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技術文章
紡織品遠紅外功能的性能及其測試研究
1 遠紅外紡織品發展概況
在紡織服裝領域，日本、美國、德國、俄羅斯等發達國家最早開展對遠紅外技術的應用研究，推動了遠紅外紡織品的發展[1]。尤其在日本，20世紀80年代中期遠紅外纖維制品的相關專利在日本大量涌現，形成一股開發遠紅外功能紡織品的熱潮。日本鐘紡公司采用陶瓷粉末滲入尼龍或腈綸聚合物中，分別紡出“瑪索尼克N” 和“瑪索尼克A”遠紅外纖維；旭化成公司采用碳化鋯陶瓷溶液涂層開發出新型尼龍保暖織物“SOLAR-V”，主要用于滑雪衫。
我國從20世紀90年代開始開發遠紅外紡織品。江蘇省紡織研究所開發了遠紅外滌綸短纖維；天津工業大學開發的遠紅外丙綸，導濕性好，價格低廉，輕便，抗菌防蛀性好[2]。
目前開發出的各種遠紅外紡織品主要采用將超細陶瓷粉末作為添加劑加入到紡絲液中制備遠紅外纖維，或者采用陶瓷粉末制成的整理液對紡織品進行整理。主要應用的陶瓷粉末：金屬氧化物，如Al2O3，TiO2，BaO，ZrO，SiO2等；金屬碳化物，如SiC，TiC，ZrC等；金屬氮化物，如BN，AlN，ZrN等[3]。
2 遠紅外紡織品作用機理
2.1 遠紅外線
紅外線位于可見光和微波之間，紅外線的波長范圍很寬，科學上將其劃分為三個波段：近紅外波段：0.77~3 μm；中紅外波段：3~30 μm；遠紅外波段：30~1000 μm。由于中紅外波段范圍很窄，在醫療保健領域，將中紅外波段納入遠紅外波段 [4]。
2.2 作用機理
熱輻射是以電磁波形式傳遞能量為特征的傳熱方法。熱輻射主要包括紫外線、可見光、紅外線。
根據基爾霍夫定律，一個良好的輻射體必然是一個良好的吸收體，即一個物體發射熱輻射的能力強，則其吸收的能力也強，兩者成正比。人體既能輻射遠紅外線，又能吸收遠紅外輻射。由于人體60%~70%為水，根據匹配吸收理論，當紅外輻射的波長和被輻照的物體吸收波長相對應時，物體分子共振吸收。人體所發射的熱輻射的主波長在10 μm左右，遠紅外紡織品在吸收外界能量后輻射出3~25 μm的遠紅外線，與人體能夠吸收的紅外線相符，能形成共振。遠紅外紡織品吸收來自人體的紅外波能量，并反饋給人體，提高了皮膚溫度，從而達到蓄熱保暖的目的。被皮膚吸收的熱量可以通過介質傳遞和血液循環，使熱能到達肌體組織，達到保健和輔助醫療效果[4]。遠紅外紡織品一般通過提高表面發射率來提高發射功率。
2.3 功能
遠紅外紡織品主要有保暖功能（即保溫功能）、保健功能和抗菌功能等[3]。
遠紅外紡織品由于添加了發射率高的遠紅外線輻射材料，其保溫性能表現為利用生物體的熱輻射，吸收、存貯外界向生物體輻射的能量，使生物體產生“溫室效應”，阻止熱量流失，起到良好的保溫效果。因此，遠紅外織物具有顯著的保暖作用，適宜制作防寒織物、輕薄型的冬季服裝。
被皮膚吸收的熱量可以通過介質和血液循環，使熱能到達肌體組織，可促進人體血液循環和新陳代謝，具有消除疲勞、恢復體力及對疼痛癥狀緩解的功能，對身體炎癥有一定的輔助醫療作用。因此,遠紅外產品對血液循環或微循環障礙等引起的疾病具有一定的癥狀改善和輔助治療功效。適宜制作貼身內衣、襪子、床上用品，以及護膝、護肘、護腕等。
纖維中微粒子的加入，使纖維表面出現多孔性，表面積增加，表面活性及表面狀態的吸附、擴散等特性明顯提高，使產品具有吸汗、除臭、殺菌等功能。抑菌試驗表明：遠紅外紡織品對金黃色葡萄球菌、白色念珠菌、大腸桿菌等致病菌的抑菌率達95％，利用這些特性可制作衛生、醫療用品等產品。
3 測試方法與相關標準
3.1 標準
目前關于遠紅外紡織品功能測試標準主要有國家標準GB/T 18319—2001《紡織品紅外蓄熱保暖性的試驗方法》、紡織行業標準FZ/T 64010—2000《遠紅外紡織品》、中國標準化協會標準CAS 115—2005《保健功能紡織品》。
GB/T 18319—2001標準規定了用紅外輻射計測定紡織品紅外反射率和透射率，計算吸收率，以及用點溫度計測定輻照升溫速率的方法。主要從紅外吸收率和紅外輻照升溫速率兩方面測試及評價[5]
FZ/T 64010—2000標準規定了遠紅外紡織品的技術要求、試驗方法、檢驗規則、結果判定和使用說明等。該標準以法向發射率作為遠紅外紡織品遠紅外功能的評價指標，以試樣法向發射率減去對比樣（即相應非遠紅外產品）法向發射率的差值作為法向發射率提高值。試驗儀器為紅外光譜儀和黑體爐。最后計算的法向發射率是8~15μm波段的法向發射率[6]。
CAS 115—2005標準采用測定法向發射率的方法，制定了遠紅外功能評價指標，是我國目前適用于保健功能紡織品的唯一標準，其中關于具有發射遠紅外線功能紡織品的部分規范了其術語定義、試驗方法、結果判定、標志等內容，適用于遠紅外法向發射率大于0.2的各種織物、粉末等材料及導熱物體的遠紅外法向發射率的檢測。樣品法向發射率采用溫度為100℃時樣品法向全輻射亮度與相同溫度下標準黑體法向全輻射亮度比較的方法測量。試驗儀器包括紅外光譜儀（或紅外輻射計）和黑體爐。計算機通過程序將黑體爐的輻射亮度、試樣的輻射亮度、對比樣的輻射亮度進行數據處理，計算出4 ~16 μm波段的法向發射率[7]。三個標準的內容比較如表1所示。
表1 三個標準的比較
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標準
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領域
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性質
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波長范圍
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技術要求
