芮 珂，何佳臻,2

(1.蘇州大學(xué)紡織與服裝工程學(xué)院，江蘇蘇州 215021； 2.浙江省服裝工程技術(shù)研究中心，杭州 310018)

隨著工業(yè)化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，能源緊缺問(wèn)題日益凸顯，使用隔熱材料是減少能量損耗的重要方法。隔熱材料一般指對(duì)熱流有阻滯作用的材料或材料復(fù)合體，它通過(guò)阻礙物體和環(huán)境間的熱量傳遞以達(dá)到減少能耗、隔熱、保溫或保冷等目的，所以隔熱材料又被稱(chēng)為保溫或保冷材料[1-3]。建筑行業(yè)利用隔熱材料減少建筑物內(nèi)部在夏季降溫和冬季保暖過(guò)程中的能源耗費(fèi)[4]，石油工業(yè)在儲(chǔ)油罐外部使用隔熱材料以降低由溫差和作業(yè)導(dǎo)致的油品蒸發(fā)來(lái)節(jié)約能源[5-6]。纖維類(lèi)隔熱材料是較為常見(jiàn)的隔熱材料，由于其制品具有較好的成形性，并且能夠與其他材料復(fù)合使用，從而被廣泛應(yīng)用在建筑、冶金工業(yè)、機(jī)械制造、航空航天等領(lǐng)域。為了進(jìn)一步擴(kuò)大纖維類(lèi)隔熱材料的應(yīng)用范圍，對(duì)纖維制品隔熱性能的研究就顯得尤為重要。

三維間隔織物又稱(chēng)三明治織物，它是由若干間隔紗連接上下兩個(gè)表面織物層組成的三維立體結(jié)構(gòu)織物[7]。間隔紗將兩個(gè)表面織物層撐起從而形成一定厚度的間隔層，這種特殊的立體結(jié)構(gòu)讓間隔層內(nèi)儲(chǔ)存了大量靜止空氣，而靜止空氣為自然界中導(dǎo)熱系數(shù)最小的介質(zhì)[8]，使其比普通單層織物具有更好的隔熱性能，作為高性能隔熱材料有很大發(fā)展空間[9-10]?，F(xiàn)有研究多關(guān)注間隔織物及其復(fù)合材料的機(jī)械性能，忽視了間隔織物在隔熱方面占據(jù)的優(yōu)勢(shì)。為了拓寬間隔織物隔熱性能的應(yīng)用范圍，本文對(duì)三維間隔織物進(jìn)行概述，分析了影響間隔織物隔熱性能的因素，總結(jié)了間隔織物復(fù)合隔熱材料的種類(lèi)，為間隔織物隔熱性能的后續(xù)研究提供參考。

1 三維間隔織物隔熱性能的應(yīng)用

在擁有較好隔熱性能的同時(shí)，間隔織物還具有質(zhì)量輕、吸濕透氣性?xún)?yōu)異、抗壓縮、強(qiáng)度高等特點(diǎn)，常被用于制作文胸、鞋墊、床墊、汽車(chē)座椅等[11-13]。由于前期研究重點(diǎn)關(guān)注的是三維間隔織物的機(jī)械性能，關(guān)于其隔熱性能的應(yīng)用研究很多尚處于實(shí)驗(yàn)室階段。國(guó)外已有高校建立了三維間隔織物的專(zhuān)項(xiàng)研究，例如法蘭克福大學(xué)和亞琛大學(xué)致力于開(kāi)發(fā)抗壓、隔熱的輕質(zhì)間隔織物復(fù)合材料以用于建筑、航空航天等領(lǐng)域[14-15]。隨著國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)間隔織物的不斷探索，織物的應(yīng)用范圍也在不斷擴(kuò)大，使其在醫(yī)療用品、個(gè)體防護(hù)裝備、智能紡織品和能源資源節(jié)約等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

