遠紅外納米紡織品的性能測試

梁 翠， 鄭 敏,2

(1. 蘇州大學(xué) 紡織與服裝工程學(xué)院, 江蘇 蘇州 215021； 2. 現(xiàn)代絲綢國家工程實驗室(蘇州)， 江蘇 蘇州 215123)

遠紅外納米紡織品的性能測試

梁 翠1， 鄭 敏1,2

(1. 蘇州大學(xué) 紡織與服裝工程學(xué)院, 江蘇 蘇州 215021； 2. 現(xiàn)代絲綢國家工程實驗室(蘇州)， 江蘇 蘇州 215123)

為探討遠紅外納米整理對棉針織物的保暖保健性能的影響，以平板保溫儀和人體試驗法對自制的遠紅外納米紡織品進行了測試和評價，采用SEM表征了處理前后棉針織物表面的微觀結(jié)構(gòu)，EDS分析了整理后棉針織物表面的物相組成。結(jié)果表明：整理后的棉針織物表面呈現(xiàn)均勻的納米粒子，EDS表明遠紅外納米粒子是氧化鋯；整理后的織物保溫率得到較大提高；遠紅外納米紡織品能改善人體體表微循環(huán)，提高體表溫度，提高織物保溫性，具有保健保暖效果。

遠紅外紡織品； 納米； 人體試驗法； 保暖保健

在當(dāng)今社會，人們對衣著輕暖舒適、保健美觀的要求日漸強烈，功能性紡織品越來越受到人們的喜愛，在此背景下，遠紅外紡織品應(yīng)運而生并得到了良好的發(fā)展[1]。

采用納米原位合成方法，在棉織物內(nèi)直接生成顆粒細小均一的納米摻雜型ZrO2增強相，有效控制納米顆粒的生成和生長速度，避免了應(yīng)用過程中的團聚問題及水洗牢度問題。納米摻雜型ZrO2的價電子在常溫下就能獲得足夠的能量從施主能級躍遷到導(dǎo)帶上而成為自由電子，在外加電場作用下定向運動而導(dǎo)電，遠紅外發(fā)射率得到極大提高。經(jīng)檢測，水洗50次后，遠紅外發(fā)射率仍大于89%。但如何客觀、簡便地評價其保溫保健性能已成為遠紅外紡織品發(fā)展瓶頸[2]。遠紅外紡織品的性能測試主要有發(fā)射率法、溫升法及人體試驗法[3]。溫升法能直接反映織物輻射遠紅外線的能力，但是不能很好反映織物對人體的溫升性能；發(fā)射率法存在參照黑體選擇的問題，易引起發(fā)射率數(shù)據(jù)差異；人體試驗法帶有很大的主觀性，卻能最好地詮釋這種功能紡織品引起的生理效應(yīng)，對上述測試方法是一個很好的補充。

本文利用平板保溫儀測試方法和人體試驗法對自制的遠紅外納米紡織品進行綜合評價，以便為遠紅外納米紡織品作用于人體的生理效應(yīng)研究提供依據(jù)。

1 實驗部分

1.1 材料制備

純棉針織面料(市售)，納米摻雜型ZrO2遠紅外整理液(實驗室自制)。

采用軋，烘，焙工藝制備遠紅外棉織物，具體工藝為：摻雜納米ZrO2分散液(lg/L)→浸漬(40 ℃, 30 min)→軋壓→烘干(100 ℃，2 min)→焙烘(140 ℃，2 min)。

1.2 測試儀器

采用YG(B)606D型平板式保暖儀，在環(huán)境溫度為22 ℃，濕度為65%的條件下進行測試，計算試樣的保暖率(Q)，傳熱系數(shù)(U2)和克羅值(clo)[4]。

采用AMI人體著裝舒適性生理量測試系統(tǒng)、AM-8061K型簡單數(shù)據(jù)記錄器、ALF21R型激光多普勒血液儀，該測試系統(tǒng)由日本AMI Techno有限責(zé)任公司開發(fā)，可以完成對體表溫度和皮膚血流的連續(xù)測量。

