水晶凉感粉

涼爽微纳米粉粒径：D90≦700nm,粒径大小可以依客户需求预定。节能减炭散热凉爽纤维制品之制造与评估方法研究，纤维与复合材料系，纺织工程研究所，台湾。摘要： 本研究系以散热凉爽纤维制品所需经过之测试项目包括热影像温差、日本KES KATO Tech., Co., Ltd所发展之KES-F7之THERMO LABOII迅速地以热传导率和热留存性质测量瞬间凉感值(Qmax)来加以评估、Alambeta织物热性质之测试、流汗驱干铜人(Toroso)与人体微气候测试，以整体评估散热凉爽织物之质量效益。本文并介绍散热凉爽纤维制品之制造程序，经由(1)湿式球磨机研磨成D100＜1μm；D90＜0.7μm粒径后再以喷雾干燥法制做成干式散热凉爽粉体，将此高热扩散系数与导热系数次微米粉体添加于经液态氮急速冷却后研磨所得之尼龙粉体内；(2)以双罗杆混炼机制造成含有次微米粉体固含量约25%之尼龙6母粒；(3)经熔融式纺丝机纺制成部分延伸丝(POY)；(4)经延伸假捻加工机制作成延伸假捻加工纱(DTY)；(5)经圆编与经编针织机及无梭织机制作成针织物与梭织物胚布；(6)藉由不同之染色整理加工技术制作成针织与梭织成品布。并提供作为春夏季衬衫、长短裤、运动衣、运动裤、休闲服饰、帽子、鞋材、面膜、自行车装与配件、运动袜、绅士袜、内衣、内裤、湿巾、化妆用棉、塑身衣及衬垫与座垫之填充材等终端用途。关键词：瞬间凉感值；Alambeta织物热性质；流汗驱干铜人；热影像温差；DTY。一、前言我国纺织工业系包括有人造纤维、纺纱、织布、染整及制衣等完整庞大之生产体系，在历年来经济发展过程中，无论对外汇存底的累积、创造就业机会、异业整合之贡献和提高国民生产毛额与国民所得之提升均有极大之贡献。今日我国纺织工业的发展已从往昔劳力密集的制衣工业（如成衣加工、毛衣等）逐渐发展为一具完整上、中、下游纺织生产体系，且所产制之成品亦已涵盖传统之纱、布、人纤、成衣，以至特定功能之不织布、工业用纺织品、建材家饰用纺织品、交通用纺织品、农业用纺织品、保健医疗用纺织品、医疗生技用纺织品、复合材料用之纺织品等，确实成就多元化发展之产业。此外，我国纺织工业之发展亦已从OEM制造与经营型态，跨足为具有垂直整合与水平分工之国际性合作产销体系之全球运筹模式，对全球纺织工业之贡献确实有显著之贡献。近年来我国纺织工业由于低劳力成本国家之崛起与区域经济模式及优惠关税政策兴起，低附加价值与技术层次之产品逐渐被取代。为使我国纺织工业得以永续经营，国际竞争力之增强、工业e化、全球运筹经营、高附加价值化、产品优质化、异业整合、加工层次提升、创意组合、因应国际市场趋势之能力等均为可考虑之方法与策略。在政府改善纺织工业策略之德政下，除成功调节整体产业结构(2015年将规划为成衣：家饰用：工业用＝50：33：17之比例)外，并协助纺织产业成为国际机能性纺织品之生产重镇与确保染整产业根留台湾重点目标。且将重点领域规划为差异化纤维(辅导开发机能性纤维，发展差异化及高值化纺织品)、机能性染整加工技术(加强机能性纺织品之染整加工差异化、协助引进新颖且更具环保的染整技术并与劳委会建立协商平台，协调补充产业所需之劳力)。品牌设计(运用纺织时尚学院及人力扎根计划，培育优秀设计人才；并与产业结合，打造品牌台湾，以提升纺织品附加价值)。且由于现代人追求舒适、注重保健与安全及环保意识之抬头，因此具有抗菌、吸臭、远红外线、释放负离子、节能凉爽等功能性产品迅速转变为市场上之热门商品，俾便达成消除疲劳、净化空气、舒适保健等功效之纤维产品，未来将成为市场之主流产品。且由于臭氧层破裂所产生之温室效应，使地球温度有逐年增温之趋势。由于较炎热之非洲、亚洲等地之人口约占有全球之74%以上，因此春夏季节能凉爽与吸湿排汗纤维制品之需求性将更为广大市场所接受。在台湾走向差异化纤维与多重功能性的人造纤维发展过程中，技术发展与市场策略毫无疑问扮演着国际竞争力之重要角色，技术容易被模仿而产品也易为新产品所取代，因此往下扎根之研究发展、弹性的市场策略与异业整合路线的逐渐成熟是人造纤维产业必须持续投入资金与精神的重点。