张贵生 陈向标

(揭阳市质量计量监督检测所 广东 揭阳 515300)

智能调温纺织品及其测试评价方法探讨

张贵生 陈向标

(揭阳市质量计量监督检测所 广东 揭阳 515300)

智能服装正成为迅速发展的时尚产品，然而相关的测试和评价手段却明显滞后。本文探讨了智能调温纺织品的测试评价方法(差示扫描分析法DSC、温度调节因素法TRF、暖体假人法、微气候仪法、步冷曲线法)，为智能调温纺织品的测试研究提供参考。

智能服装;智能调温;相变材料

智能调温纺织品是指对温度或温度变化有响应的智能纺织品，是一种具有双向温度调节作用的、以改善舒适性为主要目的的新型织物。它是将相变蓄热技术与纤维和纺织品制造技术相结合开发出的一种高技术产品，具有自动吸收、储存、分配和放出热量的功能，有智能调温的效果，有助于保持人体体表温度并创造舒适的温度环境。其调温原理是利用含有的相变物质随外界环境温度的变化发生液—固可逆变化，即环境温度升高时吸收储存热量，自身由固态变为液态；当温度降低时，放出储存的热量，相变物质由液态变为固态，从而实现纺织品的温度自调节，创造舒适的温度环境。

近年来，智能调温纺织品作为一种新型智能纺织品，以其良好的舒适性和高技术含量而呈现良好的发展态势。然而对于智能调温纤维与织物的温度调节能力至今还没有统一的测试方法与标准，比较常用的有热分析法(DSC)、步冷曲线法、微气候仪法、暖体假人法等等。本文就上述各个测试方法进行了探讨，可为智能调温纤维与织物的调温性能评价提供参考。

一、智能调温纺织品的测试评价方法

(一)差示扫描量热法(DSC)。现阶段相变特征和行为的表征与测试主要采用DSC。在测定过程中样品和参比物始终保持相同的温度，在程序升/降温过程中，比较空白样品和含相变物质的试样后可以发现，当试样发生相变时会产生热效应，并促使试样与参比物在升/降温过程中温度变化速率的改变，同时在DSC谱图上呈现脉冲(图1)。分析图谱可得到相变过程的相关指标，包括相变温度、相变热、相变焓、热转变中的能量损耗等数值，从而评价相变材料的调温性能[1]。

图1 标准DSC曲线示意图

(二)温度调节因素(TRF)测试法。温度调节因素法(TRF)用于测量影响温度调节的各种因素，适用于在试验室模拟真实生活状况的生理测试。该系统使用连续的环境温度和能量，维持一种模拟皮肤的温度。测量皮肤温度随外界能量变化的波动状况，这种能量正是织物和纤维调节温度的决定因素。

TRF测试在专门的测试仪上进行，每一个织物测试2次，首先在恒定的热量输入测得织物的热阻R(温度调节参数)，再输入随时间变化的正弦热量，进而获得织物的TRF值。在R值测试中，通过热片的热流要保持连续，常为150 W/m2。冷片温度也要连续，常为10℃；在TRF测试中，热片温度的变化范围集中在被测织物相变材料使用温度区域的中点附近。经过15分钟2次能量循环后，在第二次循环中可得到热板的温度变化量(Tmax-Tmin，℃)和热量变化量(qmax-qmin，J)进而算出TRF值[2]。

(1)

式(1)中:R为温度调节参数，℃/J。

TRF是一个无量纲的变量，其值介于0-1之间。数值越小，表示调温能力越强。“0”表示织物有无限的温度调节能力，“1”织物无调温功能。

(三)暖体假人法。暖体假人法能对服装整体的热湿性能进行评价。暖体假人模拟真人群体的几何造型，符合真人群体统计数据的平均值；全身分为头、躯干、四肢等至少6个解剖段；皮肤温度被加热到一恒定温度，其温度接近人体平均皮肤温度且皮肤表面装有温度传感器；能维持静止站立和动态步行2种姿势，步速为30-60步/min。

在暖体假人法中，气候调节仓内安装一定数量的环境温度传感器、环境湿度传感器和环境风速传感器，并对传感器的精度有一定要求：温度传感器精度优于0.2℃；湿度传感器精度优于5%，风速传感器的精度优于0.05 m/s。

暖体假人试验可分为静态和动态试验，动态试验时设定步速和步长。暖体假人达到动态热平衡后，至少每分钟检测一次皮肤温度、环境温度和调控加热功率，这种状态必须保持3 0 min以上。暖体假人符合人体解剖生理特点，能模拟人体表面温度分布，不受生理、心理因素的影响，试验结果稳定，误差较小，测量精确[1]。

(四)微气候仪法。织物微气候仪用于检测模拟外界环境中模拟皮肤与试样间的微气候变化及热湿传递状况，即检测人体热量和汗气通过织物内空气层、织物及织物外空气层与环境进行能量、质量交换的全过程，并用温度和湿度梯度法测试出织物能量交换和质量交换的状态变化，反应织物对能量流和质量流的阻力。常用的微气候仪有原田织物微气候仪、姚穆- Yasuda多功能织物微气候仪、Wehner-Gibson织物微气候仪、崔慧杰动态织物微气候仪等[2]。

(五)步冷曲线法。分别将含和不含相变材料的试样放入圆筒保温仪中，同时升温到一定温度(如46℃)，并稳定一定时间后(如15 min)同时移出，在一定时间间隔下(如10 s)记录试样在不同时间所对应的温度。以时间为横坐标、温度为纵坐标，绘制步冷曲线。从图2中可看到，在温度下降到相变点之前，2个试样均为显热放热，温度下降趋势大体相同。但温度下降到相变点之后，相变材料变为潜热放热，温度变化趋于缓和，温度下降的速度明显低于空白试样。比较二者的步冷曲线可以看出，含相变材料试样有调节温度和延缓温度变化的作用。

图2 步冷曲线示意图

二、结语

近年来，随着智能材料的不断创新，智能纤维、智能纺织品及智能服装正成为迅速发展的时尚产品。然而，相关的测试和评价手段却明显跟不上产品发展的要求，影响了研究过程对智能特性的准确认识与判断以及产品的市场化运行。虽然，现有的评价方法可以在某些方面表达智能纺织品的特性，但目前尚无专用测试仪器，其特性的测试和评价的手段滞后，因此，需要规范测试方法和制定测试标准，加大力度研发专用测试仪器，完善智能纺织品的评价体系[3]。

[1]展义臻,朱 平,张建波等.相变调温纺织品的热性能测试方法与指标[J].印染助剂. 2006,23(10):43-46.

[2]兰红艳,方磊.智能调温纤维及其制品调温能力评价方法的探讨[J].上海毛纺科技. 2013,2(10):39-43.

[3]肖俐,刘晓霞,翟云祁.智能纺织品评价体系待完善[J]. 纺织科学研究, 2015 (11)：30-32.

张贵生(1970-)，男，广东揭阳人，工程师，从事纺织品质量检验。