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远红外功能材料的发展与应用摘要本文首先阐述了什么是远红外辐射及其工作机理，对国内近几年在远红外功能材在各个行业当中的应用，未来远红外功能材料的发展空间还很大，应用也将更加广泛，可以为各个领域在材料应用方面开辟一片新天地。
关键词远红外；发展；应用中图分类号TH14 文献标识码A 文章编号1674-6708（2014）111-0000-00 1远红外的概念及其功能我们通常将远程红外线简称为远红外，远红外是在太阳所发出的众多光线当中我们肉眼无法看见的光线之一。
我们的肉眼所能看见的光就是我们所说的经过三棱镜折射出的红橙黄绿青蓝紫。
位于红光之外，波长范围在0.76μm~400μm之间的那段光我们就可以称作红外光（红外线）。
它是一种放射线属于电磁波，它的功能是强热作用。
通过数据我们可以知道，红外线具有非常宽的波长范围，因此我们按照波长的不同可以将红外线所产生的电磁波分为近红外线、中红外线和远红外线。
本文我们只针对远红外进行论述，着重对远红外功能的发展和应用加以阐述，远红外的功能非常强大，首先是医疗保健方面的、其次是同我们生活息息相关的生活方面，而在生活方面又包括了我们的工作生活和日常生活，可以说其功能涵盖是非常广泛的。
2远红外的产生方法对于材料的选择，首先我们要找到就有很强的热交换能力，同时可以放射出我们所想要范围波长的远红外线的材料。
由于任何的物体如何符合高于开氏零度时，其电子就会产生振动，而且振动同温度的变化是成正比的，之后大量的粒子就会相互碰撞，外层电子会跳到其它的轨道上。
电子的这种改变是不具有稳定性的，随时都有回归原位的可能，电子在回归原位的同时就会释放出辐射能。
当接受电子振动或激发的材料是拥有高红外辐射能力的材料的时候，那么前面所说的辐射能输出形式就会是远红外线。
3远红外功能材料的发展远红外线在被科学家们发现了差不多有两百年了，开始应用于医学和化工行业大概只有50年左右的历史。
在医学方面，研究者们针对远红外线对人体具有的医学疗效，开发了大量的具有医疗保健的设备以及装置，无论是在我国还是国际上，随着生活水平的提高，人们越来越关注身体健康，因此具有远红外功能的制品需求在不断增加，所以说远红外材料是具有很大发展潜力的。
纳米技术在纺织行业的应用2.1 在纺织材料的应用(1) 防紫外线纺织品将纳米ZnO（VK-JS03F）、纳米二氧化硅（VK-SP30F）、纳米Al2O3(VK-L30F)、Fe2O3、云母、水杨酸类化合物等能屏蔽或吸收紫外线的物质粉碎至纳米级粉体后，采用纳米粉体共混纺丝法制得防紫外线纤维或采用后整理法制得防紫外线纺织品。
利用纳米粉体共混纺丝法制成的防紫外线纺织品功能耐久,耐洗性好。
而对于棉、麻、丝、毛等天然纤维织物可以采用后整理的方法。
北京服装学院的一些科研人员正利用纳米氧化锌VK-JS03F）对天然织物进行整理﹐研究表明织物的抗紫外线功能显著提高。
厦门华普高技术产业公司在清华大学的协助下﹐把纳米陶瓷微粉植入天然棉纤维中获得了抗紫外性能的棉织物﹐这种纤维除用于制造外装﹑夏日装﹑夏日帽﹑日光伞﹑运动服外﹐还可制造手术服﹑护士服等。
(3) 抗菌防臭织物将纳米级的无机抗菌剂（VK-G07）与化纤复合纺丝，制得抗菌功能纤维，由于巨大的表面效应使其反映性能急剧增加，表现出比传统抗菌剂更好的效果，并且还能分解细菌分泌的毒素。
中国纺织科学研究院江南分院成功开发了纳米银系抗菌母粒系列产品，解决了银系抗菌剂在聚酯纺丝过程中的降解和着色问题，纤维具有长效抗菌性并且抗菌性能优异。
同时还开发了抗菌尼龙母粒、抗菌丙纶母粒，经过纺丝实验，可纺性良好。
(4) 远红外纳米纤维及纺织品将具有较高远红外发射率的万景的纳米远红外粉加入到高分子聚合物中，经纺丝加工制成远红外纳米纤维。
东华大学研制了含纳米填料的远红外线发射纤维，利用纤维发射远红外线和蓄热功能制造保暖服装、保健服装增加人体血液循环，起到防病、保健等功效。
(5) 其他产品由纳米材料制成的纺织品还包括抗静电织物、抗日晒耐老化织物、隐身纺织品、阻燃织物等。
