纺织品热舒适性与红外热辐射性能的研究

摘要

红外线是波长介于微波和可见光之间的一种电磁波，波长为0.75~1000μm，是太阳众多不可见光线中的一种。红外线具有热效应，太阳光的能量主要是通过红外线穿过“大气窗口”传播到地球表面，又称为红外热辐射。任何物体，由于内部分子和原子中带电粒子的加速运动，只要温度高于绝对零度，都会以红外线的形式向外界辐射能量。一切物体在辐射能量的同时，也在吸收外界辐射的能量，如果两者相等，物体就处于动态热平衡的状态，这种状态对于人体热舒适性具有重要意义。 随着科学技术的发展和人们日益急增的需求，科研工作者们对红外线进行了全方位的研究，并建立了红外基本理论，为红外光学的发展奠定了坚实的基础。上个世纪以来，红外技术飞速发展，并得到了广泛的应用；如今，将红外技术与纺织品相结合，开发功能性的红外纺织品已经成为世界各国纺织行业的研究热点。 纺织品是人们日常生活中最重要的基本需求。随着人们对纺织品热舒适性的要求越来越高，如何提高其热舒适性已经成为一个亟需解决的实际问题。纺织品热舒适性与其自身和环境之间的热交换有关，而红外线具有热效应，如果能将红外热辐射技术与纺织品有机结合起来，从而提高纺织品的保暖或者凉爽舒适性，将具有重要的研究意义与实际应用价值。 本文从红外线基本理论出发，为提高纺织品热舒适性，就纺织品与红外热辐射技术相结合做了一些研究工作，主要分为三部分： 一、纺织品红外发射率的基础研究； 二、纺织品红外发射率与辐射散热性能的研究； 三、红外材料制备与整理到纺织品上红外相关性能的研究。 首先，对常见纺织面料的红外发射率进行基础研究，发射率是衡量物体辐射能力的基本指标。实验研究了纤维种类、表面形貌、组织结构、混纺比例、颜色及颜色浓度等多种因素对纺织面料红外发射率的影响。结果表明，不同种类面料的红外发射率不同，其中，羊毛等蛋白质纤维的发射率较高，棉、麻等纤维素纤维的发射率较低；同时，常见纺织面料的发射率随着温度的升高而下降。表面形貌、组织结构对面料的红外发射率有着显著的影响；不同表面形貌面料的发射率存在较大差异，轧光前面料的发射率高于轧光后的面料；不同组织结构面料的发射率也存在差异，就纯棉而言，凸条结构面料的发射率最高，然后是蜂巢、破斜、缎纹等结构；而对于涤纶来说，缎纹结构面料的发射率最高，然后是斜纹、平纹等结构。对于PET/SP和N6/SP两种混纺面料，不同混纺比例面料的红外发射率也不同，PET、N6组分越多，SP组分越少，发射率越低。不同的颜色对面料的红外发射率也有不同的影响，深颜色面料的发射率高于浅颜色的面料，而对于同种颜色的面料，浓颜色面料的发射率高于颜色淡的面料。 然后，在常见纺织面料红外发射率研究的基础上，自制真空红外热辐射散热测量装置，继续研究真空、非真空两种条件下常见纺织面料的辐射散热性能。结果表明，真空条件下面料的辐射散热时间远长于非真空条件下面料的辐射散热时间，几乎成两倍的关系。纤维种类、表面形貌、组织结构、混纺比例等通过影响面料的红外发射率对面料的辐射散热性能产生影响，说明纺织面料的红外发射率与其辐射散热性能有着密不可分的关系。 最后，在前面有关纺织面料红外性能研究的基础上，筛选出合适的无机粉体材料，利用化学液相沉积法制备红外复合材料，并探讨了包覆机理和最佳工艺条件。通过涂层工艺将红外复合材料整理到纺织面料上，研究了涂层后面料的红外相关性能。结果表明，硅酸钠适合制备低发射率红外复合材料SiO2@TiO2，最佳包覆摩尔比为10%，包覆温度为90℃，pH为9~10；硫酸铝适合制备高发射率红外复合材料Al2O3@TiO2，适宜包覆温度为90℃，pH为5~6。经Al2O3@TiO2涂层后面料的发射率高于SiO2@TiO2涂层后的面料，且辐射散热性能也好于SiO2@TiO2涂层后的面料。

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