防严寒纺织品和服装的研究与应用(Ⅱ) yd17911
张华 天津工业大学, 天津, 300160
原载：纺织学报2003/6；610-612
【摘要】 综述了防严寒纺织品和服装在日常生活、军用服装和职业服装等领域的研究及应用情况。
【关键词】 御寒服 防水透湿织物 蓄热调温纺织品 研究 应用
【中图法分类号】TS 941 7314 文献标识码:A
1 防水透湿织物面料
水的传热系数是干燥纤维的10 倍, 是空气的25倍, 织物中的水蒸汽含量增大时, 织物的保温性能显著下降[1]。防水透湿织物既可以防止外界的水分进入织物内部, 又可以使织物内部的水分排到织物外面, 在防严寒服装方面有着极其重要的作用。
二战期间, 盟军为了增加飞行服的舒适性和防止掉入水中的飞行员因低温致死, 研制了一种高密度的棉织物飞行服, 织物中纱线的密度达到了98 根/cm[2] 。这种织物的棉纤维可以在遇水后发生膨胀,使纱线间的空隙变小, 防止水的渗入。
1976 年, W. L. Gore & Associate 公司利用聚四氟乙烯微孔膜开发出了一种新型织物Gore-Tex,其功能层是采用双向拉伸的聚四氟乙烯膜制成, 控制拉伸工艺可以得到孔径尺寸介于水滴和水蒸汽之间的微孔膜, 使得水蒸汽可以顺利通过该膜, 而水滴却无法通过该膜。
与此相似, 采用聚氨酯微孔膜为功能层的防水透湿织物也得到了广泛的研究。
1980 年Robert W. Gore 申请的一项防水薄膜制品专利中使用微孔聚四氟乙烯膜为外层, 无贯穿微孔的亲水性膜为内层, 水分子在亲水性膜两侧的水蒸汽压力差驱动下, 通过吸附和扩散作用, 从压力高的一侧传向压力低的一侧, 所用的亲水性聚合物是具有交联结构的聚氨酯- 聚醚共聚物和含有亲水性侧基的氟碳聚合物[3] , 在使用氟碳聚合物Hypol的实施例中水蒸汽透过量达到了11575 g/m2 ·24 h。图1 为聚四氟乙烯微孔膜、聚氨酯微孔膜和亲水性无孔膜的扫描电子显微镜照片。
1983 年, 英国开发了无孔涂层防水透湿织物,具体是在织物的一侧表面涂层整理亲水性聚氨酯。控制涂层工艺可以使制成的这种涂层织物的聚氨酯膜表面在5500 倍电子显微镜下观察不到任何微孔。
1984 年英国Baxenden 公司将该技术市场化, 其商品名是Witcofles, 目前是欧洲防水透湿织物的一大品牌。
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图1 3种防水透湿膜的扫描电子显微镜照片 |
1985 年Akzo Nobel( 现Acordis) 公司采用聚对苯二甲酸丁二酯-聚乙二醇嵌段共聚物为原料, 制成了亲水性无孔防水透湿膜[4, 5]。聚对苯二甲酸丁二酯-聚乙二醇嵌段共聚物是通过传统的缩聚反应制成的, 共聚物中含有70% ( 重量) 的聚醚, 共聚物经熔融压延或吹塑工艺制成薄膜, 制造过程中不使用任何溶剂, 因而该工艺更具有环境友好的特点, 这种防水透湿织物的商品名是SympaTex。亲水性无孔膜厚度为20 微米左右的织物透湿量在2500~2700g/m2·24 h 之间。
1992 年日本尤尼吉卡公司和三菱重工等3 家公司, 利用玻璃化转变温度为0~60℃的形状记记聚合物为原料制成薄膜[6], 这种薄膜与织物层压以后可以得到透湿量随温度变化的防水透湿织物, 见图2。三菱重工开发的Diaplex织物的透湿量高达6000~12000 g/m2·24 h, 可以满足服装舒适性的要求。
防水透湿织物目前广泛用做防雨服装、防寒服装面料、冬季鞋、靴面料、包装材料和帐篷及建筑屋顶材料等。美国海军已经试验将其用于制成潜水服, 据实验测试, 其舒适性优于传统产品。另外, 美国军队的有关研究机构正在与三菱重工和Acordis公司合作, 准备通过调整聚合物的组成使之具有除水蒸汽以外其他气体的选择性通透性, 计划将这种高选择性的织物用于防化学武器和生物武器侵害。
英国一家公司将3M公司的Thinsulate 和
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图2 温度对亲水性防水透湿织物透湿量的影响 (Diaplex ) |
Acordis 公司生产的防水透湿织物—— SympaTex相结合, 制成了运动和休闲服装[7]。一种用于水上直升机驾驶员的服装也被开发出来, 这种服装采用了防水透湿、阻燃的Gore-Tex
织物为面料[8]。
美国军队Nat ick 研究中心开发了防严寒服装体系。这种服装由丙纶纤维的内衣、防寒裤、防水透湿面料的战地茄克衫裤组成。这类服装在-32℃寒冷地区使用, 性能良好, 如果再添加一层涤纤材料所作成的衬衫以及工装裤, 则低温可达-51℃[9]。
风速显著影响服装的保暖性能, 在5℃的气温下, 当风速达到70 km/h 时, 感觉气温为-22℃。防水透湿织物具有良好的防风功能, 因此被用于登山服和极地探险服等, 其保暖性能优于一般织物。
防水透湿织物以其优良的防水、拒风、透湿和透气性能, 赢得了越来越大的舒适性纺织品市场和高保温纺织品市场。Gore-Tex问世已有20 多年的时间, 目前仍保持有很高的销售量, 而以SympTex和Diaplex为代表的温度敏感型防水透湿织物的产量、应用领域正在稳步扩大。美国[10]、中国[11] 和韩国等在新型防水透湿织物方面的研究仍在进行当中。
2 蓄热调温纤维
1987年, 美国一家公司研究将相变材料微胶囊添加在纺织纤维中用于生产更暖、更薄的手套衬, 用于在极端低温环境中作业的飞行员和地勤人员[12]。美国海军随后研究了这种织物用于生产保暖性更好的寒冷气候下使用的袜子, 这种材料独特的热性能使研制出的袜子免于像普通的保温隔热材料那样受压缩和潮湿的影响[13]。
蓄热调温纤维中含有的低温相变物质在相变温度时吸收或放出热量[14], 使得该类纺织品具有智能调节作用, 在降温过程中纺织品的总热阻力为静态热阻和动态热阻的和, 见表1。应该注意的是, 动态热阻并不是恒定不变的[15] 。
1989 年美国研究将含有微胶囊的纺织品用于宇航员手套衬。采用两种含相同相变物质层的夹心结构组成的薄絮片能够使手在低达-60℃的温度下握冰冷的铜棒10 min仍保持温暖。