通过添加碳纳米管可赋予织物良好导电性、抗静电、耐磨性、吸波性等；Cr2O3、ZnO、Fe2O3、纳米二氧化钛（VK-T25H）等纳米材料也可赋予织物抗静电的特性；铁镍合金等纳米磁性材料、碳纳米管等可增强织物吸波性能，实现军事上隐身的功效。
各类功能服装主要技术指标一、永久阻燃工作服（Nomex®工作服）采用美国杜邦公司生产的Nomex®布制作，具有永久阻燃性，永久防静电，永久耐酸碱，强度高，耐磨损等优点。
主要技术指标如下：阻燃性能：Loi > 28，损毁长度 < 100㎜，续燃时间 < 2s强力性能：断裂强力：经向 > 600N，纬向 > 600N撕破强力：经向 > 100N，纬向 > 100N二、防电磁辐射服装采用不锈钢纤维和涤棉混纺布或尼龙镀银/镀镍/镀铜/镀锡的金属化织物制作。
主要技术指标如下：屏蔽效率：30db～85db屏蔽范围：30MHz～10GHz三、防静电服装采用不锈钢纤维、亚导电纤维、防静电合成纤维与涤棉混纺或混织布，能自动电晕放电或泄漏放电，可消除衣服及人体带电，同时供防静电的帽子、袜子、鞋。
其性能指标符合GB12014-89标准：布料电荷密度≤5μC/m2上衣带电荷量≤0.5μC/m2四、抑菌防霉防静电服装将纳米级银离子导入纤维中与防静电纤维、精梳棉纤维混纺制成梭织布或针织布，能达到高效广谱的抑菌防霉效果，永久防静电、耐洗涤、稳定性好。
主要技术指标如下：对金黄色葡萄菌抑菌率：99.6%，洗涤50次：99.2%布料电荷密度≤5μC/m2五、防紫外线抑菌防霉服装采用纳米技术将紫外线隔离因子和抑菌防霉母体导入超细旦纤维中，与精梳棉纤维混纺的梭织布或针织布织物，能阻隔和吸收紫外线，高效广谱的抑菌防霉效果。
超细旦纤维亲水性能及时排出汗水，使皮肤保持干爽。
主要技术指标如下：阻隔和吸收紫外线 > 92%～99%对金黄色葡萄球菌抑菌率 > 99.5%排湿量： > 8000g/m2.D六、防尘洁净服装采用细支纱线配以防静电纤维的棱织布，具有永久防静电、透气舒适等优点，配合防尘的帽子、袜子、鞋。
主要技术指标如下：除尘效率：≥95%沾尘量： < 13.5g/m2上衣带电量：≤0.5 μC/件七、高压带电作业服装采用不锈钢纤维和永久阻燃纤维（Nomex®）等纤维混纺而成，可供10KV-500KV 输变电作业人员带电作业穿戴，配有手套、帽子、袜子、皮鞋，其性能符合GB6568.1-2000标准，主要技术指标如下：屏蔽效率：≥30db～60db面料电阻：≤0.8Ω极限氧指数：Loi > 28透湿量：≥8000g/m2.D八、远红外纤维服装天然陶瓷微粒混入丙纶等纤维的纺丝液中拉出丝来。
远红外纤维的加工方法远红外纤维制备方法分为熔融纺丝法、共混纺丝法和涂层法三大类。
1熔融纺丝法按远红外辐射材料微粉添加过程和方法，远红外纤维的熔融纺丝法有四种工艺路线。
(1)全造粒法：在聚合过程中添加远红外陶瓷微粉制成远红外材料的切片。
远红外微粉与成纤聚合物混合均匀，纺丝稳定性好，但由于再造粒工艺的引入，使生产成本增高。
(2)母粒法：将远红外陶瓷微粉制成高浓度远红外母粒，再与定量成纤聚合物混合后纺丝。
该方法设备投资较少，生产成本较低，工艺路线较成熟。
(3)注射法：在纺丝加工过程中，用注射器将远红外粉直接入成纤聚合物熔体中而制成远红外纤维。
该方法技术路线简单，但远红外粉与成纤聚合物的均匀分散有困难，且需进行设备改造，添置注射器。
(4)复合纺丝法：以远红外母粒为芯，聚合物为皮，在双螺杆复合纺丝机上制成皮芯型远红外纤维。
该方法技术难度高，纤维的可纺性好，但设备复杂，成本高。
2 共混纺丝法共混纺丝法是将远红外粉体在聚合物聚合过程中加入反应体系，从切片开始就具有远红外发射功能，该方法的优点是生产易于操作，工艺简单。
3 涂层法涂层法是将远红外吸收剂、分散剂和粘合剂配成涂层液，通过喷涂、浸渍和辊涂等方法，将涂层液均匀地涂在纤维或纤维制品上，经烘干而制得远红外纤维或制品的一种方法一种活性炭远红外功能纤维及其制造方法：其纤维由功能母粒和纤维级树脂切片构成，所述的功能母粒包含下列组分，活性炭粉体：10～40％，偶联剂：5～10％，分散剂：10～20％，载体树脂：30～75％。