在醫(yī)療用品方面，使用間隔織物制作的傷口敷料、醫(yī)用襯墊等具有隔熱、吸濕透氣、柔軟、保型性好等諸多優(yōu)點(diǎn)[16]。Yang等[17]使用吸濕性能不同的紗線研制出四種高吸濕緯編間隔織物傷口敷料，通過(guò)測(cè)量發(fā)現(xiàn)間隔織物敷料的保溫率比市面上部分普通泡沫敷料的保溫率高了約10%，能夠減少傷口的熱量損失，有利于傷口恢復(fù)。

間隔織物在個(gè)體防護(hù)裝備領(lǐng)域也極具應(yīng)用潛力，Heide等[18]為了探究間隔織物在熱防護(hù)服上的應(yīng)用可行性，將聚酯纖維、尼龍纖維和芳綸纖維(Nomex?)的混紡紗以及100%芳綸加捻紗作為間隔紗原料織造了阻燃經(jīng)編間隔織物，阻燃間隔織物的可燃性和熱平板測(cè)試結(jié)果均滿足現(xiàn)行防護(hù)服的防火標(biāo)準(zhǔn)。李紅燕等[19]對(duì)阻燃經(jīng)編間隔織物進(jìn)行了熱防護(hù)性能(TPP)測(cè)試，結(jié)果表明阻燃經(jīng)編間隔織物的TPP值分別比間位芳綸(Nomex?)針刺氈和聚酰胺酰亞胺纖維(Kermel?)針刺氈提升了約66.7%和84.2%，織物還兼具質(zhì)量輕、透濕性好的優(yōu)點(diǎn)，將其應(yīng)用在熱防護(hù)服中能夠減輕穿著者的熱負(fù)荷。除了提高熱防護(hù)服的熱防護(hù)性能，間隔織物還能在滿足抗沖擊防護(hù)裝備對(duì)抗壓性能需求的同時(shí)，改善防護(hù)裝備的熱濕舒適性[20-21]。

在智能紡織品領(lǐng)域，Schmidl等[22]利用間隔織物透氣、輕便、導(dǎo)熱系數(shù)低等特點(diǎn)開(kāi)發(fā)出柔性熱電系統(tǒng)，在345 K的溫度條件下持續(xù)加熱20 min后，該熱電系統(tǒng)兩側(cè)的溫差達(dá)到18.5 K，能夠作為可穿戴智能紡織品以調(diào)節(jié)人體溫度。間隔織物在能源資源領(lǐng)域也得到了廣泛應(yīng)用。由間隔織物制作的保溫隔熱板材應(yīng)用在飛機(jī)、汽車(chē)等運(yùn)輸工具上能夠減輕自重，并提高燃油利用率[23-24]。在清潔能源利用方面，Wang等[25]利用間隔織物制備了太陽(yáng)能蒸汽發(fā)電光熱材料。在1 kW/m2的光照條件下，材料上下表面的溫差接近20 ℃，蒸發(fā)效率高達(dá)86%。在節(jié)能材料領(lǐng)域，Jia 等[26]開(kāi)發(fā)了經(jīng)編間隔織物復(fù)合材料作為節(jié)能建筑中的透明隔熱材料，其傳熱系數(shù)為1.92 W/(m2·K)，比傳統(tǒng)玻璃透明隔熱材料的傳熱系數(shù)低了約2.73 W/(m2·K)左右。同時(shí)該材料還具有較強(qiáng)的太陽(yáng)能收集能力，在能源收集及利用方面具有廣闊的應(yīng)用前景。

2 三維間隔織物的隔熱機(jī)理

熱在織物中傳遞的基本方式有3種，分別是熱傳導(dǎo)、熱輻射和熱對(duì)流[27]。間隔織物阻礙熱量傳遞的能力是評(píng)價(jià)其隔熱性能優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn)。

