虽然衣物本质上最(zui)重要的作(zuo)用(yong)是蔽体,保护脆弱(ruo)的人体免于(yu)天气(qi)与环境的伤害(hai),在(zai)一(yi)些有潜在(zai)危害(hai)的活(huo)动(dong)(像(xiang)远足或烹饪(ren)时)时提高(gao)安(an)全(quan)的程度。 不过随着科技(ji)技(ji)术的发展,衣(yi)(yi)物的功(gong)能早不止于(yu)此,各(ge)种五花八门的功(gong)能都(dou)被叠加在原本普(pu)通(tong)的衣(yi)(yi)物上。
具(ju)备防晒功能(neng)的衣物越来越受欢迎
如果您对(dui)这些功(gong)能(neng)衣物有所了解,就会知道许多(duo)功(gong)能(neng)之(zhi)所以得以实现,靠的不是布料本(ben)身而是被添(tian)加到(dao)里面的纳米(mi)级陶瓷粉(fen)体(ti)。它们之(zhi)所以具(ju)有各(ge)种独(du)特的甚至奇异的性能,主(zhu)要得益于(yu)其(qi)自身的特殊性能及极大(da)的表(biao)面(mian)比(表(biao)面(mian)总(zong)面(mian)积与总(zong)质量的比例(li)),当被分散(san)固定在纺织品(pin)上(shang)时就(jiu)能使纺织品(pin)具(ju)有各(ge)种功(gong)能。
那(nei)到(dao)底陶瓷材料(liao)有多“神通广大”?它们又是(shi)怎(zen)么(me)发(fa)挥(hui)作用的?下面(mian)一起看看。
抗UV
近(jin)年来,防止(zhi)紫(zi)(zi)外(wai)线对人体的(de)(de)伤害(hai),已(yi)经(jing)被越来(lai)越多的(de)(de)消费者所重视。紫(zi)(zi)外(wai)线照射不仅使(shi)纺织品褪色(se)、脆(cui)化,强度降低,还(hai)可使(shi)皮肤(fu)变红,产生(sheng)黑(hei)色(se)素(su)和色(se)斑,影响皮下弹性(xing)纤维,使(shi)皮肤(fu)失(shi)去弹性(xing),产生(sheng)皱纹,更(geng)严重时还(hai)会(hui)诱(you)发癌变。
为了阻断太阳光(guang)(guang)中有害人体健康的紫(zi)外光(guang)(guang)线,可在布(bu)料纤维中加入纳(na)米陶瓷粉末(mo)。目前这(zhei)部分技(ji)术主要有两(liang)大(da)类:一(yi)是在加(jia)工生(sheng)产化(hua)学纤(xian)维时(shi),将紫(zi)外(wai)线(xian)屏蔽(bi)(bi)(bi)剂(ji)加(jia)入,即采(cai)用(yong)熔融法纺丝时(shi),加(jia)入紫(zi)外(wai)线(xian)屏蔽(bi)(bi)(bi)剂(ji),使生(sheng)产出的化(hua)学长(zhang)丝或短纤(xian)维本身(shen)就具有屏蔽(bi)(bi)(bi)紫(zi)外(wai)线(xian)的功能;二(er)是采(cai)用(yong)表(biao)面涂层法,即采(cai)用(yong)抗紫(zi)外(wai)线(xian)物(wu)质均匀地分散(san)于(yu)粘合剂(ji)中(zhong),涂在织物(wu)上形成屏蔽(bi)(bi)(bi)薄(bo)膜,阻隔(ge)紫(zi)外(wai)线(xian)与人体(ti)皮(pi)肤接触(chu)。
紫外线(xian)屏蔽剂的主(zhu)要作(zuo)用是反射或散(san)射紫外线(xian),目前常用的紫外线(xian)屏蔽材料(liao)主(zhu)要有ZnO,TiO2,Fe2O3,MgO,滑石(shi)粉等(deng),其中(zhong)ZnO和TiO2效果最好(hao)。为保证紫外线屏蔽剂的(de)效果,其粉末颗粒直(zhi)径d≥λ/2(λ为波长),但颗(ke)粒(li)(li)直(zhi)径过大,会影响(xiang)纺丝的质量,织(zhi)物的手(shou)感也会受到影响(xiang),一般要求颗(ke)粒(li)(li)直(zhi)径d≤0.01μm。具体(ti)可参(can)考下表(biao)中两种由(you)日本开发的紫外线屏蔽剂ZnO-100和Zn-200的物理性能(该屏(ping)蔽剂主要(yao)用于涂层(ceng)法)。
