吸湿发热纤维的开发与应用
专题综述
吸湿发热纤维的开发与应用
胡海波,齐鲁
(天津工业大学生物与纺织材料研究所。天津300160)
摘
要:吸湿发热纤维是一种新型的积极产热式的保暖材料,可以更好地满足服装的防寒保暖需求。通
过介绍人体与环境的热交换途径,并以吸湿发热纤维的发热机理为基础,概述了几种日本合成吸湿发热纤维的方法及其开发现状与应用,并对吸湿发热纤维的研究和发展趋势进行了展望。关键词:吸湿;发热;纤维;生产技术;应用
中国分类号:TQ342
文献标识码:A
文章编号:1001—7054f2010)03--0013—04
防寒保暖是冬季服装舒适性的重要指标,传
统的保暖方法通常是控制热的传导、对流、辐射所导致的热散失,如使用厚的织物或棉絮来保温,有的还采用金属涂层面料flj。然而现代人们对服装的
提供热调节而不是热隔绝,因此是一种全新的调温机理,且调温纤维的吸热和放热过程是自动的、可逆的、无限次的四。
羊毛吸水后会发热,而人体即使不运动也有
大量的潜汗蒸发,由此人们想到了开发吸湿发热性
舒适性、功能性以及美观性要求越来越高,传统的
保暖服装蓬松、臃肿,既不便于活动,又缺乏美
保暖纤维M。然而在诸多发热纤维的研究和探讨中,多是针对其保暖性和生产工艺的探讨,缺少对
于发热机理的基础性研究,尤其针对吸湿发热纤维来讲,其发热机理各不相同,主要解释为:液体水
感。随着科学技术的快速发展和人们生活水平的不
断提高,人们对面料与服装实用功能的要求趋向多元化,因此积极产热式保暖材料【习的开发具有重要意义。发热纤维,包括吸湿发热、电能发热、光能发热、相变放热、化学放热,都是积极产热式保暖材料。日本在吸湿发热纤维方面的研究比较成熟,欧美国家紧随其后,我国在这方面的研究尚属空白,所以加强吸湿发热纤维的研究及开发出相应的产品将具有较大的经济效益。
分蒸发时需要的气化热会大幅降低体温,相反气体
变为液体时也会产生凝集热。而据测试资料表明,
人在静止时通过皮肤向外蒸发水分约为15gm2.h;
在运动时,有大量的汗水排出,既有液态,也有气态,数量约为100gm'・h,因此人体即使不运动也有大量的潜汗蒸发。吸湿发热纤维正是利用水的气液变化,将人身体产生的汗气转变为液体时产生的热量用于保暖14I。
另外,钟正刚同等认为主要是利用纤维大分子的极性基团捕捉空气中含较高动能的水分子,将
1吸湿发热机理
吸湿发热纤维属于新型的调温纤维,而调温纤维区别于传统的保暖纤维和凉爽纤维,属于智能纤维。调温纤维的保暖是通过对水分和外界压力变化的敏感响应,为人体提供舒适的微气候环境,即
其吸附固定到纤维表面,可使其动能转变为热能,
从而达到发热的作用。
2吸湿发热纤维的生产技术、产品
收藕日期:2009一ll—ll
修回日期:2009—12—25
作者简介:胡海波(1985--).男。山东人.汉族,硕士研究生,主要从事功能纤维的研究工作。
开发与应用
2.1吸湿发热纤维的生产技术
万方数据
合成纤维SFC2010No.313
专题综述
由于国外技术的封锁保密和国内研究的空白,我们对吸湿发热纤维的合成及生产工艺知之甚少,以下简单介绍几种。
13本关于吸湿发热的纤维素纤维的报道相对较多。Shimizu
Takeo
171通过反应将肼的衍生物与
分子中的至少两个酰肼基团相连,并将硅胶和天然保湿物质的混合物涂敷到纤维上,得到了吸湿发热和耐洗涤的纤维。OnoHide[81等用浓度为100g/L的NaOH碱性溶液和浓度为25—33g/L的一氯醋酸溶液对纤维素纤维进行分批处理,得到兼具防风功能的吸湿发热纤维。SakaiYoshiaki晰等将多元羧酸引入纤维素纤维,使每个分子至少含有三个羰基,
并对其进行热处理和碱金属水溶液皂化处理,制得
具有吸湿发热性能的纤维素纤维。
另外据报道,日本东洋公司对聚丙烯酸分子链进行高亲水化处理,分子链中引入一NHl和一COOH基团,并进行交联处理,得到强吸湿性能的纤维。由于这种纤维的亲水性基团的含量超过了任何一种天然纤维,故吸湿性特别高,而且通过调整纤维的结构,使得纤维的吸湿放热和脱湿吸热过程得以平稳进行,吸湿和放湿速度可以调节到木棉纤维的一半左右。2.2吸湿发热纤维产品
2.2.1¥oftwarm纤维
发热、保暖、柔软触感纤维Softwarm是结合
特殊人造木浆纤维和东丽公司的超细旦抗起球腈纶
的优点于一身,由东丽公司协助开发出的新型触感功能性纤维。Softwarm吸收人体皮肤呼出的湿气,通过化学反应转换为热能,从而实现发热的功能。保暖方面,由于超细旦抗起球发热腈纶和扁平粘胶断面之I瑚固有的双层空间隙,阻止热量流失,以达到优异的保暖效果。同时,由于超细旦抗起球发热料具有独特的立体皱纹,使Softwarm面料具有优越的手感,穿着舒适,目前正被大量用作贴身内衣和毛衣的材料。
N38纤维东洋纺开发了具有自重的41%(20℃、65%相对湿度条件下)吸湿能力的特种纤维N38。“N38”是以聚丙烯酸纤维为原料,用聚合物改性2010No.3
