光熱轉換面料的吸光升溫性能研究

保溫面料有消極保溫面料和積極保溫面料之分。消極保溫面料主要是通過保溫的方式，防止人體熱量逃逸。如通過增加面料厚度和利用靜止空氣以起到隔熱保溫的效果，一般材料較為蓬松、缺乏美感，不適用于運動場合和商務場合。積極保溫材料則是通過從外部吸收能量，主動提高面料或人體與面料的環境溫度。如利用電池和發熱體將電能轉化為熱能而起到保溫作用的加熱型面料，但這類面料一般耐洗滌性及便攜性較差[1-3]。光熱轉換面料是蓄熱面料中的一種，它是一種新型的積極保溫面料，它可吸收太陽光，將光能轉化為熱能[4]，提高面料溫度，從而起到蓄熱保暖作用。

光熱轉換面料實現其蓄熱保暖功能主要有兩種途徑，一是可通過面料的后整理，如涂層整理[5]，將蓄熱材料以涂層的方式覆蓋在面料的表面，從而使傳統面料獲得吸光升溫功能；二是直接由含有碳化鋯等過渡金屬元素碳化物的光熱轉換紗織造而成光熱轉換面料，使面料具備吸光升溫的蓄熱功能[2]。光熱轉換紗的蓄熱面料與消極保溫面料相比，在不改變織物風格、不增加織物厚度的情況下，即可具備優良的吸光升溫性能；而與加熱型積極保溫面料相比，它不需要外置加熱元器件也可具備優良的吸光升溫性能。因此，光熱轉換面料既保證了面料的輕便性、美觀性、設計多樣性，又具備了吸光升溫的特點，可廣泛應用于運動服、職業服裝、冬季服裝中，具備廣闊的市場應用前景。

對于光熱轉換面料，其吸光升溫性能是其最重要的特性，直接決定其最終產品的應用價值及質量。本文以光熱轉換紗織造而成的面料為研究對象，研究面料顏色、光熱轉換紗含量、光熱轉換紗排列方式對其面料吸光升溫性能的影響。

1 試驗

1.1 原理

將光熱轉換面料與參比面料一同在500W功率的光源下照射20min，用溫度傳感器分別測量光熱轉換面料與參比面料的表面溫度，并記錄溫度值，以20min內的最大升溫值、測試終點時光熱轉換面料與參比面料的溫度差值表征光熱轉換面料的吸光升溫性能。

1.2 試驗條件

儀器設備：蓄熱測試儀（TST-XG001）；

光源：500W；

溫度傳感器：精度0.1℃；

溫度記錄儀：數據采集間隔6s；

環境條件：溫度（20±2）℃、相對濕度（65±4）%的恒溫恒濕室，實驗室中不應有對試樣造成影響的熱輻射源。

1.3 樣品

面料在測試前，應置于1.2所示環境中，調節參比面料與光熱轉換面料二者溫度為（20±0.5）℃，且二者的初始溫度差≤0.2℃，同一組試驗內的多次測試間初始溫度差≤0.2℃。

光熱轉換面料（紗線A：20D/24F錦綸消光FDY；紗線B：20D/18F錦綸光熱轉換FDY，由廈門東綸股份有限公司提供）：橙色系列蓄熱面料（紗線排列方式及其光熱轉換紗含量分別為：22A2B×22A2B，8.34%； A×3A1B，12.36%；12A2B×12A2B，14.28%；6A1B×6A1B，14.28%；A×2A2B，24.72%）、藏青色系列蓄熱面料（紗線排列方式及其光熱轉換紗含量分別為：22A2B×22A2B，8.34%；A×4A1B，9.89%；A×6A2B，12.36%；6A1B×6A1B，14.28%；12A2B×12A2B，14.28%；A×B，49.91%）。

參比面料：與光熱轉換面料同材質的錦綸標準貼襯織物（符合GB/T 7568.3—2008）。

1.4 測試過程

將60mm×100mm的光熱轉換面料和參比面料均置于1.2所示環境中，采用500W的光源照射，利用溫度傳感器實時記錄光熱轉換面料及參比面料溫度，用于繪制試樣溫度—時間的吸光升溫曲線，測試20min后關閉光源，以最大升溫值及終點溫差評價其吸光升溫性能。

