《纺织科学研究》2024年12月刊选登：服用纺织品热湿管理技术研究进展

文献引用格式：庄群，陈崇城.服用纺织品热湿管理技术研究进展[J].纺织科学研究,2024,(12):55-59.

庄群*，陈崇城

（黎明职业大学 新材料与鞋服工程学院，

福建 泉州 362000）

服用纺织品常与人体皮肤直接接触，被誉为“第二层皮肤”，对人体温度调节及湿度调节起着至关重要的作用，可影响人体的热舒适感、汗液蒸发以及湿度平衡^[1]。在服用纺织品领域中，舒适性评价一直是设计与生产的重要依据。中国是世界纺织大国，在气候多样、地理跨度广泛的背景下，人们对不同环境下的穿着舒适性要求更为多元化，尤其是在热湿环境下的舒适性能^[2-6]。服用纺织品舒适性评价通常包含对织物吸湿性、柔软度、透气性、弹性等多方面的考量^[7-9]，其中热湿调控需求作为一个关键环节，直接影响着纺织品在不同环境条件下的应用表现。人体在日常活动中不可避免地会产生热量与汗液，这些体表产物在皮肤与纺织品之间进行热湿交换，或被吸收，或被散发。因此，纺织品是否具备优良的热湿调控能力，不仅决定了穿戴者的舒适体验，还直接影响到消费者的身体健康与工作效率^[10-11]。

影响服用纺织品热湿舒适性的要素主要涉及两方面，即热传导和湿传导^[12]。热传导性能决定了纺织品在不同温度环境下的保温或散热效果，而湿传导性能则决定了纺织品的吸湿、排湿与干燥能力。对于在夏季穿着的服装而言，面料的透气与排湿能力是决定穿着舒适度的关键因素，其设计通常更注重透气性与排湿性，以确保身体能够在高温环境下迅速散热，避免因汗液积聚导致的不适感。而在冬季或高寒环境下穿着的服装，则更需要考虑面料的保温性以及吸湿与排湿的平衡，以防止身体因失温而产生寒冷感。因此，基于不同的穿着需求和环境条件，服用纺织品应具备动态调节热湿环境的能力，以维持人体的热湿平衡，更好地满足消费者的需求，提高纺织品的功能性和舒适性。

随着全球消费者对自身健康及生活品质的关注日益提升，纺织面料的热湿舒适性能备受瞩目。本文主要围绕吸湿发热功能纺织品及相变调温功能纺织品，重点阐述其热湿管理机制，并介绍相关制备技术的研究进展，旨在为服用纺织品热湿舒适性的研究提供理论支持，推动新型纤维和织物的开发，提升我国功能性纺织产品的国际竞争力。

1.1服用吸湿发热功能纺织品热湿管理机制

传统保暖服装防寒保暖机理主要通过防止热量的散失来实现，通常以棉絮、羽绒等材料增厚织物形成静止空气层，降低热量的传导、对流和辐射散失^[13-14]，或采用金属涂层技术进一步减少热量流失^[15]。因此，传统保暖服装一般较为厚重、臃肿，既不美观又在一定程度上限制了消费者的活动^[16]。随着“轻、薄、暖”服用新理念的日渐流行，消费者更青睐积极产热式的保暖服装^[17-18]。作为积极产热式保暖纺织品主流之一，吸湿发热纺织品逐渐走进消费者视野。

吸湿发热纺织品是一种具备智能温度调控能力的功能纺织材料，其保暖效果并非依赖于热隔绝，而是通过动态响应外部环境的湿度，在吸收水分的过程中释放热量。吸湿发热纺织品的作用机理如图1所示。吸湿发热服装的纤维表面和内部结构富含大量酰胺基、羟基等亲水基团^[19]，这些基团能够积极有效地捕捉空气中的水蒸汽。当这些具有较高动能的水蒸汽分子被捕捉后，它们会以氢键结合形式被吸附在纤维上。水蒸汽分子从运动状态变为静止状态，其动能随之降低，借助动能到热能的转化为人体提供持续的热量来源^[20],从而实现热湿管理，为消费者提供轻薄、舒适的穿着体验^[21]。