熱傳導(dǎo)是指高溫物體將熱量傳遞給低溫物體的過(guò)程[28]，根據(jù)熱量的傳遞介質(zhì)，間隔織物中的熱傳導(dǎo)方式包括固體熱傳導(dǎo)和氣體熱傳導(dǎo)。織物中的固體熱傳導(dǎo)是指熱量在纖維之間進(jìn)行傳遞，間隔織物的纖維沿平面和厚度方向排列，與普通平面織物相比較，沿厚度方向排列的纖維使固體熱傳導(dǎo)的傳熱路徑變長(zhǎng)，所以間隔織物的隔熱性能更好。同時(shí)，纖維的導(dǎo)熱系數(shù)也是影響固體熱傳導(dǎo)的重要因素。固體熱傳導(dǎo)以聲子為載體，增強(qiáng)聲子在纖維表面的散射能夠降低織物的導(dǎo)熱系數(shù)，增強(qiáng)其隔熱性能[29-30]。Sudanresan等[31]分別使用氧氣、氬氣等離子體處理技術(shù)對(duì)間隔織物表面進(jìn)行改性，等離子體改性的刻蝕效應(yīng)提高了織物表面的粗糙程度，聲子在粗糙表面的散射增強(qiáng)，織物的導(dǎo)熱系數(shù)降低，隔熱性能有所提升。氣體熱傳導(dǎo)在氣體和氣體之間以及氣體和纖維之間進(jìn)行，Dehghan等[32]基于間隔織物的結(jié)構(gòu)參數(shù)建立了預(yù)測(cè)織物導(dǎo)熱系數(shù)的模型，結(jié)果顯示孔隙率最高的織物具有最低的導(dǎo)熱系數(shù)。這是因?yàn)殚g隔織物的多孔和立體結(jié)構(gòu)使其含有大量靜止空氣，靜止空氣在常溫常壓下的導(dǎo)熱系數(shù)約為0.0267 W/(m·K)，僅為羊毛導(dǎo)熱系數(shù)的二分之一，織物中靜止空氣含量的提高能夠有效減少熱量傳遞，降低熱傳導(dǎo)。

熱輻射發(fā)生在所有溫度大于絕對(duì)零度的物體上，它以電磁波的形式進(jìn)行傳播[33]。輻射到達(dá)織物表面后一部分被織物吸收或反射到環(huán)境中，另一部分則穿過(guò)織物繼續(xù)傳播[34-35]，所以織物的輻射反射率和孔隙率是影響輻射傳熱的重要因素[36-37]。由于間隔織物擁有兩個(gè)織物層和一個(gè)間隔層，這使得它在單位面積內(nèi)比普通單層織物擁有更多的纖維數(shù)量，從而能夠吸收或反射更多的輻射熱，最終擁有更好的隔熱性能。

按照熱對(duì)流的傳熱形式，可將其分為自然對(duì)流和強(qiáng)迫對(duì)流[38]。間隔織物的立體結(jié)構(gòu)使其容納了大量靜止空氣，在強(qiáng)迫對(duì)流的條件下，織物中的靜止空氣會(huì)加速熱對(duì)流，織物的隔熱性能也隨之降低[39]。Mao等[40]利用水刺技術(shù)在間隔織物的一側(cè)覆蓋羊毛，由于羊毛堵塞了織物表面的網(wǎng)孔，織物的透氣性能降低，對(duì)流傳熱也隨之減少，更多的靜止空氣被截留在間隔織物內(nèi)，織物的隔熱性能提高。研究表明，織物的熱阻會(huì)隨著透氣性的增加而降低[41]，所以減少對(duì)流傳熱的主要途徑是通過(guò)降低間隔織物的透氣性能，達(dá)到增強(qiáng)其隔熱性能的目的。

