1、纺织相变纤维是相变材料与纤维制造技术结合而开发的具有双向温度调节功能的智能纺织材料，制备方法有微胶囊湿法纺丝法、浸渍法、中空纤维填充法和涂层法等1-2。相变纤维中的相变材料具有自动感知外部环境温度变化的能力，并通过改变其物理形态而吸收或释放大量的热量，从而调节人体与服装之间的微气候，创造一个舒适的温度环境，在一定时间内维持人体表面温度的相对稳定，是实现纺织材料自动调温功能较为简单、经济和安全的方法，也成为当前研究者关注的热点之一3-6。纺织相变纤维的重要指标是温度调节能力，但目前我国对于相变纤维及相变材料温度调节的性能并无统一的测试方法和相关标准7-9。目前，国内外相关研究人员采用的方法有差示
2、扫描量热仪（DSC）法、升降温曲线法、暖体假人法等10-11。采用最多的是DSC热分析法，DSC法具有操作简单、样品量少、结果纺织相变纤维调温性能差示扫描量热法的检测影响因素摘要：纺织相变纤维的重要指标之一是温度调节能力，但目前我国对于其温度调节能力并无统一的测试方法和评价方式。采用差示扫描量热仪（DSC）对相变纤维进行测试，研究升温速率、样品质量对相变焓值和相变温度的影响，并验证DSC设备在检测过程中的可重复性。结果表明，DSC方法可以很好地表征纺织相变纤维的调温性能，可重复性良好，随着升温速率的增大和样品质量的增加，相变温度升高，相变焓值也存在差异，通过结果对比分析得到较优的测试条件。关键
3、词：纺织相变纤维；DSC；相变焓值；相变温度中图分类号:TS107文献标志码:C文章编号:1005-9350（2023）09-0038-07Abstract:Temperature regulation performance is one of the important indexes of textile phase change fiber,whiletesting and evaluation methods are not unified in China at present.The phase change fiber was utilized to verify the in
4、fluences of temperature rise rate and sample mass on the phase transformation enthalpy and temperature.Meanwhile,the repeatability of DSC equipment during the detection process was checked.The results show that DSC method can effectivelycharacterize the temperature regulation performance of textile
5、phase change fiber,and the repeatability is good.With the increase of temperature rise rate and sample mass,the phase change temperature increases,and the enthalpy of phasechange also varies.By comparing and analyzing the results,better test conditions are obtained.Key words:textile phase change fib
6、er;DSC;enthalpy of phase change;phase change temperatureInfluence factors of differential scanning calorimetry for temperature regulation performance of textile phase change fiber收稿日期：2022-11-03基金项目：江苏省市场监督管理局科技项目（相变纺织材料检测技术及性能评价研究，KJ21125101）作者简介：赵亮亮（1990），女，河南周口人，工程师，硕士，主要从事纺织品检验与科研标准工作，邮箱：。赵亮亮1，狄