1.2 服用吸湿发热功能纺织品热湿管理技术研究进展

要实现高水平的热湿舒适性，需要综合考虑材料的吸湿性能与吸湿发热性能之间的平衡与协同。不同纤维材料、不同织物结构都将使得服用纺织品的吸湿发热性能存在显著差异。日本东洋纺公司研究人员通过交联化处理在丙烯酸分子中接枝亲水基团，制备Eks吸湿发热纤维（亚丙烯酸盐系纤维）^[19]，其纤维内部结构形似蜂窝，使水分子易于附着，回潮率得到大幅度提升，可迅速捕捉人体汗液并释放热量。围绕Eks纤维，国内研究学者也开展了系列研究。黄学水等^[22]将EKS纤维与粘胶纤维混纺，并结合双抗腈纶纱和锦纶包氨纶纱，制备出胖花罗纹结构的针织内衣面料，展示出良好的保暖性能，吸湿放热升温最高可达4.6℃。葛露露^[23]等以EKS纤维和舒热丝纤维（改性聚丙烯酸纤维）为原料，开发了吸湿发热保暖毛型面料。通过测试发现，这些纤维具有显著的吸湿发热效果。

服用纺织品的吸湿发热性能不仅涉及纤维结构和物理化学性能的研究，还与织物设计、工艺优化以及功能性纺织材料的开发息息相关。周忠喜^[24]等采用吸湿发热腈纶、中空石墨烯涤纶和经生物基OPHB处理的棉纤维，开发出兼具保暖、吸湿透气、舒适性及抗菌性的多组分保暖纱线和织物，其中蜂巢组织结构的织物表现出更优的透气性和保暖性。吴裕兵^[25]等开发了轻量化吸湿发热内衣面料，使用膨体腈纶粘胶混纱、锦纶氨纶包芯丝和其他纱线交织形成针织面料。通过增加面料中空隙率和里层起毛处理，该面料在低克重条件下实现了良好的保暖和穿着舒适性。瞿建新^[26]等使用28 tex棉纱和15.5tex的腈纶/铜氨纤维（60/40）混纺纱，设计了腈纶基吸湿发热单面绒面料。实验结果显示，起绒结构和紧密织物组织显著提升了面料的保暖性能。吸湿发热功能纺织品虽然在一定程度上可以缓解因湿冷环境产生的人体应激反应，提高服用舒适性，但市面上的吸湿发热功能纺织品鱼龙混杂，部分面料吸湿发热功能并不达标^[27]。

2.1服用相变调温服用纺织品热湿管理机制

相变调温服用纺织品主要利用相变材料（Phase Change Materials，PCM）的特性，当人体温度或环境温度变化到达其相变点时，PCM会在物理性质转变过程中进行潜热的吸收与释放，以保持穿戴者体表温度的稳定。这类纺织品是重要的热湿舒适性管理服用纺织品之一。根据不同相态的变化，可将相变材料分为固-固型、固-液型、固-气型和液-气型四大类，其中以固-液型相变材料最为常见^[28]。

根据温度变化方向，相变材料的调温机制可分为吸热降温和放热保温两个过程。以固-液型相变材料为例，在高温条件下，当外界环境或人体表面温度超过PCM的相变点时，PCM会吸收环境热量并从固态转变为液态，这一过程吸收大量潜热，从而达到为人体降温的效果。具体而言，随着PCM熔化吸热，其温度在一定时间内维持在相变温度附近不再上升，因此延缓了环境温度对人体的直接影响。在低温环境中，当外界温度低于PCM的相变点时，PCM逐渐由液态凝固成固态并释放潜热，提供温暖效果。此放热保温机制通过凝固放热延缓人体表面温度的降低，为寒冷环境中的穿戴者提供额外的热量支持。PCM的结晶温度若在31℃至35℃之间^[29]，可以使穿戴者在温度下降过程中得到稳定的热量供应，从而保持体温舒适。

吸热降温机制与放热保温机制的关键都在于PCM的相变焓和相变温度。相变焓决定了每克PCM在相变过程中吸收的热量总量，较高的相变焓意味着更长的降温时间及更显著的降温效果，而适合保暖的PCM材料应具有较高的相变焓以保证放热量，同时具备较长的凝固时间以延长保温效果^[30]。因此，PCM的相变温度应根据应用场景和人体舒适温度需求设定，以确保在各类气候条件下能够有效吸收或散发热量，从而达到舒适的体感效果。

针对相变材料在相态转变过程中容易出现流失、泄露、腐蚀现象及如何将MPCM与织物结合问题，诸多学者展开了系列研究,如表1所示。目前研究者致力于采用高分子膜等材料包覆相变材料制备相变微胶囊（microcapsule phase change materials，MPCM）^[31-33]。此外，利用后整理技术^[34]、纺丝技术^[35]将MPCM与织物结合制成具有温度调控的服用纺织品也是目前的研究热点。

