光热转换面料的吸光升温性能研究

2020-09-25

中国纤检 2020年9期

保温面料有消极保温面料和积极保温面料之分。消极保温面料主要是通过保温的方式，防止人体热量逃逸。如通过增加面料厚度和利用静止空气以起到隔热保温的效果，一般材料较为蓬松、缺乏美感，不适用于运动场合和商务场合。积极保温材料则是通过从外部吸收能量，主动提高面料或人体与面料的环境温度。如利用电池和发热体将电能转化为热能而起到保温作用的加热型面料，但这类面料一般耐洗涤性及便携性较差[1-3]。光热转换面料是蓄热面料中的一种，它是一种新型的积极保温面料，它可吸收太阳光，将光能转化为热能[4]，提高面料温度，从而起到蓄热保暖作用。

光热转换面料实现其蓄热保暖功能主要有两种途径，一是可通过面料的后整理，如涂层整理[5]，将蓄热材料以涂层的方式覆盖在面料的表面，从而使传统面料获得吸光升温功能；二是直接由含有碳化锆等过渡金属元素碳化物的光热转换纱织造而成光热转换面料，使面料具备吸光升温的蓄热功能[2]。光热转换纱的蓄热面料与消极保温面料相比，在不改变织物风格、不增加织物厚度的情况下，即可具备优良的吸光升温性能；而与加热型积极保温面料相比，它不需要外置加热元器件也可具备优良的吸光升温性能。因此，光热转换面料既保证了面料的轻便性、美观性、设计多样性，又具备了吸光升温的特点，可广泛应用于运动服、职业服装、冬季服装中，具备广阔的市场应用前景。

对于光热转换面料，其吸光升温性能是其最重要的特性，直接决定其最终产品的应用价值及质量。本文以光热转换纱织造而成的面料为研究对象，研究面料颜色、光热转换纱含量、光热转换纱排列方式对其面料吸光升温性能的影响。

1 试验

1.1 原理

将光热转换面料与参比面料一同在500W功率的光源下照射20min，用温度传感器分别测量光热转换面料与参比面料的表面温度，并记录温度值，以20min内的最大升温值、测试终点时光热转换面料与参比面料的温度差值表征光热转换面料的吸光升温性能。

1.2 试验条件

仪器设备：蓄热测试仪（TST-XG001）；

光源：500W；

温度传感器：精度0.1℃；

温度记录仪：数据采集间隔6s；

环境条件：温度（20±2）℃、相对湿度（65±4）%的恒温恒湿室，实验室中不应有对试样造成影响的热辐射源。

1.3 样品

面料在测试前，应置于1.2所示环境中，调节参比面料与光热转换面料二者温度为（20±0.5）℃，且二者的初始温度差≤0.2℃，同一组试验内的多次测试间初始温度差≤0.2℃。

光热转换面料（纱线A：20D/24F锦纶消光FDY；纱线B：20D/18F锦纶光热转换FDY，由厦门东纶股份有限公司提供）：橙色系列蓄热面料（纱线排列方式及其光热转换纱含量分别为：22A2B×22A2B，8.34%； A×3A1B，12.36%；12A2B×12A2B，14.28%；6A1B×6A1B，14.28%；A×2A2B，24.72%）、藏青色系列蓄热面料（纱线排列方式及其光热转换纱含量分别为：22A2B×22A2B，8.34%；A×4A1B，9.89%；A×6A2B，12.36%；6A1B×6A1B，14.28%；12A2B×12A2B，14.28%；A×B，49.91%）。

参比面料：与光热转换面料同材质的锦纶标准贴衬织物（符合GB/T 7568.3—2008）。

1.4 测试过程

将60mm×100mm的光热转换面料和参比面料均置于1.2所示环境中，采用500W的光源照射，利用温度传感器实时记录光热转换面料及参比面料温度，用于绘制试样温度—时间的吸光升温曲线，测试20min后关闭光源，以最大升温值及终点温差评价其吸光升温性能。

2 试验分析与讨论

2.1 面料颜色与吸光升温性能的关系

选择光热转换纱含量及组织结构参数相同的两组橙色及藏青色面料互为参比试样，研究面料颜色对吸光升温性能的影响。其中，光热转换纱含量14.28%，纱线排列为12A2B×12A2B的面料测试结果见表1、图1、图2；光热转换纱含量为8.34%，纱线排列为22A2B×22A2B的面料结果见表2、图3、图4。

表1 不同颜色的蓄热面料（光热转换纱含量14.28%）的测试结果

图1 不同颜色的蓄热面料（光热转换纱含量14.28%）吸光升温曲线

图2 不同颜色的蓄热面料（光热转换纱含量14.28%）终点温差曲线

表2 不同颜色的蓄热面料（光热转换纱含量8.34%）的测试结果

图3 不同颜色的蓄热面料（光热转换纱含量8.34%）吸光升温曲线

图4 不同颜色的蓄热面料（光热转换纱含量8.34%）实时温差曲线

由表1、表2可知，在织物组织结构参数一致的情况下，光热转换纱含量为14.28%时，纱线排列为12A2B×12A2B的藏青色面料相比橙色面料，其最大升温值高出1.3℃；光热转换纱含量为8.34%时，纱线排列为22A2B×22A2B的藏青色面料相比橙色面料，其最大升温值高出1.0℃。如果橙色面料的最大升温值要与藏青色面料的最大升温值相当，必须提高橙色面料的光热转换纱含量。如，14.28%的橙色面料其最大升温值方能与蓄热纱含量为8.34%的藏青色面料相当，约为33.5℃。两种光热转换纱含量的测试结果均表明藏青色面料的最大升温值高于橙色面料。也就是说在光热转换纱含量、面料组织结构一致的情况下，颜色越深，吸光升温性能越好。