除此之外台湾也应效法、美、日、德等地区，朝向高层次技术与产品的研发方向发展。如当前热门的奈米技术、生物科技等都已成为纺织技术领域积极研究与应用的焦点，甚至创造没有竞争对手之新市场空间能力之蓝海策略，提高产品门坎，减缓竞争者之跟进速度，并适时价值创新，让企业持续创造全新市场。无论是自行研发或与相关产官学研单位之合作，都应积极掌握关键技术，培养研发人才，将技术或研发产品作为关键的获利重点，与其他低成本制造商合作或授权，以技术移转或授权代工生产研发产品作为营利的方式，提高产业竞争的层级。兼具节能凉爽、抗菌与吸湿排汗功能之纤维制品为本研究团队累积多年来之研究发展成果得以精进，未来将开发差异化创意产品，扩大产品范畴，提升附加价值，创新流行结构之纱种与布种及异业整合，以创造「节能减炭凉爽纤维制品」更多元化之营销市场。二、散热凉爽纤维制品之制造方法 2-1 散热凉爽PA6与PET长纤维制品之制造 1.先行运用搅拌研磨之湿式研磨方式先行制造D100≦1μm；D90≦0.7μm之次微米复合矿石粉体，以免有堵塞纺孔及纺压过高之虞。且研磨完成之复合粉体矿浆再用喷雾干燥法干燥成复合粉体，再使用再经由界面活性剂之均匀分散与表面处理后，将复合粉体定量添加于经液态氮急速冷却后研磨之尼龙或聚酯粉体(Nylon or Polyester Powders)中； 2.经物理混炼法之双罗杆混炼机以制成功能性尼龙6母粒，运用熔融纺丝机制成86d/48f十字型断面尼龙部份延伸丝(Partial Oriented Yarn, POY)，最后运用摩擦式假捻机制成70d/48f尼龙延伸假捻加工丝(Draw Textured Yarn, DTY)； 3.经物理混炼法之双罗杆混炼机以制成功能性聚酯母粒，运用熔融纺丝机制成116d/48f圆型芯韒结构(Sheath & Core)之部份延伸丝，最后运用摩擦式假捻机制成75d/48f之聚酯延伸假捻加工丝(Draw Textured Yarn, DTY)； 4.可运用摩擦式假捻机制作延伸假捻加工丝之制程中同时导入第二或第三成份，以制作成复合散热凉爽纱；并可以喷气假捻加工机制作复合喷气假捻加工纱(Air Jet Textured Yarn, ATY)； 5.再以散热凉爽延伸假捻加工丝(DTY)或喷气假捻加工纱(ATY)，经由圆编机或喷水式无梭织机制造各种不同结构与规格之针织物与梭织物且具备有节能凉爽、抗菌与吸湿排汗功能之长纤维制品； 6.目前Wincool有多种散热凉爽延伸假捻加工丝(DTY)、全延伸丝(FDY)与喷气假捻加工纱(ATY)，及其复合加工纱之规格，且已成功的应用在春夏季衬衫、长短裤、运动衣、运动裤、休闲服饰、帽子、鞋材、面膜、自行车装与配件、运动袜、绅士袜、内衣、内裤、湿巾、化妆用棉、塑身衣及衬垫与座垫之填充材等终端用途。节能凉爽、抗菌与吸湿排汗功能长纤制品整体制程如图1所示。 图1节能凉爽、抗菌与吸湿排汗功能长纤制品之制程 2-2 散热凉爽PA6与2-3 PET环锭纱之制造先行将复合矿石粉体经物理混炼法之双罗杆混炼机所制成功能性母粒，运用熔融纺丝机制成1.5d*1.5in圆型断面尼龙短纤维与1.5d*1.5in十字型断面聚酯短纤维，经清花、梳棉、并条二道、锭翼式粗纺、环锭式细纺、最后运用络筒机制作成斜筒纱之形状。经圆编机或喷气式无梭织机制造各种不同结构与规格之针织物与梭织物且具备有节能凉爽、抗菌与吸湿排汗功能之短纤维制品。目前Wincool之散热凉爽环锭纱强调5C基本要求包括清凉感(Cooling Feeling)；舒适感(Comfort)；洁净环境(Clean Environment)；客户导向(Customer Orientation)；专利权拥有(Concession)。