第２期 丁丽等：温度调节纤维及其织物的发展与应用现状 人们采取了多种措施，由消极保暖到积极保暖经历了以下几个阶段。 （１）利用静止空气导热系数小这个原理，而纺织材料的保暖性取决于纤维中持有空气的数量和状态。 在空气不流动时纤维层夹持的空气越多，纤维的隔热性越好。因此人们通过一些异形、中空纤维本身在结 构上的特点，增加了在纤维中静止空气这个良好的保温材料而制得纤维。 （２）通过超细纤维制成高密度的织物，其直径是一般纤维的十分之一，使纤维间留有更多空气，在同样 大小的空间内，可以充塞更多的纤维，以更有效地反射人体热辐射，减少热对流，具有良好的防风作用而起 到保暖作用。 （３）通过制造对红外线有良好阻挡能力的远红外纤维，而远红外纤维主要是给纤维中添加远红外物质 制得。远红外物质是指能够吸收太阳光中的远红外线，将其转化为自身的能量储存起来，并不断地向外发 射远红外线的物质（主要是远红外陶瓷粉），且其红外光谱与人体的很相似 】，都在远红外区有强烈的吸 收，进而提高对热辐射的反射和阻挡能力。 （４）利用太阳能转化为热能的原理生产阳光蓄热保温纤维，主要是将碳化锆系的化合物微粒与成纤高 聚物共混纺制成纤维，吸收在服装内部的热量，从人体散发出的热量同时被纤维反射，阻止了热量向外部 扩散，起到了高效保温的作用。 （５）上世纪８０年代中后期，人们开发了一种根据环境变化，在一定的温度范围内可自由调节体温的纤 维，即当环境温度升高时，它可以贮存能量，当环境温度降低时，它可以释放能量，这便兼具舒适性和功能 性的温度调节纤维。现已开发的温度调节纤维有相变物质类的温度调节纤维、塑性晶体类的温度调节纤 维、添加溶剂类温度调节纤维、电发热温度调节纤维。相变物质类的温度调节纤维是目前在纺织领域所主 要使用的，这项技术源于相变控温材料的发展，最早是美国国家宇航局为了保护太空仪器不受温度剧烈变 化的影响，开发出了系列相变控温材料。而后其下属的Ｔｒｉａｎｇｌｅ公司实现了相变物质与纤维的复合。美国 Ｏｕｔｌａｓｔ技术公司的Ｏｕｔｌａｓｔ调温纤维及制品在２Ｏ世纪９Ｏ年代已商品化。 ２ 相变材料的相变机理及纤维用相变材料的选择 ２．１ 相变材料调温机理 相变材料能够根据外界环境温度的变化而发生相变，当环境温度或人体皮肤温度达到服装内相变材 料熔点时，相变材料吸收热量，同时从固态转为液态，以此在服装内层产生短暂的致冷效果。。如果在低于 相变材料结晶温度的寒冷环境下使用，液态的相变材料将转变回固态，释放其储存的能量，提供短暂的加 热效果。这种热转换在服装内起缓冲作用，减小皮肤温度的变化，延长穿着者的舒适感。 ２．２相变材料具有的特点 （１）能以“潜热”的形式吸收、储存、释放大量的能量； （２）相变材料有固定的温度变化范围（１～２０ Ｆ）； （３）相变材料的固液态能相互转化。 ２．３ 影响含有微胶囊包裹的相变材料调节温度有效性的因素 （１）相变材料的温度变化范围； （２）相变材料的热焓值； （３）每个微胶囊体中相变材料和微胶囊壁的比率。 ２．４纤维用相变材料的选择 正常条件下，人体的环境舒适温度一般在２９～３５ ｃＩ＝之间，因此一般选用相变温度落在此区间的相变 材料作为服用纤维的改性剂。一般应选择潜热和密度较大、热膨胀系数小、导热迅速的相变材料 。