保暖材料(冬服保暖功效学原理及保暖材料的发展现状与前景)

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2004年第7期国宝l 纺织技雍综述1引言近年来，随着物质生活水平的不断提高，人们对穿衣的要求也越来越高。尤其在寒冷的冬季，一些笨重、臃肿的服装已经不能满足人们对美的渴望，保暖、舒适、时尚的多功能服装已成为冬服的消费主流。鉴于此点，国内外保暖材料的开发得到了空前的发展。2冬服保暖功效学原理2．1人体热平衡方程人体热舒适性最基本的条件是维持人体热平衡，即人体自身产生的热量和向环境散失的热量之间能量交换的平衡。人体与周围环境之间能量交换的基本热力学过程可用下式表示：．s=M 一形一尺一C—E式中：S——人体蓄热量(W ／m 2)；卜人体新陈代谢产生的能量(w／m 2)；卜人体对外做功(w／m 2)；R——人体通过辐射散失的热量(W ／m 2)；C——人体通过对流散失的热量(w ／m 2)；E——人体通过蒸发散失的热量(W ／m 2)。在人体一服装一环境这个系统中，服装起着调节人体热平衡的作用。在寒冷的环境中，如果服装的保暖性较差，人体可能散热过多，产生热亏损，导致体温下降⋯。从以上热平衡方程可以看出，在特定的环境条件和活动水平下，服装的保暖量需要有一个最佳的范围，因此理想的冬服要具有适当的保暖性和较好的透湿能力。

2．2冬服的保暖机理服装的保暖性是三个部分的综合效应：R。=R。+Ri +R。式中：R。——服装总热阻；R。——服装自身热阻，取决于服装材料的热阻；尺i ——人体与服装间空气层热阻；尺。——服装表面滞留的空气层热阻。在三部分中，R。即服装材料的热阻是服装保暖力的主体，也是最能主观调节的服装功效因素。服装材料是一种或几种纤维与空气的集合体，材料的保暖力实际上就是这个集合体的综合热阻‘ 21。服装材料的热传导量主要受纤维、空气的导热系数及两者比例的影响。空气的导热系数很小，而纤维虽说也是热的不良导体，但其导热系数却比空气大得多。因此，要减少服装的热传导量应该尽可能地增加织物中静止空气的含量。但是，纤维对热辐射有阻挡作用，而空气对热辐射没有阻挡作用。因此，增加织物中的空气含量比例，虽能减少热传导，但却会导致热辐射量的增加。由此可见，优良的保暖材料其纤维与空气含量应有一个最佳的比例。2．3冬服的透湿机理保暖服装的透湿性能是影响保暖服装舒适性的主要因素之一。人体穿着服装的舒适条件是衣服内温度为34℃左右，相对湿度60％左右。

如果服装透湿性差，就会导致衣内相对湿度大幅增加，材料回潮率上升，传导热阻下降，显著降低保暖效果。而且衣内层的回潮率若较高，将粘贴皮肤，出现“ 湿闷” 之感，影响肢体的正常活动。服装材料湿传递的途径主要有三种：——1—— 万方数据综述国外纺织技疵总第232期( 1) 织物的透汽作用；( 2) 织物的吸湿放湿作用；( 3) 织物的吸水放湿作用。表1为水分通过织物的传递途径与机理分析⋯。表1织物的湿传递机理由表l 可知，不同出汗状态下，服装材料的湿传递的途径和机理是不同的。水汽分子直接穿过纤维缝隙扩散到衣外的只占全部透湿量的一部分。如果材料的结构紧密，水汽分子能够通过，而空气不能透过或者透过的阻力极大，那么这样材料不仅具有很好的透湿性，而且防风性能也很好，符合保暖材料的舒适性要求。2．4保暖材料应具备的条件由上面的分析，我们可以看出，优良的冬季保暖服装材料应具备以下两个条件：( 1) 最佳的保暖性能；( 2) 一定的透湿性能。3保暖材料发展现状3．1传统保暖材料长期以来，人们主要通过两种途径来提高织物的保暖性能：一是尽可能采用导热系数较小的纤维来制造保暖材料。

但由于各种常用纺织纤维的导热系数相差不大，因此通过这种办法来提高材料的保暖性能既困难又不理想。二是综合考虑传导、对流和辐射的因素，尽可能地寻求一种合理的空气一纤维混合结构，使织物中的含气量在不流动的前提下达到最大，即获得最大静止空气含量。目前，国内外较常见的传统保暖材料有以下几种。3．1．1喷胶棉絮料它是一种利用喷洒粘合法生产的高蓬松多孔性的非织造布，选用中空或高卷曲涤纶、腈纶为原料，经过开松、混合、成网、喷洒粘合剂和烘燥等工一2一序制成。这种材料由于在喷淋时有一定的压力，以及下部真空吸液时的吸力，所以在纤维层的内部也能渗入粘合剂，喷洒粘合剂后的纤维层再经过烘燥、固化，使纤维间的交接点被粘接，而未被彼此粘接的纤维，仍有相当大的自由度。同时，三维网状结构仍保留有许多容有空气的空隙。因此蓬松度高，弹性好，手感柔软，具有优良的保暖性能。我国从20世纪80年代开始生产喷胶棉，生产发展十分迅速。目前，喷胶棉大量代替了羽绒、羊毛和棉絮等传统保暖材料用于滑雪服、太空服、仿羽绒被和床罩睡袋等旧J 。3．1．2无胶棉絮片采用复合纤维为原料与羊毛或棉花按一定比例混合，经梳理成网、热烘、定型处理制成。它具有很好的蓬松度，回复率高，轻巧柔软，保暖性能好，被誉为“ 当代人造羽绒” 。

国内无胶棉是在20世纪90年代起步的，广泛应用于服装、床上用品、睡袋、沙发和医疗卫生用即弃领域。混纺絮片可制成高档的羊毛被、棉花被和高档棉衣等。近几年来，我国化纤和非织造布工业的迅猛发展，以及人们保健意识的加强使得无胶棉的应用领域更加广泛‘ 4|。3．1．3水刺法生产的保暖絮片这类保暖材料是采用生态的射流喷网工艺加工的非织造布。它由聚酯纤维网组成，纤维网上方及下方有一排排水针，每排水针间的距离不超过16 m m 。水流在一定角度( 45—89。) 范围内以对角线形状分布对材料进行喷射，使材料牢度提高，并形成有规律的孔眼，使材料具有良好的透气性∞J 。目前采用此种保暖材料的有俄罗斯的粘胶保暖材料，还有美国杜邦公司采用聚烯烃熔体挤压方法制成的TenIl ol i te材料、美国3M 公司采用含有热塑性组分( 热塑纤维、热塑粉末、双组分纤维) 的纤维网用热风法使之结合而制成的Thi n—sul ate材料。欧洲则采用各类聚酯纤维，包括普通聚酯加上硅处理聚酯、普通聚酯和异形及中空聚酯等，用水刺法生产各种保暖材料。3．1．4中空纤维材料由于中空纤维内部含有不产生对流的滞留空气，中空纤维材料靠提高中空度来增加滞留空气含量而使产品达到更轻更暖的效果。

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