功能纺织品

远红外纺织品

 

第一节 前言

随着人口老龄化以及人们生活水平的相对提高，愈来愈多的消费者更加重视身心健康。人们的需求从身体上的无病痛，逐渐转向了寻找更加健康的生活方式。因此，保健就成为人们追求的一种时尚。正是为了顺应消费的潮流，多功能保健产品应运而生，远红外保健纺织品就是其中的一类。

远红外线的奇妙保健效果是在20世纪70年代初被人们发现的。当时的日本科学家小室俊夫偶然间发现在烧陶瓷窑的作坊里工作的工人很少得病，有时候轻微感冒，用制陶瓷的泥抹在头上病就好了。小室俊夫感到很奇怪，就对这种泥进行了专题研究，发现陶瓷中发射出了一种电磁波——这就是8—15μm的远红外线。正是这种远红外线促进了人体血液循环，增进了新陈代谢，增强了免疫功能，使人类身体健康。

其实，人类对远红外线的应用由来已久。例如在海滨浴场，人们用砂子把腿埋上，用来治疗关节炎——砂子的主要成分是氧化硅，是一种较好的发射远红外线的材料；桑拿浴也是这个道理，洗完澡后人会觉得身体很舒服；再如糖炒栗子放砂子，就是利用砂子发射的远红外线使栗子更好吃；砂锅炖肉味美，是因为砂锅是几种金属氧化物的复合体，其远红外发射率在78%以上。

近些年来，医学领域也开始应用远红外线技术。在诊断中，红外热像仪能有效地诊断肿瘤、血管疾病等。利用远红外线的热效应可以治疗局部或全身性的疾病，也可以利用红外的非热效应来治疗疾病。远红外疗法属于物理疗法中“光疗”的一种，是非侵入疗法，不仅使用安全方便，没有毒副作用，而且病人会感觉到温暖和舒适。此种疗法适宜各种慢性病，例如：缺血性疾病、风湿痹症、各种慢性炎症，并且在预防糖尿病合并症、预防感冒、抗衰老、消除疲劳、护肤美容、减肥降脂、增强活力等方面也具有明显效果。它不仅可治疗某些常见病、多发病，而且对某些疑难病症也有较好的疗效。现已发现远红外线可治疗50种以上的疾病。著名的周林频谱仪也是利用8-15μm的远红外线治疗疾病，数以万计消费者的使用证明，它具有神奇的治疗效果。

远红外纺织品是对具有高效远红外发射性能的一类纺织品的简称。这种纺织品是在纺织品的后整理过程中或在纤维成型过程中加入可以高效发射远红外的物质，从而使纺织品在3-15μm波长范围发射率明显提高。[1]远红外纺织品是涉及医学、物理学、电子学、化学等多个领域的交叉学科，汇集了当代材料、化工、纺织等多门学科的研究成果。

远红外保健纺织品是上世纪九十年代国际上开发的高新技术产品之一，它的创意来自于日本陶瓷业的奇想，从而开始了纺织品与远红外物质的结合。日本大东纺织株式会社在1987年之前就开发了远红外保健产品，经东京慈会医科大学的临床实验，证明可以促进血液循环，并且对于因血液循环不良引起的疾病治愈率达70%以上。日本译村株式会社采用印花技术生产的远红外纺织品，经测定：在人体正常体温36℃下的热辐射功率达60～80mw。NANASAY公司生产的远红外纤维广泛用于内裤、护腕、护膝、运动裤及床上用品等。

我国从1990年开始研制生产远红外纺织品，先后生产了远红外纤维及其制品，或经整理、涂层和印花加工，制成内衣、床上用品等。近年来，红外保健产品的生产工艺日趋成熟，并出现了功能复合化的产品。目前我国已经成为远红外纺织品生产大国，产品质量已经处于国际先进水平。销售额已达到每年几十亿元人民币。北京洁尔爽高科技有限公司生产的Jlsun®系列远红外床上用品大量销往日本及北欧等国家。从国内外市场的销售趋势看，此类功能性纺织品未来的需求量将会继续增加。

第二节 远红外线及其作用机理

从服装工效学的观点出发，研究人体——服装——环境之间的相互作用关系，启示人们寻求最适用的能量交换，达到健康、舒适的目的，这就是研制远红外纺织品的出发点。现在我们从以下几个方面进行分析。

一、远红外线的特性

我们知道，太阳光线可分为可见光和不可见光。在太阳光线中，一般可见光占51.8%左右，可见光穿过三棱镜后会折射出红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种色光来；不可见光占48.2%左右，它包括紫外线、红外线、微波、无线电波等。其中，紫外线约占太阳光线的6%左右。红外光线是位于可见光和微波之间的一种电磁波，约占太阳光线的42%，其波长范围是0.76-1000μm，习惯上又将其分为近红外、中红外和远红外三段。人们通常将位于4-1000μm之间的红外线称为远红外线，远红外线约占红外光波的20%。

红外线与可见光的差别在于前者是一种肉眼看不见的电磁波。从本质上讲，红外线是物质的化学键振动和转动过程中能量状态变化的结果。红外线与可见光是属于同一性质的具有明显热效应的光线，只不过各自的波长范围不同而已。因此，红外辐射如同可见光一样，具有电磁波的一般属性，能以电磁波的形式进行能量传输和物质的相互作用，它是可以定性定量分析的，其规律符合物理学中的定律。[2]

远红外线主要具有以下三个特征：

1、具有放射性

远红外线与可见光一样，具有相同的活动状态，可直接导给物体。

辐射是由于物体吸收热能或本身发热使分子或原子激发后，为了消除能量不均衡而使能量转移的一种过程。因此，当稳定状态的原子被加热或受到电磁照射时，就会因外界赋予的能量而产生电子的激发，此时电子由 i = k 轨道迁移到   i = L轨道。而后电子由于趋向稳定状态，而从 i = L 轨道，再迁移回到 i = k 轨道，这期间便会释放出能量。而某些特定的物质就会以放射红外线的形式释放出能量来。

放射率是衡量物体吸热性能的一项重要指标，所谓放射率(通常以ε表示)是在同一条件下比较其物质与黑体放射量之比值，而实际物质是呈 0＜ε＜1的关系。ε愈接近 1，表示热能对电磁波之转换愈以理想方式进行。黑体是作为完全吸收入射光能量的理想物体，能够将能量理想转换为电磁波的物质（即无能量的损失）,所以称为黑体。放射率表达式如下：

         物质电磁波放射量

放射率ε =

         黑体电磁波放射量

通常将黑体的放射率定为1，其余物体的放射率是相对于黑体的比较值，其数值均小于1；当某物体的放射率越大时，说明其吸热效果越好。辐射体的温度愈高或其放射率愈大，则放射能量也就愈高。当远红外线放射到人体时，能活化人体内的生物大分子，从而促进血液循环和细胞新陈代谢，并能提高免疫能力。

2、具有共振吸收性

物质内的原子和分子都各自具有特定的振动频率和回转周波数，以其振动频率不断地微观运动。人体组织中的O-H和C-H键伸展，C-C、C=C、C-O、C=O键及C-H、O-H键弯曲振动对应的谐振波长大部分在3-6μm波段。根据匹配吸收理论，当红外辐射的波长和被辐照物体的吸收波长相对应时，物体分子产生共振吸收。这样，远红外辐射（3μm以上）恰与皮肤的吸收相匹配，形成最佳吸收。[3]当供给电磁波物质的振动频率与被供给的物质的分子振动频率相一致时，则被供给的物质会吸收供给电磁波的能量，并将此能量转换成热能，以提高物质温度。研究证明， 9-10μm波长段最易与人体产生共振。

3、具有渗透性

远红外线与可见光和近红外线不同的是，它具有十分强烈的渗透力，能够渗入皮下4-5毫米，使皮下组织升温，给予更深层的生物细胞活力。

综上所述，远红外线和可见光一样，具有相同的活动状态即为“放射”，同时，又具有十分强烈的渗透力，因此能够深入皮下组织，从内部温暖身体，给生物细胞以“活力”。“活力”是人体十分难得的“活化能量”。此能量是电磁性能量，是对生命现象有主要影响的物质，这些物质的分子在远红外纺织品的作用下，使人体细胞处于活性化状态，换句话说，此时人体的一切机能皆处于活泼旺盛状态。这些都是远红外线特性同时相互作用的结果。

