三、发热类适温型纤维

所谓发热类适温型纤维，是指自行发热而温暖身体的一种全新材料，其发热机理主要有光热转换类、吸湿类、导电类等。
目前所谓的自发热纤维在发热方面的功能是有限的，因为从物质守恒定律出发，出现的热能只能从人体的皮肤呼吸中获得。目前作为保暖内衣的发热度，大约在3~8℃左右。

发热类适温纤维的特点：

★发热性：利用吸收人体的皮肤呼吸产生的湿气来达到发热的效果。

★保湿性：纤维中间部分含有静态的空气，产生良好的隔温效果，不仅让面料本身重量减少，而且静态空气的保温性也极佳。

★调湿性：利用纤维表面细微的沟槽所产生的毛细现象和特殊纺纱工艺，使多余的水分经蕊吸、扩散、传输等作用迅速吸收并散发，使身体保持干爽。

★柔软性：模仿自然生态中的天然纤维，赋予纤维表面无数可呼吸的微孔，达到天然纤维的柔软和舒适感。

★良好的抗起球性：利用特殊的纺纱技术，达到比同类纱线抗起球性提高很多。

1.光热转换类发热纤维。日常生活和工作中，人体大部分时间处于各种光源的照射之中，而光热转换材料的特征就是将太阳光的能源转换成热能，并储存在材料之中。黑色吸收面吸收太阳光辐射，可以将光能转换成热能，其吸收性能好，但辐射热损失大，所以黑色吸收面不是理想的光能吸收面。选择太阳光吸收率高和发射比较低的化合材料，是制作比较理想光热转换的发热纤维。

受北极熊毛光热转换的启发，20世纪80年代，日本帝人公司开发了一系列利用储存太阳光和人体辐射放热的纤维产品。例如复合纤维阳光a，它的芯组分聚合物里含有吸光畜热性能的碳化锆类化合物微粒，皮组分则为聚酯或聚酰胺。丝的规格有5.5tex、16.5tex涤纶和3.3tex、7.7tex锦纶。阳光a纤维具有杰出的吸收可见光和近红外线的功能。制成服装穿着后，在有阳光的日子里，服装内的温度比普通服装高2~8℃，阴天时也可高2℃左右，保温效果明显提高。该纤维已被用来制作滑雪服、运动衫、紧身衣等多种产品。

日本omikenshi公司新开发具有发热与保温效果的solar touch纤维，是掺入了微粒子金属氧化物的人造短纤维。该纤维的微粒子金属氧化物吸收太阳光时，其分子产生共鸣使分子运动变得活泼，并在物质内相互产生撞击，使纤维本体的温度上升变成热能自行发热。solar touch就是利用了这一原理的机能性纤维。它和吸湿发热纤维不同，即使在干燥的状态下也能发热，所以无须出汗。另外，solar touch还具有利用人体放出的微量远红外线进行发热、蓄热的“solar touch”特殊机能。在该公司的测试中，solar touch的发热量高于棉织物。solar touch使用棉30%混纺的针织布料，发热量仍很高，所以保温性持续较长。

目前所知的具有良好光热转换的功能材料是碳化锆，这种材料对占太阳光能量95%。波长在2微米以下的光线有很强的吸收作用，并将吸收的光能转换成热能，使体系温度升高。

尤尼吉可公司最新推出的Thermotron纤维，具有发热与保湿优越性能。每根Thermotron单纤维的芯部均溶有碳化锆的微小粒子，使该纤维可以吸收所有可见光和太阳光，并把吸收的光能转换成为热能，同时还具有反射人体发出的远红外线的功能。通过“吸收光-热/转换”和“远红外-热反射/转换”的发热与蓄热机理，使人体得到所需的舒适、保暖温度。该纤维材料刚问世时主要用于滑雪服，目前被作为针织产品的内里选材并受到关注。

日本钟纺公司新开发的Sunshine fever纤维，它是利用纳米碳化锆与锦纶复合的芯壳结构长丝，用它加工而成的服装在有阳光时，具有高效率的“光-热/转换”功能，让服装内的温度比相同的普通服装高5~8摄氏度，即使在阴天也比普通服装高2摄氏度。

日本东丽工业公司推出的这一种新功能纤维Heat release，是用碳化锆的聚合体作芯，聚酯或尼龙作鞘的复合丝。Heat release纤维不但具有高温性能，而且能把太阳光变成热贮藏起来，当气温下降时，再把热量释放出来，以达到“保暖”的目的。

