氣(微量水分)并產生一定的熱量，使人體皮膚與服裝之間的溫度達到平衡，緩和兩者之間的溫差。

上海正家牛奶絲科技有限公司將大量親水性基團(如—OH、—NH3、—COOH、—CONH等)引入再生纖維分子鏈，研發(fā)出牛奶蛋白纖維，其親水基團的含量提高，吸濕性和吸濕放熱性能也大幅提高，成功應用于牛奶絲服裝[10]。陳寶坤[11]將特殊截面的中空滌綸與黏膠纖維混紡制成經編面料，其中，具有特殊截面的中空滌綸使經編面料內形成很多孔隙，而黏膠纖維能夠吸收人體散發(fā)的濕氣而放熱。利用此經編面料制成服裝，穿著時服裝內溫度可升高2.0～3.0 ℃，具有良好的保暖效果。黃學水等[12]采用黏膠纖維與日本東洋紡開發(fā)的Ekslive纖維混紡所制備的紗線具有較好的吸濕發(fā)熱性，并以此紗線與抗起球腈綸、氨綸包芯紗交織，開發(fā)出吸濕發(fā)熱性能優(yōu)異的內衣產品。該內衣產品的保溫率為38.7%，吸濕發(fā)熱溫升最高為4.6 ℃，抗起毛起球性達到 3.0 級。楊自治[13]利用咖啡炭改性滌綸纖維和吸濕發(fā)熱纖維與羊毛混紡，開發(fā)出功能型毛精紡面料，此面料的吸濕發(fā)熱溫升為4.0 ℃，同時具有吸濕導濕、消臭除味、蓄熱保暖等性能。

邢周明[14]采用3種功能聚酯纖維開發(fā)吸濕發(fā)熱面料，其放濕性能和保溫性能都有很大的改善。其中，咖啡炭改性滌綸/黏膠纖維(35/65)面料的吸濕發(fā)熱效果最佳，30 min內平均溫升達到3.5 ℃，且蓄熱保暖性好。另外，改變紗線組分增加腈綸后，咖啡炭滌綸/腈綸/黏膠纖維(20/35/45)面料的導濕性、透濕性及保溫性都有明顯提高。朱藝超[15]設計開發(fā)了5種面料，其中咖啡炭改性滌綸/黏膠纖維(35/65)面料和咖啡炭滌綸/腈綸/黏膠纖維(20/35/45)面料都達到有關標準要求(FZ/T 73036—2010《吸濕發(fā)熱針織內衣》[16])，最高溫升均達到7.0 ℃，30 min 內平均溫升達到3.0 ℃，具有傳導水分和保暖的作用。王軍偉等[17]采用濕法紡絲方法紡制出吸濕發(fā)熱黏膠纖維，通過測試其性能發(fā)現，此吸濕發(fā)熱黏膠纖維的溫升較普通黏膠纖維提高2.0～ 3.0 ℃，有較好的吸濕發(fā)熱功能。雷寶玉[18]探究發(fā)熱纖維璐奈絲(Renmiss)獨特的吸濕發(fā)熱性能，通過篩選確定合適的編織結構，然后制成上下兩層結構的針織發(fā)熱面料，保暖效果顯著提高。杜凱[19]研究發(fā)熱腈綸的發(fā)熱機理，以及發(fā)熱腈綸含量和環(huán)境相對濕度對發(fā)熱腈綸所制備的產品性能的影響。結果表明，發(fā)熱腈綸的斷裂強度較小，所制備的產品的吸濕性、透濕性和保暖性隨發(fā)熱腈綸含量增多而提高。王敏麗等[20]發(fā)現，吸濕發(fā)熱纖維混紡針織物具有良好的力學性能，基本能滿足服裝的力學性能要求，而且針織物有較好的懸垂性和良好的貼身性，這有利于服裝造型美觀。

2.2 電發(fā)熱材料

電發(fā)熱材料采用電能作為熱源。電能來源廣泛，容易獲取。另外，電能屬清潔能源，可以重復利用，且對環(huán)境沒有污染[1]4。電發(fā)熱材料按照發(fā)熱元件的構成材料，可分為導電纖維發(fā)熱材料、電漿涂層發(fā)熱材料及金屬絲發(fā)熱材料。

2.2.1 導電纖維發(fā)熱材料

所謂導電纖維發(fā)熱材料是利用導電纖維(如碳纖維)或者給纖維鍍上一層導電物質(如銀、金等)后，與常規(guī)纖維混紡制成混紡紗并通過進一步制備而得到的發(fā)熱材料。此類發(fā)熱材料的發(fā)熱原理是給其中的混紡紗通電，產生電流而放出熱量。

