來源：發(fā)布時間：2021-09-06
第一節(jié) 前言
隨著人口老齡化以及人們生活水平的相對提高，愈來愈多的消費者更加重視身心健康。人們的需求從身體上的無病痛，逐漸轉(zhuǎn)向了尋找更加健康的生活方式。因此，保健就成為人們追求的一種時尚。正是為了順應(yīng)消費的潮流，多功能保健產(chǎn)品應(yīng)運而生，遠紅外保健紡織品就是其中的一類。
遠紅外線的奇妙保健效果是在20世紀70年代初被人們發(fā)現(xiàn)的。當時的日本科學家小室俊夫偶然間發(fā)現(xiàn)在燒陶瓷窯的作坊里工作的工人很少得病，有時候輕微感冒，用制陶瓷的泥抹在頭上病就好了。小室俊夫感到很奇怪，就對這種泥進行了專題研究，發(fā)現(xiàn)陶瓷中發(fā)射出了一種電磁波——這就是8—15μm的遠紅外線。正是這種遠紅外線促進了人體血液循環(huán)，增進了新陳代謝，增強了免疫功能，使人類身體健康。
其實，人類對遠紅外線的應(yīng)用由來已久。例如在海濱浴場，人們用砂子把腿埋上，用來治療關(guān)節(jié)炎——砂子的主要成分是氧化硅，是一種較好的發(fā)射遠紅外線的材料；桑拿浴也是這個道理，洗完澡后人會覺得身體很舒服；再如糖炒栗子放砂子，就是利用砂子發(fā)射的遠紅外線使栗子更好吃；砂鍋燉肉味美，是因為砂鍋是幾種金屬氧化物的復合體，其遠紅外發(fā)射率在78%以上。
近些年來，醫(yī)學領(lǐng)域也開始應(yīng)用遠紅外線技術(shù)。在診斷中，紅外熱像儀能有效地診斷腫瘤、血管疾病等。利用遠紅外線的熱效應(yīng)可以治療局部或全身性的疾病，也可以利用紅外的非熱效應(yīng)來治療疾病。遠紅外療法屬于物理療法中“光療”的一種，是非侵入療法，不僅使用安全方便，沒有毒副作用，而且病人會感覺到溫暖和舒適。此種療法適宜各種慢性病，例如：缺血性疾病、風濕痹癥、各種慢性炎癥，并且在預(yù)防糖尿病合并癥、預(yù)防感冒、抗衰老、消除疲勞、護膚美容、減肥降脂、增強活力等方面也具有明顯效果。它不僅可治療某些常見病、多發(fā)病，而且對某些疑難病癥也有較好的療效。現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)遠紅外線可治療50種以上的疾病。著名的周林頻譜儀也是利用8-15μm的遠紅外線治療疾病，數(shù)以萬計消費者的使用證明，它具有神奇的治療效果。
遠紅外紡織品是對具有高效遠紅外發(fā)射性能的一類紡織品的簡稱。這種紡織品是在紡織品的后整理過程中或在纖維成型過程中加入可以高效發(fā)射遠紅外的物質(zhì)，從而使紡織品在3-15μm波長范圍發(fā)射率明顯提高。[1]遠紅外紡織品是涉及醫(yī)學、物理學、電子學、化學等多個領(lǐng)域的交叉學科，匯集了當代材料、化工、紡織等多門學科的研究成果。
遠紅外保健紡織品是上世紀九十年代國際上開發(fā)的高新技術(shù)產(chǎn)品之一，它的創(chuàng)意來自于日本陶瓷業(yè)的奇想，從而開始了紡織品與遠紅外物質(zhì)的結(jié)合。日本大東紡織株式會社在1987年之前就開發(fā)了遠紅外保健產(chǎn)品，經(jīng)東京慈會醫(yī)科大學的臨床實驗，證明可以促進血液循環(huán)，并且對于因血液循環(huán)不良引起的疾病治愈率達70%以上。日本譯村株式會社采用印花技術(shù)生產(chǎn)的遠紅外紡織品，經(jīng)測定：在人體正常體溫36℃下的熱輻射功率達60～80mw。NANASAY公司生產(chǎn)的遠紅外纖維廣泛用于內(nèi)褲、護腕、護膝、運動褲及床上用品等。
我國從1990年開始研制生產(chǎn)遠紅外紡織品，先后生產(chǎn)了遠紅外纖維及其制品，或經(jīng)整理、涂層和印花加工，制成內(nèi)衣、床上用品等。近年來，紅外保健產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝日趨成熟，并出現(xiàn)了功能復合化的產(chǎn)品。目前我國已經(jīng)成為遠紅外紡織品生產(chǎn)大國，產(chǎn)品質(zhì)量已經(jīng)處于國際先進水平。銷售額已達到每年幾十億元人民幣。北京潔爾爽高科技有限公司生產(chǎn)的Jlsun®系列遠紅外床上用品大量銷往日本及北歐等國家。從國內(nèi)外市場的銷售趨勢看，此類功能性紡織品未來的需求量將會繼續(xù)增加。
第二節(jié) 遠紅外線及其作用機理
從服裝工效學的觀點出發(fā)，研究人體——服裝——環(huán)境之間的相互作用關(guān)系，啟示人們尋求最適用的能量交換，達到健康、舒適的目的，這就是研制遠紅外紡織品的出發(fā)點?，F(xiàn)在我們從以下幾個方面進行分析。
一、遠紅外線的特性
我們知道，太陽光線可分為可見光和不可見光。在太陽光線中，一般可見光占51.8%左右，可見光穿過三棱鏡后會折射出紅、橙、黃、綠、青、藍、紫七種色光來；不可見光占48.2%左右，它包括紫外線、紅外線、微波、無線電波等。其中，紫外線約占太陽光線的6%左右。紅外光線是位于可見光和微波之間的一種電磁波，約占太陽光線的42%，其波長范圍是0.76-1000μm，習慣上又將其分為近紅外、中紅外和遠紅外三段。人們通常將位于4-1000μm之間的紅外線稱為遠紅外線，遠紅外線約占紅外光波的20%。
紅外線與可見光的差別在于前者是一種肉眼看不見的電磁波。從本質(zhì)上講，紅外線是物質(zhì)的化學鍵振動和轉(zhuǎn)動過程中能量狀態(tài)變化的結(jié)果。紅外線與可見光是屬于同一性質(zhì)的具有明顯熱效應(yīng)的光線，只不過各自的波長范圍不同而已。因此，紅外輻射如同可見光一樣，具有電磁波的一般屬性，能以電磁波的形式進行能量傳輸和物質(zhì)的相互作用，它是可以定性定量分析的，其規(guī)律符合物理學中的定律。[2]
遠紅外線主要具有以下三個特征：
1、具有放射性
遠紅外線與可見光一樣，具有相同的活動狀態(tài)，可直接導給物體。
輻射是由于物體吸收熱能或本身發(fā)熱使分子或原子激發(fā)后，為了消除能量不均衡而使能量轉(zhuǎn)移的一種過程。因此，當穩(wěn)定狀態(tài)的原子被加熱或受到電磁照射時，就會因外界賦予的能量而產(chǎn)生電子的激發(fā)，此時電子由 i = k 軌道遷移到 i = L軌道。而后電子由于趨向穩(wěn)定狀態(tài)，而從 i = L 軌道，再遷移回到 i = k 軌道，這期間便會釋放出能量。而某些特定的物質(zhì)就會以放射紅外線的形式釋放出能量來。
放射率是衡量物體吸熱性能的一項重要指標，所謂放射率(通常以ε表示)是在同一條件下比較其物質(zhì)與黑體放射量之比值，而實際物質(zhì)是呈 0＜ε＜1的關(guān)系。ε愈接近 1，表示熱能對電磁波之轉(zhuǎn)換愈以理想方式進行。黑體是作為完全吸收入射光能量的理想物體，能夠?qū)⒛芰坷硐朕D(zhuǎn)換為電磁波的物質(zhì)（即無能量的損失）,所以稱為黑體。放射率表達式如下：
物質(zhì)電磁波放射量
放射率ε =
黑體電磁波放射量
通常將黑體的放射率定為1，其余物體的放射率是相對于黑體的比較值，其數(shù)值均小于1；當某物體的放射率越大時，說明其吸熱效果越好。輻射體的溫度愈高或其放射率愈大，則放射能量也就愈高。當遠紅外線放射到人體時，能活化人體內(nèi)的生物大分子，從而促進血液循環(huán)和細胞新陳代謝，并能提高免疫能力。
2、具有共振吸收性
物質(zhì)內(nèi)的原子和分子都各自具有特定的振動頻率和回轉(zhuǎn)周波數(shù)，以其振動頻率不斷地微觀運動。人體組織中的O-H和C-H鍵伸展，C-C、C=C、C-O、C=O鍵及C-H、O-H鍵彎曲振動對應(yīng)的諧振波長大部分在3-6μm波段。根據(jù)匹配吸收理論，當紅外輻射的波長和被輻照物體的吸收波長相對應(yīng)時，物體分子產(chǎn)生共振吸收。這樣，遠紅外輻射（3μm以上）恰與皮膚的吸收相匹配，形成最佳吸收。[3]當供給電磁波物質(zhì)的振動頻率與被供給的物質(zhì)的分子振動頻率相一致時，則被供給的物質(zhì)會吸收供給電磁波的能量，并將此能量轉(zhuǎn)換成熱能，以提高物質(zhì)溫度。研究證明， 9-10μm波長段最易與人體產(chǎn)生共振。
3、具有滲透性
遠紅外線與可見光和近紅外線不同的是，它具有十分強烈的滲透力，能夠滲入皮下4-5毫米，使皮下組織升溫，給予更深層的生物細胞活力。
