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1、第2 8 卷第2 期 2 0 0 7 年2 月 纺织学报 J o u m a l 7 r e x t i l eR e s e a r c h V 0 1 2 8N o 2 F e b 2 0 0 7 文章编号:0 2 5 3 9 7 2 1 ( 2 0 0 7 ) 0 2 0 0 7 6 0 5 光热转换型蓄热材料及其蓄热纺织品 李俊升1 2 ,马晓光1 2 ,张晓林1 ,夏少白3 ,汤铸先4 ( 1 天津工业大学材料科学与化学工程学院,天津3 0 0 1 6 0 ;2 天津工业大学改性与功能纤维天津市重点实验室, 天津3 0 0 1 6 0 ;3 泉州纺织服装学院,福建石狮3 6 2 7
2、0 0 ;4 福建省石狮市华联针织有限公司,福建石狮3 6 2 7 0 0 ) 摘要对比了2 种光热转换型蓄热材料c R 一1 和c R 一2 的热性能,优选出c R 一2 并用其对纺织品进行涂层整理,以 开发具有蓄热功能的纺织品。探讨了c R - 2 在涂层浆中的含量、织物上的涂层量、辐照面等因素对织物热性能的影 响,优化了涂层工艺,测试了涂层织物太阳光下的蓄热性能以及涂层织物的力学性能。研究表明:开发出的c R 一2 涂层织物蓄热效果明显,整理工艺对织物的强力影响很小。 关键词光热转换;蓄热材料;纺织品;红外辐射;热性能 中图分类号:T s l 9 5 5 9 7文献标识码:A L i g
3、 h t h e a tc o n V e r s i o nt h e r m a ls t o r a g em a t e r i a la n dt e x t i l e st h e r e o f L IJ u n s h e n 9 1 一,M AX i a o g u 肌9 1 一,Z H A N GX i a o l i n l ,X I AS h a o b a i 3 ,7 r A N GZ h u x i a n 4 ( 1 b o f 矿肘口耙也zs c 拓n c e & c k m 池zE n 鲥n 矗愕,嘞彬nP 0 蜘砌n 幻踟觇瑙毋,彬n3 0 0 1 6
4、0 ,吼i 加; 2 死。彬n 脚如6 0 m 胁r y 旷硒e r 胁删i c 幻n 口以n 删幻M Z “6 e r ,柳nP 0 忉 n 缸i 抛r s 蚵,彬n3 0 0 1 6 0 ,吼i M ; 3 Q H 如u 勉池能聊眦胁打姚,鼽括肮,删洳3 6 2 7 0 0 ,吼i ,l n ;4 日m 如n 胁涮n gc o 删,航括胁,凡蜘n3 6 2 7 0 0 ,吼i M ) A b s t r a c tT h i s p a p e rs t u d i e dt h et h e 珊a lp r o p e r t y o ft w ok i n d so f 1 i g h
5、 t h e a tc o n V e r s i o nt h e m a ls t o m g e m a t e r i a l sC R 一1a n dC R 一2 ,a n dt h m u g hc o m p a r i s o n ,C R 一2w a ss e l e c t e da n da p p l i e dt ot e x t i l e sb ym e a n so f c o a t i n gt e c h n i q u et od e V e l o pan e wt e x t i l e 访t ht h e 珊a ls t o r a g ef u
6、n c t i o n T h ei n n u e n c eo ft h ep e r c e n t a g eo f C R - 2i nc o a t i n ga g e n t ,c o a t i n gw e i g h to nf 如r i c ,r a d i a t e da r e ae t c o nt h et h e m a lp r o p e r t yo ft h ef a b d cw a s i n V e s t i g a t e da n dt h ec o a t i n gp r o c e s sw a so p t i m i z e d
7、 T h et h e 珊a ls t o r a g ep o w e ro ft h ec o a t e df a b r i cu n d e rt h e s u n l i g h ta n di t sp h y s i c a la n dm e c h a n i c a lp m p e r t i e sw e r et e s t e d I tw a sf o u n dt h a tC R 一2w a sani d e a lt h e 珊a l s t o r a g em a t e r i a la n dt h ea d o p t e d6 n i s h