同 时，相变过程必须保持蓄热性能的稳定，无过冷、过热现象，在洗涤等使用过程中蓄热性能不损失、不变化。 具有使用价值的纤维用相变材料的使用寿命一般大于１０００次循环¨】。为了覆盖所有的实际需要温度范 维普资讯 http://www.cqvip.com １２ 纺织服装科技 ２００８年第２９卷 围，现在我们使用如下三种不同的相变材料。 （１）４１级——温度６５—８５ Ｆ，用于严寒气候； （２）４２级——温度８０—１００ Ｆ，用于温暖气候； （３）４３级——温度９０—１１０ Ｆ，用于炎热气候。 ３ 温度调节纤维及其制法 温度调节纤维是利用物质相变过程中释放或吸收潜热，保持温度不变的新型纤维。其相变主要表现 为液态与固态问的转变，或固体中的晶一晶、晶一液及其分子聚集态结构相的变化，并利用此转变的吸、 放热能保持温度稳定 。 ３．１复合纺丝法 将聚合物和相变材料熔体或溶液按一定比例采用复合纺丝技术直接纺制成皮芯型相变纤维。但是由 于相变材料的可纺性一般较差，同时相变材料在加工过程中的化学稳定性对该工艺路线的实施也有影响， 因此，一般通过添加第三组分的方法可以提高相变材料的可纺性。 采用熔融纺丝法生产调温纤维时，对相变材料的要求较高，应具有良好的热稳定性和化学稳定性，所 采用的相变材料主要是低分子相变材料的微胶囊以及高分子相变材料。在熔融纺丝过程中，纺丝液的温 度高达２００—３８０℃，压力高达２１ ＭＰａ，某些相变材料在熔融纺丝的高温和高压条件下会发生降解，其降解 后形成的产物会与成纤高聚物发生反应，导致纤维强度降低或变色 Ｊ。 ３．２中空纤维填充法 一般是通过对纤维内孔进行化学或物理改性，增加其对相变材料的表面浸润性能，尽可能地使相变材 料填充到中空纤维中去，也有用添加适当的表面活性剂到熔融相变材料中去的方法，改善其表面张力，使 熔融相变材料能浸润中空纤维的内壁。 在利用中空纤维浸渍填充法生产调温纤维的过程中，相变材料溶液的浓度应当适当，如果浓度过高， 溶液黏度太大，相变材料溶液难以进入中空纤维中；而溶液浓度太低，进入到中空纤维内的相变材料量太 少，调温效果不明显。采用中空纤维浸渍填充法生产调温纤维时，由于所用纤维的直径较大，这种调温纤 维难以在工业化应用中推广 ｏ 。 ３．３微胶囊涂层法 涂层剂包括聚合物粘合剂、相变材料微胶囊，涂层剂在特定温度下有特殊的蓄热效应。将含有相变材 料微胶囊的涂层剂涂到织物上，获得温度调节的效果。采用涂层法制得的微胶囊处于纺织品表面，耐洗性 较差，易被破坏 ｏ 。 ３．４微胶囊纺丝法 把直径在５ ｍ以下的相变材料微胶囊分散在聚合物熔体或者聚合物纺丝原液中，经纺丝得到相变调 温纤维。将相变材料制成微胶囊后提高了相变材料的稳定性，可更好地应用于纺丝，其微胶囊直径为１０— １６ ｍ，壁厚小于１ ｍ，相变材料的加入量为８０％一８５％。 现在已实现工业化生产的温度调节纤维品种较少，产品性能有待进一步提高。采用涂层和整理加工 的方法生产的调温纺织品，相变材料的含量较低，储热和调温功能较差，而且耐洗性、耐磨性较差。采用纺 丝法生产的调温纤维的调温功能和耐久性较好，但目前工业化生产的调温纤维，主要是利用相变材料微胶 囊进行加工的，由于相变材料微胶囊在熔融纺丝过程中需要经受高温和较大的压力，相应地会产生许多的 问题，因此现在工业化生产的调温纤维主要是通过将相变材料微胶囊加在腈纶成纤聚合物中，利用湿法纺 丝而制得的。