二、远红外纺织品的理论依据

1800年，赫胥黎从可见光谱中发现了长波侧存在着热效应，后证实它是一种与可见光相同的电磁波。1859年，基尔霍夫推出以下定律：在一定温度下，处于热平衡的物体，辐射与吸收某一特定波长电磁波的强度比，主要取决于温度和波长，与物质的种类无关。1884年波尔茨曼推导出了“黑体辐射的总能量与绝对温度的4次方成正比”这一定律。

1893年维恩推出了“最大强度的辐射波长与绝对温度成反比”这一位移定律。维恩位移定律指出：黑体辐射曲线的峰值波长λm与黑体绝对温度Τ的乘积是一个常数：λm·Τ=2898。远红外纺织品属于灰体，如果纺织品的表面温度为36.5℃，则其发射远红外的主波长为9.36μm，这和人体所需要的红外能量波段相一致，形成共振吸收。

斯特潘-波尔兹曼定律指出，单位面积辐射功率与其自身绝对温度的四次方及材料表面发射率成正比：E=εδΤ4。所以总辐射功率为W =ε·δ·Τ4·S（S为表面积）。[4]

式中：W——辐射能量；

λ——波尔兹曼常数；

ε——热辐射率；

Τ——绝对温度；

S ——传热表面积

后来普朗克根据维恩1896年提出的短波长辐射强度分布公式汇总成表示黑体辐射分布的表达式，从而形成了在物理上带来很大变革的量子假说。它从理论上导出：黑体在给定的温度下，发射热辐射的光谱辐射功率密度按波长（或频率）分布的普通式为：

Mλ（T）=2πhc2λ-5[exp(hc/KλT)-1]-1   (1)[5]

式中：Mλ为黑体的光谱辐射功率密度，即黑体在指定波长附近，单位波长间隔内的辐射功率密度，亦称黑体的光谱辐射率；λ为波长；c为真空中的光速；K为波尔茨曼常数；T为绝对温度。

式（1）即普朗克辐射定律的数学表达式，根据该式，黑体在给定的温度下的光（频）谱分布曲线可直观示于图1。

研究表明，利用陶瓷材料可以制成近似黑体辐射特性的物体，这种物体称高效红外辐射体。另外，也可以把虽然在短波长区域辐射效率低，但随着波长增大辐射率增高的物体称作远红外辐射体。显然，在远红外纤维的研制过程中，高效红外辐射体是最受欢迎的。

三、远红外线的作用[5]

据资料介绍，远红外线易被人体所吸收，人体吸收后，不仅使皮肤的表层产生热效应，而且还通过分子产生共振作用，从而引起皮肤深部组织的自身发热。这种作用的产生可刺激细胞活性，改善血液的微循环，提高机体免疫能力，起到一系列的医疗保健效果：

1、使服装内的温度比普通织物为高，具有保暖功能。

用于服装方面的保温材料可分为两类，一类是单纯阻止人体的热量向外散失的消极保温材料，如棉絮、羽绒等；另一类是通过吸收外界的热量（如太阳能等）并储存起来，再向人体放射，从而使人体有温热感，这一类材料称为积极保温材料。远红外织物就属于这一类。普通织物和远红外织物保暖性能的差异可由表1看出。

表1.灯光照射后织物保温性能的变化

 光照时间（min）

远红外织物（CLO）

普通织物（CLO）

0

0.77

0.72

1

1.60

1.25

2

2.90

1.84

3

4.61

2.63

4

7.27

3.42

5

12.71

3.85

注：1CLO=0.155M2.℃/W

可见，经远红外加工的织物CLO值在5分钟照射后为未加工织物的3.3倍左右，效果明显。

2、提高人体免疫功能

免疫是人体的一种生理保护反应，它包括细胞免疫和体液免疫两种，对人体防御和抗感染功能起到极其重要的作用。临床观察表明，远红外保健品具有提高机体的巨噬细胞吞噬功能，增强人体的细胞免疫和体液免疫功能，有利于人体的健康。这是由于远红外线激活了生物体的核酸蛋白质等大小分子的活性，从而发挥了生物大分子调节机体代谢、免疫等活动的功能，有利于机体机能的恢复和平衡，达到防病治病的目的。

3、消炎消肿和镇痛

远红外的热效应使皮肤温度增加，使血管活性物质释放，血管扩张，血流加快，血循环改善，增强了组织营养，活跃了组织代谢，提高了细胞供氧量，改善了病灶区的供血氧状态，加强了细胞再生能力，控制了炎症的发展并使其局限化，加速了病灶修复。远红外的热效应，也改善了微循环，促进了有毒物质的代谢，加速了渗出物质的吸收，导致炎症水肿的消退。

远红外线能促进身体不同部位的血液循环，预防酸痛不适，消除疲劳。例如风湿性关节炎、前列腺炎、骨质增生、肩周炎、颈椎炎、腰痛、手脚麻痹等。

远红外的热效应，降低了神经末梢的兴奋性，血液循环的改善，水肿的消退，减轻了神经末梢的化学和机械刺激。以上种种原因，均起到缓解疼痛的作用。利用远红外纤维促进新陈代谢的功效，制成各种护膝、护腕、护腰，解除关节疼痛病人的烦恼。

4、改善人体循环

微循环是反映人体血液状况的重要指标，远红外织物所辐射的远红外线易渗透于人体皮肤深部，被吸收的远红外线转化为热能，引起皮温升高，刺激皮肤内热感受器，通过脑丘及时使血管平滑肌松弛，血管扩张，血液循环加快。另一方面，由于热作用，引起血管活性物质的释放，血管张力降低，浅小动脉，浅毛细管和浅静脉扩张，血液循环得以改善。

5、增强新陈代谢

如果人体的新陈代谢发生紊乱，则体内外物质的交换失常，从而会引起各种疾病。诸如水和电解质代谢的紊乱，将给生命带来危险；糖代谢紊乱所致的糖尿病；脂代谢紊乱引起的高血脂症肥胖症。通过远红外热效应，可以增加细胞的活力，调整神经液机体，加强新陈代谢，使体内外的物质交换处于平稳状态。

6、穿用由这种织物制成的服装，有一种轻松舒适的感觉，具有消除疲劳，恢复体力的功能。如远红外针织内衣及袜类，供老年人和体弱者穿着，可改变他们对药物治疗的依赖，通过衣着的物理治疗达到安全、持久地促进身体健康。远红外袜可使他们在严寒的冬季有了最为简单的防治冻疮的方法，解除冻疮的困扰。

7、具有一定的抗菌、防臭和美容的功能。利用远红外线促进血液循环的功效，适用于远红外织物制成美容面罩，促进面部的新陈代谢、发汗，达到使面部表皮脂肪轻松舒展、面部皮肤柔和光滑的目的。

8、对糖尿病、心脑血管病、气管炎等常见病具有一定的辅助医疗功能。

此外，远红外纺织品贴身穿着有利于发挥其功效，这是因为：第一是各类纺织纤维对远红外线的透射能力都有一定影响。第二是远红外的辐射量与温度的关系可由下式表示：ω=λεT4S。从这一公式可以看出温度对远红外线辐射量有极大的影响，贴身穿着借助于人体温度，远红外纺织品的远红外辐射量会明显增加。第三是远红外材料与人体接触时对人体除远红外辐射以外可能还有其他保健作用。这个问题涉及到陶瓷粉的保健机理，有待深入研究。

四、远红外线的作用机理

据天津大学的袁兵教授介绍，人体是辐射率很高的有机体、一个天然的红外发射源，其辐射频带很宽。无论肤色如何，活体皮肤的发射率为98%。人体表皮、肌肉、血液、骨骼、组织和器官以及神经系统按照各自的需要吸收红外辐射。三磷酸腺苷（APT）是生物体内能量转换的主要形式，为人体细胞活动提供有效的能量。ATP释放和合成涉及的光量子能量为0.44Ev，相当于3μm的远红外光子的辐射和吸收。脱氧核糖核酸（DNA）的合成、复制和转录是人体细胞生长繁殖的基础。生物大分子的DNA有大量氢键和双螺旋结构。DNA合成和分离由氢键的结合或断裂引起，这两种氢键能约为0.28 Ev和 0.48Ev，对应红外波长2.6μm和4.4μm 。DNA的主要吸收带在2.5-3μm以及6-12μm波段。人体红外吸收的主要受体很可能是细胞内的DNA分子。