8、 i n gp r o c e s sh a d1 i t t l ee e c to nt h es t r e n 疹ho ft h ef a b d c K e yw o r d s1 i g h t h e a tc o n V e r s i o n ;t h e m a ls t o r a g em a t e r i a l ;t e x t i l e s ;i m a r e dm d i a t i o n ;t h e 珊a lp r o p e r t y 随着人们对服装审美要求的提高,服装轻薄化 成为趋势,通过增加服装丰厚度的御寒方式已不被 人们所接受,新型蓄热保温
9、纤维和织物的开发研制 变得非常迫切。开发蓄热保温纤维和织物的方法是 将蓄热材料与纤维或纺织品进行结合。传统蓄热材 料有远红外反射材料( 如铝金属) 、远红外线放射蓄 热材料( 如陶瓷粉) 、把电能转换成热能的电器发热 材料以及使用铁粉等把空气中的氧元素氧化并发热 的化学反应的发热材料等。传统蓄热材料在蓄热保 温效果、便携性以及耐久性方面存在一定的问题。 光热转换型蓄热材料能吸收太阳辐射中的可见 光与近红外线,并可反射人体热辐射,是具有蓄热保 温功能的材料。当阳光照射时,阳光的一部分能量 可被它们吸收,并转换成热能放出,它也可吸收人 体发射出的热量,并向人体辐射一定波长范围的红 外线( 其中包括
10、最易被人体吸收的7 1 4 “m 波长 段) ,使人体局部产生温热效应,起到保温作用。 由于具有独特的光热转换性质,光热转换型蓄热材 料比传统蓄热材料具有更优越的蓄热保温效果。目 前,研究新型高光热转换材料,开发优良的光热转换 收稿日期:2 0 0 6 0 5 2 3修回日期:2 0 0 6 0 9 0 4 基金项目:福建省泉州市重大科技项目资助( 2 0 0 4 S 5 6 ) 作者简介:李俊升( 1 9 8 0 一) ,男,硕士生。主要从事智能纺织品的研究。马晓光,通讯作者,E m a i l :x g m a t j p u e d u c n 。 万方数据 PDF Watermark
11、Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 第2 期李俊升等:光热转换型蓄热材料及其蓄热纺织品 7 7 纤维及纺织品已成为一个新的热点。 本文对比了2 种具有高光热转换率的蓄热材 料,优选后通过涂层的方法将其添加到纺织品上,研 发了阳光蓄热保温纺织品,并对其性能进行了探讨。 1实验 1 1 材料 蓄热材料c R 一1 ,粒径1 2u m ,纯度9 9 ;蓄热 材料c R 一2 ,粒径1 2 肚m ,纯度9 9 ;低温黏合剂( 丙 烯酸酯类) ;平纹棉织物( 2 8t e x 2 8t e x ,
12、2 5 0 根1 0c m 2 5 0 根1 0c m ) 。 1 2 仪器与设备 涂层机,L T F9 7 8 8 5 ,s 埘t z e d a n d ;红外灯( 中心波 长为1 2 5 肚m ) ,2 2 0v 2 5 0w ,通用电气嘉宝照明 有限公司;点温计,J T l 3 1 0 ,深圳市经腾威实业有限 公司;电子天平,L T ,沈阳龙腾电子有限公司;电热 恒温水浴锅,天津市中环实验电炉有限公司;电热鼓 风干燥箱,D L 1 0 1 1 ,天津市中环实验电炉有限公 司;强力机,Y C 0 6 5 ,莱州电子仪器有限公司;自制的 织物蓄热性能测试仪,结构如图1 所示。 图1织物蓄热
13、性能测试仪 F i g 1 T e s ti n s t r u m e n to ft e x t i l et h e 珊a lp m p e n y 1 3 整理工艺及流程 工艺流程:涂层浆配制一织物涂层一焙烘。 涂层浆配备:边搅拌边按比例往烧杯中加入蓄 热材料和黏合剂,使其尽量混合均匀,涂层浆应随用 随配。 1 4 测试方法 1 4 1 织物蓄热量 用织物蓄热性能测试仪将点温计的传感探头紧 贴于织物的表面,测量织物的表面温度( 采点间隔为 每分钟采点1 次) ,然后根据公式p = M c 丁计算 织物的蓄热量p 。式中:M 为样品质量;c 为样品 比热;r 为温差。起始温度2 0 ,在