其尼龙短纤混纺纱之规格有30’S与40’S之尼龙/棉 50%/50%环锭混纺纱；30’S与40’S之尼龙/嫘萦50%/50%环锭混纺纱；30’S与40’S之尼龙/天丝棉 50%/50%环锭混纺纱。其聚酯短纤混纺纱之规格有30’S与40’S之聚酯/棉 65%/35%环锭混纺纱；30’S与40’S之聚酯/嫘萦50%/50%环锭混纺纱；30’S与40’S之聚酯/改质嫘萦50%/50%环锭混纺纱；且可因应客户要求量身订做所需之混纺比、支数、捻度与合捻等之要求。预估节能凉爽、抗菌与吸湿排汗功能之短纤维与长纤维制品，在经过50次水洗后其节能凉爽、抗菌与吸湿排汗功能均可保持在90%以上，并不会有严重衰减功能之现象。在产品安全性方面，本文所调配采用复合矿石粉体之辐射放射性绝不会有超出中华民国原子能委员会之规范标准。且为兼顾产品功能性、安全性及经济性，复合矿石粉体之粒径分布、添加量与纤维制品规格(如纤维细度、强度，织物重量、密度与结构等)必须取得最佳功能性/成本之平衡点为考虑。为兼顾产品功能性、穿着舒适性，可透过纤维断面结构之调整、纤维材料之选用与织物组织结构之变化设计，可调节身体温度与湿度而有凉感，以达到舒适凉爽与降低成本之目的。三、散热凉爽纤维制品之评估方法 3-1红外线热像仪温差之测试方法与步骤依红外线热像仪之其冷却形式，可分成致冷型(Cooled)和非致冷型 (Uncooled) 两类。致冷型热像仪，通常需要将传感器放置于极低温的环境中，方能侦测各种高低温物体所辐射出来的红外线，其特点在于感测灵敏度高，所拍摄出来的影像质量通常比较好，但由于需要额外的冷却装置，故致冷型热像仪较为耗电，使用上也较不方便。非致冷型红外线传感器在操作时不需特别冷却，仅需将其控制在特定温度即可(一般来说靠近室温)，故有启动速度快，低耗电等特点。红外线热像仪以其功能分类，又可细分为热影像 (Imaging) 系统与热像测温 (Thermography) 系统两类，热影像系统所着重的是，在拍摄不同温度的物体时，热影像能够反映出清晰的亮度对比，而测温系统，除了影像亮度对比需要清晰之外，更进一步要求影像中每个像素所代表的温度，均能够准确的被计算出来，故热像测温系统需经过精密的校正，售价也因此较高。 如图2所示为本文所使用红外线热像仪的构造主要分为3个部分，一是光学模块的部分，其主要功能是光学成像与红外线滤波，使得红外线波长的热辐射电磁波得以通过；二为传感器模块，主要功能为接收红外线热辐射电磁波，并将其转成数字的信息；三是运算控制模块，主要功能是校正红外线传感器的响应曲线、进行图像处理与温度运算，并控制人机接口。其中传感器与光学模块的部分，属于关键技术，亦是热像仪成本的主要来源，由于非致冷型红外线传感器的制造并非普及，故感测模块价格昂贵，而光学模块的部分，涉及透镜制造与透镜表层特殊涂料的技术，价格也仍居高，加上高阶热像仪传感器的销售受到美国政府管制，故红外线热像仪目前仍为高单价产品。 图2 日本AVIO公司之TVS-200EX红外线热像仪在本文中散热凉爽织物表面吸热放热之热影像自动测试方法，系将待测样布置于距离250W卤素灯照射源30cm处，且照射角度为900，经过照射测试布样10, 30分钟后；将250瓦卤素灯关闭后，同时以热显像仪在30cm与450处取得待测样布之热影像数据，并分析参考比对待测样布之表面温度，再比较经过250W卤素灯照射前后之温度差，即为织物样本之吸热与放热量，其整体测试实况如图2所示。整体测试步骤如下所示： 1.将待测织物样本静置于标准温湿度(22℃，65%RH)下24小时。 2.将试样固定在测试样本台上，且固定时要求保持织物样本保持平整。 3.将TVS-200EX红外线热像仪以45?角放置在距离织物样本之50cm处，红外测温仪固定在织物样本上方，放置方法如图3所示。 4.将红外线热像仪调整正常后，先行探测试样与标准织物样本表面温度作为T0时间之起始温度。 5.开启红外线热像仪照射织物样本10分钟，并同时监测织物样本之吸热效应。 6.