红外辐射能量使血管主动充血，促进血液循环，给病灶提供有利于康复的重要生化反应的动力和营养，加速代谢，增强网状内皮细胞的吞噬能力，有利于抗体的形成和酶活性的提高，改善人体的免疫机能，缩短疾病的恢复过程。

组成人体的基本物质是水（60-70%），血液的水分比率更高达80%。水的红外特征吸收峰是3μm和6μm。这样，远红外辐射（3μm以上）恰与皮肤的吸收相匹配，形成最佳吸收。也就是说远红外线的振动频率与人体组织中相同振动频率的水分子相遇，水分子由于吸收能量又激起另一次振动，结果引起共振作用，使人精神更旺盛、头脑更灵活，进而能提高抗病能力，延缓衰老。

我们人体内的每一个细胞就像是一个微电池，细胞电池所提供的电流是神经系统活动的源泉，只有细胞电池不断地充电和放电，神经系统才能正常工作。长期处于精神高度紧张状态和工作繁忙的脑力劳动者，经常出现的精神不振、疲劳倦怠、注意力不集中、失眠多梦等现象，就是身体发出的“弱电显示”。远红外线全面改善微循环，促进血流量的功能，使人能迅速消除机体疲劳感和疼感，有效预防神经衰弱、失眠、头痛、头晕等症状。

此外，由红外辐射引起的生物体分子共振吸收效应，使物体的分子能级被激发而处于较高能级，这便改变了核酸蛋白质等生物大分子的活性，从而发挥其调节机体代谢，改善微循环，提高免疫能力等作用。

第三节 远红外发射物质

远红外发射物质是远红外纺织品中起主要功能作用的物质，它的选择是开发远红外织物成败的关键。纤维的远红外发射性能主要决定于纤维中所含远红外微粉的组成及添加量。[6] 合理选择远红外微粉，不仅有利于纤维及织物发挥较好的保健功能，而且有利于提高纤维的高速纺丝性能，提高纺丝状态的稳定性，降低生产单耗。

远红外辐射材料主要是金属和非金属的氧化物、氮化物以及复合物等经研磨后在高温下烧结而成的。通常金属的远红外发射率较低，而金属化合物的发射率较高。因此通过改变物质的组成、结构和表面状态等可以达到提高其发射率的目的。

一、远红外发射材料的红外辐射机理[7]

物体中的电子振动或激发的结果，就会向外放出辐射能。对于具有高红外辐射能力的材料，辐射能以红外线的形式输出。因此，凡温度高于绝对零度的任何物体，都会有红外线向外辐射。随着辐射体材质分子结构和温度等诸条件的不同，其辐射波长也各不相同。

在红外辐射波段中，当分子中的原子或原子团从高能量的振动状态转变到低能量的振动状态时，会产生2.5-25μnm的远红外辐射。如果辐射源是由分子的转动特性改变所引起的辐射，则发生大于25nm的远红外辐射。研究表明：振动光谱的能量约为转动光谱能量的100倍。2.5-25nm为高载能波，特别是8-15nm波段的远红外线，具有较好的应用价值。此外，不同的材料有着不同的红外光谱特性，这是因为他们的晶格振动不同所致。

为了简单说明远红外辐射材料的能量流动，我们用图2来说明。假定从外界进入系统的能量为EA，从系统向外界输出的能量为EL2,置于系统内粉体从系统吸收能量为EL1,粉体向系统输出能量为EC，则其能量平衡为：

EAóEL2    Δt=0

ECóEL1    Δt=0

则系统中总能量平衡为：

EA+ECóEL2+EL1   Δt=0

考虑以热量Q表示的形式则为：

QA+QCóQL2+QL1

这符合热力学第二定律。也就是说，远红外辐射材料从外界吸收能量，而后以远红外能量形式输出，最终保持能量平衡。

二、远红外发射物质

开发远红外织物所使用的远红外线放射性物质主要有：陶瓷材料（氧化铝、氧化锆、氧化钛等）、海藻炭（高温炭化海藻）、天然矿石（三仙石、麦饭石、蛇纹石）、植物提取物等。

1、远红外发射物质的种类

目前国内的远红外纺织品几乎都是采用陶瓷材料作为改性物质。这些原料的主要成分为SiO2、Al2O3、ZrO2、MgO或TiO2，亦有些是用分子筛、硅藻土、堇菁石、莫来石、SiC、SiN、稀土氧化物…等组成，或掺杂Mn、Cu、Ag化合物以改进它们的性能。当烧结成这些材料，其结构中存在非对称性的电荷，其电荷电中心不重合，所形成偶极距分子中的原子受到环境中能量的激发，发生伸缩振动和转动，而产生特定的远红外辐射波段，成为远红外辐射材料。

表2. 具有远红外线辐射的化学元素和化合物

元素

氧化物

碳化物

氮化物

硼化物

B

B2O3

B4C

BN

Cr

Cr2O3

Cr2C3

CrN

CrB、Cr3B4

Si

SiO2

SiC

SiN

Ti

TiO2

TiC

TiN

TiB2

Zr

ZrO2

ZrC

ZrN

ZrB2

Al

Al2O3

——

——

——

Fe

Fe2O3

——

——

——

Mn

MnO2

——

——

——

Ni

Ni2O3

——

——

——

Co

Co2O3

——

——

——

用于制备远红外辐射材料的原料，根据元素的配伍性、相溶性和互助性，以及远红外粉体的颜色和粒径，选用上表中的几种元素化合物并且添加少量助剂，通过先进的纳米生产制作工艺，即可制备高远红外辐射材料。

从上表中可以看出，通常使用最多的是氧化物和碳化物，有时也使用氮化物。用于远红外纤维和织物研制的远红外粉应具有尽量高的常温比辐射率。人体的温度一般保持在36.5℃∼37.0 ℃左右，只有在此温度左右具有最大比辐射率的远红外辐射体才具有最好的效果。

2、远红外发射物质的选择

发射率是红外样品的辐射能量与标准黑体辐射能量（在同一温度）之比。因而也叫比辐射率。在检测时一般只测量法向的能量，所以又叫法向发射率或法向比辐射率。根据检测仪器性能不同，又分为全波长积分发射率、单色发射率和某波长区间的平均发射率。发射率数值常用小数或百分数表示。目前的发射率检测方法还不能完全排除样品表面结构、颜色、样品回潮率等客观因素的影响，因此从一定意义上说单纯根据发射率的大小并不能完全说明远红外性能的好坏。[8]

几种常见的远红外发射体，对比试验结果如表3所示。

表3.远红外辐射材料法向比辐射率比较

细度(μ)

白度(%)

升温性

法向比辐射率(%)

灯照

灯灭

氧化铝系(A)

≤

84.6

52

42

88

氧化铝系(B)

≤5

94.4

54

42

88

复合型系(C)

≤15

92.0

53

42

88

粗粉体(D)

≤80

82.1

54

43

75

氧化锆(E)

≤15

89.8

52

41

83

纳米级粉体(F)

＜0.035

92.2

53

41

92

备注：升温性试验，灯照时间20min，灯灭时间30s，PT-303型红外线测温仪。

氧化铝系(A)采用固相常温气流粉碎法；氧化钛系(B)采用液化相化学沉淀法生产；

复合型系(C)采用(A)和(B)型或其它型混合。

从上表的结果看出，各类远红外辐射体的辐射率均较高，选用超细粉体A、B、C类均达到88%；粗粉体达75%；纳米级粉体的辐射率高达92%，其辐射能量均集中在人体的吸收范围之内。从实际使用效果来看，其中选用常温型辐射能量大、白度好、超细粉、质量稳定、成本较低的氧化钛系(B)和复合型系(C)以及纳米级粉体(F)，这三类辐射材料较有实际意义和发展前途。