2.2.1.1 碳基導電纖維

近年最受歡迎的導電纖維是碳纖維。碳纖維的升溫速度快，發(fā)熱效率高，成本低廉，而且能量轉化效率高達99.9%，控溫精準，通電時可以產生對人體有益的遠紅外線。

嚴濤海等[21]采用碳纖維制成發(fā)熱織物，其外部連接柔性的薄膜太陽能電池，成功制得一種基于太陽能電池的碳纖維基發(fā)熱織物，發(fā)熱性能優(yōu)良。李長春等[22]通過將碳纖維發(fā)熱材料設置在普通馬甲內層的背部，得到一種碳纖維發(fā)熱馬甲，通電后其中的碳纖維發(fā)熱材料產生熱量，由于馬甲結構合理，溫度可控，穿著舒適、安全，而且發(fā)熱效果好。徐飛等[23]對紅外加熱籠的發(fā)熱體進行探索，嘗試采用碳纖維作為發(fā)熱體，結果表明，碳纖維以加熱條帶的形式存在，完全具有可行性，同時有電熱輻射效果好、經濟適用性強等優(yōu)點。QIAO等[24]成功制備出一種性能優(yōu)良的碳纖維電熱板，與水暖系統(tǒng)和發(fā)熱電纜系統(tǒng)比較，此電熱板的發(fā)熱效率更高，發(fā)熱速度更快，且節(jié)能省電。張妍[6]8-9+19設計開發(fā)了兩種碳基發(fā)熱織物，并對其發(fā)熱性能和隔熱性能進行探索。其中，一種是碳纖維發(fā)熱織物，是將碳纖維固定在兩層非織造布之間而形成的；另一種是石墨烯發(fā)熱織物，其采用按一定比例間隔排列的石墨烯導電纖維和玻璃纖維作為緯紗，滌綸作為經紗，銅箔絲作為電極。結果表明，兩種碳基發(fā)熱織物的隔熱性能均較好，在相同的輸入電壓下，石墨烯發(fā)熱織物具有更優(yōu)異的發(fā)熱性能，熱穩(wěn)定性都較好。張猛等[3]25選用聚丙烯腈基碳纖維長絲作為發(fā)熱織物的電熱發(fā)熱體，結果表明，碳纖維長絲交叉排列且間隔為2.5 cm 時，所得發(fā)熱織物在5 W的發(fā)熱功率下可快速升溫至53.7 ℃并持續(xù)6.8 h。

1—內衣上裝主體； 2—多功能腰帶； 3—發(fā)熱布；4—連接件； 5—配合件； 6—第一口袋； 7—第二口袋； 8—第一供電控制盒； 9—第二供電控制盒； 10—第一供電插口；11—第二供電插口； 12—第三供電插口； 13—第四供電插口；14—第一插頭； 15—第二插頭； 16—第三插頭； 17—第四插頭；18—第五導電端子； 19—第七導電端子； 20—第一導電扁線；21—第二導電扁線； 22—第一導電端子； 23—第四導電端子圖1 痛經熱療內衣上裝示意

杭恒祥[25]發(fā)明了一種痛經熱療內衣上裝，其包括腰帶(圖1)。此內衣上裝中，對應人體腹部的位置放置有發(fā)熱布，其與控電裝置盒連接，發(fā)熱布通電即發(fā)熱。其中，發(fā)熱布采用碳納米管纖維紡織而成，發(fā)熱均勻，升溫快，散熱也快，熱穩(wěn)定性好，節(jié)能環(huán)保，同時可產生遠紅外線，促進血液循環(huán)，減輕腹痛，使穿著者感到溫暖。

2.2.1.2 鍍銀紗線

陳莉等[26]制備了4種不同組織的鍍銀長絲針織物，并測試其電熱性能，結果顯示，通電后，由襯緯組織制備的鍍銀長絲針織物的溫度在2 min內上升至31.3 ℃并達到穩(wěn)定狀態(tài)，且溫度分布均勻，而由添紗平針組織、添紗1+1羅紋組織及添紗四平組織制備的3種鍍銀長絲針織物的電阻穩(wěn)定性都較差，發(fā)熱效果不穩(wěn)定。許靜嫻等[27]采用鍍銀紗線與滌綸短纖紗線制備電熱針織物，并在所用組織和鍍銀紗線含量不同的情況下，探究織物的電熱性能，試驗發(fā)現，當采用雙羅紋組織及鍍銀紗線與滌綸短纖紗線的行數比為3 ∶7時，所得電熱針織物的升溫效果最為明顯，在6 V電壓下，織物溫度可達到35.0 ℃。劉皓等[28]采用緯平針組織、羅紋組織和雙羅紋組織制備了3種發(fā)熱針織物，其以鍍銀紗線構成的橫列作為發(fā)熱體，并對3種發(fā)熱針織物的電阻進行測試，結果表明由羅紋組織或雙羅紋組織制備的發(fā)熱針織物的電阻更穩(wěn)定。TONG等[29]將兩種不同電阻的鍍銀紗線分別植入針織物構成導電針織物，探究加熱過程中導電針織物的溫度與鍍銀紗線電阻的關系，當溫度升高時，兩種導電針織物的電阻均顯著降低，下降幅度最多達30%。