14、红外灯辐照的 条件下测量升温过程蓄热量变化;然后关掉红外灯 自然降温,测量降温过程蓄热量变化。升降温各 1 01 1 l i n 。 1 4 2 涂层量 涂层量是指单位面积涂层织物上涂层物的质 量,单位为g m 2 。 涂层量= ( 彬2 c d 一训I 0 6 ) 1 0 4 式中:埘,为空白织物的质量( g ) ;0 6 为空白织物的 面积( c m 2 ) ;埘:为涂层织物的质量( g ) ;c d 为涂层织 物的面积( c m 2 ) 。 1 4 3 机械强力 参照G B3 9 2 3 1 9 8 3 中的条样法,剪取3 个尺 寸为2 0 0m m 5 5m m 的试样,通过拆线使试样
15、宽度 为5 0m m ,然后在强力机上测试,取织物断裂强度和 断裂延伸率的平均值。 2 结果与讨论 2 1 蓄热材料的光热转换性能 将2 种蓄热材料c R 一1 和C R 一2 粉末( 厚约1m m ) 分别放在织物蓄热性能测试仪中,点温计触点置于 粉末内部且保持相同的深度,在红外灯辐照的条件 下,i 贝0 试其在升温过程中蓄热量的变化情况,起始温 度2 0 ;然后自然降温,测试降温过程中蓄热量的 变化。升降温过程均为1 0I I l i n ,试样蓄热性能变化 曲线如图2 所示。 o 晕 兰 删 壤 鞠 ;: ;+ c R 1 :暴! 一一分 浍吣 024681 01 21 41 61 82
16、 0 时间n l i n 图2 不l 司蓄热材料蓄热性能曲线 F i g 2T h e m a l - s t o r a g ep m p e r t yc u r - v e s o fd i f 五e r e n tt h e n n a l s t o r a g em a t e r i a l s 从图2 可看出,2 种蓄热材料蓄热量的升温速 率不同,c R 一2 蓄热量的升高速率明显大于c R 一1 。这 是由于要提高蓄热材料吸收红外辐射的能力,所遵 循的原理是使光谱匹配。辐射源的主辐射波长与被 辐射物主吸收波长越接近,该被辐射物吸收红外辐 射能力越强,物质吸收了红外辐射能后,可
17、加剧其分 子运动,使物质发热。c R 一2 的主吸收波长更接近于 红外灯的主辐射波长,它能将波长为2 扯m 以下的红 ” 如 艿 如 博m ,o 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 7 8 纺织学报第2 8 卷 外辐射转换为吸收热;而c R 1 的主吸收波长为5 8 肛m ,其在2 5p m 以下的红外灯辐射波长部分的吸 收较弱。0 3 2 ”m 波段范围的太阳光辐射能占太 阳总辐射能的9 5 以上H ,阳光中红外线主辐射波 长与实验中红外灯主辐射波长
18、基本拟合。因而c R 2 较c R 1 具有更好的光热转换能力。 2 2 蓄热材料对织物热性能的影响 对比c R 1 涂层织物、c R 2 涂层织物和未涂层 空白织物的蓄热性能,涂层织物的涂层量均为 2 0g m 2 ,蓄热材料对涂层浆总量的质量分数( 形) 均 为0 1 5 ,结果如图3 所示。 r 争 呈 删 瘊 釉 O2 4 681 01 21 41 61 8 2 0 时间m i n 图3不l 司蓄热材料涂层织物蓄热性能曲线 F i g 3 I h e m a l s t o m g ep r o p e r t yc u n r e s0 ff a b r i c s c o a t
19、e dw i t hd i 狂b r e n tt h e 舯a l s t o r a g em a t e r i a l s 由图3 可看出,在使用红外灯进行辐照时,C R 1 和c R 一2 涂层织物均比空白织物的光蓄热性能好,其 中c R 一2 涂层织物的光蓄热性能最优。在升温过程 中,c R 2 涂层织物比空白织物平均蓄热量高 1 9k J m 2 左右,C R 1 涂层织物较空白织物平均蓄热 量高1 1k J m 2 左右;在降温过程中,c R 一2 涂层织物 较空白织物平均蓄热量高0 4k J m 2 左右,C R 1 涂层 织物较空白织物平均蓄热量高0 3k J m 2 左右
20、。 以上分析表明,用c R 一1 与c R 一2 整理织物与其 本身的光热转换情况一致,配制浆料及织物涂层的 过程对c R l 与c R 2 的光热转换性能没有产生影 响。蓄热材料C R 2 涂层织物较C R l 涂层织物具有 更好的蓄热保温效果,故以下实验首选c R 一2 为蓄热 纺织品的蓄热材料作重点研究。 2 3 C R 2 含量对织物蓄热性能的影响 C R 一2 在涂层浆中的质量分数耽M 为0 0 5 0 3 0 ,分别配成不同质量分数的c R 2 涂层浆,在保 持涂层量为3 0g m 2 条件下对织物进行涂层,并对每 一涂层织物在红处灯辐照下的蓄热性能进行研究, 结果见图4 。 01