綜上所述，遠紅外線和可見光一樣，具有相同的活動狀態(tài)即為“放射”，同時，又具有十分強烈的滲透力，因此能夠深入皮下組織，從內(nèi)部溫暖身體，給生物細胞以“活力”。“活力”是人體十分難得的“活化能量”。此能量是電磁性能量，是對生命現(xiàn)象有主要影響的物質(zhì)，這些物質(zhì)的分子在遠紅外紡織品的作用下，使人體細胞處于活性化狀態(tài)，換句話說，此時人體的一切機能皆處于活潑旺盛狀態(tài)。這些都是遠紅外線特性同時相互作用的結(jié)果。
二、遠紅外紡織品的理論依據(jù)
1800年，赫胥黎從可見光譜中發(fā)現(xiàn)了長波側(cè)存在著熱效應(yīng)，后證實它是一種與可見光相同的電磁波。1859年，基爾霍夫推出以下定律：在一定溫度下，處于熱平衡的物體，輻射與吸收某一特定波長電磁波的強度比，主要取決于溫度和波長，與物質(zhì)的種類無關(guān)。1884年波爾茨曼推導出了“黑體輻射的總能量與絕對溫度的4次方成正比”這一定律。
1893年維恩推出了“最大強度的輻射波長與絕對溫度成反比”這一位移定律。維恩位移定律指出：黑體輻射曲線的峰值波長λm與黑體絕對溫度Τ的乘積是一個常數(shù)：λm·Τ=2898。遠紅外紡織品屬于灰體，如果紡織品的表面溫度為36.5℃，則其發(fā)射遠紅外的主波長為9.36μm，這和人體所需要的紅外能量波段相一致，形成共振吸收。
斯特潘-波爾茲曼定律指出，單位面積輻射功率與其自身絕對溫度的四次方及材料表面發(fā)射率成正比：E=εδΤ4。所以總輻射功率為W =ε·δ·Τ4·S（S為表面積）。[4]
式中：W——輻射能量；
λ——波爾茲曼常數(shù)；
ε——熱輻射率；
Τ——絕對溫度；
S ——傳熱表面積
后來普朗克根據(jù)維恩1896年提出的短波長輻射強度分布公式匯總成表示黑體輻射分布的表達式，從而形成了在物理上帶來很大變革的量子假說。它從理論上導出：黑體在給定的溫度下，發(fā)射熱輻射的光譜輻射功率密度按波長（或頻率）分布的普通式為：
Mλ（T）=2πhc2λ-5[exp(hc/KλT)-1]-1 (1)[5]
式中：Mλ為黑體的光譜輻射功率密度，即黑體在指定波長附近，單位波長間隔內(nèi)的輻射功率密度，亦稱黑體的光譜輻射率；λ為波長；c為真空中的光速；K為波爾茨曼常數(shù)；T為絕對溫度。
式（1）即普朗克輻射定律的數(shù)學表達式，根據(jù)該式，黑體在給定的溫度下的光（頻）譜分布曲線可直觀示于圖1。
研究表明，利用陶瓷材料可以制成近似黑體輻射特性的物體，這種物體稱高效紅外輻射體。另外，也可以把雖然在短波長區(qū)域輻射效率低，但隨著波長增大輻射率增高的物體稱作遠紅外輻射體。顯然，在遠紅外纖維的研制過程中，高效紅外輻射體是最受歡迎的。
三、遠紅外線的作用[5]
據(jù)資料介紹，遠紅外線易被人體所吸收，人體吸收后，不僅使皮膚的表層產(chǎn)生熱效應(yīng)，而且還通過分子產(chǎn)生共振作用，從而引起皮膚深部組織的自身發(fā)熱。這種作用的產(chǎn)生可刺激細胞活性，改善血液的微循環(huán)，提高機體免疫能力，起到一系列的醫(yī)療保健效果：
1、使服裝內(nèi)的溫度比普通織物為高，具有保暖功能。
用于服裝方面的保溫材料可分為兩類，一類是單純阻止人體的熱量向外散失的消極保溫材料，如棉絮、羽絨等；另一類是通過吸收外界的熱量（如太陽能等）并儲存起來，再向人體放射，從而使人體有溫熱感，這一類材料稱為積極保溫材料。遠紅外織物就屬于這一類。普通織物和遠紅外織物保暖性能的差異可由表1看出。
表1.燈光照射后織物保溫性能的變化
|
光照時間（min） |
遠紅外織物（CLO） |
普通織物（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
可見，經(jīng)遠紅外加工的織物CLO值在5分鐘照射后為未加工織物的3.3倍左右，效果明顯。
2、提高人體免疫功能
免疫是人體的一種生理保護反應(yīng)，它包括細胞免疫和體液免疫兩種，對人體防御和抗感染功能起到極其重要的作用。臨床觀察表明，遠紅外保健品具有提高機體的巨噬細胞吞噬功能，增強人體的細胞免疫和體液免疫功能，有利于人體的健康。這是由于遠紅外線激活了生物體的核酸蛋白質(zhì)等大小分子的活性，從而發(fā)揮了生物大分子調(diào)節(jié)機體代謝、免疫等活動的功能，有利于機體機能的恢復和平衡，達到防病治病的目的。
3、消炎消腫和鎮(zhèn)痛
遠紅外的熱效應(yīng)使皮膚溫度增加，使血管活性物質(zhì)釋放，血管擴張，血流加快，血循環(huán)改善，增強了組織營養(yǎng)，活躍了組織代謝，提高了細胞供氧量，改善了病灶區(qū)的供血氧狀態(tài)，加強了細胞再生能力，控制了炎癥的發(fā)展并使其局限化，加速了病灶修復。遠紅外的熱效應(yīng)，也改善了微循環(huán)，促進了有毒物質(zhì)的代謝，加速了滲出物質(zhì)的吸收，導致炎癥水腫的消退。
遠紅外線能促進身體不同部位的血液循環(huán)，預(yù)防酸痛不適，消除疲勞。例如風濕性關(guān)節(jié)炎、前列腺炎、骨質(zhì)增生、肩周炎、頸椎炎、腰痛、手腳麻痹等。
遠紅外的熱效應(yīng)，降低了神經(jīng)末梢的興奮性，血液循環(huán)的改善，水腫的消退，減輕了神經(jīng)末梢的化學和機械刺激。以上種種原因，均起到緩解疼痛的作用。利用遠紅外纖維促進新陳代謝的功效，制成各種護膝、護腕、護腰，解除關(guān)節(jié)疼痛病人的煩惱。
4、改善人體循環(huán)
微循環(huán)是反映人體血液狀況的重要指標，遠紅外織物所輻射的遠紅外線易滲透于人體皮膚深部，被吸收的遠紅外線轉(zhuǎn)化為熱能，引起皮溫升高，刺激皮膚內(nèi)熱感受器，通過腦丘及時使血管平滑肌松弛，血管擴張，血液循環(huán)加快。另一方面，由于熱作用，引起血管活性物質(zhì)的釋放，血管張力降低，淺小動脈，淺毛細管和淺靜脈擴張，血液循環(huán)得以改善。
5、增強新陳代謝
如果人體的新陳代謝發(fā)生紊亂，則體內(nèi)外物質(zhì)的交換失常，從而會引起各種疾病。諸如水和電解質(zhì)代謝的紊亂，將給生命帶來危險；糖代謝紊亂所致的糖尿??；脂代謝紊亂引起的高血脂癥肥胖癥。通過遠紅外熱效應(yīng)，可以增加細胞的活力，調(diào)整神經(jīng)液機體，加強新陳代謝，使體內(nèi)外的物質(zhì)交換處于平穩(wěn)狀態(tài)。
6、穿用由這種織物制成的服裝，有一種輕松舒適的感覺，具有消除疲勞，恢復體力的功能。如遠紅外針織內(nèi)衣及襪類，供老年人和體弱者穿著，可改變他們對藥物治療的依賴，通過衣著的物理治療達到安全、持久地促進身體健康。遠紅外襪可使他們在嚴寒的冬季有了最為簡單的防治凍瘡的方法，解除凍瘡的困擾。
7、具有一定的抗菌、防臭和美容的功能。利用遠紅外線促進血液循環(huán)的功效，適用于遠紅外織物制成美容面罩，促進面部的新陳代謝、發(fā)汗，達到使面部表皮脂肪輕松舒展、面部皮膚柔和光滑的目的。
8、對糖尿病、心腦血管病、氣管炎等常見病具有一定的輔助醫(yī)療功能。
此外，遠紅外紡織品貼身穿著有利于發(fā)揮其功效，這是因為：第一是各類紡織纖維對遠紅外線的透射能力都有一定影響。第二是遠紅外的輻射量與溫度的關(guān)系可由下式表示：ω=λεT4S。從這一公式可以看出溫度對遠紅外線輻射量有極大的影響，貼身穿著借助于人體溫度，遠紅外紡織品的遠紅外輻射量會明顯增加。第三是遠紅外材料與人體接觸時對人體除遠紅外輻射以外可能還有其他保健作用。這個問題涉及到陶瓷粉的保健機理，有待深入研究。
四、遠紅外線的作用機理
據(jù)天津大學的袁兵教授介紹，人體是輻射率很高的有機體、一個天然的紅外發(fā)射源，其輻射頻帶很寬。無論膚色如何，活體皮膚的發(fā)射率為98%。人體表皮、肌肉、血液、骨骼、組織和器官以及神經(jīng)系統(tǒng)按照各自的需要吸收紅外輻射。三磷酸腺苷（APT）是生物體內(nèi)能量轉(zhuǎn)換的主要形式，為人體細胞活動提供有效的能量。ATP釋放和合成涉及的光量子能量為0.44Ev，相當于3μm的遠紅外光子的輻射和吸收。脫氧核糖核酸（DNA）的合成、復制和轉(zhuǎn)錄是人體細胞生長繁殖的基礎(chǔ)。生物大分子的DNA有大量氫鍵和雙螺旋結(jié)構(gòu)。DNA合成和分離由氫鍵的結(jié)合或斷裂引起，這兩種氫鍵能約為0.28 Ev和 0.48Ev，對應(yīng)紅外波長2.6μm和4.4μm 。DNA的主要吸收帶在2.5-3μm以及6-12μm波段。人體紅外吸收的主要受體很可能是細胞內(nèi)的DNA分子。