具有良好光热转换的功能材料还有金属化合物。日本帝人公司新研制成功的MPTE纤维，是在纤维的中空部分充入金属化合物的Gold nanoparticles纳米材料，由于由于纤维空腔结构所形成的大吸收截面以及空腔中Gold nanoparticles纳米材料具有独特的表面等离子体增强效应，从而使热转换效率明显提高。因此这种纤维产品在吸收阳光中的热能时有很强的发热、保温功能。这种衣料制成的衣服适宜中、小学的学生在气温较低的日子上游泳课时穿。

日本Kuroki纺织厂和美国航天管理局合作研制成功的新型Reflect sunlight运动服。其织物纤维的制作方法是，在聚酯、再生纤维的混纺面料上真空蒸镀一层在高温下能熔化的铝化合物。因此，它对太阳光中的红外线，可比一般棉布服装多反射50%，这就为长跑运动员带来了福音。运动员穿上这种新型服装，可以控制衣服内部温度的升高而保持舒适感。

2.电热转换类发热纤维。杜邦公司最近试制的一种用适温型服装的电热转换类发热纤维，是利用新型电热材料DZR参与组成的Withstand the cold复合纤维，Withstand the cold原理如同电热毯，利用导电纤维通电使纤维发热，以达到取暖的效果。用该纤维制成的服装，外形似一件薄薄的单衣，其实为一件电热衣，能源来自随身携带的可充电电池，在寒冷的冬季里，其源源不断的热量，足以抵御严寒。

日本东邦公司采用具有优异导电性能的纳米碳纤维，制成了通电后具有良好保暖性的Nano carbon source发热纤维。这种纤维织成的织物除可用于保暖服装、医疗保健服装外，还可以用于电热地毯、加热床单、车辆加热垫的制作。

日本东丽公司还有人用聚乙烯和炭黑粉末混合的方法制成了EHSCB发热纤维。对这种电热类发热纤维的研究表明，当聚乙烯中混入10%炭黑制成直径1 mm、长度10mm的纤维产品时，这种纤维约有500n的电阻，在40V的电压下其表面发热温度可达到5℃~8℃，是高寒区服装、户外运动服与滑雪服的理想用料。

日本三菱公司新开发的Wen Changsi发热长丝纤维，是采用棉、聚酯或芳族聚酰胺等有机纤维作纤芯，以树脂作表质，并包覆导体碳纤之类的导电质而构成，施加适当电压后，因焦耳热使织物升温生热。PMMA

韩国HFG公司最近研制出一种名称“Light wave effect”的碳磷型导电纤维；用它制作的织物与服装，可以直接利用太阳光中的红外光作热源。这是一种对人体极为有益的自然热源，通过光热转换机制将热源传到人体身上。同时，当太阳光中的红外光波触及人体与皮肤时，可以经过衣服穿透人的肌体40毫米之下，起到促进血液循环、新陈代谢与活化细胞组织等医疗效果。

3.化学热能转换类发热纤维。在化学热能转换类发热纤维中，碳纤维是一种新型的高性能发热纤维材料，其升温速率能产生人体需要的生命之光远红外线8μm~15μm，因此用碳纤维作为服装材料，有着金属、PTC等电热体所不可比拟的诸多优异性能。

据了解，聚酯类纤维通常会添加炭黑等导电剂，但聚酯导电剂的分散性差，如果大量添加则粘度增高，不能稳定地制造出均质的丝。日本东丽公司最近采用兼备高变形跟踪性和高导电性的化学聚酯聚合物与纳米炭黑粒子合成Gao Fare纤维，开发出具有世界先进水平的聚酯化学发热纤维，其1厘米纤维丝电阻为数8~10万欧姆，并已经为开发新型防高寒服装提供了样品。

英国Essentra纤维公司最近利用一种新型化学方法制取成功一种发热调温纤维。其奥秘是纤维内附有一层不透水的薄膜，内装硫酸钠粉末，当硫酸钠受热后会液化贮热，其贮热能力比水强60倍，从而使体感温度下降；而遇冷时硫酸钠会固化，同时将吸收的热量散发出来。用其纤维制成的面料可用于服装和窗帘。

译据美国佛瑞斯特研究院的院刊《佛瑞斯特经济》杂志2015年9月号~10月号

原文作者：佛瑞斯特研究院产业首席研究员约翰·格雷斯博士