陳尚山

（江蘇雙山集團(tuán)股份有限公司，江蘇 射陽 224300）

20世紀(jì)80年代，為了更好地保護(hù)宇航員和航天器內(nèi)的高精度機(jī)械設(shè)備，使其免受外層空間溫度變化的影響，美國國家航空航天局逐漸采用相變材料進(jìn)行控制。在保暖性紡織產(chǎn)品中，Outlast空調(diào)纖維于1988年研發(fā)設(shè)計(jì)成功，1994年在商業(yè)活動(dòng)中首次應(yīng)用，1997年在戶外運(yùn)動(dòng)服中應(yīng)用，現(xiàn)在服裝及床上用品中得到廣泛應(yīng)用。用Outlast空調(diào)纖維制作的服裝特別適用于戶外活動(dòng)以及對(duì)溫度變化較為敏感的老人和嬰幼兒。

Outlast空調(diào)纖維屬于智能溫控纖維，是一種用微膠囊技術(shù)在纖維內(nèi)部嵌入熱敏電阻相變材料的新型纖維，可以自行對(duì)熱量進(jìn)行消化、吸收、儲(chǔ)存和散發(fā)，避免強(qiáng)溫變化傷害人體，營造宜人的 “小氣候自然環(huán)境” 。當(dāng)外部環(huán)境溫度升高時(shí)，纖維中的相變物質(zhì)由固態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)，消化吸收熱能并儲(chǔ)存在纖維內(nèi)部；當(dāng)外部環(huán)境溫度降低時(shí)，由液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)的相變材料釋放儲(chǔ)存的熱量，保持皮膚溫度。

1 Outlast空調(diào)纖維的生產(chǎn)方法和功效產(chǎn)生的基本原理

相變材料（PCM）是一種運(yùn)用相變潛能熱來存儲(chǔ)和開釋熱量的化學(xué)材料。從種類上看，相變儲(chǔ)能技術(shù)材料較多，根據(jù)原料的化學(xué)成分可分為3類，即有機(jī)相變材料、無機(jī)相變材料、復(fù)合相變材料。根據(jù)相變材料改變相態(tài)之法，可分為4種形式，即固-氣、固-液、液-氣、固-固。其中，固-固這一形式轉(zhuǎn)變的是晶體結(jié)構(gòu)，熱值的轉(zhuǎn)換發(fā)生在晶體結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變過程中[1]。現(xiàn)階段，對(duì)固-液相變材料的科學(xué)研究較多，發(fā)展較為穩(wěn)定。按相變溫度可分為高、中、低溫三大類，高溫相變材料主要有熔鹽、金屬材料、合金；中溫相變材料主要是水和鹽類、有機(jī)化合物和纖維材料；低溫相變材料主要是冰和膠凝劑。根據(jù)具體要求，Outlast空調(diào)纖維在相變材料方面有3個(gè)關(guān)鍵應(yīng)用：寒冷天氣的相變溫度為18.3~30.6 ℃；溫暖天氣的相變溫度為27.8~38.9 ℃；炎熱天氣或進(jìn)行大量健身運(yùn)動(dòng)時(shí)，相變溫度在33.3~44.4 ℃。

微膠囊技術(shù)在化肥、食品、紡織制品、護(hù)膚品和生物制藥等行業(yè)具有廣闊的應(yīng)用前景，是21世紀(jì)重點(diǎn)科研、開發(fā)和設(shè)計(jì)的高新技術(shù)。紡織工業(yè)中使用的相變微膠囊是用纖維材料、天然石材或半復(fù)合材料覆蓋在特殊溫度范圍內(nèi)的相變材料上，覆蓋的材料被稱為膠囊壁，制成正常狀態(tài)下相對(duì)穩(wěn)定、直徑為2~200 mm的固體顆粒。規(guī)定相變材料的性質(zhì)不會(huì)受到膠囊壁的影響，也不會(huì)和膠囊壁發(fā)生反應(yīng)。膠囊壁應(yīng)選擇能在外界溫度大幅度變化和強(qiáng)大外力作用下長時(shí)間保持有效性的原料，以防止相變材料從微膠囊中外滲。隨后，在紡絲液中加入一定量的相變微膠囊，根據(jù)噴絲頭擠出纖維。微膠囊立即置于纖維內(nèi)部，內(nèi)部的相變物質(zhì)可以順利存在纖維中。