7、宏静1，李爱民2，蒋洁蓉1，李杰1，张艺琦11.江苏省纺织产品质量监督检验研究院，江苏南京210007；2.珀金埃尔默企业管理（上海）有限公司，上海200131ZHAO Liangliang1,DI Hongjing1,LI Aimin2,JIANG Jierong1,LI Jie1,ZHANG Yiqi11.Jiangsu Textiles Quality Services Inspection Testing Institute,Nanjing 210007,China;2.Perkin Elmer Enterprise Management(Shanghai)Co.Ltd.,Shangh
8、ai 200131,China染整技术Textile Dyeing and Finishing JournalVol.45 No.9Sep.2023第45卷第9期2023年9月标准与检测9期精度高等特点，通过获得相变材料的相变温度和相变焓值，在微观上表征相变调温材料的调温性能。相变焓值也叫相变潜热，是相变材料在发生物理相态变化过程即熔融或结晶时吸收或释放的热量。我国纺织相变材料相关的产品标准具体有：行业标准FZ/T 520282013 相变保温粘胶短纤维，标准中规定熔融焓值、结晶焓值的测试方法采用GB/T19466.32004 塑料 差示扫描量热法（DSC）第 3部分 熔融和结晶温度及热焓的测
9、定12；团体标准 T/CTES 10052017 纺织用相变调温微胶囊及其应用功能评价，标准中规定相变熔点、相变凝点和焓值测定按 GB/T 19466.32004 要求，但升温速率改为5/min13；团体标准T/CTES 10452021 婴幼儿及儿童相变调温纺织产品，标准中规定相变调温性能测试按GB/T 19466.32004，但升温速率改为10/min14。通过对比发现，目前对相变焓值的测定均采用GB/T19466.32004，该标准规定升温速率为20/min，但这几项产品标准测试方法中规定使用的升温速率这一主要技术参数并不相同。此外，塑料和纺织相变纤维存在差异，对纺织相变纤维调温性能的测
10、定和表征仍是值得研究的问题。DSC法作为热分析试验中常用且成熟的方法，主要试验参数的升温速率直接影响分子链段运动，样品质量的过多或过少影响试样内部的传热效率和仪器灵敏度，进而会对测试结果产生重要影响15-17，因此，研究这两个主要试验参数对测试结果的准确性、可靠性具有重要意义。本试验选取市场上常用的纺织相变纤维材料，采用 DSC热分析仪对相变纤维进行测试，得到相变纤维的相变温度和相变焓值；对比研究升温速率和样品质量对测试结果的影响，以此确定较优的测试条件；对样品进行重复循环测试，研究 DSC仪在检测过程中的稳定性和可靠性，为日后相关标准的制定提供一定的理论基础。1试验1.1仪器与设备DSC 8
11、000差示扫描量热仪 珀金埃尔默企业管理（上海）有限公司，测试温度范围为-90750，焓值准确度为 0.2%，温度准确度为0.05，测试之前接通仪器和机械制冷电源平衡30 min。梅特勒-托利多电子天平，量程为0220 g，精度为0.01 mg。样品盘：平底铝盘，加盖。1.2试样用目前市场生产的3种相变纤维材料，分别为：样品1，相变焓值约12 J/g，相变温度约30，纤维基体为黏胶纤维；样品2，相变焓值约17 J/g，相变温度约 31，纤维基体为黏胶纤维；样品 3，相变焓值约62 J/g，相变温度约30，纤维基体为莱赛尔纤维。1.3测试与表征在高纯氮气（99.999%）环境下，以 50 mL/
12、min 气流量吹扫，操作程序设定为：以-20 为起始温度，以选定的升温速率升温至60，得到第一次升温曲线，保持2 min；以同样的速率冷却至-20，得到第一次降温曲线，保持 2 min；再以相同的升温速率升温至60，得到第二次升温曲线。每个样品均进行升温-降温-升温循环测试，得到DSC曲线图。第一次升温程序是为了消除材料加工、热历史等因素的影响，通常选取第二次升温曲线和第一次降温曲线作为相变温度和相变焓值的测试曲线。2结果与分析2.1升温速率对相变温度和相变焓值的影响升温速率是DSC热分析测试中重要的设定参数之一。一般来说，较快的升温速率有利于提高测试的灵敏度和效率，但会导致峰形变宽；较慢的升
13、温速率可以提高测试的分辨率，但影响测试效率。本试验根据现有标准以及常规测试采用的升温速率，依次为5、10、15、20/min。样品为1#、2#、3#，样品质量选定为5 mg左右。DSC测试曲线如图1、2所示，结合表1可知，采用不同升温速率，DSC曲线整体形状保持不变，均是在2833 出现熔融，在185 出现结晶，说明样品发生了相变，产生吸热储能和放热释能现象。对比研究发现，随着升温速率的增加，样品的起始熔融温度、熔融峰温度、终止熔融温度均向右移动，即相变过程整体偏向高温方向。而起始结晶温度、结晶峰温度、终止结晶温度均向左移动，即相变过程整体偏向低温方向。主要原因是升温速率较低时，仪器和样品有更