3 三維間隔織物隔熱性能的影響因素

根據(jù)三維間隔織物的織造工藝，可將其分為針織、機(jī)織、編織和非織4種，其中編織和非織的生產(chǎn)工藝較復(fù)雜，目前尚無(wú)學(xué)者對(duì)它們的隔熱性能開(kāi)展研究。針織間隔織物和機(jī)織間隔織物的工藝難度及生產(chǎn)成本較低，能夠快速響應(yīng)市場(chǎng)需求，使得它們的研究和發(fā)展較為成熟[42- 43]。機(jī)織間隔織物多作為復(fù)合材料的增強(qiáng)體，其本身的隔熱性能沒(méi)有得到學(xué)者的廣泛關(guān)注，黃曉梅等[44]比較了機(jī)織間隔織物的間隔紗密度、高度和原料對(duì)織物保暖性能的影響。結(jié)果表明間隔紗高度對(duì)織物的保暖性能影響最大，原因是間隔紗高度在一定程度上影響織物的厚度，而厚型織物通常具有較好的保暖性能。該研究使用的試驗(yàn)樣本較少，所以未來(lái)對(duì)機(jī)織間隔織物的隔熱性能進(jìn)行系統(tǒng)性研究十分有必要。綜合而言，有關(guān)間隔織物隔熱性能的研究主要針對(duì)針織間隔織物展開(kāi)。針織間隔織物按照生產(chǎn)方式可分為經(jīng)編間隔織物和緯編間隔織物，隨著織造設(shè)備的不斷完善和發(fā)展，間隔織物表層的花型、緊密度和間隔紗的連接方式、傾斜角等都可以通過(guò)織造工藝改變，間隔織物也能滿足更多性能和應(yīng)用需求[45- 46]。影響針織間隔織物隔熱性能的因素較為復(fù)雜，目前學(xué)者多從織物的原料和結(jié)構(gòu)這兩個(gè)方面分析間隔織物隔熱性能的影響因素。

3.1 間隔織物原料

在間隔織物結(jié)構(gòu)參數(shù)固定的條件下，不同的織造原料會(huì)由于其物理參數(shù)的差異而對(duì)織物的隔熱性能造成影響。根據(jù)間隔織物的隔熱機(jī)理，使用導(dǎo)熱系數(shù)低或反射率高的紗線作為織造原料能夠增強(qiáng)織物的隔熱性能。Arumugam等[47]分別以滌綸和間位芳綸為原料織造了經(jīng)編間隔織物，結(jié)果顯示滌綸間隔織物的導(dǎo)熱系數(shù)約為0.044 W/(m·K)，而芳綸間隔織物的導(dǎo)熱系數(shù)約為0.054 W/(m·K)，這是因?yàn)闇炀]的導(dǎo)熱系數(shù)較低[48]，所以以其為原料織造的間隔織物具有較低的導(dǎo)熱系數(shù)。與合成纖維相比，金屬纖維的熱輻射反射能力能夠?qū)﹂g隔織物的隔熱性能起到積極作用[49]。Silva等[50]在經(jīng)編間隔織物的外表層加入金屬紗線，與未添加金屬紗線的間隔織物相比，其熱阻提高了27%。

3.2 間隔織物結(jié)構(gòu)

不同的織物結(jié)構(gòu)會(huì)導(dǎo)致織物厚度發(fā)生變化，厚型織物通常具有較高的熱阻[51]，Chen等[27]的研究表明間隔織物的隔熱效果比普通單層織物高 5～16倍。Ertekin等[52]通過(guò)調(diào)節(jié)兩個(gè)針床的距離改變緯編間隔織物的厚度，研究發(fā)現(xiàn)織物厚度的增加會(huì)導(dǎo)致其體積和重量隨之增加，織物單位面積內(nèi)的纖維數(shù)量增多，靜止空氣含量減少，織物的導(dǎo)熱系數(shù)和熱阻隨之增加。一般而言，導(dǎo)熱系數(shù)與熱阻呈反比，但如果織物厚度的增加程度大于導(dǎo)熱系數(shù)的增加程度，熱阻則會(huì)增大。Arumugam等[47]在評(píng)價(jià)厚度對(duì)經(jīng)編間隔織物熱性能的影響中也得出了相同的結(jié)論。