21、 23 456 7 891 0 时间,m i n 图4 不同C R 一2 含量涂层织物蓄热性能曲线 F i g 4n e n n a l s t o r a g ep r o p e r t yc u r v e so f 胁r i c s w i t hd i f 玷r e n tc o n t e n to fC R 一2 从图4 可看出,6 个试样在红外灯开始照射时 蓄热量升高速率较快,之后速率逐渐减慢,而5 个含 有蓄热材料涂层织物的蓄热量明显高于空白织物。 相对于空白织物,当形阻: 0 1 0 时,随着c R 一2 含量的增加,样品的蓄热量变化不大, 几条曲线比较接近,表明织物的蓄热
22、性能已无明显 提高,这可能是由于c R 一2 含量的增加导致了织物传 热性能的提高,散热能力亦提高,使得织物的蓄热性 能受到一定的限制,具体原因还有待于进一步研究。 综上所述,选取形阻:= 0 1 0 为宜。 2 4 涂层量对织物蓄热性能的影响 取形。R := 0 1 0 ,涂层量控制在1 5 4 0 m 2 范围 内,对织物进行涂层,测试不同涂层量样品在红外灯 辐照下的蓄热性能,结果如图5 所示。 r 阜 互 ¥ 删 最 釉 + 空白织物一2 5 n 1 2 + 1 5 n r + 3 0 d m 2 一2 0 n r + 4 0 n f O123456789l O 时问m i n 图5 不
23、同涂层量织物蓄热性能曲线 F i g 5T h e m a l s t o r a g ep m p e r t yc u r v e so f f a b r i c sw i t hd i 骼r e n tc o a “gw e 培h t 从图5 可看出,含有蓄热材料的织物蓄热量明 显高于空白织物。当涂层量为1 5g m 2 时,涂层织物 的蓄热性能较空白织物有很大提高,说明较少涂层 量就能使织物获得较大的蓄热性能,证明c R 一2 是一 种良好的蓄热材料。此后随着涂层量的进一步增 6 5 4 3 2 1 O _【q毫委一捌荣鞭 万方数据 PDF Watermark Remover DEM
24、O : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 第2 期李俊升等:光热转换型蓄热材料及其蓄热纺织品 7 9 加,样品的蓄热性能提高的幅度减小。实验表明,选 择涂层量为2 5 m 2 即可达到较好效果。 2 5 辐照面对织物蓄热性能的影响 采用单面涂层工艺,将涂层面与未涂层面分别 接受红外辐照,测试在这2 种情形下涂层织物( 涂层 量为2 5g m 2 ,形。R := O 1 0 ) 的蓄热性能,结果如图6 所示。 弋 堇 删 翱 O246 8 1 01 2 1 4 1 61 8 时间m i n 向光源 向光源 图6 红外辐
25、照织物涂层面及未涂层面蓄热性能比较 F i g 6T h e 册a l s t o r a g ep m p e r t yc u r v e so ft h ec o a t e df a c ea n d t h eu n c o a t e df a c eo ft h ef a b r i cm d i 砒e db yi n f r a r e dl a m p 从图6 可看出,不论红外灯辐照织物涂层面还 是未涂层面,蓄热量均优于空白织物,只是辐照面不 同,织物的蓄热能力亦不同。在整个升、降温过程 中,涂层面朝向辐照光源的样品其蓄热性明显优于 未涂层面朝向光源的样品。 从理论上讲,假定
26、织物为一均匀各向同性的物 体,其对红外辐射的透射规律符合P b o u g n e r ,J H L a m b e n 定律“: l = l 一耻 式中:L 为织物厚度( m m ) ;口为红外辐射在织物中 的衰减系数;,n 为人射时红外辐射强度;,为经过织 物厚度L 后的透射强度。 由公式可知,红外辐射强度在织物中的衰减遵 循负指数规律,红外辐射在织物中的衰减速度是较 快的。位于内层的材料接受到的红外辐射强度较 小,蓄热材料若被用于织物内层或制成较厚的絮片 层,将不利于对外界红外辐射热能的吸收;因此,蓄 热材料的涂层最好集中用于织物的外层。实验也表 明,蓄热材料最好涂层于衣物外层,利于直接
27、接受光 源的辐照,提高蓄热效果。 2 6 太阳光条件下涂层织物的蓄热性能 当形。R := 0 1 0 ,涂层量为2 5g m 2 时,太阳光辐 照下C R 2 涂层织物的蓄热性能如图7 所示。 蓄热材料在太阳光下的蓄热性能在很大程度上 受自然环境中多种因素的影响,通常与季节和时段、 弋 j ¥ 棚 瘊 粗 O2468l O 时间m i n 图7 太阳光下涂层织物的蓄热性能曲线 F i g 71 1 1 e m a l s t o r a g ep m p e n ) c u r v e so ft h e c o a t e d 划嫡cr a d j a t e db yt 1 1 es u