14、多的时间接近热平衡状态，相变反应时间长，相变更充分，样品吸收或释放的热量也会更多；升温速率较高时，样品内部温度传热不均，相变反应时间短，相变不够充分，从而出现整体相变反应滞后的现象。同时，相变焓值存在变化，升温速率在 15、20/min时，相变焓值分别低于5、10/min，再次说明高升温速率下相变反应不够充分，导致相变过程中吸收或赵亮亮，等：纺织相变纤维调温性能差示扫描量热法的检测影响因素39染整技术45卷热流率/mW-20-20010-23.57-1007.175-1020304050605-15-520/min15/min10/min5/min温度/图21#样品不同升温速率的冷结晶曲线热流
15、率/mW-20-20010-28.66-1001019.16-1020304050605/min10/min20/min155-15-5-2515/min温度/图11#样品不同升温速率的熔融曲线释放的热量变少，检测结果偏小。为了对比验证，在相同条件下对2#、3#样品进行表1DSC测试结果试样1#2#3#质量/mg5.125.084.97升温速率/（min-1）510152051015205101520起始熔融温度/28.2428.6628.8929.3628.1928.4628.7328.8626.6426.8527.3727.76熔融峰温度/29.5430.2830.9631.5229.72
16、30.4031.2131.2129.3430.2131.7732.80终止熔融温度/30.2431.3432.5933.3930.4831.8732.8333.6430.9233.0335.0636.63熔融焓值/（Jg-1）12.4412.4812.1811.9917.6917.5217.4917.1363.4863.0761.7561.03起始结晶温度/17.1716.9716.5115.8413.5012.7512.5911.1924.8424.2223.5323.28结晶峰温度/10.9610.579.498.8411.349.929.267.5520.3819.6917.9316.9
17、5冷结晶焓值/（Jg-1）-12.86-12.35-12.2212.08-17.61-17.83-17.11-17.42-65.14-64.05-63.50-64.05409期热流率/mW-20010-20.47-1001060-10203040506010/min2015/min20/min3040505/min温度/图43#样品不同升温速率的熔融曲线热流率/mW-20-20010-32.22-1001019.18-1020304050605/min10/min20/min155-15-5-2515/min-30温度/图32#样品不同升温速率的熔融曲线测试，结果显示趋势相同，具体情况见图3、
18、4和表1。结果表明：用 DSC 法测试比较相变材料的相变温度和相变焓值时，升温速率应当相同，以保证测试结果的可靠性。综合考虑测试时间和效率等因素，当升温速率选取10/min左右时，获得的结果较稳定、准确，又可以提高测试效率。2.2样品量对相变温度和相变焓值的影响在DSC测试过程中，根据样品情况，质量通常为几毫克至几十毫克。样品质量较少时，样品之间的温度传递较快，可以降低样品间的温度梯度，提高仪器信号分辨率。但样品质量过少时，测试灵敏度会减弱，不利于捕捉测试信息。由于样品在熔融过程中会出现体积熔胀的情况，样品质量也不能过多，否则会存在溢出现象，不仅影响测试结果，还会污染仪器。本试验中，由于纤维比
19、较蓬松，体积大，常规的坩埚最多能容纳样品15 mg。因此本试验选取样品质量为515 mg，分3个梯度取样，分别为5、10、15 mg左右。根据前面测试结果，本试验选择升温速率10/min、温度区间-2060 进行测试，同样选取了样品 1#、2#、3#进行测试验证。由图 57 及表 2 可知，样品质量不同时，DSC 曲线整体形状基本保持不变，3个质量梯度的1#样品均在2833 出现熔融峰，但随着样品质量的增加，熔融峰温度整体向右偏移，即熔融温度升高；而相变焓值存在变小的趋势，但整体变化不是很大。对比2#、3#样品发现，趋势基本一致。主要原因是样品量增加会影响样品之间的传热效率，进而使得熔程变长，