間隔織物的結(jié)構(gòu)變化會(huì)影響織物的結(jié)構(gòu)密度，從而改變織物中靜止空氣的含量，最終影響織物的隔熱性能[53]。間隔織物的表面層結(jié)構(gòu)和間隔紗結(jié)構(gòu)均會(huì)對(duì)其隔熱性能造成影響。Arumugam等[54]發(fā)現(xiàn)網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)的表面層會(huì)增大經(jīng)編間隔織物的孔隙率，使織物獲得較低的導(dǎo)熱系數(shù)。Arumugam等[47]通過(guò)進(jìn)一步探究發(fā)現(xiàn)，雙面網(wǎng)口結(jié)構(gòu)的經(jīng)編間隔織物比單面網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)和平針結(jié)構(gòu)的經(jīng)編間隔織物具有更低的導(dǎo)熱系數(shù)。為了增強(qiáng)間隔織物的隔熱性能，后續(xù)應(yīng)該針對(duì)間隔織物表面層結(jié)構(gòu)的孔型、緊密度等做進(jìn)一步研究。

間隔紗的結(jié)構(gòu)如圖1所示，按照間隔紗與表面層的連接方式可分為垂直型、交叉型和垂直交叉型3種。間隔紗結(jié)構(gòu)會(huì)對(duì)織物容納靜止空氣的能力產(chǎn)生影響，Crina等[55]的研究發(fā)現(xiàn)間隔紗傾斜角大的緯編間隔織物具有較低的導(dǎo)熱系數(shù)。間隔紗的傾斜角是指間隔紗與表面層織物之間的夾角，傾斜角大的間隔紗與表面層織物的連接次數(shù)少，間隔層內(nèi)的間隔紗數(shù)量也相應(yīng)下降，這讓間隔層有更大的空間容納靜止空氣，從而提高間隔織物的隔熱性能。間隔紗的細(xì)度也會(huì)影響間隔織物容納靜止空氣的能力，Arumugam等[54]發(fā)現(xiàn)與復(fù)絲間隔紗相比較，使用單絲間隔紗的經(jīng)編間隔織物體積大且密度低，間隔層能夠容納更多的靜止空氣，織物的隔熱性能更好。但間隔紗的細(xì)度并不是越細(xì)越好，Ertekin等[56]研究了單絲間隔紗的細(xì)度對(duì)緯編間隔織物傳熱能力的影響，隨著單絲間隔紗的細(xì)度從3 mm增加至3.5 mm，織物的熱阻顯著提高。所以未來(lái)有必要進(jìn)一步研究間隔紗的細(xì)度對(duì)間隔織物隔熱性能的影響，以織造隔熱性能優(yōu)異的間隔織物。

圖1 間隔紗結(jié)構(gòu)

4 三維間隔織物復(fù)合隔熱材料

纖維隔熱材料具有低密度和高孔隙率的特點(diǎn)[57]，相較于同等厚度的傳統(tǒng)纖維隔熱材料，間隔織物的立體結(jié)構(gòu)使其具有更低的密度和更高的孔隙率，從而擁有更好的隔熱性能。但單一的纖維隔熱材料并不能滿足不同領(lǐng)域?qū)Σ牧细魺嵝阅艿男枨?，為了增?qiáng)間隔織物的隔熱性能從而擴(kuò)大其應(yīng)用領(lǐng)域，研究者開(kāi)始探索間隔織物與其他隔熱材料復(fù)合后的隔熱性能變化。根據(jù)現(xiàn)有間隔織物復(fù)合隔熱材料的研究，可將隔熱材料按照隔熱機(jī)理分為阻隔型材料、反射型材料和輻射性材料三類(lèi)。