1.3 測試方法

1.3.1 受試者及試驗環(huán)境

本文選2名健康的年輕人為測試對象，分別標(biāo)記為S1(男)、S2(女)，平均年齡為21歲。選擇恒溫恒濕的密閉人工氣候室，溫度為(22±2)℃，相對濕度為(60±10)%，風(fēng)速≤0.1 m/s。

1.3.2 測試點

測試部位為下肢的右大腿和左小腿。將測試系統(tǒng)的血流傳感器和溫度傳感器放置于以上2個部位的下側(cè)和后側(cè)，血流傳感器可同時得到血流和溫度2個數(shù)據(jù)。

1.3.3 測試要求

實驗過程中盡量消除情緒以及運動對皮膚血流的影響，要求受試者保持靜息狀態(tài)，下肢不隨意移動[5]。實驗日，受試者的早午餐應(yīng)為熱量均衡的日常食品，禁止食用巧克力等高能食品以及含酒精、咖啡因等刺激類的食品[6]。

1.3.4 測 試

根據(jù)測試要求，把整理前后的針織面料做成九分褲。分別對穿著整理前后針織九分褲的下肢皮膚血流和皮膚溫度變化進行測試，具體的方案如下。

受試者進入人工氣候室，換上實驗服，黏貼傳感器貼片，進行30 min的環(huán)境適應(yīng)，保持靜息狀態(tài)。每0.1 s自動記錄1次皮膚血流和皮膚溫度，連續(xù)記錄200 s。

1.4 織物性能測試

1.4.1 形貌觀察

取遠紅外整理前后的棉織物樣品,在掃描電鏡儀上測定，觀察表面形貌。

1.4.2 能譜分析(EDS)

取遠紅外整理后的棉織物樣品,在能譜儀上測定，分析織物的元素組成。

2 實驗結(jié)果

2.1 遠紅外紡織品的微觀結(jié)構(gòu)分析

圖1示出整理前后試樣的掃描電鏡照片。可看出，未整理的棉織物表面較為光滑，基本無粒子存在，經(jīng)納米遠紅外整理后，織物表面帶有大量納米功能粒子，形成一層致密納米膜。

圖1 整理前后紡織品的掃描電鏡照片F(xiàn)ig.1 SEM images of unfinished and finished textiles. (a) Unfinished; (b) Finished

圖2示出紡織品的遠紅外能譜分析圖。可看到，存在的主要能譜峰為C和O，是典型的棉織物能譜圖，其次存在的能譜峰為Zr和Zn等，這和遠紅外納米材料的化學(xué)成分一致，說明遠紅外材料已經(jīng)附著在紡織品上。

圖2 紡織品的遠紅外能譜分析圖Fig.2 EDS of far infrared textile

2.2 保溫測試

表1示出納米遠紅外整理對棉織物保暖性能的影響。可看出，經(jīng)納米遠紅外整理過的織物其保暖性好于未經(jīng)整理過的織物。這可能是因為遠紅外整理后織物上的納米功能粒子吸收了外界的電磁輻射能量，其分子的能態(tài)從低能級向高能級躍遷，而后又從不穩(wěn)態(tài)的高能級回復(fù)到較低的穩(wěn)態(tài)能級而輻射出遠紅外線[7]。所以織物經(jīng)遠紅外技術(shù)處理后，其保溫率得到較大提高。

表1 納米遠紅外整理對棉織物保暖性的影響Tab.1 Effects of far infrared finishing on warmth retention of cotton fabric

2.3 生理效應(yīng)測試

以右大腿下側(cè)和左小腿后側(cè)2個部位為測試點，分析了在坐正姿勢下S1和S2穿著整理前后九分褲時下肢皮膚溫度和皮膚血流的變化，以此探討遠紅外紡織品的生理效應(yīng)。