紅外輻射能量使血管主動充血，促進血液循環(huán)，給病灶提供有利于康復的重要生化反應(yīng)的動力和營養(yǎng)，加速代謝，增強網(wǎng)狀內(nèi)皮細胞的吞噬能力，有利于抗體的形成和酶活性的提高，改善人體的免疫機能，縮短疾病的恢復過程。
組成人體的基本物質(zhì)是水（60-70%），血液的水分比率更高達80%。水的紅外特征吸收峰是3μm和6μm。這樣，遠紅外輻射（3μm以上）恰與皮膚的吸收相匹配，形成最佳吸收。也就是說遠紅外線的振動頻率與人體組織中相同振動頻率的水分子相遇，水分子由于吸收能量又激起另一次振動，結(jié)果引起共振作用，使人精神更旺盛、頭腦更靈活，進而能提高抗病能力，延緩衰老。
我們?nèi)梭w內(nèi)的每一個細胞就像是一個微電池，細胞電池所提供的電流是神經(jīng)系統(tǒng)活動的源泉，只有細胞電池不斷地充電和放電，神經(jīng)系統(tǒng)才能正常工作。長期處于精神高度緊張狀態(tài)和工作繁忙的腦力勞動者，經(jīng)常出現(xiàn)的精神不振、疲勞倦怠、注意力不集中、失眠多夢等現(xiàn)象，就是身體發(fā)出的“弱電顯示”。遠紅外線全面改善微循環(huán)，促進血流量的功能，使人能迅速消除機體疲勞感和疼感，有效預(yù)防神經(jīng)衰弱、失眠、頭痛、頭暈等癥狀。
此外，由紅外輻射引起的生物體分子共振吸收效應(yīng)，使物體的分子能級被激發(fā)而處于較高能級，這便改變了核酸蛋白質(zhì)等生物大分子的活性，從而發(fā)揮其調(diào)節(jié)機體代謝，改善微循環(huán)，提高免疫能力等作用。
第三節(jié) 遠紅外發(fā)射物質(zhì)
遠紅外發(fā)射物質(zhì)是遠紅外紡織品中起主要功能作用的物質(zhì)，它的選擇是開發(fā)遠紅外織物成敗的關(guān)鍵。纖維的遠紅外發(fā)射性能主要決定于纖維中所含遠紅外微粉的組成及添加量。[6] 合理選擇遠紅外微粉，不僅有利于纖維及織物發(fā)揮較好的保健功能，而且有利于提高纖維的高速紡絲性能，提高紡絲狀態(tài)的穩(wěn)定性，降低生產(chǎn)單耗。
遠紅外輻射材料主要是金屬和非金屬的氧化物、氮化物以及復合物等經(jīng)研磨后在高溫下燒結(jié)而成的。通常金屬的遠紅外發(fā)射率較低，而金屬化合物的發(fā)射率較高。因此通過改變物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)和表面狀態(tài)等可以達到提高其發(fā)射率的目的。
一、遠紅外發(fā)射材料的紅外輻射機理[7]
物體中的電子振動或激發(fā)的結(jié)果，就會向外放出輻射能。對于具有高紅外輻射能力的材料，輻射能以紅外線的形式輸出。因此，凡溫度高于絕對零度的任何物體，都會有紅外線向外輻射。隨著輻射體材質(zhì)分子結(jié)構(gòu)和溫度等諸條件的不同，其輻射波長也各不相同。
在紅外輻射波段中，當分子中的原子或原子團從高能量的振動狀態(tài)轉(zhuǎn)變到低能量的振動狀態(tài)時，會產(chǎn)生2.5-25μnm的遠紅外輻射。如果輻射源是由分子的轉(zhuǎn)動特性改變所引起的輻射，則發(fā)生大于25nm的遠紅外輻射。研究表明：振動光譜的能量約為轉(zhuǎn)動光譜能量的100倍。2.5-25nm為高載能波，特別是8-15nm波段的遠紅外線，具有較好的應(yīng)用價值。此外，不同的材料有著不同的紅外光譜特性，這是因為他們的晶格振動不同所致。
為了簡單說明遠紅外輻射材料的能量流動，我們用圖2來說明。假定從外界進入系統(tǒng)的能量為EA，從系統(tǒng)向外界輸出的能量為EL2,置于系統(tǒng)內(nèi)粉體從系統(tǒng)吸收能量為EL1,粉體向系統(tǒng)輸出能量為EC，則其能量平衡為：
EAóEL2 Δt=0
ECóEL1 Δt=0
則系統(tǒng)中總能量平衡為：
EA+ECóEL2+EL1 Δt=0
考慮以熱量Q表示的形式則為：
QA+QCóQL2+QL1
這符合熱力學第二定律。也就是說，遠紅外輻射材料從外界吸收能量，而后以遠紅外能量形式輸出，最終保持能量平衡。
二、遠紅外發(fā)射物質(zhì)
開發(fā)遠紅外織物所使用的遠紅外線放射性物質(zhì)主要有：陶瓷材料（氧化鋁、氧化鋯、氧化鈦等）、海藻炭（高溫炭化海藻）、天然礦石（三仙石、麥飯石、蛇紋石）、植物提取物等。
1、遠紅外發(fā)射物質(zhì)的種類
目前國內(nèi)的遠紅外紡織品幾乎都是采用陶瓷材料作為改性物質(zhì)。這些原料的主要成分為SiO2、Al2O3、ZrO2、MgO或TiO2，亦有些是用分子篩、硅藻土、堇菁石、莫來石、SiC、SiN、稀土氧化物…等組成，或摻雜Mn、Cu、Ag化合物以改進它們的性能。當燒結(jié)成這些材料，其結(jié)構(gòu)中存在非對稱性的電荷，其電荷電中心不重合，所形成偶極距分子中的原子受到環(huán)境中能量的激發(fā)，發(fā)生伸縮振動和轉(zhuǎn)動，而產(chǎn)生特定的遠紅外輻射波段，成為遠紅外輻射材料。
表2. 具有遠紅外線輻射的化學元素和化合物
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元素 |
氧化物 |
碳化物 |
氮化物 |
硼化物 |
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B |
B2O3 |
B4C |
BN |
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Cr |
Cr2O3 |
Cr2C3 |
CrN |
CrB、Cr3B4 |
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Si |
SiO2 |
SiC |
SiN |
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Ti |
TiO2 |
TiC |
TiN |
TiB2 |
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Zr |
ZrO2 |
ZrC |
ZrN |
ZrB2 |
|
Al |
Al2O3 |
—— |
—— |
—— |
|
Fe |
Fe2O3 |
—— |
—— |
—— |
|
Mn |
MnO2 |
—— |
—— |
—— |
|
Ni |
Ni2O3 |
—— |
—— |
—— |
|
Co |
Co2O3 |
—— |
—— |
—— |
用于制備遠紅外輻射材料的原料，根據(jù)元素的配伍性、相溶性和互助性，以及遠紅外粉體的顏色和粒徑，選用上表中的幾種元素化合物并且添加少量助劑，通過先進的納米生產(chǎn)制作工藝，即可制備高遠紅外輻射材料。
從上表中可以看出，通常使用最多的是氧化物和碳化物，有時也使用氮化物。用于遠紅外纖維和織物研制的遠紅外粉應(yīng)具有盡量高的常溫比輻射率。人體的溫度一般保持在36.5℃∼37.0 ℃左右，只有在此溫度左右具有最大比輻射率的遠紅外輻射體才具有最好的效果。
2、遠紅外發(fā)射物質(zhì)的選擇
發(fā)射率是紅外樣品的輻射能量與標準黑體輻射能量（在同一溫度）之比。因而也叫比輻射率。在檢測時一般只測量法向的能量，所以又叫法向發(fā)射率或法向比輻射率。根據(jù)檢測儀器性能不同，又分為全波長積分發(fā)射率、單色發(fā)射率和某波長區(qū)間的平均發(fā)射率。發(fā)射率數(shù)值常用小數(shù)或百分數(shù)表示。目前的發(fā)射率檢測方法還不能完全排除樣品表面結(jié)構(gòu)、顏色、樣品回潮率等客觀因素的影響，因此從一定意義上說單純根據(jù)發(fā)射率的大小并不能完全說明遠紅外性能的好壞。[8]
幾種常見的遠紅外發(fā)射體，對比試驗結(jié)果如表3所示。
表3.遠紅外輻射材料法向比輻射率比較
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細度(μ) |
白度(%) |
升溫性 |
法向比輻射率(%) |
|
|
燈照 |
燈滅 |
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氧化鋁系(A) |
