自發(fā)熱纖維吸濕發(fā)熱功能針織面料的開發(fā)

自發(fā)熱纖維吸濕發(fā)熱功能針織面料的開發(fā)

傳統(tǒng)的服裝由于保暖性的需要，往往會(huì)放松、腫脹，并通過儲(chǔ)存止空氣分離熱量來(lái)傳遞。這是不美觀，也不利于人類活動(dòng)。如今，人們對(duì)保暖內(nèi)衣的實(shí)用性、美觀性、時(shí)尚性提出更高要求，穿著輕便舒適成為重要考量因素。自發(fā)熱纖維是一種自行發(fā)熱的新材料，其吸水性遠(yuǎn)超過其他品種纖維。新型吸濕發(fā)熱纖維是自發(fā)熱纖維，其制成的服用產(chǎn)品舒適、美觀，得到了快速發(fā)展。吸濕發(fā)熱纖維主要有Softwarm纖維本文測(cè)試采用不同配比的Softwarm纖維紗線編織而成的自發(fā)熱面料，對(duì)比面料之間的各項(xiàng)基本性能，并探討其發(fā)熱保暖性能，分析不同成分對(duì)面料保暖性能的影響，得到基于人體熱濕舒適性需求的針織內(nèi)衣原料與組織結(jié)構(gòu)。1發(fā)熱纖維類型和發(fā)熱機(jī)理1.1汗汽化吸熱，中熱放熱吸濕發(fā)熱纖維具有良好的吸濕性，人體汗液蒸發(fā)被纖維吸收后，根據(jù)液態(tài)水汽化吸熱、水蒸氣液化放熱的原理，汗汽轉(zhuǎn)化為液體時(shí)會(huì)放出熱量，達(dá)到保暖效果1.2遠(yuǎn)紅外光發(fā)熱纖維光能發(fā)熱纖維是將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為熱能，分為吸收遠(yuǎn)紅外光發(fā)熱纖維和吸收近紅外光發(fā)熱纖維兩類。吸收遠(yuǎn)紅外光發(fā)熱纖維通常在紡絲過程中加入遠(yuǎn)紅外粉體；吸收近紅外光發(fā)熱纖維是在纖維芯層加入能吸收可見光或近紅外光的微小粒子，這種粒子能將光能轉(zhuǎn)化為熱能從而實(shí)現(xiàn)保暖功能。1.3導(dǎo)電纖維運(yùn)用于發(fā)熱織物電能發(fā)熱材料即導(dǎo)電材料，給這種纖維通電，導(dǎo)電纖維會(huì)產(chǎn)生熱量，具有保暖性，市面上的電熱毯就是利用該原理制成的，碳纖維是廣泛應(yīng)用于這類發(fā)熱織物的材料。1.4改性熱材料物質(zhì)相態(tài)發(fā)生改變時(shí)熱量會(huì)發(fā)生變化，相變材料1.5反應(yīng)熱纖維有些化學(xué)反應(yīng)能夠放出熱量，化學(xué)反應(yīng)發(fā)熱纖維就是應(yīng)用了這個(gè)原理。2織大圓機(jī)針織吸濕發(fā)熱織物的基本性能及厚度設(shè)計(jì)本文選用緯編單面平針組織為基本組織，采用針織大圓機(jī)編織吸濕發(fā)熱功能織物，研究原料選擇、織物參數(shù)設(shè)計(jì)及面料成品的基本性能（密度、厚度），為發(fā)熱織物的普及與深入研究提供參考。2.1原材料的選擇黏膠纖維具有很好的吸濕排汗性，在一般大氣條件下，回潮率在13%左右2.2織物厚度檢測(cè)根據(jù)GB3820—83《機(jī)織物（梭織物）和針織物厚度的測(cè)定》，采用YG(B)141D型數(shù)字式織物厚度儀測(cè)試織物密度及厚度，見表2。從試驗(yàn)結(jié)果及織物手感可以初步判定，2#織物最厚，1#織物次之，4#織物最??；織物組織緊密度方面，1#織物密度最小，最稀疏，5#織物次之，2#織物密度最大，最緊密，與肉眼觀察結(jié)果較一致，而厚度和緊密度對(duì)織物強(qiáng)度、透氣性、透濕性、保暖性等都有很大影響。3面料特性分析本文主要通過分析面料的透氣性和透濕性評(píng)價(jià)其熱濕舒適性，通過分析面料的懸垂性評(píng)價(jià)其外觀性能，通過分析面料的頂破強(qiáng)力評(píng)價(jià)其服用耐用性，通過分析面料的導(dǎo)熱系數(shù)及散熱降溫情況表征其保暖性能。