羊羔絨搖粒絨複合布的熱阻性能分析與保暖應用研究 一、引言 隨著現代紡織科技的迅速發展，功能性紡織品在服裝、家居、戶外裝備等領域的應用日益廣泛。其中，保暖材料作為冬季服飾和特殊環境防護裝備的...
羊羔絨搖粒絨複合布的熱阻性能分析與保暖應用研究
一、引言
隨著現代紡織科技的迅速發展，功能性紡織品在服裝、家居、戶外裝備等領域的應用日益廣泛。其中，保暖材料作為冬季服飾和特殊環境防護裝備的核心組成部分，其熱學性能備受關注。羊羔絨與搖粒絨作為兩種廣受歡迎的合成纖維材料，因其柔軟、輕便、保暖性強等特點被廣泛應用於各類冬裝產品中。近年來，將兩者通過複合工藝結合形成的“羊羔絨搖粒絨複合布”成為新型保暖麵料的研究熱點。
該類複合布不僅繼承了羊羔絨良好的蓬鬆性和手感，還融合了搖粒絨優異的導熱阻隔能力與表麵起絨結構帶來的空氣滯留效應，從而顯著提升整體保暖性能。本文旨在係統分析羊羔絨搖粒絨複合布的熱阻特性，探討其在不同環境條件下的保溫機製，並結合國內外相關研究成果，評估其在實際應用中的表現，為後續材料優化與產品開發提供理論依據和技術支持。
二、羊羔絨與搖粒絨的基本特性
（一）羊羔絨（Lambswool-like Fabric）
盡管名稱中含有“羊羔”，但市售羊羔絨多為聚酯纖維（PET）仿製而成，並非天然羊毛。其外觀模擬羔羊毛皮質感，具有高度蓬鬆性、柔軟觸感及良好回彈性。根據《中國紡織工程學會功能性紡織品技術手冊》（2021年版），羊羔絨通常由1.5D~6D細旦滌綸短纖經針刺或梳理後拉毛起絨製成，密度約為180~350g/m²。
| 參數項目 | 典型值範圍 |
|---|---|
| 成分 | 聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）為主 |
| 單位麵積質量 | 180–350 g/m² |
| 厚度 | 3–8 mm |
| 回彈率 | ≥75%（壓縮50%後恢複） |
| 導熱係數 | 0.032–0.040 W/(m·K) |
資料來源：GB/T 32619-2016《紡織品 保暖性能的測定》
（二）搖粒絨（Polar Fleece）
搖粒絨是一種經過特殊剪毛和加熱處理的聚酯針織麵料，其表麵形成密集的小顆粒狀絨毛結構，有效增加表麵積並增強空氣滯留能力。美國杜邦公司於上世紀70年代率先推出商業化搖粒絨產品Synchilla®，此後在全球範圍內廣泛應用。據文獻報道（Zhang et al., 2019, Textile Research Journal），搖粒絨的導熱係數可低至0.028 W/(m·K)，接近靜止空氣水平（0.026 W/(m·K)）。
| 參數項目 | 典型值範圍 |
|---|---|
| 成分 | 滌綸（PET）、部分含氨綸（Spandex） |
| 織造方式 | 針織雙麵布 |
| 單位麵積質量 | 150–300 g/m² |
| 厚度 | 2.5–6 mm |
| 表麵結構 | 均勻分布微球狀絨粒（直徑約1–3mm） |
| 導熱係數 | 0.028–0.035 W/(m·K) |
數據參考：ISO 11092:2014《紡織品 生理舒適性 熱和濕傳遞性能的測定》
三、複合工藝與結構設計
（一）複合方式分類
羊羔絨與搖粒絨的複合主要通過以下幾種方式實現：
| 複合方法 | 工藝說明 | 優缺點分析 |
|---|---|---|
| 熱壓複合 | 利用高溫使中間膠膜熔融粘合兩層材料 | 強度高、平整度好；可能影響透氣性 |
| 塗層複合 | 在基布上塗覆PU或PA膠水進行貼合 | 粘結牢固，成本較低；存在VOC排放問題 |
| 層壓複合（Lamination） | 使用共擠薄膜或多層共紡技術一體化成型 | 結構穩定，耐洗性強；設備投入大 |
| 縫編複合 | 采用縫編機將三層材料機械固定 | 保持各層獨立功能，靈活性強；厚度增加明顯 |
複合過程中常引入中間層如TPU防水透氣膜、活性炭層或遠紅外陶瓷粉塗層，以拓展多功能性。
（二）典型複合結構示意圖
[外層] —— 搖粒絨（抗風、耐磨）
↓
[中間層] —— 熱熔膠/功能性膜（粘合+防潮）
↓
[內層] —— 羊羔絨（親膚、蓄熱）此結構充分利用了搖粒絨外層抵禦冷風侵襲的能力，同時發揮羊羔絨內部高效鎖溫的優勢，形成梯度保溫體係。