李雅芳[1]86-87+117利用模擬軟件和模型，對鍍銀紗線及由其制備的加熱織物的熱力學性能進行測試和預測，結果顯示，采用針織、機織和刺繡3種方法制備的加熱織物都可以達到理想的加熱溫度，效果最佳的是刺繡法；另外，通過對比發(fā)現，采用聚吡咯涂層制備的加熱織物的耐水洗性較差。盧俊宇[30]61-62探究了鍍銀紗線針織物以3種不同方式與電源連接時的電熱性能，發(fā)現中間4點連接時(圖2)， 鍍銀紗線針織物的電阻最小，升溫過程中有較好的溫度穩(wěn)定性；另外，比較了3種采用不同組織制備的鍍銀紗線針織物的電熱性能，其中緯平針組織的鍍銀紗線針織物的電阻最小，在相同電壓下所達到的平衡溫度最高。盧俊宇等[31]采用鍍銀紗線和滌綸紗線作為橫列，并改變它們的根數比(1 ∶1、2 ∶2、3 ∶2、1 ∶ 4、1 ∶6)，制成5種發(fā)熱針織物(其縱行采用鍍銀紗線)，然后比較其電熱性能，結果顯示，鍍銀紗線和滌綸紗線的最佳根數比為3 ∶2，對應發(fā)熱針織物所達到的平衡溫度最高，但電阻變化較大。

圖2 中間4點連接電源的鍍銀紗線針織物

2.2.2 電漿涂層發(fā)熱材料

電漿涂層發(fā)熱材料是將導電樹脂或導電材料配制形成的導電漿料(簡稱“電漿”)涂覆在纖維或織物等材料的表面。這類發(fā)熱材料表面的電漿形成電荷流動的通路，在材料兩端加上電壓即產生熱量，由此導致的溫升可以通過電壓、電漿組分、材料密度、基布種類等方面進行調節(jié)。

2.2.2.1 電漿

龔婷[4]17-19+60將導電劑和黏合劑按一定比例混合配制成電漿并涂覆在棉布上，烘干后得到導電棉布，其通電即發(fā)熱。試驗表明，所得導電棉布上的電漿不易掉落，導電劑分布均勻，導電性良好，制備工藝簡單，成本低，還具有一定的阻燃能力及良好的遠紅外輻射能力。李江等[32]以微米級銀顆粒、氯醋樹脂等為原料制備導電層，以炭黑和石墨的混合物為原料制備導熱層，采用聚酯纖維紗線制備基布，并利用絲網印刷技術制成自控溫電熱織物。這種自控溫電熱織物的升溫速度快，使用壽命長，且節(jié)能省電，柔韌性強，故應用廣泛[33]。徐秋紅[34]38+50以石墨和炭黑的混合物為填料、水性聚氨酯為黏結劑制備電漿，以尼龍平紋布作為基材，通過浸漬的方法將電漿沉積在基材上，得到導電織物，當石墨 ∶炭黑 ∶水性聚氨酯的質量比為6 ∶4 ∶5時，導電織物的體積電阻率最低(1.27 Ω·cm)，且織物表面光滑、平整，柔軟性佳，電漿的黏附力為2級。

2.2.2.2 發(fā)熱膜

LI等[35]將石墨烯沉積在聚乙烯對苯二甲酸基底上制成電熱膜，其具有低電阻和高熱傳導率，當電壓從5 V上升到30 V，膜的溫度從32.0 ℃上升到139.0 ℃，并且具有很好的抗彎曲性能。LUO等[36]通過疊合方式制備成碳納米管電熱膜，其具有靈敏的電熱性能，電壓為10 V時，膜的溫度可上升到140.0 ℃且穩(wěn)定。陳少軒[37]發(fā)明了一種碳纖維遠紅外地暖墊，其由5個部分組成，分別為保護層、發(fā)熱層和表面層、溫度控制器和電源插頭，其中，發(fā)熱層由碳纖維發(fā)熱膜或發(fā)熱布組成，它是此地暖墊的核心。此地暖墊不僅具有體積小，質輕即攜帶方便的優(yōu)點，而且具有保健的功效。

趙建國等[38]研發(fā)出一種石墨基自限溫智能電暖寶，其電路圖如圖3所示。此電暖寶以石墨基自限溫材料作為發(fā)熱膜(其被封裝在兩個PET膜中間)，由5 000 mA·h充電寶提供5 V直流低電壓，最終的平衡溫度可達45.0～55.0 ℃，并且可持續(xù)發(fā)熱5 h左右，具有發(fā)熱膜柔軟、發(fā)熱速度快、熱效率高、無輻射、智能調控溫度、發(fā)熱時間長、成本低廉、使用安全等優(yōu)點。