3、远红外发射材料选择的基本依据

要使远红外辐射材料的保温、保健效果好，就应提高其总辐射功率。根据斯特潘-波尔兹曼定律的公式可知，提高总辐射功率主要有以下三种途径：

（1）提高表面温度

这是一些电热型理疗装置常用的手段。一味提高物体的温度是不合适的，因为纺织品是与人体的皮肤直接接触的，人体皮肤感觉最舒适的温度应是常温。所以对于服装织物就不能单纯用提高温度的办法，否则就会闷热难耐。

（2）增大表面积

远红外纺织品表面积明显大于红外理疗仪的面积，使用时间明显长于红外理疗仪。

（3）提高发射率

物质发射远红外线的能力是由发射率来衡量的。远红外纺织品通过提高表面的发射率大大提高发射功率。人体的核心温度为36.5℃，皮肤表面温度为33℃，织物为31℃左右。通常纺织品的远红外发射率为0.73左右，其单位面积辐射功率为3.5×10-2 w/cm2。远红外纺织品的发射率为0.85，其单位面积辐射功率为4.1×10-2 w/cm2。其功率如按发射率为0.73计算其对应的温度为43℃；若发射率提高到0.90，则其发射功率相当于发射率为0.73表面温度为47℃的效果。因此研制高远红外发射率纺织品是提高其辐射功率的主要途径，是高性能远红外纺织品的开发方向。

通过以上分析，可以得出远红外物质选择的基本依据为：

l          要尽量选择那些在常温下吸收峰与人体皮肤辐射的峰值波长相匹配的远红外物质。

l          选择辐射率尽可能大的远红外物质，以提高其辐射辐射功率。

l          采用几种远红外物质进行混配，可以有效地提高最终产品的保温效果。

三、远红外粉体的规格对其使用性能的影响

远红外粉是指具有发射远红外能力的粉状材料，又称为远红外陶瓷粉。远红外粉的种类也有很多，有许多物质具有较强的发射远红外线的能力。能做成织物的粉是复合粉，这种粉的红外线发射能力高，能满足保健需求。人体温度一般在36℃左右，只有在此温度下具有较高远红外线发射能力的材料才具有使用价值。金属氧化物中，有的具有天然放射性，有的对人体有毒不能采用。

1、远红外粉的粒度

对用于织物后整理的远红外粉的粒度要求略低，一般平均颗粒直径达到10μm左右即可使用，显然粒径过大不但影响产品的手感和使用效果，还影响其加工过程的涂覆混合液的稳定性。

用于纤维的远红外粉的粒度要求则较高。在生产过程中，远红外粉的粒度大小对纺丝影响很大，一般最好平均粒度在1μm左右，太大纺丝会困难，太小则加工粉时难度增加，最大粒度应不大于10μm。因此必须进行专门的筛选和微粉处理，才能达到使用要求。添加有远红外粉的高聚物，最终要经过过滤网、喷丝板等以便纺丝，因此添加的远红外粉的粒度要满足纺丝的要求。经验表明：远红外粉粒度偏大时，在纺丝过程中易堵塞喷丝孔，影响可纺性；当粒度过小时，则使微粒比表面积过大；当颗粒的间距很小时，其静电排斥势能小于“范德华相互吸引势能”而产生团聚现象，由于这些团聚体比原生粒子大几倍甚至几十倍，在纺丝时会堵塞喷丝板，使可纺性变差。为了强化远红外粉的分散性，减少其团聚现象，必须加入适当的分散剂以改善远红外粉在基体中的分散均匀性，提高粒子与聚合物的相互粘结力，增大熔体的流动性，从而有利于纺丝。因此在远红外粉加工过程中，降低粒度和防止团聚是两大工艺要求。经试验表明：用于短纤维纺丝的远红外粉平均颗粒直径应在5μm以下，而用于长丝的远红外粉的平均颗粒直径应在2μm以下，用于细旦长丝的远红外粉的平均粒径最好在0.1μm左右，如北京洁尔爽高科技有限公司的负离子远红外粉Jlsun（R）900。目前，某些纳米远红外辐射性物质的微粉加工还存在一定难度，尚需投入力量继续进行研究。

2、远红外粉的含量

除了远红外发射物质的种类和粒度要求，远红外粉的含量也是一个重要参数。纤维发射远红外线主要靠纤维中含的远红外物质。有人认为纤维的保暖、保健功能与远红外粉的添加量成正比。其实远红外粉的含量与发射率呈曲线关系，存在一个极限值，一般在1-15%之间，过大增加粉的含量不仅不能增加远红外的发射率，而且还会降低纤维的其他物理指标，并影响可纺性；反之，如果粉的含量过低，则其远红外发射率较低，影响服用性能。远红外粉的加入量与纤维远红外性能的影响如图2所示。

从上图可以看到，随着远红外粉添加量的增加，纤维的辐射率有不同程度的提高；当辐射率达到某一范围时添加量再加大，纤维的辐射率将趋于平衡。由此可见，一味加大纤维中的远红外粉含量并不可取。对涂层法加工出的远红外织物进行测试时也发现有类似的规律存在。

四、远红外粉体的制备

远红外辐射材料制备的操作步骤如下：

1、配料及配合：将所用原料按拟定配方配制，而后于振动混料机中充分混合，粉碎原料中的团聚合体，使各种原料都能均匀的混合一起。

2、煅烧合成：将混匀后的配合料压块并置于容器中，于1050-1250℃的温度下经高温烧结合成；

3、冷却到常温，于滚动研磨机中研磨；

4、将远红外粉体、刚玉球、水配制成1:1:4的浆液，于滚动球磨机中粗磨；

5、将粗磨后的浆液打入振动球磨机内，用氧化锆球研磨，并加入适量的分散剂，进行研磨；

6、研磨完后，将浆液低温烘干；

7、烘干后的远红外粉体用气流磨进行粉碎和分离，即得到纳米级远红外粉体。

各种原料的配料

高温烧结

与水配成浆液粗球磨

低温烘干

气流磨粉碎

球磨机精磨

自然冷却到常温

干法球磨粉碎

加入活性剂

球磨机内研磨混合

纳米级远红外粉体


图4.远红外辐射材料制备的工艺流程

此方法为干湿混合法，其优点是通过在水介质中研磨，使其颗粒的细度均匀和圆滑；高温烧结使表面吸附的气体分子脱离，增加自极化强度，增加红外线的发射率，并带有热处理分相（分散）的作用；用气流磨能够对远红外粉体进行再一次的分散和研磨，解决以前喷雾干燥时粉体团聚的问题。

第四节 远红外纺织品

远红外纺织品是在纤维或织物的加工过程中，将能够吸收外界能量（包括阳光和人体热量），并能高效发射远红外线的材料附着或结合在纺织品上，使织物在4-20μm波长范围内有较高的远红外线发射率。由于远红外线具有放射、渗透力及共振吸收等特性，对人体非常有益，并具有温热作用，当人们穿着和使用远红外线织物时，可吸收太阳光等，并将其转换成远红外线辐射；也可将人体的热量反射而获得保暖效果。因此，远红外线织物可以长期促进人体新陈代谢，增进血液循环，是理想的保暖健身纺织品。

通常将在常温下远红外发射率大于65%的织物称为远红外织物。一般性能优良、起到保健作用的远红外织物，其常温远红外发射率应达80%以上。远红外纺织品能在接收外界能量之后，辐射出3-25μm的远红外光波。特别是4-15μm波长的远红外线对生物的生长发育有密切的关系，所以也有人称这类纺织品为生化功能纺织品。

一、远红外功能纤维

1、远红外纤维的概念

所谓远红外纤维是指在纤维基材（高分子聚合物）中混入少量远红外微粉，经纺丝加工而成的纤维。纤维基材可以是聚酯、聚酰胺、聚丙烯、聚丙烯腈等常用合成纤维。制造远红外纤维对于远红外物质粒子的粒径要求比较高，一般在1μm以下，掺加量多在2%—10%（重量）之间。所用纺丝工艺可完全借助于传统纺丝工艺。按掺加远红外粉量的不同和纺丝工艺的变化，这种纤维的开发可呈现出多样化的状态。就纤维的结构而言，除普通结构外，还包括中空纤维、异形纤维和复合纤维等。