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洗滌性能
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FZ/T 64010-2000
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行業標準
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產品標準
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8~15μm
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遠紅外紡織品法向發射率提高值應≥8.0%
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印染后整理織物洗滌10次后，法向發射率提高值應≥7.0%
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GB/T 18319-2001
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國家標準
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方法標準
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0.8~10μm
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—
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—
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CAS115-2005
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協會標準
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產品標準
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4~16μm
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法向發射率提高值應不小于0.08，其法向發射率應不小于0.80；
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洗滌30次后，法向發射率提高值應不小于0.06
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3.2 測試指標與方法
遠紅外紡織品主要功能是保暖功能，因此其保溫性能為主要考查指標。針對遠紅外紡織品，評價其遠紅外性能的指標主要有發射率和溫升。保健功能指標主要為血液的微循環等。衛生指標只是附加功能，只有當使用要求時才需要考查。
3.2.1 發射率
只要不是絕對零度，任何物體都能輻射紅外電磁波。物質遠紅外線輻射能量強弱的指標有輻射功率和輻射度等，但在實際應用中，常采用發射率來表征。發射率指在一個波長間隔內，在某一溫度下測試試樣的輻射功率（或輻射度）與黑體的輻射功率（或輻射度）之比。發射率是介于0~1之間的正數。一般發射率依賴于物質特性、環境因素及觀測條件等。
發射率可分為半球發射率和法向發射率。半球發射率又分為半球全發射率、半球積分發射率、半球光譜發射率；法向發射率又分為法向全發射率、法向光譜發射率。目前國際上采用法向發射率來衡量產品的遠紅外性能。遠紅外發射率采用傅里葉紅外光譜儀測定。國內沒有統一的測試方法，天津測定法向光譜發射率，上海測定法向全發射率[8]。
關于黑體，指在任何條件下，完全吸收任何波長的外來輻射而無任何反射的物體。按照基爾霍夫輻射定律，在一定溫度下，黑體是輻射本領最大的物體，其反射率為0，吸收率為100%，輻射率等于1，可叫完全輻射體。現實中不存在真正的黑體，只是近似的。
物體的發射率跟溫度有關，在描述織物的發射率時一定要注明溫度。
3.2.2 溫升法
溫升法測定在一定條件、一定時間內織物溫度的變化，溫升法實驗簡單，能直接反映織物的溫度升高情況。溫升法包括紅外測溫儀法和不銹鋼鍋法。
紅外測溫儀法指在溫度為20℃，相對濕度為60%的恒溫室中用紅外燈照射同規格、同組織的普通織物和遠紅外織物，用紅外儀記錄下不同時間間隔下兩種織物的溫度，然后求差值；不銹鋼鍋法指采用高30 cm，容積為250 mL的不銹鋼圓筒，圓筒上下底采用泡沫塑料，溫度計插在蓋上，分別將織物包覆在不銹鋼圓筒外，在紅外燈照射下，分別測得兩種織物的溫度，然后求其差值[2]。
張平等[9]選用不同濃度整理液整理后的織物及不同織物結構的遠紅外織物進行溫升測試，測試的純棉平紋布試樣中，整理劑濃度越大，試樣隨時間變化溫升越快。結果表明，溫升這種測試方法側面反映了遠紅外織物吸收遠紅外線產生的熱效應。
3.3 遠紅外功能評價
對遠紅外紡織品的功能評價應該建立以發射率為主體，以溫升、人體試驗為輔的評價體系。對織物的功能評價可以從以下幾個方面進行，一是直接測試紡織品所具有的發射率；二是用外界手段作用紡織品，測試其變化情況，如溫升法；三是人體試驗法，織物與人體發生作用，測試對人體的作用情況[10]。
4 結論
進入21世紀以來，遠紅外功能紡織品產業發展迅猛，產品種類豐富，但該行業一直缺乏技術規范及相關標準，對遠紅外紡織品遠紅外功能評價缺乏統一規范的測試標準。因此需要加強對遠紅外紡織品測試方法和評價標準等基礎研究。