Outlast空調(diào)纖維的關(guān)鍵技術(shù)在于微膠囊封裝的熱敏相變材料的應(yīng)用。在溫度變化過程中，固體和液體可以相互轉(zhuǎn)化，達(dá)到吸熱和放熱反應(yīng)的實(shí)際效果。當(dāng)自然環(huán)境溫度或人體皮膚溫度接近微膠囊相變材料的熔點(diǎn)時(shí)，固態(tài)的相變材料就會(huì)消化吸收熱量、變成液態(tài)，達(dá)到實(shí)際降溫效果。在嚴(yán)寒環(huán)境中，相變材料由液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)，釋放熱量，達(dá)到實(shí)際加熱效果。這種熱轉(zhuǎn)化可以減小皮膚溫度的變化，緩沖作用十分明顯，提高穿著者的舒適度，達(dá)到像空調(diào)一樣控制溫度的實(shí)際效果。

2 Outlast空調(diào)纖維的溫控特性

使用Diamond差示掃描量熱儀（Differential Scanning Calorimetry，DSC）對(duì)Outlast空調(diào)纖維和一般紡織品進(jìn)行熱分析，考察兩者在-10~60 ℃升溫區(qū)間和60~-10 ℃降溫區(qū)間是否有吸熱反應(yīng)和放熱反應(yīng)段，設(shè)定升降速率為5 ℃/min。DSC是一種熱統(tǒng)計(jì)分析方法，可準(zhǔn)確測量在系統(tǒng)控制溫度下被測產(chǎn)品和參比產(chǎn)品的輸出功率差異與溫度之間的相關(guān)性。DSC具有較高的鑒別力和靈敏度，可以定量分析和測量各種主要熱參數(shù)（熱量、直射比熱、恒壓比熱等），被廣泛應(yīng)用于材料應(yīng)用研究。Outlast空調(diào)纖維和普通纖維的熱分析結(jié)果分別如圖1和圖2所示。

圖1 Outlast空調(diào)纖維差示掃描量熱分析

圖2 普通紡織纖維差示掃描量熱分析

3 Outlast空調(diào)纖維紡織問題

Outlast空調(diào)纖維可以純紡，也可以與多種纖維（如棉、毛、絲、麻等混紡面料）交織，機(jī)織和針織都行，紡織難度較大。

3.1 靜電感應(yīng)問題比較嚴(yán)重

Outlast空調(diào)纖維是光亮纖維，產(chǎn)生大靜電感應(yīng)，雖然表面光滑，但纖維間的結(jié)合力較小。另外，纖維的原廠家沒有使用抗靜電劑，增大了紡織空調(diào)纖維的難度系數(shù)。在生產(chǎn)加工過程中，常出現(xiàn)梳棉困難、爛孔、爛邊、浮網(wǎng)、浮紗、并條、粗細(xì)紗纏繞羅拉等問題。

3.2 PCMS微膠囊易開裂

10% PCMS微膠囊包含在Outlast空調(diào)纖維中，纖維基于微膠囊中的熱敏電阻材料發(fā)生吸熱、放熱反應(yīng)，完成溫度調(diào)節(jié)。在梳理、分紗、紡紗等空調(diào)纖維的生產(chǎn)過程中，部分微膠囊容易被擠壓、破裂。如果微膠囊出現(xiàn)較多的分裂，纖維的空調(diào)效果就會(huì)消失。破裂微膠囊溢出的熱敏材料在基本工作環(huán)境中呈液態(tài)、黏稠狀，容易導(dǎo)致纖維纏繞輥、纏繞羅拉、使線圈堵塞等問題；微膠囊內(nèi)的蠟在纖維上粘附，易產(chǎn)生著色困難。