3.1中斷性能參照GB/T19976—2005《紡織品頂破強(qiáng)力的測(cè)定鋼球法》3.2織物的懸垂系數(shù)常用的表征織物懸垂性的指標(biāo)有懸垂系數(shù)、懸垂形態(tài)、美感系數(shù)、硬挺度系數(shù)和活潑率。懸垂系數(shù)與織物的柔軟程度呈反比關(guān)系，即懸垂系數(shù)越大，織物越硬挺，織物懸垂性越差。參照GB/T23329—2009《紡織品織物懸垂性的測(cè)定》3.3熱潮濕的夏天織物的熱濕舒適性是評(píng)價(jià)服用舒適性的重要指標(biāo)，織物透氣透濕性直接影響體驗(yàn)感3.3.1通風(fēng)參照GB/T5453—1997《紡織品織物透氣性的測(cè)定》3.3.2透濕性測(cè)試參照GB/T12704—1991《織物透濕量測(cè)定方法透濕杯法》，采用YG601-Ⅰ/Ⅱ型電腦式織物透濕儀測(cè)試織物的透濕性。將試樣裁剪成直徑為70mm的圓形，設(shè)定試驗(yàn)箱的相對(duì)濕度為88%～92%，溫度控制在36～40℃，測(cè)試規(guī)定時(shí)間內(nèi)試樣的質(zhì)量差，并計(jì)算透濕量。3.4溫暖保暖性一般用熱阻表征，熱阻越大，織物保暖性越好。3.4.1物理的顯示一般物體都能發(fā)射紅外線，紅外測(cè)溫儀能檢測(cè)到物體發(fā)出的紅外線，并通過信號(hào)轉(zhuǎn)換器將其轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，統(tǒng)計(jì)并顯示物體的溫度。紅外測(cè)溫儀可以粗略地測(cè)量紡織面料的保暖性。在兩只燒杯中各放入等量的熱水，將試驗(yàn)用的兩種面料分別裹緊燒杯放置，用紅外測(cè)溫儀測(cè)量燒杯的起始溫度，然后每間隔10min測(cè)量一次，重復(fù)3次后整理數(shù)據(jù)。由于環(huán)境溫度對(duì)試驗(yàn)影響較大，所以在室溫比較穩(wěn)定的午間進(jìn)行試驗(yàn)，室溫為20℃。3.4.2性能測(cè)試的優(yōu)化熱傳導(dǎo)性能是指織物傳導(dǎo)熱量的能力，瞬間平面熱源法是目前測(cè)試熱傳導(dǎo)性能的較精準(zhǔn)簡(jiǎn)易的方法，這是一項(xiàng)新的測(cè)試技術(shù)，具有同時(shí)測(cè)量熱導(dǎo)率、熱擴(kuò)散率及單位體積熱容的能力。采用HotDisk熱常數(shù)分析儀測(cè)試，其中有一個(gè)瞬間熱平面探頭，主要利用這個(gè)探頭測(cè)試熱傳導(dǎo)性能。4結(jié)果與分析4.1頂破性能分析織物頂破強(qiáng)力測(cè)試結(jié)果如圖1所示。由圖1可知，1#織物的頂破強(qiáng)力最大，主要是因?yàn)?#織物厚度較大，此外還與其含有較高含量的滌綸有關(guān)，滌綸有很好的力學(xué)性能，因此1#織物的頂破強(qiáng)力最大，而其他幾種織物的頂破強(qiáng)力差別不大。影響織物頂破強(qiáng)力的因素主要有紗線的斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長(zhǎng)、織物厚度?？椢镌胶?，頂破強(qiáng)力越大，例如，4#織物的厚度小于5#織物，所以4#織物的頂破強(qiáng)力小于5#織物?？椢锏目v橫向密度也會(huì)影響頂破強(qiáng)力，當(dāng)織物縱橫向密度不同時(shí)，織物會(huì)向密度小的方向撕裂，由表2可知，1#、2#、3#織物的橫密大于縱密，試樣大多是橫向撕裂切口，而4#、5#織物的橫密小于縱密，試樣大多是縱向撕裂切口。4.2服裝的是否美1#、2#、3#織物的懸垂圖像如圖2所示，織物懸垂性能測(cè)試結(jié)果見表3。懸垂系數(shù)小，懸垂性好。由表3可知，試樣的懸垂效果由高到低排序?yàn)椋?