1—發(fā)熱膜； 2—銅箔； 3—PET膜； 4—氣眼； 5—USB線圖3 石墨基自限溫智能電暖寶電路圖

2.2.3 金屬絲發(fā)熱材料

金屬絲發(fā)熱材料是指以鐵、鈷、鎳、銅、鉻、鎢等金屬作為加熱元件制成的電發(fā)熱材料，其使用壽命長，加熱效果好，性能穩(wěn)定，但是柔軟性與貼服性較差。

陳修玲[39]發(fā)明了一種靈活的保暖手套，其中間夾層內放置保溫層和電阻絲，電阻絲上有電源接口，用以對手套進行加熱。鄧瑋[40]對合金發(fā)熱絲的熱穩(wěn)定性進行研究并利用合金發(fā)熱絲制作成可穿戴發(fā)熱紡織品，通過試驗發(fā)現合金發(fā)熱絲的溫度對其自身電阻的影響不大，表明合金發(fā)熱絲的熱學性能穩(wěn)定；另外，對合金發(fā)熱絲設置3個檔位的功率，并將合金發(fā)熱絲嵌入到手套和外套中，開發(fā)出發(fā)熱性能和耐水洗性能良好的控溫手套和外套。

BAI等[41]利用熱黏合法將溫度敏感型細銅絲集成在兩塊柔性黏合襯布中間，制成柔性發(fā)熱織物，并對其溫度感知原理和發(fā)熱性能等進行測試，結果表明，減小細銅絲間距和加載電壓，提高柔性黏合襯布的導熱系數，不僅可提高柔性發(fā)熱織物的升溫速率，而且可減小細銅絲與柔性黏合襯布的溫差，使柔性發(fā)熱織物的溫度均勻。

2.3 化學能發(fā)熱材料

這類發(fā)熱材料主要是將化學物質加入普通材料(如織物、薄膜等)而制成的能夠主動產生熱量的發(fā)熱材料，其中的化學物質可以通過化學反應放出熱量，將化學能轉化為熱能，達到保暖的效果。例如，鐵粉在空氣中氧化時會放熱，因此可將鐵粉與聚合物共混紡絲制成發(fā)熱材料。但這類發(fā)熱材料的發(fā)熱效果不理想，發(fā)熱耐久性也差。市場上常見的暖貼(即暖寶寶)屬于這類發(fā)熱材料的一種實際應用。暖貼通過非織造材料的微孔透過氧氣，將鐵粉氧化而發(fā)熱，但該反應不可逆，因此暖貼的發(fā)熱耐久性差，不能長期使用，有些甚至只能使用一次。目前為止，還沒有見到基于上述原理開發(fā)的較成熟的發(fā)熱服產品。

俞晟國等[42]發(fā)明了一種具有抗菌發(fā)熱功能的保溫棉，它包括表面層、保暖層和抗菌層，3層從外向內依次排列并通過黏接作用成為一體，保暖層中隨機分布有多個包裹自發(fā)熱顆粒的自發(fā)熱包，其中的自發(fā)熱顆粒由鐵粉、水、蛭石和活性炭組成。楊建強[43]發(fā)明了一種保健保暖面料，它包含4層結構，其中的保暖發(fā)熱層由添加了電氣石粉和遠紅外粉的經紗和緯紗織成。電氣石粉遇到空氣，能使空氣發(fā)生電離，所放出的電子與空氣中的二氧化碳、水結合產生負氧離子，并激發(fā)出紅外線。另外，保暖發(fā)熱層中均勻分布的托瑪琳顆粒具有遠紅外自發(fā)熱功能，可起到保暖的作用。

2.4 相變發(fā)熱材料

相變發(fā)熱材料在溫度較高時具有吸熱功能，在溫度較低時具有放熱功能。在織物的動態(tài)與靜態(tài)均具有保溫性能，其在低溫環(huán)境作業(yè)人員服裝、潛水服的制備方面應用較多。

國內對相變發(fā)熱材料研究較多的是天津工業(yè)大學，主要利用皮芯結構的微膠囊對纖維絮片進行涂層加工，得到蓄熱調溫纖維絮片，其保溫率為73.43%， 尚未產業(yè)化[44]。ZHAO 等[45]等通過乳液靜電紡絲法制成超細正十八烷/絲復合纖維，通過試驗發(fā)現此復合纖維呈現可逆相變行為，并且具有良好的生物降解性及高儲能性。此外，可以將相變材料(PCM)和發(fā)熱材料結合，利用PCM 相變所產生的能量緩釋效應改善發(fā)熱材料的溫度場分布[46]。黃姝睿等[47]選用棉紗為經紗及相變調溫黏膠長絲為緯紗制成相變調溫纖維織物，其具有較好的調溫性能，調溫幅度可達 3.0 ℃左右。