≤ |
84.6 |
52 |
42 |
88 |
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氧化鋁系(B) |
≤5 |
94.4 |
54 |
42 |
88 |
|
復合型系(C) |
≤15 |
92.0 |
53 |
42 |
88 |
|
粗粉體(D) |
≤80 |
82.1 |
54 |
43 |
75 |
|
氧化鋯(E) |
≤15 |
89.8 |
52 |
41 |
83 |
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納米級粉體(F) |
＜0.035 |
92.2 |
53 |
41 |
92 |
備注：升溫性試驗，燈照時間20min，燈滅時間30s，PT-303型紅外線測溫儀。
氧化鋁系(A)采用固相常溫氣流粉碎法；氧化鈦系(B)采用液化相化學沉淀法生產(chǎn)；
復合型系(C)采用(A)和(B)型或其它型混合。
從上表的結(jié)果看出，各類遠紅外輻射體的輻射率均較高，選用超細粉體A、B、C類均達到88%；粗粉體達75%；納米級粉體的輻射率高達92%，其輻射能量均集中在人體的吸收范圍之內(nèi)。從實際使用效果來看，其中選用常溫型輻射能量大、白度好、超細粉、質(zhì)量穩(wěn)定、成本較低的氧化鈦系(B)和復合型系(C)以及納米級粉體(F)，這三類輻射材料較有實際意義和發(fā)展前途。
3、遠紅外發(fā)射材料選擇的基本依據(jù)
要使遠紅外輻射材料的保溫、保健效果好，就應(yīng)提高其總輻射功率。根據(jù)斯特潘-波爾茲曼定律的公式可知，提高總輻射功率主要有以下三種途徑：
（1）提高表面溫度
這是一些電熱型理療裝置常用的手段。一味提高物體的溫度是不合適的，因為紡織品是與人體的皮膚直接接觸的，人體皮膚感覺最舒適的溫度應(yīng)是常溫。所以對于服裝織物就不能單純用提高溫度的辦法，否則就會悶熱難耐。
（2）增大表面積
遠紅外紡織品表面積明顯大于紅外理療儀的面積，使用時間明顯長于紅外理療儀。
（3）提高發(fā)射率
物質(zhì)發(fā)射遠紅外線的能力是由發(fā)射率來衡量的。遠紅外紡織品通過提高表面的發(fā)射率大大提高發(fā)射功率。人體的核心溫度為36.5℃，皮膚表面溫度為33℃，織物為31℃左右。通常紡織品的遠紅外發(fā)射率為0.73左右，其單位面積輻射功率為3.5×10-2 w/cm2。遠紅外紡織品的發(fā)射率為0.85，其單位面積輻射功率為4.1×10-2 w/cm2。其功率如按發(fā)射率為0.73計算其對應(yīng)的溫度為43℃；若發(fā)射率提高到0.90，則其發(fā)射功率相當于發(fā)射率為0.73表面溫度為47℃的效果。因此研制高遠紅外發(fā)射率紡織品是提高其輻射功率的主要途徑，是高性能遠紅外紡織品的開發(fā)方向。
通過以上分析，可以得出遠紅外物質(zhì)選擇的基本依據(jù)為：
三、遠紅外粉體的規(guī)格對其使用性能的影響
遠紅外粉是指具有發(fā)射遠紅外能力的粉狀材料，又稱為遠紅外陶瓷粉。遠紅外粉的種類也有很多，有許多物質(zhì)具有較強的發(fā)射遠紅外線的能力。能做成織物的粉是復合粉，這種粉的紅外線發(fā)射能力高，能滿足保健需求。人體溫度一般在36℃左右，只有在此溫度下具有較高遠紅外線發(fā)射能力的材料才具有使用價值。金屬氧化物中，有的具有天然放射性，有的對人體有毒不能采用。
1、遠紅外粉的粒度
對用于織物后整理的遠紅外粉的粒度要求略低，一般平均顆粒直徑達到10μm左右即可使用，顯然粒徑過大不但影響產(chǎn)品的手感和使用效果，還影響其加工過程的涂覆混合液的穩(wěn)定性。
用于纖維的遠紅外粉的粒度要求則較高。在生產(chǎn)過程中，遠紅外粉的粒度大小對紡絲影響很大，一般最好平均粒度在1μm左右，太大紡絲會困難，太小則加工粉時難度增加，最大粒度應(yīng)不大于10μm。因此必須進行專門的篩選和微粉處理，才能達到使用要求。添加有遠紅外粉的高聚物，最終要經(jīng)過過濾網(wǎng)、噴絲板等以便紡絲，因此添加的遠紅外粉的粒度要滿足紡絲的要求。經(jīng)驗表明：遠紅外粉粒度偏大時，在紡絲過程中易堵塞噴絲孔，影響可紡性；當粒度過小時，則使微粒比表面積過大；當顆粒的間距很小時，其靜電排斥勢能小于“范德華相互吸引勢能”而產(chǎn)生團聚現(xiàn)象，由于這些團聚體比原生粒子大幾倍甚至幾十倍，在紡絲時會堵塞噴絲板，使可紡性變差。為了強化遠紅外粉的分散性，減少其團聚現(xiàn)象，必須加入適當?shù)姆稚┮愿纳七h紅外粉在基體中的分散均勻性，提高粒子與聚合物的相互粘結(jié)力，增大熔體的流動性，從而有利于紡絲。因此在遠紅外粉加工過程中，降低粒度和防止團聚是兩大工藝要求。經(jīng)試驗表明：用于短纖維紡絲的遠紅外粉平均顆粒直徑應(yīng)在5μm以下，而用于長絲的遠紅外粉的平均顆粒直徑應(yīng)在2μm以下，用于細旦長絲的遠紅外粉的平均粒徑最好在0.1μm左右，如北京潔爾爽高科技有限公司的負離子遠紅外粉Jlsun（R）900。目前，某些納米遠紅外輻射性物質(zhì)的微粉加工還存在一定難度，尚需投入力量繼續(xù)進行研究。
2、遠紅外粉的含量
除了遠紅外發(fā)射物質(zhì)的種類和粒度要求，遠紅外粉的含量也是一個重要參數(shù)。纖維發(fā)射遠紅外線主要靠纖維中含的遠紅外物質(zhì)。有人認為纖維的保暖、保健功能與遠紅外粉的添加量成正比。其實遠紅外粉的含量與發(fā)射率呈曲線關(guān)系，存在一個極限值，一般在1-15%之間，過大增加粉的含量不僅不能增加遠紅外的發(fā)射率，而且還會降低纖維的其他物理指標，并影響可紡性；反之，如果粉的含量過低，則其遠紅外發(fā)射率較低，影響服用性能。遠紅外粉的加入量與纖維遠紅外性能的影響如圖2所示。
從上圖可以看到，隨著遠紅外粉添加量的增加，纖維的輻射率有不同程度的提高；當輻射率達到某一范圍時添加量再加大，纖維的輻射率將趨于平衡。由此可見，一味加大纖維中的遠紅外粉含量并不可取。對涂層法加工出的遠紅外織物進行測試時也發(fā)現(xiàn)有類似的規(guī)律存在。
四、遠紅外粉體的制備
遠紅外輻射材料制備的操作步驟如下：
1、配料及配合：將所用原料按擬定配方配制，而后于振動混料機中充分混合，粉碎原料中的團聚合體，使各種原料都能均勻的混合一起。
2、煅燒合成：將混勻后的配合料壓塊并置于容器中，于1050-1250℃的溫度下經(jīng)高溫燒結(jié)合成；
3、冷卻到常溫，于滾動研磨機中研磨；
4、將遠紅外粉體、剛玉球、水配制成1:1:4的漿液，于滾動球磨機中粗磨；
5、將粗磨后的漿液打入振動球磨機內(nèi)，用氧化鋯球研磨，并加入適量的分散劑，進行研磨；
6、研磨完后，將漿液低溫烘干；
7、烘干后的遠紅外粉體用氣流磨進行粉碎和分離，即得到納米級遠紅外粉體。
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圖4.遠紅外輻射材料制備的工藝流程
此方法為干濕混合法，其優(yōu)點是通過在水介質(zhì)中研磨，使其顆粒的細度均勻和圓滑；高溫燒結(jié)使表面吸附的氣體分子脫離，增加自極化強度，增加紅外線的發(fā)射率，并帶有熱處理分相（分散）的作用；用氣流磨能夠?qū)h紅外粉體進行再一次的分散和研磨，解決以前噴霧干燥時粉體團聚的問題。
第四節(jié) 遠紅外紡織品
遠紅外紡織品是在纖維或織物的加工過程中，將能夠吸收外界能量（包括陽光和人體熱量），并能高效發(fā)射遠紅外線的材料附著或結(jié)合在紡織品上，使織物在4-20μm波長范圍內(nèi)有較高的遠紅外線發(fā)射率。由于遠紅外線具有放射、滲透力及共振吸收等特性，對人體非常有益，并具有溫熱作用，當人們穿著和使用遠紅外線織物時，可吸收太陽光等，并將其轉(zhuǎn)換成遠紅外線輻射；也可將人體的熱量反射而獲得保暖效果。因此，遠紅外線織物可以長期促進人體新陳代謝，增進血液循環(huán)，是理想的保暖健身紡織品。
通常將在常溫下遠紅外發(fā)射率大于65%的織物稱為遠紅外織物。一般性能優(yōu)良、起到保健作用的遠紅外織物，其常溫遠紅外發(fā)射率應(yīng)達80%以上。遠紅外紡織品能在接收外界能量之后，輻射出3-25μm的遠紅外光波。特別是4-15μm波長的遠紅外線對生物的生長發(fā)育有密切的關(guān)系，所以也有人稱這類紡織品為生化功能紡織品。
一、遠紅外功能纖維
1、遠紅外纖維的概念
