凉爽纤维及其制品的导热性评价方法研究

沈佳宏++++戴晴++++诸佩菊++++李璇++++陈凤梅

摘要：凉爽纤维及制品主要特征是具有瞬时凉爽和吸汗快干性。评价该特性主要从导湿性和导热性两方面考虑，国内的相关检测手段主要用于表征面料的导湿性能，导热性能没有具体的表征方法。本文研究了不同的导热性能测试方法，并通过试验比较得出了较优的评价方法。

关键词：凉爽纤维制品；导热性；评价方法；测试

随着人们对生活质量要求的日益提高，对服装面料的健康性、舒适性、安全性和环保性等各种需求也是与时俱进，把休闲服与运动服相互渗透，融为一体是服装功能性演变的趋势所在，这类面料的服装既要求有美观的着装性，又要求有良好的舒适性，舒适性能是衣用纺织品最重要的性能指标之一[1]。凉爽纤维就是一种新型的降温散热纤维，凉爽纤维的散热性能是通过对合成纤维改性或织物结构设计、后整理加工等方式产生的，使汗水迅速迁移至织物表面并发散，从而达到吸湿、散热、保持人体皮肤干爽的目的[2]，其中包含采用凉爽纱作为吸湿排汗纱线[3]制成的纤维。

凉爽纤维及其制品主要特征是具有瞬时凉爽和吸汗快干的舒适性。其功能性主要体现在：（1）导热性好，能迅速将身体的热量散出，使穿着者有清凉的感觉；（2）导湿性好，产生的汗液能快速发散、汽化，与皮肤相接触的布料保持干爽，给人舒适的感觉。然而，国内的相关检测手段主要用于表征面料的导湿性能，对于导热性能没有具体的测试方法，检测机构由于缺乏统一的检测方法，无法对凉爽产品进行鉴别，严重影响了市场秩序。故对导热性能的评价方法的研究较为迫切而需要。本文研究了3种不同的导热性能测试方法，从中比较分析得出较优的评价方法。

1 试验部分

1.1 仪器与材料

1.1.1 仪器

Memmert UFE550型烘箱；Memmert CTC256气候测试箱；SFJJ-606PC织物保温性测试仪； FA2004N电子天平；梅特勒差示扫描量热仪。

1.1.2 样品

不同凉爽纤维含量制品：45%涤纶/55%改性纤维，55%涤纶/45%改性纤维，65%涤纶/35%改性纤维，65%涤纶/35%改性纤维（六角PK面料），65%涤纶/35%改性纤维（双面罗纹 ），72%涤纶/28%改性纤维（六角PK面料）等，由美津浓（中国）体育用品有限公司提供。

1.2 试验方法

1.2.1 散热降温值测试法

在控制相同温湿度的情况下，研究试样的温度降低值的变化。设置人体模拟温度，选择3个温度测试，分别为（36±0.5）℃、（38±0.5）℃、（40±0.5）℃，相对湿度均选择（90±3）%。根据课题组前期试验分析，由陈凤梅测试研究的《散热功能性织物测试方法的研究》[4]中得出了温度（38±0.5）℃、相对湿度选择（90±3）%为最适宜的试验环境条件。再把试样放进恒温恒湿试验箱内进行测试，恒温恒湿试验箱内配备的传感温度器，箱内温度为（38±0.5）℃，相对湿度选择（90±3）%，风速为0.2m/s～0.6m/s，试样温度测试传感器的精度为±（0.2%×|示值|+0.15）℃。恒温恒湿试验箱放置在温度为（20±2）℃、相对湿度为（65±4）%的恒温恒湿室内进行测试。确定了这些试验条件后进行测试，来研究最佳试验时间，分别选择了3个测试时间，为10min、20min、30min。

1.2.2 散热热导率测试法

研究试样散热关系比。根据织物的厚度与试样的热阻之间的关系，测试试样的热阻值，求得散热关系。将试样放在试验标准大气规定的温度和相对湿度条件下调湿24h，温度为（20±2）℃、湿度为（65±2）%。试验台要配置一套加热器，由3块不同形状的加热板组成，包括试验板、底板和保护板。加热板的温度调节范围为20℃～50℃，温度控制精度为±0.1℃，试验板的尺寸为250mm×250mm。加热板的温度通过试样的热阻值得出，热阻值由3块试样测试再取平均值，根据热导率的计算公式k=10-3×d/Rct，来分析比较凉爽纤维制品与普通纤维制品散热性能的区别。

1.2.3 差示扫描量热法

探索在常态条件下，通过试样的比热容来体现织物的散热能力。选择相应的测试仪器：梅特勒差示扫描量热仪；测试方法：多频温度调制技术（TOPEM法）；测量范围：0～50℃，升温速率：1℃/min；测试过程：原料烘干流程：烘干温度和时间为100℃，4h。然后进行差示扫描量热法试验。