其方法如下：(1)制备功能母粒：将活性炭粉体材料烘干，按上述比例在烘干后的活性炭粉体中依次加入偶联剂、载体树脂、分散剂，经双螺杆熔融挤出，冷却，切粒，制成功能母粒。
(2)纺丝：将上述功能母粒进行干燥，加入纤维级树脂切片，通过计量装置，控制功能母粒在纤维中的含量为2～10％，经熔融挤压纺丝，制成活性炭远红外功能纤维1 远红外纺织品发展概况在纺织服装领域，日本、美国、德国、俄罗斯等发达国家最早开展对远红外技术的应用研究，推动了远红外纺织品的发展[1]。
尤其在日本，20世纪80年代中期远红外纤维制品的相关专利在日本大量涌现，形成一股开发远红外功能纺织品的热潮。
日本钟纺公司采用陶瓷粉末渗入尼龙或腈纶聚合物中，分别纺出“玛索尼克N” 和“玛索尼克A”远红外纤维；旭化成公司采用碳化锆陶瓷溶液涂层开发出新型尼龙保暖织物“SOLAR-V”，主要用于滑雪衫。
我国从20世纪90年代开始开发远红外纺织品。
江苏省纺织研究所开发了远红外涤纶短纤维；天津工业大学开发的远红外丙纶，导湿性好，价格低廉，轻便，抗菌防蛀性好[2]。
目前开发出的各种远红外纺织品主要采用将超细陶瓷粉末作为添加剂加入到纺丝液中制备远红外纤维，或者采用陶瓷粉末制成的整理液对纺织品进行整理。
主要应用的陶瓷粉末：金属氧化物，如Al2O3，TiO2，BaO，ZrO，SiO2等；金属碳化物，如SiC，TiC，ZrC等；金属氮化物，如BN，AlN，ZrN等[3]。
2 远红外纺织品作用机理2.1 远红外线红外线位于可见光和微波之间，红外线的波长范围很宽，科学上将其划分为三个波段：近红外波段：0.77~3 μm；中红外波段：3~30 μm；远红外波段：30~1000 μm。
由于中红外波段范围很窄，在医疗保健领域，将中红外波段纳入远红外波段[4]。
2.2 作用机理热辐射是以电磁波形式传递能量为特征的传热方法。
热辐射主要包括紫外线、可见光、红外线。
根据基尔霍夫定律，一个良好的辐射体必然是一个良好的吸收体，即一个物体发射热辐射的能力强，则其吸收的能力也强，两者成正比。
人体既能辐射远红外线，又能吸收远红外辐射。
由于人体60%~70%为水，根据匹配吸收理论，当红外辐射的波长和被辐照的物体吸收波长相对应时，物体分子共振吸收。
人体所发射的热辐射的主波长在10 μm左右，远红外纺织品在吸收外界能量后辐射出3~25 μm的远红外线，与人体能够吸收的红外线相符，能形成共振。
远红外纺织品吸收来自人体的红外波能量，并反馈给人体，提高了皮肤温度，从而达到蓄热保暖的目的。
被皮肤吸收的热量可以通过介质传递和血液循环，使热能到达肌体组织，达到保健和辅助医疗效果[4]。
远红外纺织品一般通过提高表面发射率来提高发射功率。
2.3 功能远红外纺织品主要有保暖功能（即保温功能）、保健功能和抗菌功能等[3]。
远红外纺织品由于添加了发射率高的远红外线辐射材料，其保温性能表现为利用生物体的热辐射，吸收、存贮外界向生物体辐射的能量，使生物体产生“温室效应”，阻止热量流失，起到良好的保温效果。
因此，远红外织物具有显著的保暖作用，适宜制作防寒织物、轻薄型的冬季服装。
被皮肤吸收的热量可以通过介质和血液循环，使热能到达肌体组织，可促进人体血液循环和新陈代谢，具有消除疲劳、恢复体力及对疼痛症状缓解的功能，对身体炎症有一定的辅助医疗作用。
因此,远红外产品对血液循环或微循环障碍等引起的疾病具有一定的症状改善和辅助治疗功效。
适宜制作贴身内衣、袜子、床上用品，以及护膝、护肘、护腕等。
纤维中微粒子的加入，使纤维表面出现多孔性，表面积增加，表面活性及表面状态的吸附、扩散等特性明显提高，使产品具有吸汗、除臭、杀菌等功能。
抑菌试验表明：远红外纺织品对金黄色葡萄球菌、白色念珠菌、大肠杆菌等致病菌的抑菌率达95％，利用这些特性可制作卫生、医疗用品等产品。
3 测试方法与相关标准3.1 标准目前关于远红外纺织品功能测试标准主要有国家标准GB/T 18319—2001《纺织品红外蓄热保暖性的试验方法》、纺织行业标准FZ/T 64010—2000《远红外纺织品》、中国标准化协会标准CAS 115—2005《保健功能纺织品》。