Wang等^[36]创新性地采用CaCO₃无机材料作为外壳，对石蜡进行微胶囊化处理，有效增强了相变材料的导热性能。相变微胶囊的实际应用效果与其壳材的导热性息息相关，研究人员对MPCM的导热改性进行了系列研究。Chen等^[37]使用正二十二烷作为相变芯材，利用纳米石墨烯片（GNPs）-甲壳素（RCh）作为Pickering稳定剂制备了GNPs/PU壳材的MPCM。实验显示，这种微胶囊能够迅速响应低温环境，显著增强了调温纺织品的保暖效果。Sun等[38]采用BN-TiO₂颗粒作为Pickering乳液的稳定剂制备了BN-TiO₂/PMMA壳材、石蜡芯材的微胶囊。该微胶囊在穿戴应用中表现出较高的导热效率，有助于提升调温纺织品在环境温度剧烈变化时的响应能力。Feng等^[39]使用KH550对氧化石墨烯（GO）进行接枝改性，改性后的GO加入石蜡-丙基纤维素（HPC）微胶囊溶液中，得到石蜡-HPC/GO改性MPCM，实现高效导热。

利用后整理技术，如涂层法、浸轧法及浸渍法等，可以将PCM集成到服装面料中，进一步实现服装热湿管理功能。甘芬等^[40]制备了含有聚乙二醇的固-固型相变材料，并将其涂覆于皮革表面。研究结果显示，当相变材料的质量分数约为4%时，涂层皮革在高温环境下的表面温度比普通皮革低23℃，具有凉爽效果；在低温环境中则比普通皮革高出23℃，保暖效果持续约0.5小时，提升了皮革的热湿舒适性。杨建等^[41]使用硬脂酸和月桂酸作为相变芯材，以苯乙烯和丙烯酸丁酯为壁材，通过乳液聚合法制备出相变微胶囊，并采用浸轧法整理到棉织物上。经处理后的棉织物相变温度为39.47℃，相变潜热为25.41J/g，具备良好的调温性能。通过后整理技术制备相变调温纺织品的工艺相对简易，但后整理过程中需使用黏合剂等助剂，可能导致织物手感变差，柔软性、透气性等性能下降。此外，在实际使用过程中的反复清洗，也可能导致相变微胶囊的脱落，影响后续热湿管理效果。

新型纺丝技术的运用对相变调温纺织品的发展意义非凡。Wu等^[42]以蚕丝蛋白为原料，采用冷冻纺丝法制备出具有优良隔热性能的微结构纤维，并填充聚乙二醇（PEG）形成相变复合纤维（PCME）。经聚二甲基硅氧烷（PDMS）涂层处理后，制得具备温控功能的PCME/PDMS纤维。这种纤维在20℃~90℃范围内表现出优异的温度调节能力，为节能型可穿戴热湿管理技术及其实际应用奠定了基础。杭卫平^[43]公开了一种通过静电纺丝法制备蓄热调温纺织纤维的方法。该方法利用原位聚合法制备相变颗粒作为内芯，外层由聚偏氟乙烯形成壳层，采用同轴静电纺丝法制成调温纤维。此方法有效解决了相变材料在使用过程中的溢出问题，并能在温度变化时快速实现能量交换。

近年来，针对服用相变调温纺织品的研究虽在一定程度上为人体在不同环境下提供了舒适感受，但对相变调温纺织品的性能测试及评价方法还需进一步完善，且在实际应用中，PCM与服装面料结合的安全性问题及其在极端环境的使用问题仍面临一些挑战^[1]。

吸湿发热功能纺织品、相变调温功能纺织品作为用于个人热湿管理服装的重要组成部分，展现出广阔的应用前景。吸湿发热纤维通过捕捉水分子进行能量转换释放热能，为人体在湿冷环境下的保暖提供了有效的解决方案；而相变调温纤维则依赖相变材料的潜热吸、放热特性，确保了人体在温差变化时的热舒适性。针对热湿管理功能纺织品的研究虽取得一定成果，但其实际应用市场还不够成熟，未来的研究方向应着重于提升材料的吸湿发热效率与相变响应速度，优化生产工艺，并实现更轻薄、环保的设计。同时，针对不同行业和应用场景的特殊需求，开发更多智能化、可穿戴的热湿管理纺织品，为人们的健康、工作效率和生活质量带来切实提升。