2 试验结果与讨论

2.1 散热降温值测试法

从表1结果发现，含凉爽纤维的面料平均降温值为负值，普通面料的结果为正值，经过测试凉爽纤维制品在模拟人体运动出汗的条件中，温度为（38±0.5）℃、湿度为（90±3）%的环境下，凉爽纤维能使面料温度降低，具有降温功能。当测试进行10min时，1～6号含凉爽纤维的试样降温值在-0.54℃～-1.30℃范围内，降温幅度随凉爽纤维含量的增加而增加，当试验分别进行至20min、30min时，试样平均降温变化已与10min时相近，趋于稳定。因此前10min是试样吸湿散热的集中体现阶段，体现了10min内平均降温值的变化，可以反映面料的散热性能。而相同成分的3～5号试样，克重越低，降温越明显，说明克重对降温值有影响。其中克重相近的4～5号试样，织物织造结构的不同对降温的程度也有影响。

2.2 散热热导率测试法

试验采用普通纤维制品与凉爽纤维制品同时进行热导率的测试，分析比较其散热性能的区别。热导率又称导热系数，反映的是物质的热传导能力，k值越大，对导热有利，散热越快。根据热导率的计算公式 k=10-3×d/Rct，验证其散热关系。

从表2发现凉爽纤维制品的热导率均略高于普通纤维制品，凉爽纤维制品试样1～2号、5～6号分别与相近厚度的普通纤维制品试样12～13号、14号相比，凉爽纤维制品的热阻值均小于普通纤维制品， 热导率均大于普通纤维制品，从而证明凉爽纤维制品散热性快于普通纤维制品。同时随着凉爽纤维制品厚度的降低，即织物越轻薄，热阻越低，热导率越大，说明织物散热性能越好。但是本测试方法的不足之处是织物的热导率本身就很小，变化幅度不明显，当凉爽纤维含量较低时无法进行明显的区分。

2.3 差示扫描量热法

比热容是反映温度变化1℃所吸收或放出的热量，比热容越小散热越快。

从表3发现1～6号凉爽纤维制品试样比热容在1.07℃时为0.92J/g·℃～1.44J/g·℃，在48.90℃时为1.18J/g·℃～1.62 J/g·℃，凉爽纤维含量越高，比热容越低。7～10号普通纤维试样比热容在1.07℃时为1.80J/g·℃～2.31 J/g·℃，在48.90℃时为2.01J/g·℃～2.53 J/g·℃。试验证明凉爽纤维制品的比热容均小于普通纤维制品，其散热的速度快于普通纤维。

2.4 评价方法比较

凉爽纤维及其制品导热性能评价方法比较：

散热降温值测试法：该试验能明确体现出凉爽纤维面料与普通面料的差异性，加入散热功能的改性纤维可使织物具有降温性能，纤维成分及克重对面料的散热效果有影响，该评价方法能直观地体现其散热性能的强弱。

散热热导率测试法：该试验只能证明凉爽纤维制品散热性快于普通纤维制品。但是数据变化小，差异性不大，无法明显地进行区分。

差示扫描量热法：该试验体现了凉爽纤维制品散热速度较普通纤维制品快，但是纺织材料吸湿后，其比热容也相应增大[5]，故环境的湿度对凉爽制品影响较大。

3种方法比较下来是散热降温值测试法为相对最优。

3 结语

研究凉爽纤维及其制品的导热性评价方法，对于评价纺织品散热性能的效果，统一检验依据和手段，促进和指导生产，为满足市场需求是非常必要的[6]。本文对凉爽纤维及其制品的导热性评价方法进行研究，根据3种不同的评价方法进行分析比较，试验得出导热性的散热降温值测试法比另两种评价方法更客观、科学。该评价方法也可以填补现有凉爽纤维及其制品导热性能测试的空白，规范功能性服装的市场，为维护消费者权益提供有效申诉依据。

参考文献：

[1]孙玉钗.织物接触冷感与影响因素分析[J].棉纺织技术，2009，37（10）：594-597.

[2]翟涵，徐小丽，王其，等. 吸湿排汗纤维及其作用原理研究[J].上海纺织科技，2004， （2） ： 6-7.

[3]周礼标，龙海如，陈茂胜. 吸湿散热针织面料的开发及性能的研究[J].针织工业，2012，（8）：19-22.

[4]陈凤梅.散热功能性织物测试方法的研究[J] .中国纤检，2012，（3）：135-137.

[5]姚穆，周锦芳，黄淑珍，等. 纺织材料学[M]第2 版.北京：中国纺织出版社，1997：437.

[6]郭朝红，李黎. 纺织品吸湿排汗性能测试方法的研究[J].检验检疫科学，2005，（4）： 15-17.

（作者单位：上海市质量监督检验技术研究院）