织物样本照射10分钟后，再以红外线测温仪测量与标准织物样本之温度T1，比对测试与标准织物样本T1和T0温度差值。 7.经过10分钟后，关闭250W卤素灯并同时监测织物样本之放热效应。 8.比较经过250W卤素灯照射10分钟后再关闭卤素灯，织物表面温差之变化状况整理与分析。在本文中之织物与皮肤表面温差测试部份将规划皮肤上之吸热与织物表面放热之热影像自动测试系统之方法，以实时监测穿着散热凉爽成衣后织物与皮肤表面温度之变化情况，织物表面之温差变化代表着散热程度之优劣；皮肤表面温差变化代表着吸热程度之优劣，整体测试实况如图4所示。典型之散热凉爽纤维制品期望织物表面之温差较一般织物者为高，代表着散热凉爽纤维制品之散热能力优于后者，代表着吸热量容易在短时间内自皮肤与织物间之微气候散发出，意即热量不容易堆积于微气候中使穿着者比较不容易感觉闷热。典型之散热凉爽纤维制品期望穿着者皮肤表面之温差较一般织物者为低，代表着散热凉爽纤维制品之吸热速率较后者为慢，代表在相同测试条件下吸热量会较慢较少，意即使穿着者比较不会有升温之感觉。整体测试步骤如下所示： 1.设TVS-200EX红外线热像仪于正确位置并调整好焦距。 2.置放待测样布于22℃与65%RH之恒温恒湿控制室中24小时以上，直到稳定待测样布温度为止。 3.使用红外线热像仪拍摄未穿着样布前实验者之裸体热影像图，如图4a所示。 4.将样布穿戴于实验者身上，并依序拍摄穿着时间为0分钟、5分钟、10分钟、15分钟、20分钟时织物表面之热影像图，如图4b所示。。 5.使用热像仪拍摄穿着样布20分钟后实验者之裸体热影像图。 6.比较穿着前后实验者之皮肤温差与随测试穿着时间之增加，织物表面温差之变化状况整理与分析。为仿真穿着者之不同皮肤温度下散热凉爽纤维制品之散热效应，代表着散热程度之优劣，整体测试实况如图5所示。典型之散热凉爽纤维制品在较高皮肤温度下，期望会较一般织物者有较高之散热温度。整体测试步骤如下所示： 1.客户要求将仿真皮肤温度设定在37至40℃之间。 2.利用裁布切圆器将测试样布切割成100㎝2之圆形大小。 3.待测织物样本静置于标准温湿度(22℃，65%RH)下24小时。 4.设定微电脑温度控制器之温度为37℃，并等待加热平板(仿真人体皮肤)温度恒定于37℃。 5.将圆形样布放置于模拟人体皮肤上，且固定织物样本并保持平整且恒定于37℃。 6.将TVS-200EX红外线热像仪以45?角放置在距离织物样本之50cm处，放置方法如图5所示。 7.关闭微电脑温度控制器之加热功能，并开始拍摄0分钟、5分钟、10分钟、15分钟、20分钟时之热影像图。 8.将红外线热像仪调整正常后，先行测试仿真皮肤与织物样本之表面温度作为T0时间之起始温度。 9.比较T0时间之起始温度与经过T1时间后于模拟皮肤上织物表面温差之变化状况整理与分析。 图3织物样本吸热与放热量之整体测试实况(a)以250W卤素灯照射织物样本同时以红外线热像仪监测吸热效应；(b)关闭250W卤素灯以红外线热像仪监测散热效应 图4皮肤上之吸热与织物表面放热之热影像自动测试系统之整体测试实况 (a)以红外线热像仪监测穿着者之皮肤温度吸热效应；(b)以红外线热像仪监测穿着者之织物温度散热效应。 图5仿真皮肤温度以测试织物表面散热效应之热影像自动测试系统之整体测试实况 (a)以红外线热像仪监测仿真温度之吸热效应；(b)以红外线热像仪监测仿真皮肤温度上之织物温度散热效应。 图6织物之吸热放热热电偶测试系统之示意图与整体测试实况 3-2四点热电偶温差之测试为简化散热凉爽纤维制品之温差测试过程与降低测试装置成本，在本文另行规划织物之吸热放热热电偶测试系统，整体测试实况如图6所示。将100cm2之待测布样置于距离250瓦卤素灯照射源30cm处，且照射角度为450，照射测试布样10, 30分钟后，将250瓦卤素灯关闭后，立即经由热点偶温度感测计透过RS232传输接口直接撷取温度数据，并分析参考织物试样之表面温度，再比较经过照射前后之温度差，即为待测织物样本之吸热与放热量。