由图1、图3可知，在试验过程中，前5min光热转换面料升温速率最大，5min到10min放缓，10min以后光热转换面料的温度变化较小；由图2、图4可知，在试验过程中，前5min藏青色光热转换面料与橙色光热转换面料的温差不断扩大，直至5min后趋于稳定。但在照射全过程中，藏青色面料的温度始终高于橙色面料，这进一步验证了在光热转换纱含量、面料组织结构一致的情况下，颜色越深，吸光升温性能越好。

2.2 光热转换纱排列方式与吸光升温性能的关系

以光热转换纱含量14.28%的藏青色面料及橙色面料为研究对象，选取6A1B×6A1B以及12A2B×12A2B的两种纱线排列方式，其他组织结构的参数，如纱支、厚度、密度均一致的面料互为参比试样做测试，其测试结果如表3、图5、图6所示。

表3 光热转换纱含量14.28%不同纱线排列方式的测试结果

图5 不同纱线排列方式的藏青色光热转换面料吸光升温曲线

图6 不同纱线排列方式的橙色光热转换面料吸光升温曲线

由表3可知，对于两种纱线排列6A1B×6A1B和12A2B×12A2B的藏青色光热转换面料在照射20min下，其最大升温值均为34.4℃，测试终点相对温差为0℃。从图5也可以看出，两种纱线排列的藏青色光热转换面料在照射20min全过程吸光升温值基本一致。

同样的，两种纱线排列的橙色光热转换面料在20min照射全过程吸光升温值基本一致，其最大升温值分别为33.3℃和33.2℃，相对温差0.1℃，其吸光升温性能相当。这与藏青色光热转换面料的测试结论一致。因此，在光热转换纱含量、面料颜色一致的情况下，纱线的排列方式对面料的吸光升温值影响不明显。

2.3 光热转换纱含量与吸光升温性能的关系

以系列藏青色蓄热面料为研究对象，以不含光热转换纱的同材质锦纶标准贴衬织物为参比样，研究光热转换纱含量对藏青色面料的吸光升温性能的影响，测试结果见表4、图7、图8。

表4 不同蓄热纱含量的藏青色面料吸光升温测试结果

图7 藏青色蓄热面料的吸光升温曲线

图8 藏青色系列蓄热面料的最大升温值曲线

由表4、图7可知，添加了蓄热纱的面料，经照射20min后，其面料的最大升温值明显升高，且其最大升温值随着添加量的明显增加而明显提高。在蓄热纱添加量为8.34%时，其最大升温值相比初始温度20.0℃上升至33.5℃，与未添加蓄热纱的参比样相比，测试终点相对温差为1.4℃。在蓄热纱含量增加至49.91%，即经纱均为蓄热纱，其最大升温值相比初始温度20.0℃上升至35.9℃，与未添加蓄热纱的参比样相比，测试终点相对温差为3.8℃，其吸光升温性能明显提升。

但是从图8可知，藏青色蓄热面料在蓄热纱含量在9.89%～14.28%范围内，其吸光升温性能相当，最大升温值分别为34.6℃、34.5℃、34.8℃，没有明显区别。这是因为颜色对吸光性能的影响明显，藏青色面料本身颜色较深，而蓄热纱含量对其吸光升温性能的影响因子比例下降，在蓄热纱含量未明显增加时，其吸光升温性能提升较小。因此，为了实现吸光性能的明显提升，生产工艺中也应明显增加蓄热纱含量。

以系列橙色蓄热面料为研究对象，以同材质的锦纶标准贴衬织物为参比样，研究蓄热纱含量对橙色面料的吸光升温性能的影响，测试结果见表5、图9、图10。

表5 不同蓄热纱含量的橙色面料吸光升温测试结果

图9 橙色蓄热面料的吸光升温曲线

图10 橙色系列蓄热面料的最大升温值曲线

由表5、图9、图10可知，同藏青色面料一致，对于橙色光热转换面料，随着面料中蓄热纱含量增加，其吸光升温性能也不断提升。从光热转化纱含量为8.34%到24.72%，其最大升温值从32.6℃上升至34.3℃，但其升温幅度明显小于藏青色面料，这也进一步验证了深颜色面料的吸光升温性能更好这一结论。同样，在光热转换纱含量为12.36%及14.28%时，其吸光升温性能没有明显的区别，直至光热转换纱含量提高到24.72%时，其蓄热性能方得到明显提高。这也进一步验证了只有在生产工艺中明显增加蓄热纱含量，方可实现吸光升温性能的明显提升。