#織物>4#織物>2#織物>3#織物>1#織物，懸垂性關(guān)系到織物在穿著過程中能否形成優(yōu)美的曲面造型，這幾種面料的波紋數(shù)等指標(biāo)相差不大，一般認(rèn)為，波紋數(shù)超過6個(gè)即認(rèn)為服裝是美觀的。影響織物懸垂性的因素有纖維剛?cè)嵝浴⒓喚€捻度、織物厚度、織物緊度、織物單位面積質(zhì)量等，纖維剛性、紗線捻度、織物厚度、織物緊度及織物單位面積質(zhì)量越大，織物的懸垂性越差。1#織物僅含有滌綸與棉纖維，而棉纖維是短纖維，棉紗剛性大，而且織物較厚，懸垂性自然較差；2#織物的密度和厚度較大，懸垂性比其他織物差；3#織物的密度較大而且滌綸的含量較高，懸垂性比4#、5#織物差；4#、5#織物的懸垂性較好，這是由于紗線柔軟，織物厚度輕薄，密度較小。4.3織物的熱濕舒適4.3.1織物的透氣性織物透氣性測(cè)試結(jié)果如圖3所示。透氣量越大，織物透氣性越好。由圖3可知，4#織物的透氣率遠(yuǎn)高于其他織物，4#織物密度較小，透氣率大，而1#、2#和3#織物的透氣性均較差。由于1#織物含有70%透氣性很好的天然棉纖維，而且密度最小，所以1#織物整體透氣性較佳；對(duì)于2#織物與3#織物來(lái)說(shuō)，成分相同，組分不同，都含有滌綸，而且密度遠(yuǎn)大于其他織物，因此透氣性較1#織物差；又因?yàn)?#織物厚度大，所以2#織物的透氣性較3#織物差一些。內(nèi)衣面料對(duì)透氣性要求非常高，織物厚度較厚會(huì)降低透氣性，所以5#織物的透氣性比4#織物差，而縱橫向密度小，織物縱橫向紗線間縫隙大，織物透氣性會(huì)好一些。4.3.2織物的透濕性能織物透濕性測(cè)試結(jié)果如圖4所示。由圖4可知，1#、2#、3#織物的透濕率都偏低，2#發(fā)熱織物與3#發(fā)熱織物的透濕率相近，這是因?yàn)?#、2#、3#織物均含有滌綸，透濕性能受到影響?？椢锿笣裥缘挠绊懸蛩赜泻芏?，包括纖維、紗線及結(jié)構(gòu)特性等，本文的5種試樣中，4#發(fā)熱織物的透濕性最好。4.4保暖性4.4.1溫度對(duì)織物保水性的影響采用紅外測(cè)溫儀法測(cè)試得到的織物溫度變化如圖5所示，試驗(yàn)過程中織物情況如圖6所示。由圖5可知，所有燒杯的熱水起始溫度都在75℃左右，經(jīng)過20min后，使用紅外測(cè)溫儀測(cè)量，溫度下降幅度很大，此時(shí)發(fā)熱面料包裹的熱水和普通面料相差不大，而且可以看出發(fā)熱面料的燒杯頂部有水蒸氣浮出。第3次測(cè)量之后，水溫降低到接近室溫，此時(shí)1#、3#織物與4#織物的溫差接近7℃，由此可以看出，不同面料包裹的熱水溫度差別較大，此時(shí)被發(fā)熱面料包裹的燒杯的溫度比普通面料包裹的燒杯高，其中4#發(fā)熱織物的保暖效果最好。4#發(fā)熱織物的密度、厚度較小，所以Softwarm纖維可以用于開發(fā)輕薄保暖織物。5#織物由莫代爾纖維編織而成，其保暖效果優(yōu)于2#和3#發(fā)熱織物，而2#和3#發(fā)熱織物含有較高含量的滌綸，由此可以看出，滌綸的添加會(huì)降低自發(fā)熱面料的保暖效果。4.4.2各織物的最優(yōu)地位織物導(dǎo)熱系數(shù)及熱阻測(cè)試結(jié)果見表4。由表4可知，熱阻從高到低排序?yàn)椋?#織物>5#織物>2#織物>1#織物>3#織物，4#織物的保暖效果最佳，5#和2#織物次之，1#、3#織物最差。在吸濕情況下，4#發(fā)熱織物熱阻大，含有較多的Softwarm纖維，可以達(dá)到良好的保暖效果，而2#和3#發(fā)熱織物因?yàn)楹休^高含量的滌綸，吸水性差，發(fā)熱保暖作用降低。由此可以看出，滌綸的添加會(huì)降低自發(fā)熱面料的保暖效果，如果添加的滌綸纖維含量太高，則會(huì)使自發(fā)熱面料的保暖效果不如普通莫代爾纖維面料。