20、熔融温度升高；同时，样品量增加，相变反应不够充分，赵亮亮，等：纺织相变纤维调温性能差示扫描量热法的检测影响因素41染整技术45卷热流率/mW-20010-24.943057.59-10203040506010205 mg0504010 mg-20-1015 mg温度/图73#样品不同质量的熔融曲线热流率/mW-200108.0840-1020304050605530351015 mg5 mg152025504510 mg60温度/图62#样品不同质量的熔融曲线热流率/mW-20010-0.7253039.62-102030405060352025101515 mg10 mg5 mg温度/图51
21、#样品不同质量的熔融曲线单位质量的吸热或放热量就会减少，即相变焓值偏小。在使用DSC测试时，应尽量保持样品质量一致，以保证测试结果的可靠性和稳定性。根据本次试验的测试结果和相变纤维样品情况，建议选择样品质量为 510 mg，既满足测试要求，又可以避免造成仪器污染。429期热流率/mW-200101.17010-1020304050602021.611511825温度/图82#样品不同升温次数的熔融曲线2.3仪器测试的稳定性为了验证仪器测试过程中的稳定性，对样品采用循环的升温-降温-升温测试，测试样品为2#、3#，样品质量为1015 mg，升温速率为10/min，进行11次循环，选取第2、5、8
22、、11次升温曲线，结果见图8及表3、4。由图8及表3、4可以看出，两种样品在经过2、5、8、11 次升降温循环后，相变温度的标准差最大为0.062，相变焓值的标准差最大为 0.812，相变温度和相变焓值基本不变，数据比较稳定，说明相变纤维经过11次反复加热，仍具有稳定的调温性能。由此可知，DSC进行相变焓值和相变温度测试时重复性良好，且相变材料在反复加热的情况下，相变焓值基本不变，相变纤维仍具有良好的调温性能。3结语（1）差示扫描量热法能够很好地测试出纺织相变纤维升降温过程中的变化，对纺织相变纤维调温性能有较好的测试性。（2）在一定范围内，随着升温速率的升高或试样量的增加，纺织相变纤维的相变温
23、度逐渐升高，相变焓值也存在变化。因此，用DSC法测试比较纺织相变纤维相变焓值和相变温度时，要尽量控制升温速率表23种样品不同质量熔融曲线结果试样1#2#3#质量/mg5.029.8514.984.999.7714.855.019.8014.75起始熔融温度/28.6628.8229.5228.4728.7531.8426.8427.0428.18熔融峰温度/30.2831.0931.7330.4031.5034.9730.2131.9833.82终止熔融温度/31.3432.5633.9731.8733.3338.1333.0235.1337.94熔融焓值/（Jg-1）12.4812.3812
24、.2117.3717.1317.0363.4162.0660.21试样2#标准差升温速率/（min-1）10质量/mg13.3升温次数25811熔融峰温度/31.8831.8031.7631.740.062熔融焓值/（Jg-1）16.7917.0317.0417.180.162表32#样品相变温度和相变焓值重复测试数据试样3#标准差升温速率/（min-1）10质量/mg13.5升温次数25811熔融峰温度/32.2132.232.2032.220.009熔融焓值/（Jg-1）61.1262.9662.5061.750.812表43#样品相变温度和相变焓值重复测试数据赵亮亮，等：纺织相变纤维调温
25、性能差示扫描量热法的检测影响因素43染整技术45卷和试样量相同，以保证测试结果的可靠、稳定。（3）样品质量为 510 mg，升温速率为 10/min左右时，能较准确、高效地获得纺织相变纤维的相变焓值和相变温度，且DSC仪测试的重复性好。参考文献：1展义臻,朱平,赵雪,等.相变调温纺织品的应用现状J.染整技术,2007,29(7):5-11.2阎若思,王瑞,刘星.相变材料微胶囊在蓄热调温智能纺织品中的应用J.纺织学报,2014,35(9):155-164.3徐炎炎,刘琳,樊争科,等.相变调温纤维调温性能试验分析J.棉纺织技术,2021(12):28-32.4贺润音,吴雨曦,王朝晖,等.相变材料调