4.1 三維間隔織物與隔熱材料的復(fù)合方式

現(xiàn)階段的研究中，間隔織物與隔熱材料的復(fù)合方式有涂層、浸漬和填充3種，表1總結(jié)了這3種復(fù)合方式及其分類(lèi)。涂層法是指使用隔熱材料涂覆間隔織物的表面層[58]，這種方法的隔熱原理是利用導(dǎo)熱系數(shù)低的涂料減少熱傳導(dǎo)或使用反射率高的涂料反射熱輻射，從而增強(qiáng)間隔織物的隔熱性能。浸漬法是將間隔織物浸漬在配置好的溶液中，經(jīng)過(guò)高溫固化后制成間隔織物復(fù)合材料[59]。該方法通過(guò)將隔熱材料浸入纖維來(lái)降低熱傳導(dǎo)或反射熱輻射，但復(fù)合材料的隔熱性能易受浸漬時(shí)間、次數(shù)等因素的影響。涂層法和浸漬法會(huì)降低織物的透氣和透濕能力，能夠在一定程度上減少熱量通過(guò)對(duì)流的方式傳遞，這兩種方法還具有操作簡(jiǎn)單、生產(chǎn)效率高等優(yōu)點(diǎn)，但這類(lèi)復(fù)合材料會(huì)在干燥和使用的過(guò)程中出現(xiàn)老化、碎裂等問(wèn)題[60]。填充法是將導(dǎo)熱系數(shù)低的填料填充到間隔織物的間隔層[61]，該方法能夠有效減少熱傳導(dǎo)，同時(shí)還能提高間隔織物的力學(xué)性能，但在填充過(guò)程中容易出現(xiàn)填充材料在間隔層內(nèi)分布不均勻的問(wèn)題。

表1 間隔織物與隔熱材料的復(fù)合方式及分類(lèi)

4.2 三維間隔織物復(fù)合隔熱材料的類(lèi)型

4.2.1 阻隔型

阻隔型的隔熱材料主要通過(guò)降低熱量傳導(dǎo)以及減少熱量對(duì)流的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)隔熱目的[69]。這類(lèi)材料通常具有較低的導(dǎo)熱系數(shù)，與間隔織物復(fù)合后能夠增強(qiáng)其隔熱性能。阻隔型隔熱材料能分為無(wú)機(jī)材料、有機(jī)材料和氣凝膠材料3類(lèi)。

無(wú)機(jī)材料具有較好的溫變穩(wěn)定性和防火阻燃性，同時(shí)還具有綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)[70]。與間隔織物復(fù)合不僅能夠增強(qiáng)織物的隔熱性能，還能提高織物的回收利用率。無(wú)機(jī)材料用作間隔織物的織造原料能夠增強(qiáng)織物的強(qiáng)度和耐熱性。王漢玉等[68]設(shè)計(jì)織造了一種玻璃纖維機(jī)織間隔織物，并使用白炭黑填充織物的間隔層，在100、200 ℃和300 ℃的恒溫加熱條件下，填充白炭黑的間隔織物表面溫度比未填充的低約20 ℃，織物的隔熱性能得到增強(qiáng)。雖然無(wú)機(jī)纖維的隔熱性能優(yōu)于天然纖維和其他合成纖維，但纖維的耐扭曲性較差，織物的織造難度較大[71]。所以未來(lái)在利用無(wú)機(jī)纖維織造間隔織物時(shí)要根據(jù)材料特點(diǎn)采用合適的生產(chǎn)工藝，提高間隔織物的生產(chǎn)效率和使用壽命。

與無(wú)機(jī)材料相比，有機(jī)材料的密度和導(dǎo)熱系數(shù)較低，其與間隔織物復(fù)合能在增強(qiáng)織物隔熱性能的同時(shí)保持織物質(zhì)輕的優(yōu)勢(shì)。Wang等[63]設(shè)計(jì)了幾種玻璃纖維/環(huán)氧樹(shù)脂機(jī)織間隔織物復(fù)合材料，在 90 ℃ 的熱平板上加熱10 min后，材料表面的溫度保持在56.2～63.2 ℃之間，復(fù)合材料的隔熱效果與木材相當(dāng)。但這種復(fù)合隔熱材料的力學(xué)性能會(huì)隨著溫度的升高而降低，為了削弱高溫對(duì)復(fù)合材料力學(xué)性能的影響，葛東升[65]利用手糊成型工藝制備了芳綸/聚酰亞胺間隔織物復(fù)合材料，其在190 ℃條件下的比強(qiáng)度保持率達(dá)到92.7%，而玻璃纖維/環(huán)氧樹(shù)脂間隔織物復(fù)合材料在相同條件下的比強(qiáng)度保持率僅為51.3%。這說(shuō)明間隔織物與有機(jī)材料復(fù)合不僅具有質(zhì)輕、保溫隔熱的特點(diǎn)，其在高溫條件下還能保持較好的力學(xué)性能，是增強(qiáng)間隔織物隔熱性能的優(yōu)選材料。但有機(jī)材料的防火性能較差[72]，燃燒時(shí)易產(chǎn)生有毒物質(zhì)危害人體健康和環(huán)境安全，所以提高其防火性能是未來(lái)間隔織物復(fù)合有機(jī)隔熱材料的發(fā)展趨勢(shì)。