调温纤维品种较少，相变材料在纤维中的含量有限。目前，主要生产的是Ｏｕｔｌａｓｔ调温纤维及 制品。 维普资讯 http://www.cqvip.com 第２期 丁丽等：温度调节纤维及其织物的发展与应用现状 １３ ４ 温度调节纤维的典型代表Ｏｕｔｌａｓｔ纤维 Ｏｕｔｌａｓｔ技术 的应用主要有两方面，即面料涂层和纺丝：①将含有Ｏｕｔｌａｓｔ技术的微胶囊（ＰＣＭＳ）涂 于织物表面；②用Ｏｕｔｌａｓｔ技术将微胶囊混人纺丝液中进行纺丝，主要应用于腈纶纤维。 毛纺型：线密度２．２ ｄｔｅｘ、３．３ ｄｔｅｘ、５ ｄｔｅｘ，长度为５１ ｍｍ、６０—１ １０ ｍｍ的不等长散纤维和毛条。 棉纺型：线密度１．７ ｄｔｅｘ、１．９ｄｔｅｘ，长度３８ ｍｍ。 纺织工业南方ｉ贝０试中心通过热分析法测出，Ｏｕｔｌａｓｔ腈纶纤维中所含热敏相变材料的吸热、放热性能： 融熔吸热温度范围为２４．Ｏ一３２．Ｏ℃，吸热焓值为４．３ Ｊ／ｇ；结晶放热温度范围为２３．５—１９．５℃，放热焓 值为２．４ Ｊ／ｇ。 ４．１ 温度调节的原理和特点 Ｏｕｔｌａｓｔ技术的关键是使用微胶囊包裹的热敏材料，这种材料具有以潜热的形式储存和释放能量的功 能。根据温度的变化，它可以固态、液态互相转化，从而达到吸热、放热的效果。Ｏｕｔｌａｓｔ纤维中的微胶囊 热敏相变材料为碳氢化蜡。它能根据外界环境温度的变化在皮肤上作出相应的反应，对温度变化有缓冲 作用。 由此纤维制成的服装中存在着成千上百万个具有能量转换功能的相变材料。它们能不间断地吸收和 释放能量，从而调节温度使服装保持在一个舒适的温度范围，故用该纤维可制得冬暖夏凉的服装。 ４．２ Ｏｕｔｌａｓｔ纤维加工过程中出现的问题 我国主要是进口Ｏｕｔｌａｓｔ纤维，将Ｏｕｔｌａｓｔ纤维与棉、麻、毛、丝等混纺，Ｏｕｔｌａｓｔ纤维本身容易起静电，而 且在纺纱的过程中微胶囊受到温度、挤压力以及摩擦的影响会发生破裂，不仅会使纺纱难于进行，而且会 影响温度调节的效果。因此，我们要进一步研究相变材料微胶囊在怎样的（温度、摩擦、挤压）的范围下，保 持其完整性，进而能够指导工业生产。 ５ 温度调节纤维的用途 ５．１服装领域 温度调节纤维做太空服、运动性服装，制成滑雪服、滑雪靴、手套、袜类。它根据人体头部或脚部过热 与过冷的情况，吸收环境或运动员剧烈运动产生的大量热量，使人体避免了过快的体温上升而出现的高热 现象。 ５．２医疗卫生用品 制成多种温度段和适合人体部位形态的热敷袋、被褥、服装等，相变材料可以根据环境及人体温度的 变化，吸收存储和重新释放热量，对病人的病情起到良好的辅助治疗作用 ５．３保护性装置 在头盔、膝盖护垫、肘部衬垫等保护性装置中应用微胶囊相变材料，可以适当地控制这些部位汗液的 产生与排放。通过微胶囊内的相变材料的相变可以调节身体局部温度的平衡，以减少湿热的产生，从而为 人体的这些部位提供适当的冷却度 。 ５．４军事用途 引 用于制造飞行保暖手套、军用冷热作战靴、潜水服、冬季服装、海军陆战队微气候冷却服装等方面。除 此之外，它还能用于红外线伪装服。军事应用上的红外光波段主要分为Ｏ．７５—３ 的近红外和３—１５ ｍ的热红外。