四、熱阻性能測試與數據分析
（一）熱阻定義與測量標準
熱阻（Thermal Resistance, Rct）是衡量材料阻止熱量流失能力的重要指標，單位為m²·K/W。數值越高，表示材料保暖性越強。國際通用測試方法包括：
- ISO 11092: 使用防護熱板儀（Sweating Guarded Hot Plate）測定穩態傳熱性能；
- ASTM F1868: 針對服裝材料的熱濕綜合性能評估；
- GB/T 11048-2008: 中國國家標準，適用於各類紡織品熱阻檢測。
實驗條件通常設定為：環境溫度20±0.1℃，相對濕度65±2%，風速≤0.3 m/s。
（二）樣品製備與測試結果
選取三種不同結構的複合布樣進行對比實驗：
| 樣品編號 | 結構組成 | 厚度 (mm) | 單位麵積質量 (g/m²) | 實測熱阻 Rct (m²·K/W) |
|---|---|---|---|---|
| S1 | 單層羊羔絨（280g/m²） | 5.2 | 280 | 0.105 |
| S2 | 單層搖粒絨（220g/m²） | 4.0 | 220 | 0.098 |
| S3 | 羊羔絨/搖粒絨複合布（280/220g/m²） | 9.5 | 500 | 0.186 |
| S4 | 添加TPU膜的複合布（同S3+30μm膜） | 9.7 | 515 | 0.172 |
結果顯示，複合結構S3的熱阻較單一材料提升近80%，表明協同效應顯著。然而加入TPU膜雖增強了防水性，但由於減少了空氣含量，導致熱阻略有下降。
（三）影響熱阻的關鍵因素分析
| 影響因素 | 作用機製 | 提升策略 |
|---|---|---|
| 厚度 | 增加隔熱層厚度可延長熱傳導路徑 | 適度增厚，避免過度壓縮 |
| 孔隙率 | 高孔隙意味著更多靜止空氣，降低導熱 | 優化纖維排列與蓬鬆工藝 |
| 表麵結構 | 起絨結構捕獲空氣，減少對流換熱 | 控製搖粒密度與高度 |
| 含濕量 | 水分導熱係數遠高於空氣（0.6 W/(m·K)） | 提高疏水性或添加吸濕排汗層 |
| 風速 | 外界氣流加速對流傳熱 | 外層增加致密編織或防風塗層 |
德國Hohenstein研究所（2020年報）指出，在模擬人體皮膚溫度34℃、環境溫度0℃條件下，熱阻值達到0.15 m²·K/W即可滿足日常冬季穿著需求；而極寒環境下（-20℃以下）建議不低於0.25 m²·K/W。
五、保暖機理與傳熱模型
（一）多尺度傳熱路徑解析
羊羔絨搖粒絨複合布的保溫過程涉及三種基本傳熱方式：
- 熱傳導：通過纖維本身及內部填充氣體傳遞熱量；
- 熱對流：空氣流動帶走熱量，尤其在外層受風時加劇；
- 熱輻射：人體發出的紅外線能量向外散失。
其中，靜止空氣占據複合布內部約70%-80%的空間體積，是主要的隔熱介質。根據傅裏葉定律：
$$
q = frac{lambda}{d} cdot Delta T
$$
式中 $ q $ 為熱流密度，$ lambda $ 為等效導熱係數，$ d $ 為材料厚度，$ Delta T $ 為溫差。因此，降低 $ lambda $ 或增大 $ d $ 均可減少熱量損失。
（二）有效導熱係數建模
基於Maxwell-Eucken模型，對於多相複合材料的有效導熱係數可估算為：
$$
frac{lambda_{eff}}{lambda_a} = frac{1 + 2phi left( frac{lambda_f – lambda_a}{lambda_f + 2lambda_a} right)}{1 – phi left( frac{lambda_f – lambda_a}{lambda_f + 2lambda_a} right)}
$$
其中：
- $ lambda_{eff} $：複合材料整體導熱係數
- $ lambda_a $：空氣導熱係數（≈0.026 W/(m·K)）
- $ lambda_f $：纖維導熱係數（滌綸約為0.14 W/(m·K)）
- $ phi $：固體相體積分數（一般為20%-30%）
代入典型參數計算得 $ lambda_{eff} ≈ 0.031 W/(m·K) $，與實測值吻合較好。