雖然相變發(fā)熱材料的性能優(yōu)良，由其制成的服裝也有所應用，但是其相變溫度范圍受到限制，并不適用極端環(huán)境。因此，拓寬相變發(fā)熱材料的溫度范圍是今后的研究方向。

2.5 太陽能發(fā)熱材料

太陽能源的利用目前已經成熟。人們的日常生活已經離不開太陽能，如太陽能熱水器、太陽能電池板等，太陽能電池板可以儲存能量，在家庭用電、路燈用電等方面的應用極其廣泛。面對當今能源枯竭、污染嚴重的狀況，人們越來越希望能把綠色環(huán)保的太陽能應用在日常生活的方方面面。

在服裝領域，太陽能的利用方式主要有兩種：一種是利用太陽能發(fā)熱纖維，其服裝可將太陽輻射的遠紅外線和可見光等轉化為熱能，實現服裝溫度自動升高的目的；另一種是利用太陽能電池，將其置于服裝中制備電池發(fā)熱服。

XU等[48]利用磁控管濺射技術將ZrC沉積在滌綸織物上，然后探究滌綸織物的遠紅外產生情況，發(fā)現遠紅外發(fā)射率高達93.79%，太陽光的光能轉換效率優(yōu)良，在太陽光照射時間為200 s的條件下，織物溫度可上升27.0 ℃左右。這表明磁控管濺射技術在ZrC涂覆方面可以規(guī)?；瘧?，可以生產出保暖性能優(yōu)良的紡織品。沈旭源[49]開發(fā)了一種自生熱多功能面料，其包括溫差層、生熱層、蓄熱層和防水層。此面料的開發(fā)基于溫差發(fā)電原理，碳纖維發(fā)熱微絲通電后即向外發(fā)射紅外線，而碳化鋯吸收太陽光中的可見光，同時反射人體和碳纖維發(fā)熱微絲發(fā)射的紅外線，進行吸熱蓄熱，將熱量存儲在面料中，從而使人體產生體感溫度上升的感覺，而且其結構簡單，設計緊湊，輕薄透氣，可水洗和貼身穿著，具有安全健康、節(jié)能環(huán)保、保暖舒適等特點。孔令源[50]在服裝內部設置陶瓷纖維膜層，其能夠將人體的熱量充分利用，可將太陽光轉化為熱能，同時具有抑菌、防臭及促進血液循環(huán)的特征。LIU等[51]設計了一種太陽能電池板，并將其縫制在服裝表面，制備出一款可充電的太陽能發(fā)熱服。

3 國外的發(fā)展現狀

3.1 吸濕發(fā)熱材料

日本對吸濕發(fā)熱材料的研發(fā)主要集中在吸濕發(fā)熱纖維，已研發(fā)出Thermogear、Honioy、Eks、Softwarm等吸濕發(fā)熱纖維，它們可以有效地吸收人體的濕氣并將其轉化為熱量。

日本旭化成公司研制了吸濕發(fā)熱纖維Thermogear，其由超細抗起球腈綸 Cashmilonff 與銅氨絲復合得到，具有優(yōu)異的調濕和發(fā)熱性能，將其織入織物即得到吸濕發(fā)熱材料[52]。 Honioy纖維是利用特殊的聚合工藝，再經紡絲加工而制成的，其中空度大，能夠儲存大量能量，制成織物后保暖性極佳，保暖率可達到38.94%[53]17。Eks纖維由日本東洋紡公司開發(fā)，它是通過將羧基、氨基等親水性基團引入聚丙烯酸大分子，再經過交聯(lián)處理而得到的，具有較強的親水性，能夠將人體的濕氣吸收，然后以熱能的形式釋放，從而實現體感溫度自動提高[54]67。Softwarm纖維綜合了超細抗起球腈綸和人造木漿纖維的優(yōu)點，具備較強的調濕能力，而且能將濕氣、汗水等快速導出，保溫性能優(yōu)異[55]41。

另外，東洋紡公司的N38纖維是利用超親水化的方法處理聚丙烯酸纖維制成的，其溫升可達3.0 ℃。 東麗公司研發(fā)了Warmsensor纖維，其表面涂覆的化合物可以吸收水分，產生熱量，溫升為3.0～ 5.0 ℃[56]51。Renaiss纖維是三菱公司研發(fā)的，它具有特殊海島結構，其中的高親水性醋酸纖維承擔主要的吸水作用，同時釋放熱量[8]14。

Shimizu Taken纖維素是通過接枝法將酰肼化合物與羥基反應得到的，將其與吸濕性硅膠和其他保濕材料共混可得到吸濕發(fā)熱材料[57]。中村壽美利用共混法將疏水性材料與吸濕發(fā)熱纖維結合在一起制備出發(fā)熱纖維，再通過混紡制成紗線而加以應用[55]42。鈴木篤等將彈性復合材料和吸濕發(fā)熱材料共混編織成網狀材料，應用于靴子內層材料[55]42。