5縫合織布設(shè)計(jì)服裝設(shè)計(jì)應(yīng)從滿足人體各種需求出發(fā)，在設(shè)計(jì)過程中實(shí)現(xiàn)人-服裝-環(huán)境系統(tǒng)，符合服裝人體工效學(xué)，使設(shè)計(jì)最大程度適合人體需要5.1不同冷感程度的分區(qū)設(shè)計(jì)人體溫度分布差別化的部位分別為：上臂部分，腰線與臀圍線之間的部位，下臂部分，前胸和后背中縫部位，前領(lǐng)口下方和后背肩胛骨至后腰線部位等。人體溫度分布圖對(duì)針織內(nèi)衣的拼接設(shè)計(jì)有一定的參考作用。內(nèi)衣不僅要在常溫下保持熱舒適性，更要在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下保持基本的保暖環(huán)境，而運(yùn)動(dòng)出汗的環(huán)境下人體大量排汗，內(nèi)衣內(nèi)部的溫度降低，人體很容易產(chǎn)生濕冷感。在寒冷環(huán)境條件下，人體各部位對(duì)冷的敏感程度由高到低排序?yàn)椋海ǜ共?、胳膊外?cè)、腿部前、臀部）>（腰部、背部、小腹）>（肩部、胳膊內(nèi)側(cè)、腿部后），可以根據(jù)冷感程度設(shè)計(jì)發(fā)熱保暖效果不同的內(nèi)衣材料，內(nèi)衣熱感程度分區(qū)設(shè)計(jì)如圖7所示。腹部、胳膊外側(cè)、腿部前側(cè)等部位A需要吸濕發(fā)熱性能優(yōu)良的材料，腰部、背部等對(duì)保暖性要求不太高的部位B可以采用保暖性良好的材料，胳膊內(nèi)側(cè)、腿部后側(cè)等不易感受到寒冷的部位C可以采用輕薄、保暖性能一般的材料。5.2日裝濕性分區(qū)設(shè)計(jì)人體各部位的出汗強(qiáng)度不同，出汗強(qiáng)度由大到小排序?yàn)椋海ê蟊巢?、前胸中部、腋窩部、后腰部、臀部）>（肩部、腹部、小腹、大腿后）>四肢部，所以可以采用分區(qū)方法按照出汗強(qiáng)度對(duì)內(nèi)衣進(jìn)行劃分。內(nèi)衣濕感程度分區(qū)設(shè)計(jì)如圖8所示。按照?qǐng)D8進(jìn)行分區(qū)，A′區(qū)需要采用透濕性優(yōu)良的面料，保證這部分干爽；B′區(qū)對(duì)透濕性要求不太高，可以采用透濕性良好的面料；而C′區(qū)可以采用透濕性一般的面料。5.3纖維面料的選擇綜合考慮人體熱濕舒適性，面料拼接設(shè)計(jì)如圖9所示，根據(jù)人體不同部位的溫度和濕度差異，選用不同熱濕性能的面料拼接設(shè)計(jì)，從而使整件服裝在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的熱濕舒適性達(dá)到最佳狀態(tài)。設(shè)計(jì)思路如下：a．人體前胸和臀部對(duì)冷敏感程度高，織物要有很好的保暖性，在寒冷環(huán)境中人體運(yùn)動(dòng)之后出汗強(qiáng)度比較大，在這個(gè)部位需要保暖性很好又高透濕的面料，可以選擇4#發(fā)熱纖維面料，采用羅紋組織，在一定程度上提高其保暖透濕性；b．人體前胸中部、胳膊上側(cè)、后背大部分區(qū)域及后腰部位都是很容易出汗的部位，可以使用吸濕性很好的莫代爾纖維，這幾個(gè)部位對(duì)寒冷程度不敏感，可以采用保暖性一般的5#織物，而這些部位日?；顒?dòng)幅度比較大，所以面料中可添加少量氨綸，增加面料彈性；c．腿部、腹部及胳膊后側(cè)很容易感知寒冷，可以采用保暖性良好的2#發(fā)熱纖維面料，透濕一般；d．腰兩側(cè)、胳膊前側(cè)和腿部后側(cè)對(duì)面料的保暖性和吸濕性要求均中等，可采用常規(guī)的1#織物，導(dǎo)濕性能和保暖性能都一般。6滌綸纖維添加量對(duì)自發(fā)熱面料材料保水性的影響本文對(duì)發(fā)熱內(nèi)衣的發(fā)熱機(jī)