2.3.1 升溫測試

圖3示出在坐正姿勢下，S1和S2分別穿著整理前后的九分褲在右大腿和左小腿處的皮膚溫度。由圖可知，S1和S2穿著整理后的九分褲與整理前的九分褲相比，不同部位的人體皮膚溫度都增加了0.8～1.5 ℃。這可能是由于織物中添加的遠紅外放射性物質(zhì)可在很寬的波長范圍內(nèi)吸收環(huán)境或人體發(fā)射出的電磁波，并輻射出波長為2.5～30 μm的遠紅外線，與人體的紅外吸收光譜范圍2.5～15 μm接近，人體吸收了遠紅外線后，體溫升高的同時，又以遠紅外線的形式發(fā)射到遠紅外紡織品，并使紡織品的溫度升高，起到溫暖人體的作用[8]。

注: a—著普通九分褲；b—著遠紅外九分褲。圖3 2位受試者(S1和S2)在左小腿和右大腿處的皮膚溫度Fig.3 Skin temperatures on left shank and right thigh of two subjects. (a) S1 right thigh; (b)S1 left shank; (c) S2 right thigh; (d) S2 left shank

此外，由圖3可知，S1和S2在同一部位的皮膚溫度增加量不一樣，而同一個受試者不同部位的皮膚溫度增加量也有明顯不同。一是因為人體的皮膚溫度與個人的心理、生理因素、生理周期等有關(guān)，不同人的體表溫度會有差異，對遠紅外線的刺激和反射效果也不一樣，體表溫度越高，對遠紅外服裝的觸發(fā)溫度越高，遠紅外效果也越強。而不同部位表現(xiàn)出的不同效果也說明了體表溫度對遠紅外效果的影響。二是因為實驗是不同階段完成的，每次實驗的實際環(huán)境溫度與理論溫度在誤差范圍內(nèi)的浮動，導(dǎo)致了皮膚增加量的不同。

2.3.2 血液微循環(huán)測試

圖4示出在坐正姿勢下，S1和S2分別穿著整理前后的九分褲時的皮膚血流變化。由圖可知，S1和S2穿著整理后的九分褲與整理前的九分褲相比，人體的血液流速明顯增加。這是由于在一定波長范圍內(nèi)的遠紅外線與人體細胞中水分子的振動頻率相同,當(dāng)人體表面受到輻射時,會引起細胞的分子共振,產(chǎn)生熱效應(yīng),并激活人體表面細胞,促進皮下組織血液的微循環(huán),達到保暖、保健、促進新陳代謝、提高人體免疫力的功效[9-11]。

圖4 2位受試者在穿著不同九分褲時的皮膚血流量Fig.4 Skin blood mass traces of two subjects with different pants. (a) S1 ordinary pant; (b) S1 far-infrared pant; (c) S2 ordinary pant; (d) S2 far-infrared pant

3 結(jié) 論

1)遠紅外納米紡織品吸收人體的遠紅外能量后溫度會升高, 使其反饋發(fā)射紅外輻射的總功率提高。遠紅外紡織品對人體皮膚有升溫效應(yīng)。

2)遠紅外納米紡織品引起皮膚升溫, 刺激皮膚熱感受器, 使血管張力降低, 毛細血管擴張, 促進了微循環(huán), 從而改善局部和全身的血液循環(huán)。

研究結(jié)果表明，經(jīng)遠紅外納米技術(shù)整理后的紡織品能引起人體細胞的分子共振,產(chǎn)生熱效應(yīng),并激活人體表面細胞,促進人體皮下組織血液的微循環(huán),達到保暖、保健、促進新陳代謝、提高人體免疫力的功效。

FZXB

[1] 薛少林,閻玉霄,王衛(wèi).遠紅外紡織品及其開發(fā)與應(yīng)用[J].山東紡織科技,2001,42(1):48-51. XUE Shaolin, YAN Yuxiao, WANG wei. The development and application of far infrared textiles[J].Shandong Textile Science & Technology, 2001,42 (1):48-51.

[2] 梁曉艨,沈蘭萍.遠紅外保溫保健紡織品保溫性能測試方法研究[J].現(xiàn)代紡織技術(shù),2000,8(1):29-31. LIANG Xiaomeng, SEHN Lanping. Test method of the resistant of far-infrared thermal insulating and health-caring textiles[J].Advanced Textile Technology, 2000,8(1):29-31.