这种纤维具有热效应功能，它可以分为保暖型和保健型两种。保暖型属于保温蓄热纤维，主要适用于保暖功能方面的产品；保健型主要是增强循环功能。远红外功能性纤维吸收人体自身散发的热量，并反射出人体最需要的波长为3-15μm的远红外线，渗入皮下组织产生热效应，从而激发机体细胞活性，有效地改善人体微循环，提高组织供氧，改善新陈代谢，增强免疫力。目前，有远红外涤纶、远红外丙纶、远红外锦纶、远红外腈纶、远红外粘胶纤维等。远红外纤维是复合材料在纺织上的应用，属于一门新技术。

2、远红外纤维的生产工艺

远红外功能纤维的制造技术主要有以下几种加工工艺。

（1）直接混合纺丝工艺

a、将远红外辐射材料超微化，制成纳米—亚纳米超微粉体；

b、将远红外材料超细粉体和纤维切片烘干；

c、然后加入载体树脂、偶联剂、分散剂、进行高速捏合；

d、高温下经双螺杆挤出，制成远红外功能纤维母粒；

e、纤维母粒和纯纤维切片混合，通过熔融，挤压纺丝，纺出长丝或短纤；

f、经卷绕、牵伸、加弹、加捻或卷曲，即制得远红外合成纤维。

（2）全造粒法直接混合纺丝工艺

这种工艺是将纤维母粒和纯纤维切片混合，高温下经双螺杆挤出，制成全造粒母粒，然后将全造粒母粒按普通纤维切片纺丝工艺进行纺丝。这种工艺的优点是聚合物和远红外粉体混合均匀，提高了可纺性。缺点是增加了一道全造粒工序。目前，该方法是国内远红外丙纶纤维普遍采用的工艺。

（3）湿法粘胶纺丝工艺

a、将其制好的远红外微粉和分散剂分散在水中，充分搅拌和研磨后，形成远红外乳浆料；

b、将碱纤维素黄化终了后，在溶解过程中将所得的远红外乳浆料均匀加入粘胶中；

c、   经充分搅拌后制成远红外粘胶纺丝液；

d、   按常规粘胶纤维纺丝工艺进行纺丝、酸洗等工序；

e、经洗涤、烘干得到辐射远红外线功能的粘胶纤维。

3、远红外功能纤维

目前市场上的远红外功能纤维的种类很多，比较具有代表性的就是Jlsun（R）系列远红外纤维。

（1）远红外丙纶长丝

丙纶具有重量轻的特点，而细旦和超细旦丙纶又具有良好的芯吸效应等优点，所以成为研究开发者所关注的热点。

高速纺生产远红外细旦丙纶长丝需选用长丝级聚丙烯、远红外母粒、降温母粒等数种原料，选择合适的共混方式使以上几种基本原料混合均匀。

由于纺制远红外丙纶长丝的纺速比短纤维的纺速高，尤其是POY纺速高达2km/min以上，因此对远红外丙纶切片质量及纺丝工艺要求极为严格。常用规格的成品DTY长丝物理指标见表4所示。

表4. 远红外丙纶DTY长丝成品物理指标

项目

物理指标

纤度（48f）/dtex

111

85

强度/cN·dtex-1

2.8

3.0

强度CV值/%

9.28

10.17

伸长率/%

38.7

27.7

伸长率CV值/%

10.10

11.23

含油率/%

2.11

3.02

（2）远红外丙纶短纤维

在纺织加工过程中，不同的织物结构、织物档次和加工方法对纤维规格的要求不同。无纺布或絮片要求纤度为3.33-6.66dtex的短纤维。可织造高档针织品或机织布纺纱需要纤度为1.59dtex、1.44dtex的棉型细旦短纤维。各种常用规格远红外丙纶短纤维的成品质量见表5。

表5.远红外丙纶短纤维成品物理指标

项目

物理指标

纤度/dtex

1.44

1.59

2.20

3.35

强度/cN·dtex-1

4.49

5.10

4.80

3.92

强度CV值/%

10.84

11.10

7.30

8.86

伸长率/%

33.7

35.8

32.4

36.5

伸长率CV值/%

18.42

12.90

7.30

15.10

比电阻×10-8  /Ω•cm

2.10

0.24

3.09

1.18

回潮率/%

0.33

0.24

0.18

0.36

远红外丙纶纤维存在低模量、低回弹等缺点，在用作被褥絮片时，其蓬松性差。三叶型和中空型远红外丙纶短纤维可以提高纤维的手感及保温等性能，其纤维截面如图3 所示（放大500倍）。

图6.远红外丙纶纤维截面

（3）远红外腈纶纤维

远红外腈纶是将具有发射远红外线功能的陶瓷粉末，通过匀混的方法分散到腈纶纤维当中。所用的陶瓷粉末一般在2μm以下，最好在1μm以下。远红外腈纶的生产方法决定了远红外腈纶的大分子结构和大分子组成，与常规腈纶无大的区别，但因为存在着陶瓷颗粒，所以纤维的物理指标会受到一些影响。同时还由于陶瓷粉末为无机物，基本上不与丙烯腈大分子产生化学反应，因此在颗粒嵌入基材的同时，还会附带产生一些空洞，所以对比用同一工艺生产的常规腈纶和远红外腈纶，后者的空洞、凹槽比前者多。

由于远红外陶瓷粉末与高温的聚丙烯腈纺丝溶液相互间不会产生影响，所以，远红外腈纶的化学性质和常规腈纶的化学性质基本一致。

腈纶纤维中的陶瓷粉末虽然会使纤维在拉伸过程中应力集中，但是由于陶瓷粉末的含量较少，因此不会对纤维断裂强度和断裂伸长产生太大的影响。还有，基材中加入的颗粒也能使腈纶纤维的表面变得粗糙，表面摩擦系数加大。众所周知，陶瓷是电的不良导体，而化学纤维的导电性又较差，这样一来，远红外腈纶的电阻就可能比常规腈纶要高，在加工过程中更容易产生静电积聚现象，因而增加了生产的难度，甚至会对成纱质量产生不良影响。远红外腈纶纤维的物理机械性能见下表。[9]

表6.远红外腈纶纤维的基本物理机械性能

细度（D）

2.89

回潮率（%）

1.9

长度（mm）

58.7

干断裂强力（cN/dtex）

4.3

干断裂伸长率（%）

37.1

断裂强力不匀率CV（%）

16-30

断裂伸长不匀率CV（%）

14-33

卷曲数（个/20mm）

5.30

质量比电阻（Ω·g/cm2）

1.235×108

注：测试条件为：干球温度15.5℃，湿球温度14.5℃，相对湿度87%

在生产实践中，可以制成远红外腈纶/细旦涤纶短纤维和远红外腈纶/羊毛纤维等。

（4）其他远红外功能纤维

近年来出现的海藻炭纤维颇引人注目，海藻炭是以海带等海洋植物为原料煅烧而成的。采用特殊的工艺可将海藻炭化得到海藻炭，粒径可达到0.4微米，用共混纺丝法掺入到涤纶长丝内，制成远红外涤纶长丝，其低温（接近体温）远红外线辐射率在80%以上。据悉，海藻炭纤维制造成本比陶瓷纤维低，其功能特点是除辐射远红外线外，还有使人松弛安神的效果。当织物中含海藻碳纤维的量达到15-30%时，就能获得充分的远红外放射效果，而且海藻碳价格便宜，可降低远红外织物的成本。

也有借助于玻璃纤维纺丝技术，采用氧化铝等陶瓷物质进行高温熔融纺丝，其后通过聚合物熔槽而包覆一层薄膜，从而提高了纤维的柔软性。

远红外合成纤维织物中添加的红外吸收剂可以改善织物的吸汗速干性能，穿着远红外线织物有显著的干爽不闷气的感觉，同时该红外线吸收剂通常比重较大，可以提高织物悬垂性，改善化纤织物的极光现象，使其更接近于天然织物。