所謂遠紅外纖維是指在纖維基材（高分子聚合物）中混入少量遠紅外微粉，經(jīng)紡絲加工而成的纖維。纖維基材可以是聚酯、聚酰胺、聚丙烯、聚丙烯腈等常用合成纖維。制造遠紅外纖維對于遠紅外物質(zhì)粒子的粒徑要求比較高，一般在1μm以下，摻加量多在2%—10%（重量）之間。所用紡絲工藝可完全借助于傳統(tǒng)紡絲工藝。按摻加遠紅外粉量的不同和紡絲工藝的變化，這種纖維的開發(fā)可呈現(xiàn)出多樣化的狀態(tài)。就纖維的結(jié)構(gòu)而言，除普通結(jié)構(gòu)外，還包括中空纖維、異形纖維和復合纖維等。
這種纖維具有熱效應(yīng)功能，它可以分為保暖型和保健型兩種。保暖型屬于保溫蓄熱纖維，主要適用于保暖功能方面的產(chǎn)品；保健型主要是增強循環(huán)功能。遠紅外功能性纖維吸收人體自身散發(fā)的熱量，并反射出人體最需要的波長為3-15μm的遠紅外線，滲入皮下組織產(chǎn)生熱效應(yīng)，從而激發(fā)機體細胞活性，有效地改善人體微循環(huán)，提高組織供氧，改善新陳代謝，增強免疫力。目前，有遠紅外滌綸、遠紅外丙綸、遠紅外錦綸、遠紅外腈綸、遠紅外粘膠纖維等。遠紅外纖維是復合材料在紡織上的應(yīng)用，屬于一門新技術(shù)。
2、遠紅外纖維的生產(chǎn)工藝
遠紅外功能纖維的制造技術(shù)主要有以下幾種加工工藝。
（1）直接混合紡絲工藝
a、將遠紅外輻射材料超微化，制成納米—亞納米超微粉體；
b、將遠紅外材料超細粉體和纖維切片烘干；
c、然后加入載體樹脂、偶聯(lián)劑、分散劑、進行高速捏合；
d、高溫下經(jīng)雙螺桿擠出，制成遠紅外功能纖維母粒；
e、纖維母粒和純纖維切片混合，通過熔融，擠壓紡絲，紡出長絲或短纖；
f、經(jīng)卷繞、牽伸、加彈、加捻或卷曲，即制得遠紅外合成纖維。
（2）全造粒法直接混合紡絲工藝
這種工藝是將纖維母粒和純纖維切片混合，高溫下經(jīng)雙螺桿擠出，制成全造粒母粒，然后將全造粒母粒按普通纖維切片紡絲工藝進行紡絲。這種工藝的優(yōu)點是聚合物和遠紅外粉體混合均勻，提高了可紡性。缺點是增加了一道全造粒工序。目前，該方法是國內(nèi)遠紅外丙綸纖維普遍采用的工藝。
（3）濕法粘膠紡絲工藝
a、將其制好的遠紅外微粉和分散劑分散在水中，充分攪拌和研磨后，形成遠紅外乳漿料；
b、將堿纖維素黃化終了后，在溶解過程中將所得的遠紅外乳漿料均勻加入粘膠中；
e、經(jīng)洗滌、烘干得到輻射遠紅外線功能的粘膠纖維。
3、遠紅外功能纖維
目前市場上的遠紅外功能纖維的種類很多，比較具有代表性的就是Jlsun（R）系列遠紅外纖維。
（1）遠紅外丙綸長絲
丙綸具有重量輕的特點，而細旦和超細旦丙綸又具有良好的芯吸效應(yīng)等優(yōu)點，所以成為研究開發(fā)者所關(guān)注的熱點。
高速紡生產(chǎn)遠紅外細旦丙綸長絲需選用長絲級聚丙烯、遠紅外母粒、降溫母粒等數(shù)種原料，選擇合適的共混方式使以上幾種基本原料混合均勻。
由于紡制遠紅外丙綸長絲的紡速比短纖維的紡速高，尤其是POY紡速高達2km/min以上，因此對遠紅外丙綸切片質(zhì)量及紡絲工藝要求極為嚴格。常用規(guī)格的成品DTY長絲物理指標見表4所示。
表4. 遠紅外丙綸DTY長絲成品物理指標
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項目 |
物理指標 |
|
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纖度（48f）/dtex |
111 |
85 |
|
強度/cN·dtex-1 |
2.8 |
3.0 |
|
強度CV值/% |
9.28 |
10.17 |
|
伸長率/% |
38.7 |
27.7 |
|
伸長率CV值/% |
10.10 |
11.23 |
|
含油率/% |
2.11 |
3.02 |
（2）遠紅外丙綸短纖維
在紡織加工過程中，不同的織物結(jié)構(gòu)、織物檔次和加工方法對纖維規(guī)格的要求不同。無紡布或絮片要求纖度為3.33-6.66dtex的短纖維?？煽椩旄邫n針織品或機織布紡紗需要纖度為1.59dtex、1.44dtex的棉型細旦短纖維。各種常用規(guī)格遠紅外丙綸短纖維的成品質(zhì)量見表5。
表5.遠紅外丙綸短纖維成品物理指標
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項目 |
物理指標 |
|||
|
纖度/dtex |
1.44 |
1.59 |
2.20 |
3.35 |
|
強度/cN·dtex-1 |
4.49 |
5.10 |
4.80 |
3.92 |
|
強度CV值/% |
10.84 |
11.10 |
7.30 |
8.86 |
|
伸長率/% |
33.7 |
35.8 |
32.4 |
36.5 |
|
伸長率CV值/% |
18.42 |
12.90 |
7.30 |
15.10 |
|
比電阻×10-8 /Ω•cm |
2.10 |
0.24 |
3.09 |
1.18 |
|
回潮率/% |
0.33 |
0.24 |
0.18 |
0.36 |
遠紅外丙綸纖維存在低模量、低回彈等缺點，在用作被褥絮片時，其蓬松性差。三葉型和中空型遠紅外丙綸短纖維可以提高纖維的手感及保溫等性能，其纖維截面如圖3 所示（放大500倍）。
圖6.遠紅外丙綸纖維截面
（3）遠紅外腈綸纖維
遠紅外腈綸是將具有發(fā)射遠紅外線功能的陶瓷粉末，通過勻混的方法分散到腈綸纖維當中。所用的陶瓷粉末一般在2μm以下，最好在1μm以下。遠紅外腈綸的生產(chǎn)方法決定了遠紅外腈綸的大分子結(jié)構(gòu)和大分子組成，與常規(guī)腈綸無大的區(qū)別，但因為存在著陶瓷顆粒，所以纖維的物理指標會受到一些影響。同時還由于陶瓷粉末為無機物，基本上不與丙烯腈大分子產(chǎn)生化學反應(yīng)，因此在顆粒嵌入基材的同時，還會附帶產(chǎn)生一些空洞，所以對比用同一工藝生產(chǎn)的常規(guī)腈綸和遠紅外腈綸，后者的空洞、凹槽比前者多。
由于遠紅外陶瓷粉末與高溫的聚丙烯腈紡絲溶液相互間不會產(chǎn)生影響，所以，遠紅外腈綸的化學性質(zhì)和常規(guī)腈綸的化學性質(zhì)基本一致。
腈綸纖維中的陶瓷粉末雖然會使纖維在拉伸過程中應(yīng)力集中，但是由于陶瓷粉末的含量較少，因此不會對纖維斷裂強度和斷裂伸長產(chǎn)生太大的影響。還有，基材中加入的顆粒也能使腈綸纖維的表面變得粗糙，表面摩擦系數(shù)加大。眾所周知，陶瓷是電的不良導體，而化學纖維的導電性又較差，這樣一來，遠紅外腈綸的電阻就可能比常規(guī)腈綸要高，在加工過程中更容易產(chǎn)生靜電積聚現(xiàn)象，因而增加了生產(chǎn)的難度，甚至會對成紗質(zhì)量產(chǎn)生不良影響。遠紅外腈綸纖維的物理機械性能見下表。[9]
表6.遠紅外腈綸纖維的基本物理機械性能
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細度（D） |
2.89 |
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回潮率（%） |
1.9 |
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長度（mm） |
58.7 |
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干斷裂強力（cN/dtex） |
4.3 |
|
干斷裂伸長率（%） |
37.1 |
|
斷裂強力不勻率CV（%） |
16-30 |
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斷裂伸長不勻率CV（%） |
14-33 |
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卷曲數(shù)（個/20mm） |
5.30 |
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質(zhì)量比電阻（Ω·g/cm2） |
1.235×108 |
注：測試條件為：干球溫度15.5℃，濕球溫度14.5℃，相對濕度87%
在生產(chǎn)實踐中，可以制成遠紅外腈綸/細旦滌綸短纖維和遠紅外腈綸/羊毛纖維等。
（4）其他遠紅外功能纖維