28、I l l j g l l t 太阳光及红处线强度、风力、环境气温、辐照时间等 有很大的关系。 图7 表明,太阳光下c R 2 涂层织物较空白织物 具有明显的蓄热保温性能,其曲线走势与红外灯辐 照条件下的基本一致,只是在太阳光辐照条件下织 物体现出的蓄热保温性能相对较弱。经太阳光辐照 1 0I I l i n ,涂层织物与空白织物最大蓄热量差为 O 2 6l 【J m 2 。表明涂层织物在阳光条件下具有蓄热保 温性能。 2 7 涂层织物的力学性能 按照G B3 9 2 3 1 9 8 3 对整理前后布样的物理机 械性能进行测试,整理条件:形。m := 1 0 ,涂层量 2 5g m 2 ,焙烘
29、条件1 0 0 1m i n ,结果如表l 所示。 表l 蓄热保温织物力学性能 T a b 1M 盹h a I l i c a lp r o p e r t i e so f 山et h e 珊a l - s t o m g et e x t i l e 从表1 可以看出,整理后织物的断裂强力较未 整理织物略有上升,断裂延伸度有所下降,这是因为 实验中的涂层整理只在织物表面进行,对织物本身 的纤维结构没有影响,织物表面的涂层浆与织物黏 合在一起,加强了织物纤维问的抱合作用,所以断裂 强力提高。同时由于涂层浆与织物的黏连,对纤维 间以及纤维自身的活动产生一定的限制作用,因此 断裂延伸度略有降低,
30、但不至于影响织物的服用 性能。 3结论 1 ) 在同一红外辐照条件下,C R 2 的蓄热性能优 6 5 4 3 2 1 0 O O O 0 O O 0 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 8 0 纺织学报第2 8 卷 于C R 一1 。 2 ) 蓄热涂层纺织品的蓄热量与涂层浆中蓄热 材料的含量、涂层量、织物的被辐照面等因素有关。 优选工艺为涂层浆中c R 一2 的质量分数为0 1 0 ,涂层 量为2 5g m 2 ,并且涂层面应朝向接近光源一侧。 3
31、) 在太阳光辐照下,c R 2 蓄热涂层织物与空白 织物相比有明显的蓄热效果;但由于受多种自然环 境因素的影响,其蓄热能力与接受红外灯直接辐照 相比有较大幅度的下降。 4 ) 蓄热保温整理对织物力学性能影响不大。 濑 参考文献: 1 s h i s h 0 0R R e c e md e v e l o p m e n ti nm a t e d a l sf o ru s ei n p m t e c t i v ec l o 血i n glJ I n t e m a t i o n a lJ o 哪a lo fc l o t l l i n g S c i e n c ea n dT e
32、c h n o l o g y ,2 0 0 2 ( 3 ,4 ) :2 0 1 2 1 5 2 王琴云,戴莹瑛远红外辐射材料在合成纤维中的应 用 J 合成纤维工业,1 9 9 4 ,1 7 ( 4 ) :4 3 4 6 3 张华防严寒纺织品和服装的研究与应用 J 纺织 学报,2 0 0 3 ,2 4 ( 5 ) :4 9 9 4 古田常胜阳光蓄热保温纤维的开发 J 机能材料, 1 9 9 2 ,1 2 ( 1 ) :3 7 4 4 5 来侃,张保国,孙润军陶瓷纤维织物保暖性能研 究 J 青岛大学学报,2 0 0 1 ,1 6 ( 1 ) :3 9 4 1 新书讯 纺织辞典全面、系统、科学、准
33、确地介绍了行业专业术语,涉及纺织综合、纺织测试、化学 纤维、纺纱及制线、机织及机织物、针织及针织物、非织造及非织造布到染整、服装企业管理及 贸易等分支学科。全书收入词条1 万余条,共有10 0 0 余页,2 0 0 多万字;含插图4 0 0 多幅,精心 设计的、色彩分明的双色线条图穿插在全书中,更能令读者眼前一亮。条目与释文均采用科学 名称或规范语言,以重要、常见、有代表性和新而稳定为原则。亦称、简称和音译名称等也酌量 收为词条。纺织辞典是一部规模大、涉及面广、实用性强的辞书,非常适合目前纺织业的发 展需要。 该书为精装3 2 开本,定价1 6 8 元,读者可到中国纺织出版社读者服务部购买或邮购( 邮寄 包装挂号费用按书价总和的1 5 收取) 。 联系人:王青 电话:0 1 0 6 4 1 6 8 1 1 0 传真:0 1 0 6 4 1 6 8 2 3 1 网址:w w w c t e x t i l e p c o m 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark
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