近红外探测是根据目标与背景的亮度差别来发现目标的。因此，伪装主要是设法减少或消 除目标与背景的亮度差别。红外热象仪则是利用高于环境温度的物体都会向外发射红外辐射而使之成 像，因此，防热红外探测就是要降低目标在热红外谱段的热辐射，调温纤维及纺织品能缓冲人体散发的热， 维普资讯 http://www.cqvip.com １４ 纺织服装科技 ２００８年第２９卷 降低热红外辐射，有望在热红外伪装方面起到作用。 ６ 前景展望 采用相变材料直接复合纺丝法会使聚合物的可纺性下降，且若是固液相变材料复合纤维则相变材料 易流失、渗出，耐水洗性也较差。目前重点在于获得更小尺寸的胶囊，增大胶囊的强度、包囊率，增大纺丝 中相变材料的填充率以及对微胶囊复合纺丝工艺的深入理论研究。随着人们对纺织品功能性和舒适性的 要求不断提高，今后我们应向多功能化发展，如抗菌一热调节功能纤维，阻燃一控温纤维等方向发展。 参考文献： ［１］ 沈兰萍，李一玲，范立红，等．远红外多功能保健纺织品的研究开发［Ｊ］．现代纺织技术，２０００（０２） ［２］ 赵晓娣，邓桦．微胶囊技术在蓄热调温整理上的研究［Ｊ］．纺织导报，２００４，（３）：６８—６９． ［３］ 何厚康，张瑜，等．相变纤维的研究与发展［Ｊ］．合成纤维，２００２，（２）：１８—２０． ・ ［４］ 葛明桥，吕仕元．纺织科技前言［Ｍ］．北京：中国纺织出版社，２００４：１１１—１１７． ［５］ 张兴祥，朱民儒．新型保温、调温功能纤维和纺织品［Ｊ］．产业用纺织品，１９９６，１４（５）：４—７１ ［６］ 王玮玲，于伟东．相交纤维与伪相交纤维［Ｊ］．纺织导报，２００４，（１）：１—４． ［７］ 董家瑞．Ｏｕｔｌａｓｔ空调纤维的性能及其应用［Ｊ］．针织工业，２００７，（３）：３２—３４． ［８］ 瓮 亮，吴赞敏．织物的蓄热保温整理［Ｊ］．上海纺织科技，２００５，（１２）：１９—２１． ［９］ 宋肇堂．调温纤维及其纺织品［Ｊ］．印染助剂，２００４，２１（３）：１—４． （上接第９页） 务交易量的９５％。在纺织服装领域公司、批发零售业也已普及。美国官方统计，２００３年与纺织有关的 Ｂ２Ｂ交易超过８００亿美元。国内电子商务还处于成长阶段，纺织服装业由于产品特点决定受到眼看、手模 等人为主观因素的影响，电子商务的普及和推广受到一定。据ＣＮＮＩＣ统计，２００４年中国Ｂ２Ｂ电子商 务成交额近１１７亿美元，纺织服装类电子商务交易额不到其中的７．５％，差距很大。纺织行业各类信息网 站不少，但对市场信息服务水平不高。 ４．３．４纺织行业快速反应能力不强 纺织服装产品流行周期越来越短，已进入个性化、小批量、短周期、快交货、零库存的敏捷订制时期，世 界成衣定单交货期已缩短到６０天之内。据了解国内企业接到询盘的反应一般在２—３个工作Ｆｔ，明显慢于 国外的４—６小时反馈速度，不利于抢占有利时机。对最终市场的快速反应，涉及到企业设计、工艺、生产、 营销管理的快速反应，也涉及对相关产业要素资源配置的快速反应能力，对市场供求趋势和判断能力等 等。信息化滞后，使行业的快速反应能力不强，直接关系到行业的国际竞争力。 （下期待续）
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