第十章 蓄熱纖維
一.遠紅外線紡織品
• (一)遠紅外線應用原理
• 可見光(波長在0.4~0.75μm),頻率越高,攜 帶的能量也越高。紅外線波長範圍在
0.75~1,000μm,其中較短波長部份與可見光重 疊,稱近紅外線(波長在0.75~1.5μm),較長 波長部分與微波重疊,稱遠紅外線(波長在
4~1,000μm)。(圖1)
• 紅外線約佔太陽光總能量的8成左右,其中又 以6~14μm的遠紅外線居多,對生物的成長有 促進作用,因此被稱為"生育光波"。
• 人體近70%是由水分子構成,水的遠紅外線放 射波長在37℃約9.6μm,因此人體的遠紅外線 放射波長也在此波長附近:4~14μm。目前有 不少科學的研究指出,若外界作用於人體的遠 紅外線的波長與人體放射的遠紅外線的波長相 同時,就會產生共振吸收的效應,使人體的分 子的振動變得更激烈,由振動產生的能量大部 份會轉變成熱能,透入皮下組織使溫度上升,
微血管擴張及加速血液流量,幫助血液循環,
也使人有溫熱的感覺。少部份的能量能使附著 於細胞表面的分子活性增強,加速鈣離子流 動,假使細胞活化及新陳代謝,促進養份吸收 及廢棄物的排除。
• (二)遠紅外線纖維紡織品製造方法
• 在大自然當中有許多礦石如麥飯石、蛇紋石、
花崗石、白雲石及矽礦都具有很強的4~14μm 波長的吸收及放射特性,將礦石研磨成細粉,
加在纖維裏面,或塗在織物表面,做成衣物、
鞋襪、帽子穿戴,做成寢具舖蓋。但紡織品在 應用上要符合耐洗、易染、手感好、長效性等 需求,並且在製作上要能順暢、大量生產、成 本低才能實用。
• 1.陶瓷粉末的微小化加工
• 最常用的方法有常溫氣流粉碎法、液相化學沈 澱法和氣相反應法等。其平均粒徑最好在
0.08~0.5微米之間,最大粒徑不要超過1微 米。
• 2.遠紅外線纖維的成形技術
• 依據遠紅外線粉末與聚合物混合的方式可分為 聚合法及摻配法兩種。聚合法是將遠紅外線粉 末與分散劑一起混入可聚合的單體中,在聚合 過程中完成遠紅外線粉末與聚合物的均勻混 合;摻配法是將遠紅外線細粉先做成濃縮粒
(液),再將濃縮粒(液)通過共混的方式加 到聚合物中。纖維成形的方法常用的有熔紡 法、濕(乾)紡法及融噴法3種。遠紅外線纖 維的成形關鍵技術在遠紅外線粉末是否能在聚 合物中均勻的分散。另有在纖維成形之後將遠 紅外線粉末以浸漬或噴塗的方式加在纖維表面 上的。纖維或織物較不耐洗,但生產成本較 低,較易複合機能化。 (圖2)
• (三)遠紅外線產品功能性檢測
• 1.放射特性:放射率圖譜及平均放射率
• 因遠紅外線對人體有益的波長範圍為 4~14μm,因此通常測量波長範圍取
3~15μm。一般測試的步驟為將樣品置於熱板 上,加熱熱板,使溫度至某特定溫度,以遠紅 外線頻譜儀量測其發射光譜。以此光譜之強度 除以對應波長及溫度之黑體輻射之光譜強度即 得放射率。以此放射率對波長作圖,即為該樣 品之遠紅外線放射率圖譜。若將各種波長的效 射率加總平均,即為平均放射率。放射率越高 越好(最佳值為1),一般而言,平均放射率 在0.8(或0.85)以上就可說是高效率了。(圖3)
•
• 2.溫度特性-溫度上升量
• 溫度上升量為測量物體吸收遠紅外線後使其溫 度上升的情形。織物樣品測試的步驟為將測試 布樣置於距離照射燈源1米處,以500W鹵素 燈45度角,照射測試布樣10分鐘,關燈後以熱 顯像儀在50公分處取影像,分析試樣表面溫 度,比較照射前後的溫度差,即為此樣品的溫 度上升量,此法也可視為量測材料的遠外線再 放射特性。對皮膚的溫度上升量為將人體指定 部位,實際穿著遠紅外線織物與對照織物,以 溫度記錄器,分別測量此部位的皮膚溫度,兩 者之溫度差,即為皮膚溫度上升量。測試樣品 與對照樣品之溫度差為0.5℃以上,即可稱此織 物有遠紅外線效果。
• 3.血流量
• 血流量為檢測遠紅外線織物對人體血流的改變 情形,其方法為於人體指定部位實際穿著遠紅 外線織物與對照織物,以血流量儀分別量測兩 者之血流平均速度,由此計算平均血流量。兩 者值之差即為血量差。
• 4.細胞活性
• 細胞活性為檢測遠紅外線對細胞生長的影響,
先將織物利用UV及高溫高壓兩種滅菌方式進 行滅菌,然後將織物覆蓋於培養好的人類纖維 母細胞上。經過數天的培養,將覆蓋細胞之上 的織物移除,放入MMT細胞活性試劑於細胞 中,以呈色法測試細胞在不同材料織物下的生 長活性。
• 奈米遠紅外線紗
• 遠紅外線纖維為遠紅外放射性纖維的簡稱,此 類纖維材質能釋放4~14um波長的遠紅外線,由 於此波段的遠紅外線,不僅不會危害健康,且 極易被人體所吸收,致使體內水分子產生共 振、共鳴狀態,讓附著於細胞表面的水分子活 化,增進分子間彼此的摩擦,而產生溫熱效 應,藉由熱漲冷縮現象,使微血管壁產生擴 張,加速血液循環、促進新陳代謝作用,有讓 人體生理機能,更為活絡的效果;因此,可說 是非常理想的健康衣著素材。
• 特性:
• 具放射性:跟光線一樣,不必經由空氣 或其他媒介接觸,直接以放射方式傳導 能量。
• 滲透性強:能夠深入人體皮下組織,從 內部溫暖身體,激化細胞活力。
• 熱效應佳:纖維乃採用原絲添加法製
造,故具有永久型的蓄熱保溫效果,不
用擔心經過水洗後,會失去原有的機能
性。
• 生醫智慧保溫型纖維與織品
• 已商業化之產品有(1)相變化材料(PCM);(2)鍍 銀纖維。
• 1.相變化材料與織品
• 相變化材料則有舒適調溫之功能(圖31),即當 外界溫度或體溫上升時,PCM由固相轉變為液 相,吸收儲存熱能;反之,當外界溫度或體溫 下降時,PCM由液相轉為固相,釋放出熱能。
因此,可調節衣服內或身體內之溫度(圖32) 。 相變化材料必須以微膠囊為載體,裨以抗物理 磨損、剪切力、壓力、熱與化學侵蝕等損害。
然後將PCM微膠囊經:(1)原液混練;(2)塗佈 貼合;(3)發泡分散黏著三種方法與纖維或織物 結合之。一般相變化材料最好上下層有薄膜或 織物貼合,以減少被外力損壞。 (圖33~34)