万
方数据“高度交联聚丙烯酸酯纤维”。它不仅具有高吸湿能力,还兼有放湿性,此外还具有消臭性、抗菌性和防霉性,在运动衣料领域、滑雪服絮片、高尔夫用保暖内衣等方面都已有应用。
2.2.3Eks纤维
日本东洋纺公司开发出了具有调温调湿功能的Eks纤维。它是通过将氨基、羧基等亲水化基团引入聚丙烯酸分子,并进行交联处理而得到,属于“亚烯酸盐系纤维”。它不仅能够将人体皮肤蒸发出的水蒸气转换为热量,达到保暖的效果,还可以将人体多余汗气及时吸收,以达到干爽舒适,所以Eks又是一种能随外界环境和穿着空间变化而自创冷感旧。该纤维不仅在吸湿性能方面超过了天然电、除臭性和抗菌防臭等多种功能,被广泛使用于Thermogear纤维
Thermogear是日本旭化成株式会社开发的,它ff组合而成。Thermogear织物使铜氨丝
的优越吸湿发热性发挥至最大,加上超细抗起球腈ff能令纱线之间空气量增加,因而能RenaissOt纤维
日本三菱公司开发了具有复合功能的吸湿发
Ot。Renaiss
Ot是一种经过特殊化学
Warmsensor纤维
13本东丽公司为强化发热效果,在纤维内部舒适穿着感觉的呼吸纤维【Ⅲn。与天然纤维相比,Eks纤维的吸湿和放热速度比较缓慢,可以均匀地释放,从而使衣内温度调节缓和,能防止出汗后的纤维,还具有控制pH值、抗燃、抗起球和防静女士贴身内衣、被褥絮棉、运动服、滑雪衫等。
2.2.4
是由铜氨纤维Cuprobemberg和超细抗起球腈纶
Cashmilon
纶Cashmilon够持久保持温暖。铜氨丝本身具有吸湿功能,加上超细抗起球腈纶的毛细现象,能够迅速地把汗水扩散,令衣服变得干爽,服用舒适。同时该纤维还具有透气性好和服用性能好等多种优点。
2.2.5
腈纶的柔软肌肤触感和特殊工艺纺成的纱线,使布2.2.2
热纤维Renaiss
处理,加入醋酯纤维的“A.H.F(由丙烯腈和二醋酯混合物纺制而成的新型聚丙烯腈纤维)”吸湿发热纤维与加入产生负离子的特殊纤维复合而成的复合纤维,适合制作运动衫、毛衣和袜子。
2.2.6
技术,将其分子超亲水化并高度交联化而制得的
添加或者在纤维表面涂敷某种物质,当纤维吸收水分后,触发这种物质发生化学反应释放出更多的热量来,从而成功地开发出Warmsensor纤维。与一
14合成纤维SFC
般的材料相比,Warmsensor纤维可使体感温度提高3。5℃,主要用于运动服衣料。
2.2.7Thermostoek纤维
敷纺公司推出的Thermostoek是通过使纤维素纤维发生化学反应来提高其吸湿发热性能的纤维。利用化学反应使棉与亲水基(能够与水蒸气结合的
反应基)进行结合后,利用皮肤呼吸等产生的水蒸
气与亲水基结合,产生水和热反应,通过吸收更多
的水蒸气来提高发热量。
2.3吸湿发热纤维的应用
SakaguchiTatsuo
1131等将吸湿发热纤维编成一
层_层的薄片状用于椅子的表面,制得能保暖的椅
子,使人在不损害垫子和不耗能的情况下即可获得
温暖。KobayashiYoichi【均等用吸湿发热纤维制得保暖腰带,它可以提供治疗腰疼所需的温度,同时还可以避免像用电和化学类型的腰带的麻烦问题。中村寿美旧等将疏水性合成纤维与吸湿发热性纤维混纺成纱线,该纱线吸湿发热性能及阻止热量从人体散失的性能都优异,且可以长时间的保暖.可以用于衣服、毛毯、手套等。铃木笃f蛔将含有弹性复合纤维和含有吸湿发热纤维的网进行热成型,使纤维朝厚度方向取向得到衬垫层后,贴合表面材料制成靴内部材料,用于鞋垫和长筒靴。
在国内,夏秉能【川等将日本东洋纺公司生产
的Eks吸湿发热纤维、抗起球腈纶和兰精莫代尔纤的醋酸纤维组成,是保暖方面的好材料。
目前,对于吸湿发热纤维的发热机理各不相
同,而且其中所用于发热的化学物质也尚不明确。万
方数据专题综述
此难以判断其真正的升温机理。3.2温升测试方法存在一定问题
在目前的研究中,针对保暖性、透水性、吸湿性的测试标准和仪器较为完备,但针对发热纤维的发热测试和标准就很少,而且不够规范,且没有统一J际准。
3.3发热保暖持久性有待研究
对于通过添加某些添加剂或者聚合物来达到发热保暖效果的纤维,如上文提到的Warmsensor纤维,这些化学物质在洗涤或熨烫之后,性能常常
会降低,因此如何使纤维保暖效果良好又能持久耐
用也是急需研究的方向。
4吸湿发热纤维的发展趋势
虽然吸湿发热纤维的研究还存在一定的缺陷和不足,但其具有较高乖.4-tt含量,已成为保暖材料
开发领域的一个新的突破和保暖市场的一个新竞争
点,也是纺织品行业提高效益的新视点。随着研究的深入,吸湿发热材料将会得到更广泛的应用,并
将呈现以下发展趋势:
(1)多功能,复合化。社会的发展及生活方式
的改变使人们对服装性能的要求越来越高,因此除
了基本的保暖功能还应具备保健和防护功能,如抗
菌除臭、防油污、抗静电等。