[3] 廖聲海,陳旭煒,李毓陵.遠紅外織物功能的測試與評價[J].產(chǎn)業(yè)用紡織品,2003,21(10):30-33. LIAO Shenghai, CHEN Xuwei, LI Yuling. The testing and evaluating of far-infrared fabric′s function[J].Technical Textiles, 2003, 21(10):30-33.

[4] 郭禹.紡織品保溫性能檢測中存在的問題[J].紡織科學(xué)研究,2006,17(4):1-8.

GUO Yu. Problems detected in textile insulating effect test[J].Textile Science Research, 2006,17(4):1-8.

[5] CASSANDRA D H, ANNERIEKE Z, NIGEL A S,et al. Novel high-amplitude blood-flow oscillations in vasodilating human skins[J].Journal of Thermal Biology, 2004,29(7-8): 717-723.

[6] 顧心清,丁江舟,李榮杰，等.02艦艇防寒服的保暖性能人體評價試驗[J].海軍醫(yī)學(xué)雜志,2003,24(3):210-213. GU Xinqing, DING Jiangzhou, LI Rongjie, et al.Subjective evaluation of the thermal insulation property of the new type cold weather clothing for naval crew[J].Journal of Navy Medicine, 2003,24(3):210-213.

[7] 薛孝川.遠紅外纖維的發(fā)展和應(yīng)用[J].化纖與紡織技術(shù),2003(4):19-22. XUE Xiaochuan.Development and application of far infrared fiber[J].Chemical Fiber & Textile Technology,2003(4):19-22.

[8] 珊巒.遠紅外紡織品的現(xiàn)狀和發(fā)展[J].上海絲綢,2011(1):16-19. SHAN Luan. Present situation and development of far-infrared textiles[J]. Shanghai Silk,2011(1):16-19.

[9] 秦文杰,劉洪太,張一心.紡織品遠紅外功能評價標(biāo)準(zhǔn)研究[J].紡織科技進展,2009(6):52-56. QIN Wenjie, LIU Hongtai, ZHANG Yixin. Analysis of far-infrared textiles functional evaluation standards[J].Progress in Textile Science & Technology,2009(6):52-56.

[10] SHOJIRO Inoue, MORIHIRO Kabaya. Biological activities caused by far-infrared radiation[J].Int J Biometerol, 1989,33(3):145-150.

[11] YU SY, CHIU J H, YAND S D, et al. Biological effect of far-infrared therapy on increasing skin microcirculation in rats[J]. Photodermatol Photoimmunol Photomed, 2006,22(2): 78-86.

Study on performance of far-infrared nanometer textiles

LIANG Cui1, ZEHGN Min1,2

(1.CollegeofTextileandClothingEngineering,SoochowUniversity,Suzhou,Jiangsu215021,China;2.NationalEngineeringLaboratoryforModernSilk(Suzhou),Suzhou,Jiangsu215123,China)

The aim of this paper was to research the effect of far-infrared nanometer finishing on the health protection and warmth retention properties of knitted cotton fabrics. The performance of far-infrared textiles was tested with flatplate warmth retaining tester and body warmth keeping testing. SEM was used to characterize the microstructure of the surface of the knitted cotton fabrics before and after treatment, and EDS was used to investigate the phase composition of the surface of the knitted cotton fabrics after treatment. The results showed that uniform nano-particles were observed on the surface of the finished knitted cotton fabrics. EDS analysis indicated that far-infrared nano-particles on the fabric surface was zirconia; and the warmth retaining ratio of the treated cotton fabrics significantly improved. Far-infrared textiles can improve the microcirculation of the human body and increase the skin temperature and hence have health promotion and warmth retention capacities.

far-infrared textiles; nanometer; body warmth keep testing; health promotion and warmth retention

0253- 9721(2013)09- 0049- 05

2012-09-10

2013-03-07

中國紡織工業(yè)聯(lián)合會科技指導(dǎo)性項目(2011170)

梁翠(1988—)，女，碩士生。研究方向為納米材料在紡織領(lǐng)域的應(yīng)用。鄭敏，通信作者，E-mail:zhengmin@suda.edu.cn。

TS 195.5

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