二、远红外整理织物

1、远红外后整理技术

（1）远红外浆

将远红外微粉与纺织品结合成为远红外织物有两条技术工艺路线。除了前面提到的纤维加工法外，第二类就是涂层法，即采用后整理技术对织物进行涂层和浸轧，使远红外陶瓷微粉加工成远红外浆，并使其附着于织物纱线之间和纱线的纤维之间。前者加工成的远红外织物的永久性和手感均较好，但加工路线长，成本较高；后者加工路线短，操作简单方便，适用范围广，成本低，但织物手感和耐久性均逊于第一类加工法。

这种方法是把远红外微粉、粘合剂和助剂按一定的比例配制成远红外浆，然后对织物进行浸轧、涂层和喷雾等。所用溶剂可以是水，也可以是有机溶剂。所用粘合剂是聚氨酯、聚丙烯腈酯、丁腈橡胶等低温粘合剂。由于远红外微粉的粒度决定了最后织物上粘附远红外物质的量以及织物的手感等效果，因此要求远红外微粉粒子的粒度要尽量小。浸轧和涂层方法采用传统的工艺即可，喷雾方法常用于生产远红外非织造布。

采用这种方法时特别要注意助剂的选择，它对织物的性能有显著影响。

a、分散剂的选择

远红外粉属于无机粒子，平均粒度一般选择在0.1μm—2μm之间，由于粒子小，比表面积大，常形成团聚体以达到稳定状态。

由于使用的远红外物质为无机氧化物，在水中不溶解，难以分散于水中，因此需要使用适当的分散剂将其制成悬浮液，减少团聚现象以满足后续加工的要求。分散剂的作用主要是防止已经分散的粒子再团聚，在分散介质中防止粒子团聚而沉降，保持悬浮液状态稳定存在。

b、粘合剂的选择

由于远红外微粒无法自己在织物上附着牢固。因此就需要使用粘合剂将它与织物紧密结合起来。最终产品中远红外物质附着的牢度有很大一部分是由粘合剂决定的。粘合剂经烘焙后，结成的薄膜应无色透明，粘着力强，柔软而耐磨擦，要有较高的化学稳定性，耐日常化学药品和酸、碱、氧化剂、还原剂等的作用，日久不泛黄，不溶于水和有机溶剂。用于远红外浆的粘合剂还应具备下列条件：低温固着；耐水洗、无毒、无刺激；与远红外物质不起反应；具有优良的牢度；价格便宜。

c、其他助剂的选择

根据所使用的粘合剂和分散剂的具体情况，有时需要加入少量消泡剂、交联剂、扩散剂、柔软剂和尿素等其他助剂。其中，交联剂可改善粘合剂的性能，降低固着温度，提高成膜性能，也可以提高粘合剂的各项牢度。交联剂应具备下面四项条件：与粘合剂配合性能好；与远红外物质不反应；无毒无刺激；能提高粘合剂的各项性能指标。

（2）纳米远红外浆

纳米技术产业是目前比较热门的高科技产业之一，它主要是利用纳米材料等对纤维表面进行处理，在纤维表面实现纳米层级的修饰和改性。经过纳米界面处理的纺织品，一方面保持了原有的结构、成分、强力、牢度、色泽、风格、外观、透气性能；另一方面又具有超常规的特定功能效果。

纳米材料在纺织印染上目前主要用于生产功能性化纤原料和作为一种新型的功能性助剂，从而开发相关的功能性产品或取代其他助剂。目前，国内已利用有关的纳米微粒，使之稳定地分散在涤纶或其他合成纤维的纺丝液中，然后纺出具有防紫外线、抗菌、防臭和消臭、远红外线等功能的合成纤维。在印染后整理方面，则采用涂层、浸轧或“植入”等方法，使天然纤维或普通化纤也具有不同的功能性。

    纳米远红外材料是在远红外加热所使用的陶瓷粉体上开发出来的，根据应用的纺织品和性能要求的不同，通常包括有三氧化二铝、氧化锆、氧化镁、二氧化硅、氧化锌、三氧化二锑等，其中ZrO系是最好的远红外材料之一。除了要将它们的粒度在制备时控制在100纳米左右，同时还要对其进行一系列的表面涂饰、改性等处理，以确保这些粉体在后整理时的分散性、相容性。

液相法生产纳米微粒可通过控制化学反应来实现。这一方法对于不同的材料，液相反应的原料与控制条件也不同。ZrO2 、TiO2、ZnO三种材料的纳米浆均为粘稠的含水溶胶微粒状态，纳米粒子处于水合氧化物的分散状态，我们称之为单分散纳米材料。外观为半透明的乳白色膏状物。利用透射电子显微镜可对单分散纳米材料进行测试。按照纳米粒度测试的要求测试600个纳米颗粒的直径，ZrO2平均粒度值为85nm。TiO2的平均粒度值为82nm。最小颗粒粒径为3nm，最大颗粒粒径为112nm，达到了纳米材料的基本范围。ZrO2纳米材料颗粒在溶液中基本为球型状态，粒径的大小存在着一定的分布，各个颗粒间具有良好的分散状态。另外，用激光粒度仪测试结果也表明，单分散纳米材料的平均粒度为95nm，自然放置30天后，测试的数据可与该结果基本一致。采用不同纳米材料与有机树脂单体混合，可形成水介质中应用的纳米远红外浆，实验表明，单分散纳米材料的远红外温升性能比普通纳米材料要好得多。这是由于单分散纳米材料的颗粒粒度细，并且分散均匀而形成。

（3）远红外整理剂

另外一种国际领先的远红外整理技术是Jlsun®777远红外整理技术，它是由北京洁尔爽高科技有限公司在纳米远红外负离子粉Jlsun®900和负离子远红外保健浆Jlsun®700的基础上研制成功的。远红外保健整理剂Jlsun®777含有可以与羟基、胺基反应的活性基团，并且可以单分子状态上染棉纤维等，通过化学键和纤维上的羟基、胺基等牢固结合。它不仅具有良好的升温、保健作用，而且具有良好的手感、牢度和吸湿透气性，同时也开辟了天然纤维织物远红外保健整理的先河，这是该领域的一大技术进步。

远红外整理剂Jlsun®777主要由在常温下有较高发射率的带有活性基团的远红外辐射体Jlsun®777A和Jlsun®77B组成。它适用于棉、麻、丝、毛、粘胶等含有氨基或羟基的纤维的远红外整理。Jlsun®777整理的纯棉漂染、印花织物，经天津大学采用美国5DX傅立叶变换红外光谱仪测试证明，其远红外发射率可达86%以上。国家远红外产品监督检验中心等权威机构检测证明：远红外整理后棉织物的远红外发射率达86%以上，洗涤80次后远红外发射率仍高达85%。

2、远红外整理纺织品举例

（1）远红外丙纶/棉多层织物

为了克服远红外丙纶抗静电及吸湿性差等缺点，用远红外细旦短纤维纱线或DTY长丝作内层，以染色性好、吸湿性高并抗静电的高支棉纱作外层，开发出棉盖远红外丙纶双层及三层保暖衬纬织物，最后再以远红外整理剂Jlsun®777处理，以提高外层棉纱的远红外发射率。

（2）远红外毛/腈针织保健内衣

羊毛/腈混纺纱→原料准备→坯布编织→磅布打印→检验修残→漂白/染色→浸渍远红外助剂Jlsun®777→预烘→柔软、抗静电处理→焙烘→起绒→光坯整理→光坯检验→裁剪缝纫→整烫→验迭→包装入库

在开发高档毛织物面料时，可在远红外毛织物后整理之前，采用苛性钠水溶液使毛纤维表面的鳞片膨润化，能有效地吸附远红外助剂，当低温下鳞片恢复原状时，远红外助剂被封入毛纤维内，从而提高了远红外毛织物的质量和性能。

（3）远红外保健理疗纯棉床单

床单多为印花产品，根据这一点，远红外功能整理可通过下面三种工艺实现：一是与印花工艺复合进行，即将远红外保健浆加到印花浆中；二是先印花然后进行远红外功能整理；三是先进行远红外功能整理，再印花。第一种方法仅印花花纹图案处有远红外辐射性能，保健效果差，并且由于远红外粉对纤维无亲和力，故必须借助粘合剂的机械粘着作用将远红外粉固着于织物上，同时因作用面积大（满地），要求粘合剂的性能要好，用量要很少，否则手感差；第二种方法产品带有荧光的花型略有下降；第三种方法对带有荧光花纹的色光无影响，且远红外比辐射率高，辐射面积大，保健效果好。