氣凝膠是一種納米多孔固體材料，它具有質(zhì)量輕、密度低、比表面積高、導(dǎo)熱系數(shù)低等特點(diǎn)，與間隔織物復(fù)合制作隔熱材料具有廣闊的應(yīng)用前景[73]。王漢玉[74]將二氧化硅氣凝膠填充到以玻璃纖維為原料的雙層機(jī)織間隔織物中，與填充白炭黑的間隔織物復(fù)合材料相比較，二氧化硅氣凝膠間隔織物復(fù)合材料的隔熱性能更好。Islam等[64]研究了緯編間隔織物表面在涂覆二氧化硅氣凝膠前后隔熱性能的變化，發(fā)現(xiàn)氣凝膠在不影響織物厚度的同時(shí)會(huì)將織物的導(dǎo)熱系數(shù)降低23%～31%，說(shuō)明氣凝膠是增強(qiáng)間隔織物隔熱性能的理想材料。為了使間隔織物復(fù)合隔熱材料滿足高效隔熱、阻燃、質(zhì)輕、力學(xué)性能優(yōu)異等要求，董淼軍[67]根據(jù)復(fù)合材料性能疊加效應(yīng)設(shè)計(jì)織造了短玻璃纖維機(jī)織間隔織物，在織物表面涂覆環(huán)氧樹(shù)脂使其成為增強(qiáng)復(fù)合材料，接著在間隔層內(nèi)填充二氧化硅氣凝膠增強(qiáng)其隔熱性能。測(cè)試結(jié)果顯示二氧化硅氣凝膠使間隔織物的導(dǎo)熱系數(shù)從0.0887 W/(m·K)下降至0.064 W/(m·K)，材料的力學(xué)性能也得到了提高。

4.2.2 反射型

反射型隔熱材料主要通過(guò)反射輻射能量來(lái)減少織物吸收的輻射熱量[75]，一般使用涂層或浸漬的方式將反射型隔熱材料與間隔織物復(fù)合，復(fù)合后間隔織物表面層的反射率增高，織物吸收的熱量減少，Silva等[50]就利用了金屬纖維具有高紅外反射率的特點(diǎn)增強(qiáng)間隔織物的隔熱性能。目前關(guān)于間隔織物與反射型隔熱材料復(fù)合的應(yīng)用研究較少，但從反射型隔熱材料與普通織物復(fù)合后的隔熱性能研究來(lái)看，利用該類(lèi)材料增強(qiáng)間隔織物的隔熱性能具有很大應(yīng)用潛力。例如Peng等[76]制備了一種TiO2/Cu/TiO2(TCT)涂料，并將其涂覆在滌綸上進(jìn)行紅外反射性能實(shí)驗(yàn)。滌綸在經(jīng)300 nm厚TCT涂料涂層處理后，其紅外反射率比未經(jīng)涂層處理的滌綸高30%。所以未來(lái)有必要針對(duì)反射型隔熱材料在間隔織物上的應(yīng)用做深入研究。