经过抗紫外处(chu)理后的面料织物对180~400m波段的(de)紫外线,特别(bie)是UVA,UVB有良好的(de)吸收和发射作用,屏蔽性强(qiang),紫外线透过率大(da)(da)大(da)(da)降低(di),还能降低(di)热传导速度借以提供皮(pi)肤极(ji)佳的防护和凉爽,因此(ci)特别适用于野外(wai)工作服、高(gao)原服、及(ji)太(tai)阳伞等使用。
凉爽(shuang)
高(gao)温作业(ye)人(ren)员面临着严(yan)酷(ku)的(de)工作环境,很容易产生(sheng)热累积、热应(ying)激反应(ying),加(jia)重人(ren)员的(de)疲(pi)劳感,影响(xiang)人(ren)员的(de)反应(ying)灵(ling)敏度(du),降(jiang)(jiang)低人(ren)员执行任务能力,为了(le)改(gai)善(shan)人(ren)体微(wei)气候环境,降(jiang)(jiang)低人(ren)员热应(ying)激反应(ying),通(tong)常都采用穿着降(jiang)(jiang)温服装来增加(jia)人(ren)体生(sheng)理舒适性。
为了达到低温凉爽的(de)效果,可(ke)在布料纤维中加(jia)入纳米陶瓷粉(fen)末,因陶瓷粉(fen)末高导热与高散热特(te)性(xing),能快速(su)降低布料吸收来的温度(du)——比如说(shuo)氮(dan)化硼就具有非常优秀的热导率,除了(le)能(neng)在电子产(chan)品(pin)热(re)管理(li)材料中大(da)展(zhan)身手外,也能加入纺织纤维中,制备(bei)成冰爽怡人的人体(ti)热(re)管(guan)理(li)材料(liao)。
利用氮化硼优异的导热性,东(dong)华大学纺织科(ke)技创新中心(xin)俞建勇(yong)院士和丁彬教授团队(dui)带领的纳米纤(xian)维研究团队(dui)通过静电纺(fang)丝技术制备(bei)了连续氮化硼导热框架贯穿的高导热超疏水聚氨酯防水透湿纳米(mi)纤(xian)维膜,原(yuan)料(liao)包(bao)括一种聚(ju)合(he)(he)物(wu)(聚(ju)氨酯),一种疏(shu)水性的聚(ju)合(he)(he)物(wu)(氟化聚(ju)氨酯)和导热填(tian)料(氮化硼纳米片)。
这些膜(mo)可(ke)以驱散外界的(de)(de)水分(fen),但是(shi)它们的(de)(de)毛孔足够大,可(ke)以使汗液从皮肤(fu)中蒸发(fa),并使空(kong)气循环。氮(dan)化硼纳(na)米(mi)片覆(fu)盖了(le)聚合物纳(na)米(mi)纤(xian)维(wei),形成了(le)将热(re)量从内部源传导到外部空(kong)气的(de)(de)网络(luo)。可(ke)以在保证纤(xian)维(wei)高透(tou)湿性(xing)(xing)能(neng)的(de)(de)前提(ti)下实现了(le)材料(liao)导热(re)性(xing)(xing)能(neng)的(de)(de)提(ti)升,同时采用低(di)表面能(neng)的(de)(de)氟化聚氨(an)酯对纤(xian)维(wei)表面润(run)湿性(xing)(xing)调控,使纤(xian)维(wei)膜(mo)具备了(le)良好的(de)(de)超疏水特性(xing)(xing)和耐水渗(shen)透(tou)性(xing)(xing)。
发热
冬季(ji)来临时,瑟(se)瑟(se)寒(han)风让人(ren)恨不得里三层外三层裹成熊(xiong),但穿这么(me)厚又(you)不符合当下都市人的审美追求。为了美丽且(qie)不冻人(ren),“自发热面料”便(bian)横空出世了,以其(qi)制(zhi)成的发热(re)内衣(yi)等衣(yi)物深受人们欢迎,也被商家封为“过(guo)冬神器”。
自发热面料之(zhi)所以可(ke)以发热,一般是(shi)(shi)通过两种技术来达到,一是(shi)(shi)通过在纤维(wei)中(zhong)加(jia)入对热辐射吸收比较(jiao)好(hao)的无机离子;二(er)是(shi)通(tong)过在纺丝溶液中加(jia)入远红(hong)外线(xian)放(fang)射(she)陶瓷粉体(ti)。其发热原理并不是自(zi)己主动(dong)发热,而是通过(guo)吸(xi)收(shou)人体放(fang)出的热量进(jin)行储存然后再释放(fang)。