生产远红外保健理疗床单的工艺流程如下：

a、浸渍法：（浴比 1∶15）

织物→漂染（印花）→浸渍远红外整理剂Jlsun®777A（4% o.w.f，棉60-70℃，毛80-85℃，30-40分钟）→放残液→浸渍Jlsun®777B（3% o.w.f， 40-50℃，20-30分钟）→放残液 →冷水冲洗一遍（防止影响硅油柔软剂的稳定性）→上硅油柔软剂→成品

b、浸轧法工艺流程：

织物→漂染（印花）→烘干→浸轧Jlsun®777A（32克/升,轧液率60-70%）→烘干（80-100℃，落布微潮）→浸轧Jlsun®777B30克/升（轧液率60-70%）→烘干（80-110℃）→拉幅成品

三、远红外纺织品的功能

远红外保健整理织物可用来开发保健蓄热产品，医疗用品等，如内衣、贴身保暖服、床罩、床单、毛毯等床上用品，坐垫、护膝、腰带、保健鞋袜和电热制品等一些列产品。

日本的某些工业机构对具有远红外辐射功能纤维的生物效应开展了初步研究，发现着用某些含有远红外发射体的衣物可使实验组人体的穿着部位的平均皮肤温度升高0.6-1.6℃，同时皮肤平均血流量也在脱去此衣物后的5-15分钟内明显高于对照组。他们认为这些纤维可在人体发射出的热能和红外线的激发下辐射出能被人体吸收的远红外电磁波，这种远红外电磁波通过人体产生共振热效应而促进了血管扩张，最终导致皮肤温度和血流量的增加。

    通过双盲序贯实验，观察人体穿着含远红外发射体衣物部位的皮肤温度和血流量的变化规律，探明此纤维对人体微循环的确切作用。

1、实验

（1）实验对象的选择及分组

自医科大学五年级实习医生中随机抽选健康男、女生各16名。为了被测试的随机性，先将男女受试者以身高依次排列编号随机接受测试。

（2）实验用远红外织物

    1#织物（由Jlsun®777远红外整理棉布）、2#织物（国产远红外丙纶织物）、3#织物（进口）、4#织物（空白）分别制成衣袖，并将其编号为1#、2#、3#、4#衣袖。

（3）双盲序贯实验

    受试者于测试前，在室温条件下（24℃）静息30分钟。之后右臂随机穿着某个编号的衣袖20分钟，再着用另一编号的衣袖20分钟，如此类推至四个编号的衣袖全部穿着一遍。无论测试者或受试者均不知各编号的衣袖的所含成分。

（4）微循环测定

    室温条件下，于受试者右臂内侧臂中穴位置，用激光多普勒血流仪(PerifluxPF2,瑞典)分别测定着用4个编号的衣袖前，着用后第5、10、15和20分钟时的皮肤温度及皮肤组织血流量参数。

2、结果

    表6所示为穿着4种衣袖期间各测试时间的皮温结果。着用4#衣袖后各测试点的皮肤温度增幅一直维持在0.1℃；而自穿着2#衣袖后的第5分钟始皮肤平均温度以0.1℃递增，到15分钟时达到增幅0.3℃的峰值此后又0.1℃的回落；穿着3#衣袖后的第5分钟时即较着用前增高0.2℃，穿着后的第10和第15分钟时皮肤温度进一步提高，增幅达0.3℃并有显著性差异，到20分钟时又回落到第5分钟的水平。穿着1#衣袖的第5分钟较着用前增高0.3℃，此后温度进一步升高，增幅达0.2℃，到20分钟时又0.1℃的回落。由此可见，含远红外发射体的织物有一定的升高皮肤温度的作用，其中1#织物效果最为明显。

表7. 各种实验用织物对皮肤温度的影响

1#

2#

3#

4#

穿前 皮肤温度℃

35.4

35.5

35.4

35.5

穿后5min

35.7

35.6

35.6

35.6

穿后10min

35.9

35.7

35.7

35.6

穿后15min

35.9

35.8

35.7

35.6

穿后20min

35.8

35.7

35.6

35.6

    表7所示为穿着4种衣袖期间各测试时间的平均皮肤血流量参数。着用4#衣袖5分钟时皮肤血流量参数较穿着前明显增加，增幅为17.9%，但随着时间的延长血流量参数增幅逐渐下降，分别为第10分钟时的9.5%、第15分钟时的8.4%、第20分钟时的3.6%，并与穿着前参数相比无显著性差异。着用2#衣袖后的皮肤血流量参数均明显增加，前15分钟内增幅分别为21%、18.1%和21%，第20分钟时继续增加到25.5%。穿着3#衣袖后的皮肤血流量增加较大，各点增幅分别为22%、18.5%、23%和25.8%。穿着1#衣袖后的皮肤血流量增加最大，且血流量的增加还与着用时间成正比，分别为第5分钟时的19.1%、第10分钟时的27.4%，第15分钟时的34.7%和第20分钟时的31.1%。说明含远红外发射体的织物与皮肤直接接触可促进皮肤血流量，其中1#织物效果显著。

表 8.各种实验用织物对皮肤血流量参数的影响

1#

2#

3#

4#

穿前 血流量参数

564.8

590.4

585.6

619.3

穿后5min

672.6

716.3

714.4

730.1

穿后10min

719.3

697.2

693.9

678.3

穿后15min

761.0

715.5

720.2

671.5

穿后20min

740.2

741.2

736.7

641.4

3、讨论

    在运动损伤治疗中许多设备将电能或其他能量转换为红外电磁波作用于人体，从而达到活血化淤、促进损伤组织康复的目的。而远红外织物除了可反射部分人体放出的红外线外，更重要的是它在人体自身放射出的红外线激发下还辐射出远红外线再作用于人体，产生相应的医学效果。因此具有节省能源、造价低廉、使用方便、无毒副作用等特点，适用于运动创伤的康复治疗过程。

第五节 远红外整理织物的新发展

目前，单一功能的纺织品已经越来越不能满足人们对于高附加值产品的需求。随着技术水平的进步，更多的多功能复合纺织品已经被开发出来，技术含量比单一功能品种的织物更高，更能受到人们的欢迎。目前，新一代远红外产品主要包括以下两种。

一、远红外电热布 

远红外电热布利用多种特制纤维复合纺成电热纱，按照多根电热纱并联供电的方案织布，再以纳米远红外浆（ZrO2:TiO2=2:1）和有机硅树脂等粘合材料对织物进行纳米远红外涂层，最后制成远红外电热布成品。将电热布成品接通24伏以下安全电压，辐射高能量远红外线而产生热量。该电热布与普通棉布一样柔软、平整，发热快速、均匀，反复洗涤不影响发热效果。

二、负离子远红外织物[10]

负离子远红外织物吸收从人体或环境中释放的热能，并转换成负离子和远红外线再作用于人体。所以说，穿着负离子远红外纺织品不仅改善空气环境，而且能改善微循环，在日常生活中不知不觉地促进人体健康。

北京洁尔爽高科技有限公司从1990年就开始研制负离子远红外纤维和织物。该公司从电气石和来自海深处的矿石等天然矿物质中选择出“健康、环保”的负离子材料，并将其超微粉体加工成纳米负离子远红外粉Jlsun®900，并成功地应用于化学纤维生产上。同时又将纳米负离子远红外粉后处理，进一步加工成负离子远红外浆Jlsun®700，并开发出在织物上固着天然矿物质的整理技术。

该公司又通过分析研究电气石等负离子材料的成分、结构、粒径与表层负离子效应及远红外辐射效应之间的关系，在理论方面获得重大突破，并结合该公司20年来在织物后整理方面积累的丰富经验，开发出了适合天然纤维的负离子远红外整理剂Jlsun®888。经Jlsun®888整理后的面料不仅具有良好的发生负离子和升温保健作用，而且具有柔软的手感、良好的牢度，可以广泛的应用于运动服、外衣、内衣、窗帘、床上用品和保健医疗用品等。Jlsun®888负离子发生材料含有一种特殊的内部结构，环境压强、湿度和温度的变化都影响到负离子的产生。