3.2 電發(fā)熱材料

早在 1948 年，美國就研制出導電油墨的雛形——導電膠，它是利用銀和環(huán)氧樹脂制成的，并且公布了相關專利[34]10。

日本東麗公司采用導電的碳纖維為原料制備成服裝，同時在服裝內部設置可充電電池，此服裝不僅穿著輕薄，而且通電即發(fā)熱[56]50。日本另有研究人員通過將聚乙烯和炭黑粉末混合的方法制成發(fā)熱纖維，其表面溫度可達到45.0 ℃[54]68。德國 Warm X 公司通過在極細的銀纖維上添加小型的充電電池，制備出一款內衣產品，其在極端低溫環(huán)境中可達到較好的保溫效果[56]50。

PARK等[58]對處于不同保溫層的電熱體的熱阻和加熱效率進行比較全面的探究，通過結果對比發(fā)現，電熱體位于距離人體最近的服裝層時，其熱阻增大，加熱效率升高，另外，加熱效率會隨著溫度變化而改變。HAMDANI等[59]將針織物浸漬在電化學性能優(yōu)良的聚吡咯中，制備成導電針織物，并對織物尺寸和發(fā)熱溫度之間的關系進行考察，發(fā)現織物尺寸為5 cm×1 cm時，織物表面溫度可達到114.0 ℃且持續(xù)3 min。ILANCHEZHIYAN等[60]采用單壁碳納米管漿料，通過簡單浸涂的方法制備成導電棉織物。

3.3 化學能發(fā)熱材料

幾十年前，國外有研究人員充分利用化學反應產生的熱量研制出潛水服，其原理是鎂鐵顆?；旌衔锏难趸磻a生的熱量可以供人體的局部保暖。另外，也可以利用大量的化學反應物發(fā)生的放熱反應產生足夠的熱量，給大面積的潛水服供熱，所采用的手段是將化學反應物用高溫聚變材料包裹，高溫聚變材料作為蓄熱單元，并控制放熱反應放出熱量速度[30]2-3。隨后，研發(fā)出以化學法制備的調溫纖維，其基本原理是硫酸鈉受熱液化時儲存熱量及其凝固時釋放所吸收的熱量[54]69。硫酸鈉用防水薄膜包裹并放在織物夾層中，環(huán)境溫度較高時，硫酸鈉液化并儲存熱量，環(huán)境溫度較低時，硫酸鈉固化而放出熱量，從而維持人體溫度平衡，保暖效果優(yōu)良。

化學能發(fā)熱服裝目前還不是很成熟，雖然其具有反應速度快、操作方便的特點，但是反應大多不可逆[61]。 因此，化學能發(fā)熱服裝的使用壽命受到限制，其重復利用的問題有待解決。

3.4 相變發(fā)熱材料

美國海軍研發(fā)出一款可長時間保溫的潛水服，其在水中的保暖時間達3 h，主要利用微膠囊相變纖維及Thinsulate纖維制備[62]。美國Delta公司研發(fā)出一種供美軍使用的Pecstm恒溫服，它的口袋內置有相變材料，其在極端溫度條件下可以復原[30]3。美國Outlast技術公司研發(fā)出一種相變調溫纖維——Outlast纖維，其熱敏相變材料被微膠囊包裹，可以根據環(huán)境溫度變化實現調溫[63]。英國Essentra纖維公司的Hansen R H將二氧化碳溶解在溶劑中并密封于中空纖維內，再織造成織物，利用纖維中空部分的氣-液相變達到保溫效果，但是該相變發(fā)熱材料的重復利用性差[56]50。日本鐘紡合纖公司以聚丙烯腈(PAN)和聚乙烯醇(PVA)的共混物作為基材，石蠟作為相變材料，通過濕法紡絲得到相變調溫纖維，發(fā)熱效果良好[64]132。瑞士Scholler面料公司開發(fā)了恒溫纖維Comfort Temp[65]10。日本小松精練公司研制出Air Technio纖維材料，它主要利用醋酯纖維等合成纖維，其表面涂覆調溫蛋白質膜，從而起到保暖作用[65]10。FAEREVIK等[66]把相變材料加入紡織纖維，制備出調溫紡織品，其具有高度的舒適性。德國Kelheim纖維公司將黏膠溶液與石蠟熔融液混合，得到相變調溫黏膠纖維，其相變溫度為15.0～55.0 ℃[64]132。

3.5 太陽能發(fā)熱材料

北極熊的毛纖維在結構上與光導纖維有相似之處，其結構有利于光傳輸，可將光能最大限度地聚集在北極熊的表皮上，轉化為熱能，達到保暖的目的。人們便利用北極熊的毛纖維結構開發(fā)太陽能發(fā)熱纖維。