红外线是物体(ti)辐射能量之一,它是因组成分子(zi)原(yuan)子(zi)核外围电子(zi)能量跃(yue)迁所产(chan)生之结果。以人体(ti)为(wei)例,人体(ti)的体温会使人体本身(shen)能释(shi)放9.3 mm附近为主之远红外线,其(qi)总放射能量强度约为450 W/m2,此现象可由红(hong)外线热像仪清楚地看(kan)出(chu)人体(ti)表面所(suo)释(shi)放之远(yuan)红(hong)外线。而亚微米(mi)级远红(hong)外(wai)陶瓷材料能在常温下吸收人(ren)体自(zi)身(shen)向外(wai)散发(fa)的热量(liang),并辐(fu)射(she)回(hui)人(ren)体最需(xu)要的波(bo)长(zhang)为6~14μm的远红外(wai)线,让人体皮下水分子产生(sheng)(sheng)摩擦(ca)生(sheng)(sheng)热,进而(er)发生(sheng)(sheng)温热效果。此时人(ren)体(ti)的(de)(de)热(re)会再被陶瓷粉(fen)吸收并(bing)放射远红外(wai)线,这样会有(you)持(chi)续的(de)(de)循环(huan)反应(ying),达到长效的(de)(de)发热(re)效果。
高(gao)效(xiao)能远(yuan)红外线(xian)陶瓷粉末型态
目前常(chang)见的远红外线(xian)陶瓷(ci)材料可分为金(jin)属(shu)氧化物(wu)、非氧化物(wu)及金(jin)属(shu)等三大类,各类常见材料可见(jian)下表。一般(ban)而言,金属氧化物的远红外线放(fang)射率比非氧化物及金属(shu)高,而非氧化物及金属(shu)的(de)远(yuan)红外线放射率相近(jin),两者较(jiao)不适合(he)作为高(gao)效能(neng)远(yuan)红外线辐(fu)射材料(liao),其应(ying)用大都作为反射板之使用。
种类 |
细分类 |
材料 |
金属(shu)氧化(hua)物 |
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MgO、CaO、ZrO2、TiO2、Cr2O3、MnO2、Fe2O3、Al2O3 |
非氧化物 |
碳化物 |
ZrC、TiC、TaC、MoC、WC、B4C、SiC |
硅化物 |
TiSi2、WSi2、MoSi2 |
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硼化物 |
ZrB2、TiB2、CrB2 |
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氮化(hua)物(wu) |
ZrN、TiN、B4N、AlN、Si3N4 |
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金属 |
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Ta、Mo、W、Fe、Ni、Pt、Cu、Au |
在远(yuan)红(hong)外线(xian)(xian)产(chan)品应用上(shang),为加强远(yuan)红(hong)外线(xian)(xian)陶瓷材料的远(yuan)红外线释放(fang),一般常会在远(yuan)红外线陶瓷材料中(zhong)添加稀有元(yuan)素(su),如镧(La)、铈(Ce)、钕(nv)(Nd)、钍(Th)等等。稀(xi)有元素(su)的价电子(zi)带容易捕获(huo)远红外(wai)线陶瓷(ci)材料(liao)的电子,因此会增加远红外(wai)线(xian)陶(tao)瓷(ci)材(cai)料(liao)的电子-电洞数目(mu),释放的(de)远红外线能量也越强(qiang)。
目前(qian)这些保暖衣物多以含(han)远红外(wai)陶瓷材(cai)料(liao)的合成(cheng)纤维(wei)编织(zhi)为(wei)面(mian)料(liao)内层,天然纤维(wei)编织(zhi)为(wei)面(mian)料(liao)外(wai)层,两(liang)者通过针织方式连在一起,已被用(yong)于开(kai)发各种远(yuan)红外干(gan)爽型(xing)纯(chun)棉(mian)或涤棉(mian)保健内衣裤(ku)、衬(chen)衫、文胸、袜子、床单、被罩等。
粉体圈NANA