1、负离子远红外整理剂Jlsun®888

负离子远红外整理剂Jlsun®888主要由Jlsun®888A和Jlsun®888B组成。它适用于棉、麻、丝、毛等天然纤维（含有氨基或羟基的纤维）的负离子远红外整理。

Jlsun®888含有的负离子体具有明显的受激产生负离子作用，将水或空气中的水分子瞬时“负离子化”。通过物理刺激作用，诸如向负离子织物施加能量（如机械能、化学能、光能、静电场能等）、衣服在穿着过程中的摩擦或振动都能产生大量的负离子。 权威机构检测表明Jlsun®888整理纯棉织物的负离子浓度高达3000个/cm3以上。具体反应过程如下：

                       负离子体放电

                H2O               H++OH-

                2H+ + 2e-           H2↑

               OH- + H2O         （H3O2）-（水合羟基离子即负离子）

Jlsun®888整理的纯棉织物还具有远红外线保健作用和保温功能，其远红外发射率高达86%以上，可使人的体感温度上升。负离子远红外整理剂Jlsun®888单分子状态上染纤维，并以化学键和纤维上的羟基或胺基结合，使得产品牢度良好、透气舒适、手感柔软。

（1）浸渍法（浴比 1∶15）

织物→漂染→浸渍远红外整理剂Jlsun®888A（4% o.w.f，棉：60-65℃×30-40分钟，毛：80-85℃×30-40分钟）→放残液 →浸渍Jlsun®888B（4% o.w.f，40-50℃×20-30分钟）→放残液 →冷水冲洗一遍（防止影响硅油柔软剂的稳定性）→ 上硅油柔软剂→成品。

（2）浸轧法

织物→漂染→烘干→浸轧Jlsun®888A（30克/升,轧液率60-70%）→烘干（80-100℃，落布微潮）→浸轧Jlsun®888B（30克/升，轧液率60-70%）→烘干（80-110℃）→拉幅成品。

2、负离子远红外浆Jlsun®700

负离子远红外浆 Jlsun®700主要含有负离子远红外辐射体、分散剂、保护剂等。经过严格筛选，选用几种常温下有较高发射率的材料，经过超细加工后配制而成。

经负离子远红外浆制得的涂层、印花织物具有远红外线保健作用和保温功能，其远红外发射率高达85%以上，可使人的体感温度上升。负离子远红外材料经过超细加工，粒度在1μｍ以下，所制产品手感柔软，牢度较好，加工过程顺利，不会堵网。负离子远红外印花涂层织物经不同年龄的男女志愿者的人体穿着试验表明：该产品穿着舒适、无毒、无味、无任何副作用，具有明显的防臭和医疗保健效果。

（1）负离子远红外保健印花织物

工艺配方：负离子远红外保健浆Jlsun®700    10-20

              色浆                            X

              自交联型粘合剂SP               10-30

              增稠剂FAG                      1.5-2

              水                              X %

工艺流程：织物→印花→烘干（80-100℃）→高温拉幅（180-190℃×30分钟）

（2）负离子远红外保健涂层织物

工艺配方：负离子远红外保健浆Jlsun®700     3-6

              水溶涂层胶                       X %

工艺流程：织物→涂层→烘干（100-120℃）→高温拉幅（180-190℃×30分钟）

（3）负离子远红外保健整理织物Jlsun®700影响深色织物的色光，建议在满足质量要求的前提下，适当降低Jlsun®700的用量）：

工艺配方：负离子远红外保健浆Jlsun®700      30-50 g/L

              固着剂SCJ-939                    30-50 g/L

              阴离子或非离子柔软剂            适量

工艺流程：织物→浸轧整理液（轧液率60-70%）→烘干（80-120℃）高温→拉幅（170-180℃×分钟）→成品。

3、纳米负离子远红外粉Jlsun®900

纳米负离子粉Jlsun®900主要含有纳米远红外陶瓷辐射体、纳米负离子电气石粉体、分散体、保护剂等。

由纳米远红外负离子粉Jlsun®900制得的功能纤维、印花织物，其远红外发射率可达85%以上。它可以吸收外界的能量（如太阳能、人体向外散发的能量），辐射远红外线，从而使人体有温热感。纳米远红外负离子粉Jlsun®900经过超细加工，粒度为纳米级，所制产品手感柔软，牢度良好，加工过程顺利，不堵网，不堵喷丝头。纳米远红外负离子粉Jlsun®900含有负离子电气石粉体，具有明显的受激产生负离子作用，经有关权威机构检测表明负离子远红外加工织物负离子浓度高达3000个/cm3以上。

负离子远红外保健纤维

工艺配方：纳米远红外负离子粉Jlsun®900          5%

          聚丙烯PP或聚酯PET                  95%

工艺流程：混合全造粒→纺丝→成品。

总之，负离子远红外整理剂作为一种“健康 • 环保”新型多功能材料，对于提高人们医疗保健水平和满足人们回归自然与健康长寿的愿望有着重要的使用价值。随着研究工作的进一步深入和人们对负离子发生材料性能的逐步了解，其应用前景会是十分广阔的。

第六节 总结

面向未来，真正的老龄化社会即将到来，人们在日常生活方面也一步步走向健康化，并且追求生活品质的不断提高。随着人们追求舒适性、功能性、安全性兼备，多功能的远红外纺织产品的研究开发将得到进一步的发展。

由于这类纺织品的特殊功能，使其具有广泛的发展空间和应用前景。虽然，远红外功能产生机理尚未取得共识，但其功能效果已被医学界归纳，适用于多种疾病的治疗或辅助治疗。如脱发、斑秃，高血压、神经衰弱、偏头痛、黄褐斑、色素沉淀、痤疮、失眠、颈椎病、植物性神经失调、肩周炎、关节风湿痛、冻疮、皲裂、胃寒症、慢性支气管炎、疲劳、紧张和更年期综合症等。远红外产品对人们的医疗保健具有重要作用。随着多功能远红外产品的开发，将进一步改进人们的生活质量和提高人们的保健水平。

总之，远红外功能纺织品作为一种健康的新型多功能材料，随着研究工作的进一步深入和人们对它性能的逐步了解，其应用前景是十分广阔的。


参考文献：

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[5] 林华，远红外织物及其最新发展，广西纺织科技，1998，VOL.27,NO.3

[6] 张兴祥等，远红外纤维和织物及其研究和发展，《纺织学报》，VOL.15,NO.11

[7] 吕开勇，陈明华,远红外功能纤维的制备与应用, 《首届中国功能性家用纺织品论坛会论文集》

[8] 王宝军，远红外纺织品的性能及检测，国家棉纺织产品检测中心

[9] 江慧，远红外腈纶纤维混纺针织产品的开发，纺织科学研究，1999，NO.4

[10] 商成杰，新型染整助剂手册，中国纺织出版社，2002.10

[11] 姚鼎山,中华理疗杂志 ，1989.3

[12] 杨天波,应用红外与光电子学， 1989,10

[13] 姚鼎山，远红外保健纺织品，中国纺织大学出版社，1996

[14] 曹俊周译，服装舒适性与功能，纺织工业出版社，1984

[15] 曹俊周，商成杰，织物远红外保健整理工艺，印染，1998，NO.1，19-20

[16] 姚鼎山主编，红外医疗技术，复旦大学出版社，1991

[17] 姚穆等译，服装舒适性，陕西科学技术出版社

[18] 张兴祥等，远红外织物的保健作用探悉，《远红外技术》VOL.16 NO.6

[19] 汪贵长，管文超，高分子及纳米复合材料的研究进展，化工新型材料，2004

[20] 陈和生，孙振亚，陈文怡等，纳米科学技术与精细化工，《湖北化工》，1999

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[22] KeYC.[J].Subitted to Macromol Eapid Commun,2002

[23] Kamingsky W .[J].Macromol Rap Comm,2000

[24] 张兴祥，赵家祥，远红外织物保健功能综述，棉纺织技术，1997，（10）