GB/T 18319—2001标准规定了用红外辐射计测定纺织品红外反射率和透射率，计算吸收率，以及用点温度计测定辐照升温速率的方法。
主要从红外吸收率和红外辐照升温速率两方面测试及评价[5]FZ/T 64010—2000标准规定了远红外纺织品的技术要求、试验方法、检验规则、结果判定和使用说明等。
该标准以法向发射率作为远红外纺织品远红外功能的评价指标，以试样法向发射率减去对比样（即相应非远红外产品）法向发射率的差值作为法向发射率提高值。
试验仪器为红外光谱仪和黑体炉。
最后计算的法向发射率是8~15μm波段的法向发射率[6]。
CAS 115—2005标准采用测定法向发射率的方法，制定了远红外功能评价指标，是我国目前适用于保健功能纺织品的唯一标准，其中关于具有发射远红外线功能纺织品的部分规范了其术语定义、试验方法、结果判定、标志等内容，适用于远红外法向发射率大于0.2的各种织物、粉末等材料及导热物体的远红外法向发射率的检测。
样品法向发射率采用温度为100℃时样品法向全辐射亮度与相同温度下标准黑体法向全辐射亮度比较的方法测量。
试验仪器包括红外光谱仪（或红外辐射计）和黑体炉。
计算机通过程序将黑体炉的辐射亮度、试样的辐射亮度、对比样的辐射亮度进行数据处理，计算出4 ~16 μm波段的法向发射率[7]。
三个标准的内容比较如表1所示。
表1 三个标准的比较3.2 测试指标与方法远红外纺织品主要功能是保暖功能，因此其保温性能为主要考查指标。
针对远红外纺织品，评价其远红外性能的指标主要有发射率和温升。
保健功能指标主要为血液的微循环等。
卫生指标只是附加功能，只有当使用要求时才需要考查。
3.2.1 发射率只要不是绝对零度，任何物体都能辐射红外电磁波。
物质远红外线辐射能量强弱的指标有辐射功率和辐射度等，但在实际应用中，常采用发射率来表征。
发射率指在一个波长间隔内，在某一温度下测试试样的辐射功率（或辐射度）与黑体的辐射功率（或辐射度）之比。
发射率是介于0~1之间的正数。
一般发射率依赖于物质特性、环境因素及观测条件等。
发射率可分为半球发射率和法向发射率。
半球发射率又分为半球全发射率、半球积分发射率、半球光谱发射率；法向发射率又分为法向全发射率、法向光谱发射率。
目前国际上采用法向发射率来衡量产品的远红外性能。
远红外发射率采用傅里叶红外光谱仪测定。
国内没有统一的测试方法，天津测定法向光谱发射率，上海测定法向全发射率[8]。
关于黑体，指在任何条件下，完全吸收任何波长的外来辐射而无任何反射的物体。
按照基尔霍夫辐射定律，在一定温度下，黑体是辐射本领最大的物体，其反射率为0，吸收率为100%，辐射率等于1，可叫完全辐射体。
现实中不存在真正的黑体，只是近似的。
物体的发射率跟温度有关，在描述织物的发射率时一定要注明温度。
3.2.2 温升法温升法测定在一定条件、一定时间内织物温度的变化，温升法实验简单，能直接反映织物的温度升高情况。
温升法包括红外测温仪法和不锈钢锅法。
红外测温仪法指在温度为20℃，相对湿度为60%的恒温室中用红外灯照射同规格、同组织的普通织物和远红外织物，用红外仪记录下不同时间间隔下两种织物的温度，然后求差值；不锈钢锅法指采用高30 cm，容积为250 mL的不锈钢圆筒，圆筒上下底采用泡沫塑料，温度计插在盖上，分别将织物包覆在不锈钢圆筒外，在红外灯照射下，分别测得两种织物的温度，然后求其差值[2]。
张平等[9]选用不同浓度整理液整理后的织物及不同织物结构的远红外织物进行温升测试，测试的纯棉平纹布试样中，整理剂浓度越大，试样随时间变化温升越快。
结果表明，温升这种测试方法侧面反映了远红外织物吸收远红外线产生的热效应。
3.3 远红外功能评价对远红外纺织品的功能评价应该建立以发射率为主体，以温升、人体试验为辅的评价体系。
对织物的功能评价可以从以下几个方面进行，一是直接测试纺织品所具有的发射率；二是用外界手段作用纺织品，测试其变化情况，如温升法；三是人体试验法，织物与人体发生作用，测试对人体的作用情况[10]。
