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集成汗液蒸发和热传导的纺织品

2022-06-01 11:07:04

       汗液蒸发对人体散热起着不可或缺的作用。然而,传统纺织品往往侧重于排汗,而很少关注汗液的基本体温调节功能,在中度/大量出汗情况下仅表现出有限的蒸发能力和冷却效率。

       近日,美国斯坦福大学崔屹教授提出了一种具有独特功能结构设计的集成冷却 (i-Cool) 纺织品,用于个人排汗管理。i-Cool 将导热通道和水传输通道巧妙地结合在一起,不仅具有液体排汗功能,还具有增强的蒸发能力和高汗液蒸发冷却效率。在稳态蒸发试验中,与棉花相比,水分增重比降低了高达100%以上,并且证明了每单位汗液蒸发的皮肤功率密度增量高出3倍。此外,在人工出汗皮肤测试中,i-Cool显示出出约3°C的冷却效果,并且比棉花大大减少了汗水消耗。基于商业面料,验证了i-Cool设计原理的实际应用可行性。由于其卓越的个人汗水管理性能,预计i-Cool概念可为下一代汗水管理纺织品提供有前途的设计指南。

       对比之下,传统纺织品通常通过吸收汗液的缓冲作用来提供舒适感,有助于缓解湿粘感的不适。然而,其有限的蒸发速率和蒸发冷却效率不能为皮肤提供有效的冷却效果,并且可能很快破坏缓冲效果。与普通纺织品不同,i-Cool纺织品不仅具有输送汗水的功能,还为加速蒸发和带走皮肤大量热量提供了极好的热传导路径,从而防止i-Cool纺织品泛滥在更大程度上避免过度出汗。因此,i-Cool 纺织品可以帮助人体达到增强的降温效果,同时大大减少汗水,以高效的方式使用汗水。
        在上述 i-Cool 功能结构设计原则的基础上,选择了铜 (Cu) 和尼龙6纳米纤维进行概念验证。值得一提的是,Cu和尼龙6纳米纤维并不是仅有的选择。在这里,Cu以其非凡的导热性(~400 W m-1 K-1)而闻名,并且尼龙6纳米纤维能够吸水。制造的i-Cool(Cu) 纺织品的照片如图2a所示 。尼龙6纳米纤维不仅覆盖了Cu的顶部表面,而且还填充了孔隙内部,如图2b插图中i-Cool (Cu)纺织品底部的放大照片所示 。Cu骨架上的纳米纤维比Cu基体孔隙中的纳米纤维更致密,纳米纤维之间的空隙空间更小,这可以在图2b的扫描电子显微镜(SEM)图像中清楚地观察到。形貌差异导致的毛细管差异有利于水从内表面到外表面的单向定向输送。为了评估 i-Cool (Cu) 纺织品的性能,选择棉纺织品作为主要对比纺织品,源于它是Z广泛和接受度较高的纺织品。

        摘自《2022年第01期产业用纺织品》杂志中的《前沿科技》

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