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表1 蓄热调温絮片的保温性能[14] |
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1995 年美国开发极端低温水下环境用干式潜水服。其保温衬层由微胶囊化相变物质泡沫和Thinsulate绝热层构成的保温材料表现出了对低温环境的优良的绝热性能和最长的时间[16]。结果表明, 当压力增大对织物形成压缩时, 这种复合结构优于绝热空气结构。这种潜水服的外层采用防水透湿织物。
1997 年美国海军公布了新型干式潜水服的研究结果, 该服装采用微胶囊化相变物质为功能材料,制成全身潜水服, 经过测试, 这种新潜水服可以使潜水员在3 h 内保持温暖, 而普通的潜水服的保温时间只有1 h 多一点。
1999 年美国Natick 研究中心对数种蓄热调温纺织品进行研究, 拟开发用于海军航空兵飞行员执行秋冬季海上飞行任务时的飞行服保温内衬, 以防水透湿织物为面料, 希望内衬中的相变材料能够在遇冷后释放出比常规内衬更多的热量, 以保证飞行员能够在事故后落入水中时, 保持正常的体温。
3 结束语
综上所述, 防严寒纺织品和服装的研究与开发已日益受到重视, 品种日益增多, 这不但反映出市场旺盛的需求, 也是高科技发展对服装市场的一种推动。预计未来的高保温纺织品和服装将仍以防水透湿织物、细旦和超细旦纤维、三维中空卷曲纤维结合相变蓄热技术为重点开发对象, 在提高防水、防风、透湿和透气以及智能调节功能方面取得突破。
参考文献
[1] 徐向东等. 低温环境对作业人员的影响及评价. 中国安全科学学报, 1993(4) : 39.
[2] Horrocks A R et al. Handbook of Technical Textiles.England: Woodhead Publishing Limited. 2000.
[3] Gore R W.Allen S B. Wat erproo Flaminate, USP4194041.
[4] Lomax GR. , The Design of Waterproof . Water Vapour-permeable Fabrics. Journal of Coat ed Fabrics, 1985(7) : 40-67.
[5] Gennen B.A Water Vapor- permeable Membrane from Block Copolymers of Poly ( butylene t erephthalat e) and Polyethylene Oxide. Journal of Membrane Science, 1996(113) : 323-329.
[6]ユニチカ株式会社, 三菱重工业株式会社, 株式会社バイロン，透湿性布帛及びその制造方法. 公开特许公报, 特开平4-370276.
[7] Holmes B. Laminated Insert Combines 3M Insulat ion with Wat reproof and Breathable Membrane. Technical Text iles Internat ional, 2000(5) :21.
[8] Jones L.Multifabs Survival Introduces Gore-Tex Flightsuit s for Overwater Helicopt er Crews.Technical Textiles Int ernational , 1999( 12) : 88.
[9] 徐朴等译, [美] S 阿达纳主编. 威灵顿产业用纺织品手册. 北京: 中国纺织出版社, 2000: 9.
[10] Mogri Z. et al. Wat er-vapor Permeation in Semicrystalline and Moltebn Poly( octadecyl arcylat e) . Journal of Polymer Science: Part B: Polymer Physics, 2001( 39) : 979-984.
[11] Ding Xuemei et al. Effect of Cryst al Structure of Shape Memory Polyurethane Hong Kong.Film on Water Vapour Permeability. 6th Asian Textile Conf erence, 2001: 22-24.
[12] Bryant Y. G. et al. Fibers with Reversibl e Enhanced Thermal Storage Propert ies and Fabrics Made Therefore,US4756958.
[13] Colvin D. P. Enhanced Thermal Management Using Encapsulat ed Phase Change Mat erials.An Overvies,HTD-Vol. 363BED, 1999(44) : 199.
[14] Cox R. Synopsis of the New Thermal Regulat ing Fiber Outlast. Chemical Fibers Int ernational, 1998(12) : 475.
[15] Zhang Xingxiang. Chapter 3 Hea-t St orage and Thermo-regulated Textiles and Clothing. in Tao Xiaoming ( editor ) . Smart Fibres. Fabrics and Clothing. Woodhead Publishing Ltd, ( 2001, 10. Cambridge, England) .
[16] Colvin D. P. et al. Prot ective Clothing Encopsulat ed Phase Change Mat erials.HTD-Vol . 362BED, 1998( 40) : 123.