3.3 紡織品規(guī)格和型號(hào)設(shè)計(jì)的局限

Outlast空調(diào)纖維的相對(duì)密度、蓬松度和延展性較低，凈重和體積都較大，成紗難度系數(shù)大，紡織號(hào)數(shù)限制較大，特別是在高支紗紡織時(shí)。強(qiáng)度低，配比小，成品紗的斷裂伸長率遠(yuǎn)小于純棉紗，紡織難度較大。另外，纖維體量大，無法設(shè)計(jì)高密針織紡織品。

4 Outlast空調(diào)纖維紡織技術(shù)措施

將Outlast空調(diào)纖維與精梳棉混紡面料按65∶35的比例產(chǎn)出單紗18.4 tex和29.4 tex，將Outlast纖維混紡精梳棉、氨綸纖維按61∶32的比例產(chǎn)出彈力紗29.4 tex。生產(chǎn)的紡織品種類有彈力平布180 cm 18.4/29.4（40 D）342/220和彈力直貢180 cm 29.4/29.4（40 D）382/236。

4.1 原料準(zhǔn)備

為了更好地避免靜電感應(yīng)問題造成的負(fù)面影響，織造工廠在生產(chǎn)前應(yīng)適當(dāng)打開Outlast空調(diào)纖維包，縮小纖維塊或纖維束尺寸，然后將空調(diào)纖維混合于較少的長絨棉鋪層中，同時(shí)噴灑0.20%~0.40%抗靜電脫脂劑，放置24 h備用。添加抗靜電脫脂劑的作用是抑制織造過程中的靜電感應(yīng)，提高空調(diào)纖維的可紡性。

4.2 避免微膠囊開裂

為了更好地防止微膠囊開裂，在清棉過程中選擇了步驟少、多梳理少打漿、慢速、多抓勤抓、多混合的加工工藝標(biāo)準(zhǔn)；梳棉選擇輕量化分析、慢速、小張力、中隔距、輕壓力的加工技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)；并條工藝流程保證分紗條件一切正常，前、中、后羅拉膠輥壓力和羅拉壓力降到最低，粗細(xì)紗上羅拉裝上更輕的齒輪。在紡織生產(chǎn)過程中，為了保證棉紗安全通過的平整度和光滑度，將不合格的綜絲和停經(jīng)片全部清除更換，用潤滑液潤滑綜絲和停經(jīng)片，保濕，防止損壞Outlast空調(diào)纖維表面的微膠囊組織[2]。

4.3 優(yōu)化紡織品規(guī)格模型

對(duì)于相對(duì)密度低、強(qiáng)力小、紗線斷裂伸長率低、紡織難度系數(shù)大的Outlast空調(diào)纖維，各工序半成品加工定量應(yīng)過輕設(shè)計(jì)，掌握定長為過小，粗細(xì)紗卷繞線距和經(jīng)向的相對(duì)密度按小控制。另外，紡織面料的經(jīng)緯密度不宜大。有的織造廠將342/220設(shè)計(jì)為彈力平布的經(jīng)緯密度、彈力直布的經(jīng)緯密度設(shè)計(jì)為382/236。

5 成紗質(zhì)量

Outlast空調(diào)纖維微膠囊有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)，生產(chǎn)難度較大。在多次試驗(yàn)中，制造出多種類型的Outlast空調(diào)纖維紡織品。以O(shè)utlast空調(diào)纖維混紡棉紗為例，細(xì)紗成紗質(zhì)量如表1所示。

表1 細(xì)紗成紗質(zhì)量

采用上述棉紗紡織彈力直貢，紡機(jī)效率為89.00%，以0.8根/臺(tái)時(shí)紗臺(tái)斷頭時(shí)，一等品入庫率超過94.00%。