26、温服装调温性能研究进展J.国际纺织导报,2020(11):47-54.5张东尧,白开皓,李传常.复合相变织物的制备及应用J.材料导报,2022,36(8):166-171.6PAKDEL E,NAEBE M,SUN L,et al.Advanced functionalfibrous materials for enhanced thermoregulating performanceJ.ACS Applied Materials&Interfaces,2019,11(14):13039-13057.7黄天宸,陈丽华,张冲,等.相变纤维织物的调温性能研究及表征J.上海纺织科技,2022,50(
27、6):15-18.8余弘,肖尧,沈悦明.相变调温纺织品动态调温性能的表征J.染整技术,2021,43(10):37-56.9肖尧,余弘,李卫东,等.相变调温纺织品研究现状及评价方法J.纺织检测与标准,2019(4):1-5.10展义臻,韩文忠,赵雪,等.相变调温纺织品的热性能测试方法与指标C/铜牛杯第九届功能性纺织品及纳米技术研讨会论文集,2009.11姚连珍,杨文芳,梁庆忠.蓄热调温纺织品的研究进展J.印染助剂,2013,30(12):1-4.12FZ/T 520282013,相变保温粘胶短纤维S.13T/CTES 10052017,纺织用相变调温微胶囊及其应用功能评价S.14T/CTES
28、1045-2021,婴幼儿及儿童相变调温纺织产品S.15丁志英,唐贤文,李向峰,等.基于DSC的石蜡相变潜热检测影响因素分析J.科技创新导报,2020,17(13):127-129.16王燕,默云娟,张静,等.DSC法测定聚合物熔融温度的研究J.炼油与化工,2020,31(5):58-60.17韩春艳.聚合物DSC测试结果的影响因素探讨J.合成纤维工业,2004,27(5):57-59.（上接第37页）European Polymer Journal,2021,160:110803.4陈煜南,付赵跃.聚偏氟乙烯(PVDF)膜反应器除去垃圾渗滤液中氨氮的应用J.化学工程师,2018,32(5):
29、42-44,54.5贾红友,陈华艳,石兴达,等.烷基硅烷自组装中空纤维膜及膜蒸馏脱盐性能J.高分子材料科学与工程,2022,38(8):25-34.6PODDIGHE M,INNOCENZI P.Hydrophobic thin films fromsol-gel processing:A critical reviewJ.Materials,2021,14(22):6799.7SAFONOV A I,TIMOSHENKO N I,PANIN D Y.The use ofmolybdenumactivatorfordepositionoffluoropolymercoatings with d
30、ifferent structures by the HW CVD methodJ.Interfacial Phenomena and Heat Transfer,2019,7(2):97-103.8AHN S M,KIM T H,YUK J,et al.Perfluorocyclobutyl-containingmultiblockcopolymerstoinduceenhancedhydrophilic/hydrophobic phase separation and high protonconductivity at low humidityJ.Journal of Membrane
31、Science,2021,641:119892.9LIU B,WANG Y L,LIANG L.Preparation and performance ofsupercritical carbon dioxide thickenerJ.Polymers,2021,13(1):78.DOI:10.3390/polym13010078.10毛良冬,吴德洋,彭建,等.超临界二氧化碳制备聚丙烯发泡材料进展J.塑料,2022,51(2):76-79.11ZENG J,KONG H,DU X,et al.Surface modification of PBOfibers with 2,2-Bis(3-amino-4-hydroxyphenyl)hexafluoropropane in supercritical carbon dioxide for enhancinginterfacial strengthJ.Materials Today Chemistry,2021,20(4):100426.欢 迎 投 稿、订 阅惠 登 广 告染整技术 编辑部44