(2)舒适化,环保化。在强调保暖的同时,进一步协调好舒适性与功能性的关系,关注内衣微气候调节。另外,在开发过程中还应满足环保要求,即生产过程中对环境无污染或少污染,穿用过程中对人体无危害,废弃后可降解。
(3)经济化,实用化。20世纪末日本已研发
出吸湿发热纤维,但近两年才得到应用,且国内在
研究开发上尚属空白,因此应加大吸湿发热纤维的
研发力度,降低成本,使之具有良好的经济适用
性,满足市场的需要。
未来纺织品的发展将愈来愈重视穿着舒适性、卫生性和健康性,科技含量不断提高,因此吸湿发热纤维的应用和发展具有相当广阔的前景。但是针对目前国内研究较少、国外技术保密的现状,我们需要进一步深入研究,尤其是针对纤维的吸湿性、发热性、透气性、保暖性的基础研究。
合成纤维SFC2010No.315
维进行混纺,并以该混纺纱和锦氨包芯纱为原料生
产针织内衣,已申请发明专利。雷宝玉I嘲等用RENAISS纱线制得一种薄型针织保暖双层提花面料。RENAISS纱线是由腈纶和具有吸湿发热功能3吸湿发热纤维在应用中存在的问
题
3.1升温机理有待进一步科学验证
同时,在理论解释上存在很多自相矛盾的地方,如发热纤维能使人体吸收自身的气态水转化成液态水
所发出的热量,那么这部分被织物吸收的液态水在蒸发时需要的汽化热会较大程度地使体温下降,对
专题综述
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‰m舰蛔蚰眦andApplicationofH】哆∞c0I№amtb埘l棚田icF"mer
HUHai-bo,Q1Lu
(ResearchInstituteofBiologicandSpinningMaterials,TianjinPolytechnicUniversity,Tianjin300160,
China)
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satisfiestherequirementsforgarmentapplication.Basedtheheatexchangebetweenhumanand
environmentandtheprincipleofheatgeneratingofthefiber,theseveralsynthesismethodsofhygroscopic
andexothermicfiber
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andapplicationsaresummarized.There¥earohand
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MaterialsResearchCenter,ShanghaiUniversity,Shanghai200072,China;
2.San-he-kouMiddle
School,Wu-jinDistrict,ChangzhouCity,Changzhou2131
textiles
were
15,Jiangsu,China)
functional
paper,heatandmoisturecomfortfunetional
summarized.Itmainly
introducedtheapplicationfields,preparationtheoryandmethods,evaluationstandard,andcharacterizationforthreekindsofheatandmoisturecomfortfunctionaltextiles.They
moisturetransportedfunctional
were
thesingle-side
textiles,water—vaporpermeableandliquid-waterimpermeablefunctional
functionaltextiles.
textilesandsmart
thermo-regulated
K何math:
water
single-sidemoisturetransported/moisturemanagement,water-vaporpermeableandliquid-
impermeable,smartthermo—regulated
2010
16合成纤维SFCNo.3
万方数据
吸湿发热纤维的开发与应用
作者:作者单位:刊名:英文刊名:年,卷(期):被引用次数:
胡海波, 齐鲁, HU Hai-bo, QI Lu
天津工业大学生物与纺织材料研究所,天津,300160合成纤维
SYNTHETIC FIBER IN CHINA2010,39(3)0次
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下载时间:2011年4月12日