近年來出現(xiàn)的海藻炭纖維頗引人注目，海藻炭是以海帶等海洋植物為原料煅燒而成的。采用特殊的工藝可將海藻炭化得到海藻炭，粒徑可達到0.4微米，用共混紡絲法摻入到滌綸長絲內(nèi)，制成遠紅外滌綸長絲，其低溫（接近體溫）遠紅外線輻射率在80%以上。據(jù)悉，海藻炭纖維制造成本比陶瓷纖維低，其功能特點是除輻射遠紅外線外，還有使人松弛安神的效果。當織物中含海藻碳纖維的量達到15-30%時，就能獲得充分的遠紅外放射效果，而且海藻碳價格便宜，可降低遠紅外織物的成本。
也有借助于玻璃纖維紡絲技術(shù)，采用氧化鋁等陶瓷物質(zhì)進行高溫熔融紡絲，其后通過聚合物熔槽而包覆一層薄膜，從而提高了纖維的柔軟性。
遠紅外合成纖維織物中添加的紅外吸收劑可以改善織物的吸汗速干性能，穿著遠紅外線織物有顯著的干爽不悶氣的感覺，同時該紅外線吸收劑通常比重較大，可以提高織物懸垂性，改善化纖織物的極光現(xiàn)象，使其更接近于天然織物。
二、遠紅外整理織物
1、遠紅外后整理技術(shù)
（1）遠紅外漿
將遠紅外微粉與紡織品結(jié)合成為遠紅外織物有兩條技術(shù)工藝路線。除了前面提到的纖維加工法外，第二類就是涂層法，即采用后整理技術(shù)對織物進行涂層和浸軋，使遠紅外陶瓷微粉加工成遠紅外漿，并使其附著于織物紗線之間和紗線的纖維之間。前者加工成的遠紅外織物的永久性和手感均較好，但加工路線長，成本較高；后者加工路線短，操作簡單方便，適用范圍廣，成本低，但織物手感和耐久性均遜于第一類加工法。
這種方法是把遠紅外微粉、粘合劑和助劑按一定的比例配制成遠紅外漿，然后對織物進行浸軋、涂層和噴霧等。所用溶劑可以是水，也可以是有機溶劑。所用粘合劑是聚氨酯、聚丙烯腈酯、丁腈橡膠等低溫粘合劑。由于遠紅外微粉的粒度決定了最后織物上粘附遠紅外物質(zhì)的量以及織物的手感等效果，因此要求遠紅外微粉粒子的粒度要盡量小。浸軋和涂層方法采用傳統(tǒng)的工藝即可，噴霧方法常用于生產(chǎn)遠紅外非織造布。
采用這種方法時特別要注意助劑的選擇，它對織物的性能有顯著影響。
a、分散劑的選擇
遠紅外粉屬于無機粒子，平均粒度一般選擇在0.1μm—2μm之間，由于粒子小，比表面積大，常形成團聚體以達到穩(wěn)定狀態(tài)。
由于使用的遠紅外物質(zhì)為無機氧化物，在水中不溶解，難以分散于水中，因此需要使用適當?shù)姆稚⑵渲瞥蓱腋∫?，減少團聚現(xiàn)象以滿足后續(xù)加工的要求。分散劑的作用主要是防止已經(jīng)分散的粒子再團聚，在分散介質(zhì)中防止粒子團聚而沉降，保持懸浮液狀態(tài)穩(wěn)定存在。
b、粘合劑的選擇
由于遠紅外微粒無法自己在織物上附著牢固。因此就需要使用粘合劑將它與織物緊密結(jié)合起來。最終產(chǎn)品中遠紅外物質(zhì)附著的牢度有很大一部分是由粘合劑決定的。粘合劑經(jīng)烘焙后，結(jié)成的薄膜應(yīng)無色透明，粘著力強，柔軟而耐磨擦，要有較高的化學穩(wěn)定性，耐日?；瘜W藥品和酸、堿、氧化劑、還原劑等的作用，日久不泛黃，不溶于水和有機溶劑。用于遠紅外漿的粘合劑還應(yīng)具備下列條件：低溫固著；耐水洗、無毒、無刺激；與遠紅外物質(zhì)不起反應(yīng)；具有優(yōu)良的牢度；價格便宜。
c、其他助劑的選擇
根據(jù)所使用的粘合劑和分散劑的具體情況，有時需要加入少量消泡劑、交聯(lián)劑、擴散劑、柔軟劑和尿素等其他助劑。其中，交聯(lián)劑可改善粘合劑的性能，降低固著溫度，提高成膜性能，也可以提高粘合劑的各項牢度。交聯(lián)劑應(yīng)具備下面四項條件：與粘合劑配合性能好；與遠紅外物質(zhì)不反應(yīng)；無毒無刺激；能提高粘合劑的各項性能指標。
（2）納米遠紅外漿
納米技術(shù)產(chǎn)業(yè)是目前比較熱門的高科技產(chǎn)業(yè)之一，它主要是利用納米材料等對纖維表面進行處理，在纖維表面實現(xiàn)納米層級的修飾和改性。經(jīng)過納米界面處理的紡織品，一方面保持了原有的結(jié)構(gòu)、成分、強力、牢度、色澤、風格、外觀、透氣性能；另一方面又具有超常規(guī)的特定功能效果。
納米材料在紡織印染上目前主要用于生產(chǎn)功能性化纖原料和作為一種新型的功能性助劑，從而開發(fā)相關(guān)的功能性產(chǎn)品或取代其他助劑。目前，國內(nèi)已利用有關(guān)的納米微粒，使之穩(wěn)定地分散在滌綸或其他合成纖維的紡絲液中，然后紡出具有防紫外線、抗菌、防臭和消臭、遠紅外線等功能的合成纖維。在印染后整理方面，則采用涂層、浸軋或“植入”等方法，使天然纖維或普通化纖也具有不同的功能性。
納米遠紅外材料是在遠紅外加熱所使用的陶瓷粉體上開發(fā)出來的，根據(jù)應(yīng)用的紡織品和性能要求的不同，通常包括有三氧化二鋁、氧化鋯、氧化鎂、二氧化硅、氧化鋅、三氧化二銻等，其中ZrO系是最好的遠紅外材料之一。除了要將它們的粒度在制備時控制在100納米左右，同時還要對其進行一系列的表面涂飾、改性等處理，以確保這些粉體在后整理時的分散性、相容性。
液相法生產(chǎn)納米微?？赏ㄟ^控制化學反應(yīng)來實現(xiàn)。這一方法對于不同的材料，液相反應(yīng)的原料與控制條件也不同。ZrO2 、TiO2、ZnO三種材料的納米漿均為粘稠的含水溶膠微粒狀態(tài)，納米粒子處于水合氧化物的分散狀態(tài)，我們稱之為單分散納米材料。外觀為半透明的乳白色膏狀物。利用透射電子顯微鏡可對單分散納米材料進行測試。按照納米粒度測試的要求測試600個納米顆粒的直徑，ZrO2平均粒度值為85nm。TiO2的平均粒度值為82nm。最小顆粒粒徑為3nm，最大顆粒粒徑為112nm，達到了納米材料的基本范圍。ZrO2納米材料顆粒在溶液中基本為球型狀態(tài)，粒徑的大小存在著一定的分布，各個顆粒間具有良好的分散狀態(tài)。另外，用激光粒度儀測試結(jié)果也表明，單分散納米材料的平均粒度為95nm，自然放置30天后，測試的數(shù)據(jù)可與該結(jié)果基本一致。采用不同納米材料與有機樹脂單體混合，可形成水介質(zhì)中應(yīng)用的納米遠紅外漿，實驗表明，單分散納米材料的遠紅外溫升性能比普通納米材料要好得多。這是由于單分散納米材料的顆粒粒度細，并且分散均勻而形成。
（3）遠紅外整理劑
另外一種國際領(lǐng)先的遠紅外整理技術(shù)是Jlsun®777遠紅外整理技術(shù)，它是由北京潔爾爽高科技有限公司在納米遠紅外負離子粉Jlsun®900和負離子遠紅外保健漿Jlsun®700的基礎(chǔ)上研制成功的。遠紅外保健整理劑Jlsun®777含有可以與羥基、胺基反應(yīng)的活性基團，并且可以單分子狀態(tài)上染棉纖維等，通過化學鍵和纖維上的羥基、胺基等牢固結(jié)合。它不僅具有良好的升溫、保健作用，而且具有良好的手感、牢度和吸濕透氣性，同時也開辟了天然纖維織物遠紅外保健整理的先河，這是該領(lǐng)域的一大技術(shù)進步。
遠紅外整理劑Jlsun®777主要由在常溫下有較高發(fā)射率的帶有活性基團的遠紅外輻射體Jlsun®777A和Jlsun®77B組成。它適用于棉、麻、絲、毛、粘膠等含有氨基或羥基的纖維的遠紅外整理。Jlsun®777整理的純棉漂染、印花織物，經(jīng)天津大學采用美國5DX傅立葉變換紅外光譜儀測試證明，其遠紅外發(fā)射率可達86%以上。國家遠紅外產(chǎn)品監(jiān)督檢驗中心等權(quán)威機構(gòu)檢測證明：遠紅外整理后棉織物的遠紅外發(fā)射率達86%以上，洗滌80次后遠紅外發(fā)射率仍高達85%。
2、遠紅外整理紡織品舉例
（1）遠紅外丙綸/棉多層織物
為了克服遠紅外丙綸抗靜電及吸濕性差等缺點，用遠紅外細旦短纖維紗線或DTY長絲作內(nèi)層，以染色性好、吸濕性高并抗靜電的高支棉紗作外層，開發(fā)出棉蓋遠紅外丙綸雙層及三層保暖襯緯織物，最后再以遠紅外整理劑Jlsun®777處理，以提高外層棉紗的遠紅外發(fā)射率。
（2）遠紅外毛/腈針織保健內(nèi)衣
羊毛/腈混紡紗→原料準備→坯布編織→磅布打印→檢驗修殘→漂白/染色→浸漬遠紅外助劑Jlsun®777→預(yù)烘→柔軟、抗靜電處理→焙烘→起絨→光坯整理→光坯檢驗→裁剪縫紉→整燙→驗迭→包裝入庫
在開發(fā)高檔毛織物面料時，可在遠紅外毛織物后整理之前，采用苛性鈉水溶液使毛纖維表面的鱗片膨潤化，能有效地吸附遠紅外助劑，當?shù)蜏叵瞒[片恢復原狀時，遠紅外助劑被封入毛纖維內(nèi)，從而提高了遠紅外毛織物的質(zhì)量和性能。