在普通纖維中(如滌綸、丙綸等)加入能吸收遠紅外的物質(如陶瓷粉、二氧化鈦等)，可制備成太陽能發(fā)熱纖維。日本鐘紡合纖公司將遠紅外吸收物質均勻分散于纖維分子結構中，以增強纖維吸收遠紅外的能力，開發(fā)出蓄熱保溫纖維Ceramino[67]。日本還開發(fā)了皮芯結構的發(fā)熱纖維產品，如復合纖維Solar-α[54]68，其芯層采用碳化鋯微粒，具有吸光蓄熱性能；皮層則采用聚酯或聚酰胺，可以吸收近紅外和可見光，保溫效果明顯增強。三菱公司研發(fā)出光熱轉換聚丙烯腈纖維 Thermocatch[56]50，其芯層含有微細半導體粒子，可以吸收近紅外。Thermocatch 纖維含量較高的紗線在光照下會放出熱量，使溫度升高2.0～10.0 ℃。尤尼吉可纖維公司研發(fā)了儲熱保濕纖維Thermotron[53]12，其芯層溶有碳化鋯微粒，可以吸收太陽光并轉化成熱能，采用這種纖維制作的服裝內部溫度能比普通纖維服裝高10.0 ℃。日本小松精練公司研發(fā)了保溫纖維Dyna Live[56]49，其中放入玻璃微珠及能吸收遠紅外的聚合物，由該纖維制成的服裝內部溫度比普通織物高 3.0～7.0 ℃。

英國研究人員戴維等開發(fā)出一款太陽能蓄熱保暖衣，其采用了含有碳化鋯的纖維，這種纖維可以將吸收的太陽能轉化為熱能[68]。KUBILIEND等[69]采用改變添加劑活性表面積的方法改善織物的保暖性能，并將陶瓷作為添加劑加入針織物，達到保暖效果。LOTURCO等[70]研究遠紅外服裝對人體機能的影響，發(fā)現穿著遠紅外服裝的運動員在激烈運動后的肌肉酸痛感下降。

4 發(fā)熱材料在服裝市場上的發(fā)展

自2005年以來，發(fā)熱服裝逐漸走入人們的視野，國內外各大服裝品牌競相開發(fā)自己的發(fā)熱服裝產品，如華歌爾、美津濃、優(yōu)衣庫的發(fā)熱保暖內衣，寧波斯納格力服飾有限公司的可隨時隨地充電的發(fā)熱服，以及華美恒達科技(武漢)有限公司的暖洋洋品牌系列的自發(fā)熱服裝等。這些都展示了發(fā)熱材料在服裝市場上的成功應用。

與其他類別的發(fā)熱相比，國際市場上的電發(fā)熱產品種類較多，如Tour Master品牌的電發(fā)熱夾克、ODLO品牌的X-Warm X保暖發(fā)熱內衣、美國H-D公司生產的電熱手套、深圳市格雷創(chuàng)科技有限公司進口的Gerbing系列的碳纖維織物電熱服等。此外，電發(fā)熱服裝向著更加智能化、多樣化的高層次發(fā)展，如美國Malden Mills公司研發(fā)的一款智能加熱服，可以進行數據傳輸與智能通新。另外還有美國The North Face公司研發(fā)的可以表征人體溫度的智能加熱服。

2013年，廣東浪登服裝有限公司研發(fā)出一種主動發(fā)熱西服，它是將防水絕緣的合金絲以盤蛇狀織入西服背部面料的外表面，主體部分通過絕緣線與控制器連接，利用控制器調節(jié)溫度。皓之群科技有限公司是一家專注于智能溫控發(fā)熱服飾的公司，其將碳纖維應用于自控溫發(fā)熱衣，主要產品有發(fā)熱內衣、電熱手套、電熱羽絨服等，所發(fā)明的發(fā)熱皮夾克占發(fā)熱服裝行業(yè)國際市場70%以上的份額。

市場上比較火熱的哥倫比亞羽絨服如圖4所示，其內襯具有Omni-Heat自發(fā)熱系統(tǒng)，可反射人體20%的熱量，使服裝內部形成熱循環(huán)，達到超強的保暖功能[71]。此外，據說該羽絨服的外殼上的Omni-Heat銀色圓點面料能夠降低熱量散失，隔絕雨水和冷空氣。市場上常見的碳纖維自發(fā)熱保暖馬甲(圖5)， 是加入遠紅外負離子與納米陶瓷粉及特殊的熱感應材料而制成的，在人體溫度的激發(fā)作用下產生熱量。另有恒溫加熱馬甲，其由充電寶供電，并利用采用金屬絲發(fā)熱，將金屬絲嵌入馬甲的后背及前胸，并在口袋處設置開關，一鍵加熱，三檔控溫，達到人體所需溫度。相似產品還有護膝、護腰等。