2 試驗分析與討論

2.1 面料顏色與吸光升溫性能的關系

選擇光熱轉換紗含量及組織結構參數相同的兩組橙色及藏青色面料互為參比試樣，研究面料顏色對吸光升溫性能的影響。其中，光熱轉換紗含量14.28%，紗線排列為12A2B×12A2B的面料測試結果見表1、圖1、圖2；光熱轉換紗含量為8.34%，紗線排列為22A2B×22A2B的面料結果見表2、圖3、圖4。

表1 不同顏色的蓄熱面料（光熱轉換紗含量14.28%）的測試結果

圖1 不同顏色的蓄熱面料（光熱轉換紗含量14.28%）吸光升溫曲線

圖2 不同顏色的蓄熱面料（光熱轉換紗含量14.28%）終點溫差曲線

表2 不同顏色的蓄熱面料（光熱轉換紗含量8.34%）的測試結果

圖3 不同顏色的蓄熱面料（光熱轉換紗含量8.34%）吸光升溫曲線

圖4 不同顏色的蓄熱面料（光熱轉換紗含量8.34%）實時溫差曲線

由表1、表2可知，在織物組織結構參數一致的情況下，光熱轉換紗含量為14.28%時，紗線排列為12A2B×12A2B的藏青色面料相比橙色面料，其最大升溫值高出1.3℃；光熱轉換紗含量為8.34%時，紗線排列為22A2B×22A2B的藏青色面料相比橙色面料，其最大升溫值高出1.0℃。如果橙色面料的最大升溫值要與藏青色面料的最大升溫值相當，必須提高橙色面料的光熱轉換紗含量。如，14.28%的橙色面料其最大升溫值方能與蓄熱紗含量為8.34%的藏青色面料相當，約為33.5℃。兩種光熱轉換紗含量的測試結果均表明藏青色面料的最大升溫值高于橙色面料。也就是說在光熱轉換紗含量、面料組織結構一致的情況下，顏色越深，吸光升溫性能越好。

由圖1、圖3可知，在試驗過程中，前5min光熱轉換面料升溫速率最大，5min到10min放緩，10min以后光熱轉換面料的溫度變化較??；由圖2、圖4可知，在試驗過程中，前5min藏青色光熱轉換面料與橙色光熱轉換面料的溫差不斷擴大，直至5min后趨于穩定。但在照射全過程中，藏青色面料的溫度始終高于橙色面料，這進一步驗證了在光熱轉換紗含量、面料組織結構一致的情況下，顏色越深，吸光升溫性能越好。

2.2 光熱轉換紗排列方式與吸光升溫性能的關系

以光熱轉換紗含量14.28%的藏青色面料及橙色面料為研究對象，選取6A1B×6A1B以及12A2B×12A2B的兩種紗線排列方式，其他組織結構的參數，如紗支、厚度、密度均一致的面料互為參比試樣做測試，其測試結果如表3、圖5、圖6所示。

表3 光熱轉換紗含量14.28%不同紗線排列方式的測試結果

圖5 不同紗線排列方式的藏青色光熱轉換面料吸光升溫曲線

圖6 不同紗線排列方式的橙色光熱轉換面料吸光升溫曲線

由表3可知，對于兩種紗線排列6A1B×6A1B和12A2B×12A2B的藏青色光熱轉換面料在照射20min下，其最大升溫值均為34.4℃，測試終點相對溫差為0℃。從圖5也可以看出，兩種紗線排列的藏青色光熱轉換面料在照射20min全過程吸光升溫值基本一致。

同樣的，兩種紗線排列的橙色光熱轉換面料在20min照射全過程吸光升溫值基本一致，其最大升溫值分別為33.3℃和33.2℃，相對溫差0.1℃，其吸光升溫性能相當。這與藏青色光熱轉換面料的測試結論一致。因此，在光熱轉換紗含量、面料顏色一致的情況下，紗線的排列方式對面料的吸光升溫值影響不明顯。