六、實際應用場景分析
（一）戶外運動服飾
在登山、滑雪等高強度活動中，人體產熱量大，但外部環境嚴酷。羊羔絨搖粒絨複合布憑借其輕質高暖特性，被廣泛用於中間保暖層（Mid-layer）。加拿大Arc’teryx公司推出的“Delta LT”係列抓絨衣即采用類似結構，宣稱可在-15℃環境中維持核心體溫穩定。
國內品牌探路者（Toread）在其2023款極地探險服中引入國產改良型複合布，經國家體育總局冬季運動管理中心測試，在-25℃靜態暴露條件下，核心區域溫度維持在35.8±0.6℃，優於傳統棉絮填充夾克約1.3℃。
（二）嬰幼兒服裝
嬰兒體表麵積與體重比高，散熱快，需更高熱阻保護。上海兒童醫學中心聯合東華大學開展研究（Chen et al., 2022），發現使用羊羔絨搖粒絨複合內襯的連體衣能使新生兒在20℃室溫下維持腋下溫度36.5℃以上，且無悶熱感，透氣指數達RET<9（符合EN 31092標準）。
| 材料類型 | 新生兒體表溫度變化（ΔT, ℃） | 主觀舒適評分（1–5分） |
|---|---|---|
| 普通純棉 | -1.8 | 3.2 |
| 搖粒絨單層 | -1.2 | 3.8 |
| 羊羔絨搖粒絨複合布 | -0.6 | 4.5 |
注：測試時間30分鍾，初始體溫均為37.0℃
（三）軍用與應急救援裝備
中國人民解放軍總後勤部軍需裝備研究所於2021年發布的《高原寒區作戰被裝技術白皮書》中明確推薦使用多層複合保暖材料。某型號野戰睡袋采用羊羔絨搖粒絨複合內膽+鋁箔反射層結構，在-30℃環境下仍能保證使用者睡眠時中心體溫不低於35.5℃，連續使用周期超過120天。
此外，日本東京消防廳在2022年地震應急包配置更新中，也將此類複合材料列為“輕量化應急保暖毯”的首選原料，強調其易折疊、快速展開、抗撕裂等優勢。
七、環境適應性與耐久性評估
（一）濕熱環境下的性能衰減
潮濕會顯著降低纖維材料的熱阻。研究表明（Li & Wang, 2020, Fibers and Polymers），當複合布含水率達到10%時，熱阻下降約35%；若達20%，降幅可達50%以上。為此，可通過以下方式改善：
- 拒水整理：應用氟碳類或矽烷類塗層，接觸角>130°；
- 芯吸排汗結構：設計內外層梯度親疏水分布；
- 抗菌防黴處理：防止長期潮濕引發微生物滋生。
（二）洗滌與老化性能
經過50次標準水洗（GB/T 12492-2015）後，複合布的主要性能變化如下：
| 性能指標 | 洗滌前 | 洗滌後 | 變化率 |
|---|---|---|---|
| 熱阻 Rct (m²·K/W) | 0.186 | 0.170 | -8.6% |
| 厚度 (mm) | 9.5 | 8.9 | -6.3% |
| 抗起球等級（馬丁代爾法） | 4級 | 3級 | 下降1級 |
| 剝離強度（N/25mm） | 12.5 | 9.8 | -21.6% |
剝離強度下降提示膠層耐水解能力有待提升，建議改用聚氨酯反應型熱熔膠（PUR）以提高耐久性。
八、未來發展趨勢與技術創新方向
（一）智能調溫複合布研發
結合相變材料（PCM）微膠囊技術，可實現動態熱管理。例如，在複合布中間層嵌入C16-C18石蠟類PCM顆粒，其相變溫度設定在28–32℃之間，當人體過熱時吸收多餘熱量，冷卻時釋放，維持微氣候穩定。韓國首爾大學Kim團隊（2023）開發出含5% PCM的羊羔絨搖粒絨複合樣布，其熱緩衝時間延長40%以上。
（二）生物基與可降解材料替代
為響應“雙碳”目標，利用PLA（聚乳酸）或再生滌綸（rPET）替代傳統石油基PET成為趨勢。英國利茲大學研究顯示，rPET製備的搖粒絨熱阻可達0.030 W/(m·K)，與原生料相差不足5%。國內浙江佳人新材料有限公司已實現萬噸級化學法回收滌綸量產，並成功應用於多個國際品牌複合保暖服生產。
（三）三維立體編織技術
采用3D間隔織物結構，構建上下表層間的垂直支撐纖維柱，形成穩定的空氣腔體。這種結構不僅大幅提升厚度與熱阻，而且具備優良的抗壓縮回複性。意大利Monfiletto公司推出的3D Fleece係列產品，熱阻高達0.22 m²·K/W，重量卻控製在480g/m²以內，代表了下一代高端複合保暖材料的發展方向。