圖4 哥倫比亞羽絨服

圖5 碳纖維自發(fā)熱保暖馬甲

七匹狼公司將石墨烯加入羽絨服，推出了一套高科技產品，其中包括智能發(fā)熱羽絨服和休閑褲。這套產品可以一鍵充電，30 s內即可達到平衡溫度，采用的加熱元件是石墨烯纖維布，在5 V電壓下，有3檔溫度(35.0～55.0 ℃)可以調節(jié)，同時釋放遠紅外，有很好的保溫效果和適應性[72]。優(yōu)衣庫的HeatTech系列保暖內衣屬于吸濕發(fā)熱產品，其主要采用4種不同成分的纖維(聚酯纖維、黏膠纖維、腈綸和氨綸)，根據4種不同成分的纖維質量在內衣中所占比例的不同，分為3個系列(保暖內衣、倍舒暖內衣、高舒暖內衣)，后兩個系列中黏膠纖維和腈綸的配比較大；另外，它們采用特殊的織造方法而制成，其纖維間構成空氣層，增大了織物中靜止空氣的含量，并將纖維吸濕所產生的熱量牢牢地鎖住，進一步提高了保暖效果[73]。

在電商平臺上，以“發(fā)熱衣”為關鍵詞搜索顯示的產品多達上萬種，但發(fā)熱效果良莠不齊，能真正達到人們保暖要求的并不是很多。常見的發(fā)熱內衣基本利用人體自身釋放的熱量，并將其返回給人體，達到保暖效果。

5 結語

近年來，發(fā)熱材料迅猛發(fā)展，其在服裝上的應用越來越多，發(fā)熱保暖衣已經成為國內外各高校和科研機構關注的焦點。隨著社會的發(fā)展和科技的進步，人們對發(fā)熱材料的期望會越來越高。因此，隨著研究的深入，發(fā)熱材料的發(fā)展將更加成熟，同時向更多的領域發(fā)展。發(fā)熱材料未來應朝著以下幾個方向發(fā)展：

5.1 發(fā)熱機理明確化

目前，對部分發(fā)熱材料的發(fā)熱機理的解釋不是很明確，甚至只是一種猜測，比較籠統(tǒng)，說服力不夠強。在今后的發(fā)熱產品開發(fā)中，應多注重其發(fā)熱機理的研究論證，這對于新產品開發(fā)具有重要意義。

5.2 評價體系規(guī)范化

發(fā)熱材料越來越多，其市場也越來越大，但是沒有全面、統(tǒng)一、規(guī)范的測試方法和標準。目前，國內僅個別行業(yè)有測試標準。廣大消費者對保暖服裝發(fā)熱性能的好壞沒有判斷的依據，這會造成消費者的盲目消費。因此，國家應致力于發(fā)熱產品的規(guī)范化與標準化。另外，不同的人群有不同的熱濕舒適性要求，即舒適性的評價參數不同，因此需要不斷試驗，形成較為準確的綜合評價體系。

5.3 保暖持久化

利用導電纖維發(fā)熱材料及金屬絲發(fā)熱材料等制備的發(fā)熱產品，其柔性較差，在長期的穿著或使用過程中容易出現發(fā)熱功能喪失或電路故障等問題。因此，如何保證發(fā)熱產品在穿著或使用過程中及洗滌后的發(fā)熱功能不發(fā)生明顯下降是難點，在今后的研發(fā)中應注意解決這方面的問題。

5.4 多功能化

人們的生活質量日益提升，所需要的保暖服裝面料不再停留于單純的發(fā)熱保暖，而要求面料的多功能化及智能化，如實時檢測人體的體感溫度及人體的各項生理指標，并能通過傳感器在智能顯示屏上顯示甚至反饋信息，另外還需要開發(fā)具有抗靜電、防紫外線和保健等功能的發(fā)熱面料。

5.5 環(huán)境友好化

在注重環(huán)?？沙掷m(xù)發(fā)展的今天，要求人們在生活的方方面面具備環(huán)保意識。發(fā)熱服裝面料的開發(fā)也不例外，如在其開發(fā)和使用中不會產生有害廢料，對人體無害，并且可以回收利用等。

5.6 經濟實用化

發(fā)熱材料的研究在很早以前就開始了，但最近幾年才真正得到應用，其主要原因是研發(fā)成本較高。只有在發(fā)展的同時降低生產成本，提高其經濟適用性，才能具有更大的市場。

發(fā)熱材料作為一種具有優(yōu)良性能的新型材料，改善其性能和降低其生產成本，都有利于其規(guī)模化和市場化，正如人們常說的科技改變生活，科技促進發(fā)展。如今的發(fā)熱材料研發(fā)不斷靠近環(huán)保、健康和時尚，科技含量提高，時尚元素增多，同時也講究實用性、保暖性、舒適性及經濟性，這就是民生的根本所在。