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【纤维与面料】发热纤维的5种类型,你都了解吗?
2017-10-15

  发热纤维及其产品

  传统的冬服如棉絮、羽绒、裘皮和各类化纤絮片等保暖材料制成的服装,多通过阻止热量散发来达到保暖效果,其缺点是厚重、臃肿。随着人们审美和舒适要求的提高,能发热并持久保温的轻薄型面料日益受到青睐,从而促进了发热纤维的研发。

  发热纤维是能自行产生热量且保暖的新型纤维。其不仅能像传统纤维那样阻止热量散发,更能吸收、储存外界热量并向人体传递。就发热机理来看,发热纤维主要有光能发热、电能发热、相变放热、化学放热和吸湿发热等几种类型。

  光能发热纤维

  1、吸收远红外光发热(远红外纤维)

  一般通过在涤纶、丙纶等纤维中均匀地加入远红外线吸收物质(陶瓷粉体)制成。陶瓷粉多是金属氧化物,如氧化铝、氧化镁、氧化锆,有时也选用二氧化钛和二氧化硅。如日本钟纺合纤公司开发的储热保温聚酯材料Ceramino纤维,在后加工过程中将远红外线吸收物质均匀地渗透到纤维分子的内部结构(无定形区)中,可提高对阳光等外界红外线的吸收,起到储热保温效果。

  日本小松精练公司将红外线吸收剂和玻璃微珠添加到聚合物中,制成了保温纤维DynaLive。该纤维制成的服装,其内部温度比一般织物高3~7℃。其他还有富士纺公司的INSERARED纤维和可乐丽公司的LONWAVE纤维等。

  2、吸收可见光和近红外线发热

  日本尤尼吉可公司的Thermotron纤维芯部溶有碳化锆的微小粒子,在太阳光热能的作用下发出热量并反射出波长较长的远红外线,使服装内部变暖。三菱人造丝公司的无色光热转换聚丙烯腈纤维Thermocatch芯层含有能吸收近红外线的微细半导体粒子(氧化锡与氧化锑的复合物微粉),可将光能转化成热能。当有光照射时,Thermocatch纤维含量在10%以上的混纺纱就可以将光能转化成热能,并提高温度2~10℃。此外,东丽公司的“Torayheat”纤维不仅能吸收可见光并转换成热能,还具有防静电和抗起球的效果。

  电能发热纤维

  电能发热纤维是含有电热材料组分的复合纤维,其原理是通过导电纤维通电发热,达到保暖效果。目前,应用比较广泛的导电纤维是碳纤维。碳纤维材料除了升温迅速、电热转化率高,还具有发热时产生远红外线的功能,因此,利用碳纤维发热材料可开发出兼具保健功能的发热保暖服装。另外,德国WarmX公司也于2004年利用极微细的银纤维与可以供电的小型充电电池,开发出内衣系列产品,在外界温度很低时也能达到较好的保温效果。

  近年来,随着石墨烯技术的发展,各种各样的石墨烯发热产品,如护腰、护膝等开始在市场上流行,其本质上还是通过电发热,即利用外加电源,电流通过石墨烯复合材料的电阻产生热量。石墨烯被认为在热辐射的波段上与人体远红外吸收波段比较一致,因而是优秀的辐射热源。

  化学反应发热纤维

  将化学物质加入纤维中,利用放热化学反应将化学能转化成热能,从而达到保暖效果。如将铁粉混入聚合物中纺丝,利用铁粉被空气中的氧气氧化放热,达到保暖目的。但该类产品最大的问题是发热效果不理想,耐久性也较差,暖贴即是该类纤维的一种应用。

  相变调温纤维

  利用物质相态转变时吸收或放出热量的原理,双向调节身体微环境温度。它在环境温度较高时具有吸热功能,在环境温度较低时具有放热功能。美国Outlast技术公司与德国特种纤维制造商Kelheim纤维公司共同研制的Outlast®纤维,就是一种通过相变调节温度的纤维,使用微胶囊包裹热敏相变材料碳氢化蜡,随着温度变化,发生固态、液态的相互转化,从而达到吸热、放热的效果。

  吸湿发热纤维

  天然纤维都具有一定的吸湿发热性能,其中尤以羊毛纤维更为明显。一般来说,吸湿发热纤维的发热性能与其回潮率有关,回潮率高,则其吸湿发热性能优良;反之,则差。受此启发,人们研发了吸湿发热纤维。纤维吸湿发热的机理,一般认为是纤维吸收水分时,纤维分子和水分子相互吸引而结合,水分子的动能降低而被转化为热(能)量释放出来。此外,为了强化发热效果,可在纤维内部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。

  如东洋纺开发的eks纤维,在温度为20℃、相对湿度为65%的条件下吸湿能力是棉的3.5倍,纤维吸放热量约为羊毛的2倍;其开发的N38纤维具有自重41%(20℃、65%相对湿度条件下)吸湿能力,不仅能使衣物内的温度升高约3℃,还具有高吸湿、高放湿能力,同时兼具消臭、抗菌和防霉性能。其他吸湿发热纤维还包括日本东丽公司开发的Softwarm纤维和Warmsensor纤维、日本旭化成株式会社开发的Thermogear纤维、日本三菱公司Renaissα纤维等。

  当前研发较多的吸湿发热纤维,其吸湿发热机理只是一种推测,还需进一步研究论证,这对以后的新型纤维材料和新产品的研发都具有重要的意义。此外,发热纤维的评价体系和保暖持久性还有待进一步改善。