（3）遠紅外保健理療純棉床單
床單多為印花產(chǎn)品，根據(jù)這一點，遠紅外功能整理可通過下面三種工藝實現(xiàn)：一是與印花工藝復合進行，即將遠紅外保健漿加到印花漿中；二是先印花然后進行遠紅外功能整理；三是先進行遠紅外功能整理，再印花。第一種方法僅印花花紋圖案處有遠紅外輻射性能，保健效果差，并且由于遠紅外粉對纖維無親和力，故必須借助粘合劑的機械粘著作用將遠紅外粉固著于織物上，同時因作用面積大（滿地），要求粘合劑的性能要好，用量要很少，否則手感差；第二種方法產(chǎn)品帶有熒光的花型略有下降；第三種方法對帶有熒光花紋的色光無影響，且遠紅外比輻射率高，輻射面積大，保健效果好。
生產(chǎn)遠紅外保健理療床單的工藝流程如下：
a、浸漬法：（浴比 1∶15）
織物→漂染（印花）→浸漬遠紅外整理劑Jlsun®777A（4% o.w.f，棉60-70℃，毛80-85℃，30-40分鐘）→放殘液→浸漬Jlsun®777B（3% o.w.f， 40-50℃，20-30分鐘）→放殘液 →冷水沖洗一遍（防止影響硅油柔軟劑的穩(wěn)定性）→上硅油柔軟劑→成品
b、浸軋法工藝流程：
織物→漂染（印花）→烘干→浸軋Jlsun®777A（32克/升,軋液率60-70%）→烘干（80-100℃，落布微潮）→浸軋Jlsun®777B 30克/升（軋液率60-70%）→烘干（80-110℃）→拉幅成品
三、遠紅外紡織品的功能
遠紅外保健整理織物可用來開發(fā)保健蓄熱產(chǎn)品，醫(yī)療用品等，如內(nèi)衣、貼身保暖服、床罩、床單、毛毯等床上用品，坐墊、護膝、腰帶、保健鞋襪和電熱制品等一些列產(chǎn)品。
日本的某些工業(yè)機構(gòu)對具有遠紅外輻射功能纖維的生物效應(yīng)開展了初步研究，發(fā)現(xiàn)著用某些含有遠紅外發(fā)射體的衣物可使實驗組人體的穿著部位的平均皮膚溫度升高0.6-1.6℃，同時皮膚平均血流量也在脫去此衣物后的5-15分鐘內(nèi)明顯高于對照組。他們認為這些纖維可在人體發(fā)射出的熱能和紅外線的激發(fā)下輻射出能被人體吸收的遠紅外電磁波，這種遠紅外電磁波通過人體產(chǎn)生共振熱效應(yīng)而促進了血管擴張，最終導致皮膚溫度和血流量的增加。
通過雙盲序貫實驗，觀察人體穿著含遠紅外發(fā)射體衣物部位的皮膚溫度和血流量的變化規(guī)律，探明此纖維對人體微循環(huán)的確切作用。
1、實驗
（1）實驗對象的選擇及分組
自醫(yī)科大學五年級實習醫(yī)生中隨機抽選健康男、女生各16名。為了被測試的隨機性，先將男女受試者以身高依次排列編號隨機接受測試。
（2）實驗用遠紅外織物
1#織物（由Jlsun®777遠紅外整理棉布）、2#織物（國產(chǎn)遠紅外丙綸織物）、3#織物（進口）、4#織物（空白）分別制成衣袖，并將其編號為1#、2#、3#、4#衣袖。
（3）雙盲序貫實驗
受試者于測試前，在室溫條件下（24℃）靜息30分鐘。之后右臂隨機穿著某個編號的衣袖20分鐘，再著用另一編號的衣袖20分鐘，如此類推至四個編號的衣袖全部穿著一遍。無論測試者或受試者均不知各編號的衣袖的所含成分。
（4）微循環(huán)測定
室溫條件下，于受試者右臂內(nèi)側(cè)臂中穴位置，用激光多普勒血流儀(PerifluxPF2,瑞典)分別測定著用4個編號的衣袖前，著用后第5、10、15和20分鐘時的皮膚溫度及皮膚組織血流量參數(shù)。
2、結(jié)果
表6所示為穿著4種衣袖期間各測試時間的皮溫結(jié)果。著用4#衣袖后各測試點的皮膚溫度增幅一直維持在0.1℃；而自穿著2#衣袖后的第5分鐘始皮膚平均溫度以0.1℃遞增，到15分鐘時達到增幅0.3℃的峰值此后又0.1℃的回落；穿著3#衣袖后的第5分鐘時即較著用前增高0.2℃，穿著后的第10和第15分鐘時皮膚溫度進一步提高，增幅達0.3℃并有顯著性差異，到20分鐘時又回落到第5分鐘的水平。穿著1#衣袖的第5分鐘較著用前增高0.3℃，此后溫度進一步升高，增幅達0.2℃，到20分鐘時又0.1℃的回落。由此可見，含遠紅外發(fā)射體的織物有一定的升高皮膚溫度的作用，其中1#織物效果最為明顯。
表7. 各種實驗用織物對皮膚溫度的影響
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1# |
2# |
3# |
4# |
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穿前 皮膚溫度℃ |
35.4 |
35.5 |
35.4 |
35.5 |
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穿后5min |
35.7 |
35.6 |
35.6 |
35.6 |
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穿后10min |
35.9 |
35.7 |
35.7 |
35.6 |
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穿后15min |
35.9 |
35.8 |
35.7 |
35.6 |
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穿后20min |
35.8 |
35.7 |
35.6 |
35.6 |
表7所示為穿著4種衣袖期間各測試時間的平均皮膚血流量參數(shù)。著用4#衣袖5分鐘時皮膚血流量參數(shù)較穿著前明顯增加，增幅為17.9%，但隨著時間的延長血流量參數(shù)增幅逐漸下降，分別為第10分鐘時的9.5%、第15分鐘時的8.4%、第20分鐘時的3.6%，并與穿著前參數(shù)相比無顯著性差異。著用2#衣袖后的皮膚血流量參數(shù)均明顯增加，前15分鐘內(nèi)增幅分別為21%、18.1%和21%，第20分鐘時繼續(xù)增加到25.5%。穿著3#衣袖后的皮膚血流量增加較大，各點增幅分別為22%、18.5%、23%和25.8%。穿著1#衣袖后的皮膚血流量增加最大，且血流量的增加還與著用時間成正比，分別為第5分鐘時的19.1%、第10分鐘時的27.4%，第15分鐘時的34.7%和第20分鐘時的31.1%。說明含遠紅外發(fā)射體的織物與皮膚直接接觸可促進皮膚血流量，其中1#織物效果顯著。
表 8.各種實驗用織物對皮膚血流量參數(shù)的影響
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1# |
2# |
3# |
4# |
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穿前 血流量參數(shù) |
564.8 |
590.4 |
585.6 |
619.3 |
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穿后5min |
672.6 |
716.3 |
714.4 |
730.1 |
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穿后10min |
719.3 |
697.2 |
693.9 |
678.3 |
|
穿后15min |
761.0 |
715.5 |
720.2 |
671.5 |
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穿后20min |
740.2 |
741.2 |
736.7 |
641.4 |
3、討論
在運動損傷治療中許多設(shè)備將電能或其他能量轉(zhuǎn)換為紅外電磁波作用于人體，從而達到活血化淤、促進損傷組織康復的目的。而遠紅外織物除了可反射部分人體放出的紅外線外，更重要的是它在人體自身放射出的紅外線激發(fā)下還輻射出遠紅外線再作用于人體，產(chǎn)生相應(yīng)的醫(yī)學效果。因此具有節(jié)省能源、造價低廉、使用方便、無毒副作用等特點，適用于運動創(chuàng)傷的康復治療過程。
第五節(jié) 遠紅外整理織物的新發(fā)展
目前，單一功能的紡織品已經(jīng)越來越不能滿足人們對于高附加值產(chǎn)品的需求。隨著技術(shù)水平的進步，更多的多功能復合紡織品已經(jīng)被開發(fā)出來，技術(shù)含量比單一功能品種的織物更高，更能受到人們的歡迎。目前，新一代遠紅外產(chǎn)品主要包括以下兩種。
