把科技穿在身上，既有溫度也有風(fēng)度
在剛剛過去的春節(jié)假期，受寒潮天氣影響，全國部分地區(qū)氣溫大幅下降，處于“速凍”模式中。
來自中央氣象臺的信息，節(jié)日期間，我國東北、華北部分地區(qū)，氣溫創(chuàng)今冬新低，黑龍江省漠河市最低溫度甚至跌至零下53攝氏度。
為了防寒，連不少“要風(fēng)度、不要溫度”的年輕人，都穿上了厚實的外套。
不過，想御寒保暖，不必非要把自己裹成“粽子”。如今，用在冬衣上的“黑科技”能夠幫助人們“既有風(fēng)度、也有溫度”。
“人體熱量的散失是由于熱傳遞造成的，熱傳遞有3種基本方式：傳導(dǎo)、對流和輻射。”天津工業(yè)大學(xué)紡織科學(xué)與工程學(xué)院高級工程師、博士生導(dǎo)師夏兆鵬在接受科技日報記者采訪時介紹道，為了達到保溫效果，在設(shè)計上冬季防寒衣物要盡一切可能減少熱量經(jīng)由這3種途徑流失，冬季保暖材料及保暖服裝也都是圍繞著這一原理進行研發(fā)和設(shè)計的。
仿造鵝絨：
即使被浸濕也能實現(xiàn)保暖效果
“冬天人體與外部低溫環(huán)境間存在巨大溫差，這就造成熱傳導(dǎo)，即熱量會從溫度高的地方傳導(dǎo)到溫度低的地方。如果在衣服中加入低導(dǎo)熱系數(shù)的高蓬松保暖填充物，就可以阻止熱傳導(dǎo)，進而減少人體熱量散失，達到保暖的目的。”夏兆鵬介紹道，這類保暖填充物主要起阻隔熱傳導(dǎo)的作用，目前比較常見的天然材料有棉、毛、羽絨等，比較常見的化學(xué)纖維材料有中空滌綸、噴膠棉等。
與傳統(tǒng)保暖填充材料相比，近年來出現(xiàn)了一些新型保暖填充材料，其中具有代表性的就是仿鵝絨結(jié)構(gòu)高保暖絮片。這種填充材料不僅保暖性強、輕便，而且在潮濕的環(huán)境下依舊可以持續(xù)保暖。在2022年北京冬季奧運會上，中國運動員的防寒服中就用這種仿鵝絨結(jié)構(gòu)高保暖絮片作為填充材料，其在完全浸濕的條件下仍然能夠達到98%的保暖率。
“仿鵝絨結(jié)構(gòu)高保暖絮片的主要成分是與鵝絨纖維直徑長度相差不大的仿造鵝絨，同時混入遠紅外滌綸和熱熔滌綸。”夏兆鵬解釋，其中仿造鵝絨以中空滌綸和Y形滌綸為主體，這兩種滌綸可以最大限度地儲存靜止空氣，而靜止空氣可以較好地保存熱量。此外，即使是在被水浸濕的情況下，中空滌綸和Y形滌綸依然可以儲存一定的靜止空氣。
仿鵝絨結(jié)構(gòu)高保暖絮片能夠克服天然鵝絨顯臃腫、有異味、易跑絨和價格高等缺點，同時具有超輕、超薄、濕態(tài)保暖、高蓬松度等特點，而且洗滌后回彈性好、不縮水、保暖率不降低。
碳納米管加熱膜：
通電即發(fā)熱，溫度可調(diào)控
采用加熱材料制作的電熱服是國內(nèi)外研究最多的冬季服裝之一。
“常見的加熱材料有鎳鉻加熱絲、復(fù)合加熱絲、碳纖維加熱絲、碳納米管加熱膜等，這些材料被內(nèi)置于衣服中制成電熱服，當(dāng)電熱服連上充電設(shè)備后，電流經(jīng)過衣服內(nèi)部的加熱材料就會產(chǎn)生熱量，仿佛把電熱毯披在身上。”夏兆鵬介紹，除此之外，該類衣服還內(nèi)置了傳感器，通過藍牙即可實現(xiàn)對衣服的智能控溫，用戶只需要下載一個App，就可以用手機隨時調(diào)整衣服的溫度。