2.3 光熱轉換紗含量與吸光升溫性能的關系

以系列藏青色蓄熱面料為研究對象，以不含光熱轉換紗的同材質錦綸標準貼襯織物為參比樣，研究光熱轉換紗含量對藏青色面料的吸光升溫性能的影響，測試結果見表4、圖7、圖8。

表4 不同蓄熱紗含量的藏青色面料吸光升溫測試結果

圖7 藏青色蓄熱面料的吸光升溫曲線

圖8 藏青色系列蓄熱面料的最大升溫值曲線

由表4、圖7可知，添加了蓄熱紗的面料，經照射20min后，其面料的最大升溫值明顯升高，且其最大升溫值隨著添加量的明顯增加而明顯提高。在蓄熱紗添加量為8.34%時，其最大升溫值相比初始溫度20.0℃上升至33.5℃，與未添加蓄熱紗的參比樣相比，測試終點相對溫差為1.4℃。在蓄熱紗含量增加至49.91%，即經紗均為蓄熱紗，其最大升溫值相比初始溫度20.0℃上升至35.9℃，與未添加蓄熱紗的參比樣相比，測試終點相對溫差為3.8℃，其吸光升溫性能明顯提升。

但是從圖8可知，藏青色蓄熱面料在蓄熱紗含量在9.89%～14.28%范圍內，其吸光升溫性能相當，最大升溫值分別為34.6℃、34.5℃、34.8℃，沒有明顯區別。這是因為顏色對吸光性能的影響明顯，藏青色面料本身顏色較深，而蓄熱紗含量對其吸光升溫性能的影響因子比例下降，在蓄熱紗含量未明顯增加時，其吸光升溫性能提升較小。因此，為了實現吸光性能的明顯提升，生產工藝中也應明顯增加蓄熱紗含量。

以系列橙色蓄熱面料為研究對象，以同材質的錦綸標準貼襯織物為參比樣，研究蓄熱紗含量對橙色面料的吸光升溫性能的影響，測試結果見表5、圖9、圖10。

表5 不同蓄熱紗含量的橙色面料吸光升溫測試結果

圖9 橙色蓄熱面料的吸光升溫曲線

圖10 橙色系列蓄熱面料的最大升溫值曲線

由表5、圖9、圖10可知，同藏青色面料一致，對于橙色光熱轉換面料，隨著面料中蓄熱紗含量增加，其吸光升溫性能也不斷提升。從光熱轉化紗含量為8.34%到24.72%，其最大升溫值從32.6℃上升至34.3℃，但其升溫幅度明顯小于藏青色面料，這也進一步驗證了深顏色面料的吸光升溫性能更好這一結論。同樣，在光熱轉換紗含量為12.36%及14.28%時，其吸光升溫性能沒有明顯的區別，直至光熱轉換紗含量提高到24.72%時，其蓄熱性能方得到明顯提高。這也進一步驗證了只有在生產工藝中明顯增加蓄熱紗含量，方可實現吸光升溫性能的明顯提升。

3 結論

（1）對于組織結構參數、光熱轉換紗含量一致的光熱轉換面料，深色面料的吸光升溫性能優于淺色面料。深色面料可采用較低含量的光熱轉換紗即可達到明顯的吸光升溫效果，而淺色面料需通過提高光熱轉換紗的含量以達到和深色面料相當的吸光升溫性能。

（2）對于厚度、紗支、密度、蓄熱紗含量、織物顏色一致的光熱轉換面料，光熱轉換紗的經緯排列方式不影響其吸光升溫性能。因此，可以在保證吸光升溫性能的基礎上，有更豐富的織物組織結構設計。

（3）隨著光熱轉換紗含量的增加，面料的吸光升溫性能也得到提高，表現在最大升溫值明顯提高。但當面料的吸光升溫性能達到一定程度后，如需實現更大程度的升溫值，織物設計中需顯著提高光熱轉換紗的含量。