一、遠紅外電熱布
遠紅外電熱布利用多種特制纖維復合紡成電熱紗，按照多根電熱紗并聯(lián)供電的方案織布，再以納米遠紅外漿（ZrO2:TiO2=2:1）和有機硅樹脂等粘合材料對織物進行納米遠紅外涂層，最后制成遠紅外電熱布成品。將電熱布成品接通24伏以下安全電壓，輻射高能量遠紅外線而產(chǎn)生熱量。該電熱布與普通棉布一樣柔軟、平整，發(fā)熱快速、均勻，反復洗滌不影響發(fā)熱效果。
二、負離子遠紅外織物[10]
負離子遠紅外織物吸收從人體或環(huán)境中釋放的熱能，并轉(zhuǎn)換成負離子和遠紅外線再作用于人體。所以說，穿著負離子遠紅外紡織品不僅改善空氣環(huán)境，而且能改善微循環(huán)，在日常生活中不知不覺地促進人體健康。
北京潔爾爽高科技有限公司從1990年就開始研制負離子遠紅外纖維和織物。該公司從電氣石和來自海深處的礦石等天然礦物質(zhì)中選擇出“健康、環(huán)保”的負離子材料，并將其超微粉體加工成納米負離子遠紅外粉Jlsun®900，并成功地應(yīng)用于化學纖維生產(chǎn)上。同時又將納米負離子遠紅外粉后處理，進一步加工成負離子遠紅外漿Jlsun®700，并開發(fā)出在織物上固著天然礦物質(zhì)的整理技術(shù)。
該公司又通過分析研究電氣石等負離子材料的成分、結(jié)構(gòu)、粒徑與表層負離子效應(yīng)及遠紅外輻射效應(yīng)之間的關(guān)系，在理論方面獲得重大突破，并結(jié)合該公司20年來在織物后整理方面積累的豐富經(jīng)驗，開發(fā)出了適合天然纖維的負離子遠紅外整理劑Jlsun®888。經(jīng)Jlsun®888整理后的面料不僅具有良好的發(fā)生負離子和升溫保健作用，而且具有柔軟的手感、良好的牢度，可以廣泛的應(yīng)用于運動服、外衣、內(nèi)衣、窗簾、床上用品和保健醫(yī)療用品等。Jlsun®888負離子發(fā)生材料含有一種特殊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，環(huán)境壓強、濕度和溫度的變化都影響到負離子的產(chǎn)生。
1、負離子遠紅外整理劑Jlsun®888
負離子遠紅外整理劑Jlsun®888主要由Jlsun®888A和Jlsun®888B組成。它適用于棉、麻、絲、毛等天然纖維（含有氨基或羥基的纖維）的負離子遠紅外整理。
Jlsun®888含有的負離子體具有明顯的受激產(chǎn)生負離子作用，將水或空氣中的水分子瞬時“負離子化”。 通過物理刺激作用，諸如向負離子織物施加能量（如機械能、化學能、光能、靜電場能等）、衣服在穿著過程中的摩擦或振動都能產(chǎn)生大量的負離子。 權(quán)威機構(gòu)檢測表明Jlsun®888整理純棉織物的負離子濃度高達3000個/cm3以上。具體反應(yīng)過程如下：
負離子體放電
H2O H++OH-
2H+ + 2e- H2↑
OH- + H2O （H3O2）-（水合羥基離子即負離子）
Jlsun®888整理的純棉織物還具有遠紅外線保健作用和保溫功能，其遠紅外發(fā)射率高達86%以上，可使人的體感溫度上升。負離子遠紅外整理劑Jlsun®888單分子狀態(tài)上染纖維，并以化學鍵和纖維上的羥基或胺基結(jié)合，使得產(chǎn)品牢度良好、透氣舒適、手感柔軟。
（1）浸漬法（浴比 1∶15）
織物→漂染→浸漬遠紅外整理劑Jlsun®888A（4% o.w.f，棉：60-65℃×30-40分鐘，毛：80-85℃×30-40分鐘）→放殘液 →浸漬Jlsun®888B（4% o.w.f，40-50℃×20-30分鐘）→放殘液 →冷水沖洗一遍（防止影響硅油柔軟劑的穩(wěn)定性）→ 上硅油柔軟劑→成品。
（2）浸軋法
織物→漂染→烘干→浸軋Jlsun®888A（30克/升,軋液率60-70%）→烘干（80-100℃，落布微潮）→浸軋Jlsun®888B（30克/升，軋液率60-70%）→烘干（80-110℃）→拉幅成品。
2、負離子遠紅外漿Jlsun®700
負離子遠紅外漿 Jlsun®700主要含有負離子遠紅外輻射體、分散劑、保護劑等。經(jīng)過嚴格篩選，選用幾種常溫下有較高發(fā)射率的材料，經(jīng)過超細加工后配制而成。
經(jīng)負離子遠紅外漿制得的涂層、印花織物具有遠紅外線保健作用和保溫功能，其遠紅外發(fā)射率高達85%以上，可使人的體感溫度上升。負離子遠紅外材料經(jīng)過超細加工，粒度在1μｍ以下，所制產(chǎn)品手感柔軟，牢度較好，加工過程順利，不會堵網(wǎng)。負離子遠紅外印花涂層織物經(jīng)不同年齡的男女志愿者的人體穿著試驗表明：該產(chǎn)品穿著舒適、無毒、無味、無任何副作用，具有明顯的防臭和醫(yī)療保健效果。
（1）負離子遠紅外保健印花織物
工藝配方：負離子遠紅外保健漿Jlsun®700 10-20
色漿 X
自交聯(lián)型粘合劑SP 10-30
增稠劑FAG 1.5-2
水 X %
工藝流程：織物→印花→烘干（80-100℃）→高溫拉幅（180-190℃×30分鐘）
（2）負離子遠紅外保健涂層織物
工藝配方：負離子遠紅外保健漿Jlsun®700 3-6
水溶涂層膠 X %
工藝流程：織物→涂層→烘干（100-120℃）→高溫拉幅（180-190℃×30分鐘）
（3）負離子遠紅外保健整理織物Jlsun®700影響深色織物的色光，建議在滿足質(zhì)量要求的前提下，適當降低Jlsun®700的用量）：
工藝配方：負離子遠紅外保健漿Jlsun®700 30-50 g/L
固著劑SCJ-939 30-50 g/L
陰離子或非離子柔軟劑 適量
工藝流程：織物→浸軋整理液（軋液率60-70%）→烘干（80-120℃）高溫→拉幅（170-180℃×分鐘）→成品。
3、納米負離子遠紅外粉Jlsun®900
納米負離子粉Jlsun®900主要含有納米遠紅外陶瓷輻射體、納米負離子電氣石粉體、分散體、保護劑等。
由納米遠紅外負離子粉Jlsun®900制得的功能纖維、印花織物，其遠紅外發(fā)射率可達85%以上。它可以吸收外界的能量（如太陽能、人體向外散發(fā)的能量），輻射遠紅外線，從而使人體有溫熱感。納米遠紅外負離子粉Jlsun®900經(jīng)過超細加工，粒度為納米級，所制產(chǎn)品手感柔軟，牢度良好，加工過程順利，不堵網(wǎng)，不堵噴絲頭。納米遠紅外負離子粉Jlsun®900含有負離子電氣石粉體，具有明顯的受激產(chǎn)生負離子作用，經(jīng)有關(guān)權(quán)威機構(gòu)檢測表明負離子遠紅外加工織物負離子濃度高達3000個/cm3以上。
負離子遠紅外保健纖維
工藝配方：納米遠紅外負離子粉Jlsun®900 5%
聚丙烯PP或聚酯PET 95%
工藝流程：混合全造粒→紡絲→成品。
總之，負離子遠紅外整理劑作為一種“健康 • 環(huán)保”新型多功能材料，對于提高人們醫(yī)療保健水平和滿足人們回歸自然與健康長壽的愿望有著重要的使用價值。隨著研究工作的進一步深入和人們對負離子發(fā)生材料性能的逐步了解，其應(yīng)用前景會是十分廣闊的。
第六節(jié) 總結(jié)
面向未來，真正的老齡化社會即將到來，人們在日常生活方面也一步步走向健康化，并且追求生活品質(zhì)的不斷提高。隨著人們追求舒適性、功能性、安全性兼?zhèn)?，多功能的遠紅外紡織產(chǎn)品的研究開發(fā)將得到進一步的發(fā)展。
由于這類紡織品的特殊功能，使其具有廣泛的發(fā)展空間和應(yīng)用前景。雖然，遠紅外功能產(chǎn)生機理尚未取得共識，但其功能效果已被醫(yī)學界歸納，適用于多種疾病的治療或輔助治療。如脫發(fā)、斑禿，高血壓、神經(jīng)衰弱、偏頭痛、黃褐斑、色素沉淀、痤瘡、失眠、頸椎病、植物性神經(jīng)失調(diào)、肩周炎、關(guān)節(jié)風濕痛、凍瘡、皸裂、胃寒癥、慢性支氣管炎、疲勞、緊張和更年期綜合癥等。 遠紅外產(chǎn)品對人們的醫(yī)療保健具有重要作用。隨著多功能遠紅外產(chǎn)品的開發(fā)，將進一步改進人們的生活質(zhì)量和提高人們的保健水平。
總之，遠紅外功能紡織品作為一種健康的新型多功能材料，隨著研究工作的進一步深入和人們對它性能的逐步了解，其應(yīng)用前景是十分廣闊的。
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