其中，碳納米管加熱膜作為控溫加熱系統(tǒng)中的重要元件，具有非常好的應(yīng)用前景。“碳納米管加熱膜可以反復(fù)水洗，耐彎折次數(shù)達到10萬次以上，而且薄膜厚度約為幾十微米，具有非常好的柔性，發(fā)熱效率大于65%。”夏兆鵬補充道。
除此之外，價格相對便宜的金屬絲線性加熱元件，如鎳鉻加熱絲、復(fù)合加熱絲等，也是加熱“能手”。
“金屬絲類材料具有高導(dǎo)電性、良好的電加熱性能，且具有傳感、電磁屏蔽等性能。以復(fù)合加熱絲為例，其是在金屬絲中添加了鉬，既減少了金屬的氧化，同時還可以提高金屬電加熱元件的耐用性。”夏兆鵬介紹道，將含有鉬的金屬絲，通過冷拉伸工藝變成微米級金屬微絲，使其由金屬絲轉(zhuǎn)變?yōu)槔w維。該纖維可以與聚酯紗線混紡制備成紗線，用其制作出的織物具有導(dǎo)電性。
相較普通導(dǎo)電織物，這種導(dǎo)電織物的柔性及舒適性都有所提升。“其柔性及形態(tài)與傳統(tǒng)纖維及紗線十分接近，舒適性也得到提升。”夏兆鵬表示，不過，這類制衣材料仍然存在不耐長時間水洗、比較重等缺點。
人體紅外反射材料：
人體熱輻射反射率可達60%
紅外熱輻射是人體熱量損失的另一種形式，傳統(tǒng)紡織品的紅外輻射率高、熱量損失快，有研究指出棉花不可避免地會以中紅外形式輻射出人體50%以上的熱量。而人體紅外反射材料則可以通過將人體發(fā)出的紅外波反射回人體的方式減少紅外熱輻射損失，以達到保暖的效果。
“人體紅外反射材料多數(shù)由金屬顆粒構(gòu)成，這些顆粒以一種微結(jié)構(gòu)形式存在，將此材料附在織物上，便形成了紅外波反射層。該反射層可以把人體輻射的大部分紅外波都反射回來，從而達到保溫效果。”夏兆鵬補充道。
“人體紅外反射材料通常被用來制作冬裝外衣的內(nèi)襯，一般其人體熱輻射反射率可以達到60%，提高服裝防寒保暖效果比較明顯。”夏兆鵬表示，不過，如果長時間處在超低溫環(huán)境下，由于人體輻射的熱量有限，因此該材料或無法達到理想的保暖效果。
聚四氟乙烯微孔膜：
低溫環(huán)境下既透氣又防水
冬季戶外可能會出現(xiàn)下雨、降雪、霜凍等天氣，通過高密防水層阻擋雨、雪、霜的侵入，可避免因衣物內(nèi)層保暖材料被浸濕而導(dǎo)致保暖系數(shù)降低、保暖效率下降甚至失效。
“防水材料是在高密織物外面附上一層聚四氟乙烯微孔膜、水性聚氨酯膜或者聚氨酯膜。”夏兆鵬解釋道，聚四氟乙烯微孔膜每平方厘米有十多億個孔，在低溫環(huán)境下，這些孔洞的開孔率可以達到80%。該孔的直徑比水蒸氣分子的直徑大700倍，因此人體產(chǎn)生的汗蒸汽可以從中通過，從而保持衣服的透氣性。聚四氟乙烯微孔膜上孔的直徑比一般水的直徑小很多倍，因此外面的液態(tài)水無法通過，從而達到了防水的目的。(科技日報 記者 陳 曦)