四组热点偶温度感测计装设于样本置放台之正下方，以直接测试织物精熙热与放热效应后之温差变化。典型之散热凉爽纤维制品期望织物温差较一般织物者为低，代表着散热凉爽纤维制品之吸热慢散热快之效应，使穿着者比较不容易感觉闷热。整体测试步骤如下所示： 2.将待测试样放置标准温湿度下24小时。 3.将试样固定在试样台上，固定时要保持试样位置平整。 4.将250W卤素灯光源垂直放置在距离织物样本50cm处，待测织物固定在样本置放台之上方，放置方法如图6所示。四组热电偶温度感测计装设于样本置放台之正下方，以直接测试织物经吸热与放热效应后之温差变化。 5.测试标准试样与对照样本之表面温度作为T0时间之起始温度。 6.开启250W卤素灯光源照射待测织物10分钟，使待测织物与对照样本吸热，再以四组热电偶温度感测计测量待测织物与对照样本之温度T1。 7.完成照射待测织物10分钟关闭卤素灯光源，并以四组热电偶温度感测计测量待测织物与对照样本之温度T2。 8.比较起始温度T0与经过吸热与放热效应后之T1 与T2之变化状况整理与分析，并进一步比对待测织物与对照样本T0和T1、T2与T0温差值。 3-3瞬间凉感值测试方法与步骤以日本KES KATO 技术有限公司所发展之KES-F7之THERMO LABOII迅速地以热传导率和热留存性质测量瞬间凉感值(Qmax)，来加以评估散热凉爽纤维制品瞬间热传导效应之优劣。整体测试外观图如图7所示。其热板温度设定范围：室温～50℃；风速调节：垂直空气流量0～1m/s。此部仪器为原Labo Thermo的改良类型，可确切而迅速地以热导率和热留存性质测量评试冷/热感觉。Qmax是当储存在一块纯薄铜板( 面积︰9cm2 ,重量︰9.79 g)上之热量经由接触样品表面的方式传导后，立即予以测量而得的热流量峰值。也就是说信号通过了一个0.2秒的时间常数之初始比例因子，使过滤器模拟肌肤表层接触物质时对冷/热感温之热传导方式。换句话说，此方法可以准确地再现当人体之手指接触某一物质时之冷/暖感觉 (热转移)。(标准︰对冷的敏感性/ 选择︰对热的敏感性) 。瞬间接触凉感(Touch feeling of warmth and Coolness/Qmax)系模拟人体接触织物时，皮肤表面瞬间热量流失之最大值，意即为织物瞬间最大热流通过量，单位以每平方公分之瓦特数表示 (W/cm2)。织物瞬间接触凉感验证规范草案初步已草拟完成，以热流量≧0.130 W/cm2为认定织物有凉感之评估值，其测试步骤与注意事项如下所示： 3.试样样本大小为20*20 cm2实际测试之面积为5*5 cm2，待测样本测试前需放置于标准温度21±2℃；相对湿度65±5%下至少24小时方可进行测试。 4.试验环境温度设定于25±2℃；相对湿度65±5%RH下必须等待至少1小时确认环境恒温恒湿后方可进行Qmax测试。 5.使用热效应测试仪KES-F7之THERMO LABO II前需热机15分钟以上。开启主热板加热器，同时设定热板之温度为35±0.1℃；当到达35℃时再将护环加热器开启。 6.将冷板设定于所需之温度以仿真外界环境在25℃；待测样本当达25℃；再将待测样本放置于冷板上如图7a所示；当热板温度达35℃时按下qm键；同时并快速将热板置于待测样本上，纪录显示屏上之qm值，此数值即为织物瞬间最大热流通过量，单位以每平方公分之瓦特数表示 (W/cm2)。瞬间热传导效应之整体测试外观图如图7b所示。 7.试验结果5次试验结果之平均测试值，且有效数据为小数点第三位。 图7散热凉爽纤维制品瞬间热传导效应之整体测试外观图(a)待测样本放置于冷板与热板上；(b)瞬间热传导效应之整体测试外观图且经由402块织物之瞬间最大热流通过量值统计分析结果显示5组之分布最接近其常态分配，因此织物瞬间接触凉感验证规范草案初步已规划为Qmax≧0.130 W/cm2以上即被判定具有凉感之织物。经过统计分析之Qmax值每组为上下限第一组为 0.042