4.2.3 輻射型

與反射型隔熱材料的隔熱原理不同，輻射型隔熱材料通過(guò)吸收輻射熱量后將其轉(zhuǎn)化成紅外輻射并發(fā)射到環(huán)境中的方式進(jìn)行隔熱[77]。輻射型隔熱材料可以通過(guò)涂層或浸漬的方法與間隔織物復(fù)合，Sankauskaite等[62]將含鈦生物陶瓷粉末添加劑涂覆在經(jīng)編間隔織物表面，織物在功率為250 W的紅外線發(fā)射燈下方25 cm處加熱4 min，測(cè)量結(jié)果顯示織物的發(fā)射率增加了4.4%～6.5%，織物的導(dǎo)熱系數(shù)從0.043 W/(m·K)降低至0.036 W/(m·K)，隔熱性能有所改善。為了獲得隔熱性能更加優(yōu)異的材料，研究者將反射型和輻射型隔熱材料的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合并開(kāi)發(fā)出了反射/輻射隔熱材料，這種材料既能反射輻射熱，部分被吸收的熱量也能轉(zhuǎn)化成紅外輻射發(fā)射到環(huán)境中，與織物復(fù)合后能進(jìn)一步增強(qiáng)其隔熱性能[78]?，F(xiàn)階段還未出現(xiàn)間隔織物與反射/輻射隔熱材料復(fù)合的相關(guān)研究，后續(xù)研究可以針對(duì)反射/輻射隔熱材料進(jìn)行展開(kāi)。

5 結(jié)論與展望

擁有立體結(jié)構(gòu)的三維間隔織物內(nèi)含有大量靜止空氣，織物隔熱性能優(yōu)良，同時(shí)還具有吸濕透氣、吸能緩沖等特點(diǎn)，可以滿足不同領(lǐng)域?qū)δ芸椢锏男枨?。根?jù)對(duì)間隔織物隔熱性能的分析，未來(lái)對(duì)間隔織物隔熱性能的研究可以從以下幾個(gè)方面展開(kāi)：

a) 深入研究機(jī)織間隔織物的隔熱性能。較針織間隔織物而言，機(jī)織間隔織物的剛度、強(qiáng)度、尺寸穩(wěn)定性更好，常被用作三維間隔復(fù)合隔熱材料的增強(qiáng)體，但其本身的隔熱性能并未得到充分研究。所以探究機(jī)織間隔織物隔熱性能的影響因素，利用其優(yōu)越的機(jī)械性能制作質(zhì)輕且強(qiáng)度高的隔熱材料，是擴(kuò)大其應(yīng)用范圍的關(guān)鍵。

b)基于三維間隔織物結(jié)構(gòu)特征建立傳熱模型。間隔織物是由不均勻的纖維和空氣組成的非均勻材料，間隔層和兩個(gè)表面層使其結(jié)構(gòu)比普通織物更復(fù)雜，現(xiàn)有研究多是在將織物視為連續(xù)均勻整體的前提下建立傳熱模型，這使得模型僅能針對(duì)織物厚度、體積、孔隙率等因素進(jìn)行傳熱分析。所以未來(lái)應(yīng)該從間隔織物的微觀結(jié)構(gòu)出發(fā)，基于間隔絲結(jié)構(gòu)、間隔絲細(xì)度、表面層孔型等結(jié)構(gòu)特征建立傳熱模型，幫助研究者優(yōu)化間隔織物結(jié)構(gòu)以增強(qiáng)隔熱性能。

c) 研發(fā)高性能間隔織物隔熱材料。目前間隔織物復(fù)合隔熱材料的研究還處于起步階段，還有較多性能優(yōu)異的纖維和隔熱材料沒(méi)有被用于增強(qiáng)間隔織物隔熱性能的研究。在纖維原料方面，使用異形纖維能夠增加間隔織物的空氣含量，進(jìn)而增強(qiáng)其隔熱性能；還可以基于刺激響應(yīng)型材料制備智能紡織品，例如使用熱致型形狀記憶材料作為間隔織物的間隔絲原料，使織物根據(jù)不同的環(huán)境溫度智能調(diào)節(jié)厚度，以在不同的溫度條件下提供合適的隔熱效果。在隔熱材料方面，反射/輻射型隔熱材料、相變材料、中空玻璃微球等材料對(duì)間隔織物隔熱性能的增強(qiáng)效果還有待研究。最后，間隔織物與隔熱材料的復(fù)合方式也需要根據(jù)其使用場(chǎng)景進(jìn)行改善。積極研發(fā)防火阻燃、強(qiáng)度高、使用壽命長(zhǎng)、綠色環(huán)保的高性能間隔織物隔熱材料，并將其應(yīng)用于工業(yè)、軍事、航空航天等領(lǐng)域。