テクノロジーを身に着けると、暖かさとスタイルの両方が手に入る

先日終わった春節休暇中、寒波の影響で国内の一部地域では気温が急激に下がり、「急速冷凍」状態となった。

中央気象台の情報によると、連休期間中、中国東北部と華北の一部地域で気温がこの冬最低を記録し、黒竜江省モヘ市では最低気温が氷点下53度まで下がった。

寒さを防ぐために、「気温よりもスタイルを重視する」若者でも厚手のコートを着る人が多い。

しかし、暖かく過ごしたいなら、餃子のように体を包む必要はありません。昨今、冬服に使われる「ブラックテクノロジー」は、人々に「優雅さと暖かさ」を与えることができます。

「人体の熱損失は熱伝達によって引き起こされます。熱伝達には伝導、対流、放射という 3 つの基本的な方法があります。」天津工科大学紡織科学工学学院の上級エンジニア兼博士課程の指導教員である夏兆鵬氏は記者のインタビューで、保温効果を実現するために、冬用防寒服のデザインでは、これら3つの方法を通じて熱の損失を減らすよう最大限に努めるべきだと語った。冬用の断熱材や断熱衣料もこの原理に基づいて開発・設計されています。

模造グースダウン：

濡れても暖かさを保ちます

「冬は人体と外部の低温環境の間に大きな温度差があり、熱伝導を引き起こします。つまり、熱は高温から低温に伝導されます。衣服に熱伝導率の低い高毛保温中綿を入れると、熱伝導を防ぎ、人体からの熱の損失を減らし、保温の目的を達成できます。」夏兆鵬氏は、このタイプの断熱充填材は主に熱伝導を遮断する役割を果たすと紹介した。現在、天然素材としては綿、ウール、ダウンなどが一般的で、化学繊維素材としては中空ポリエステル、スプレーコーティング綿などが一般的です。

伝統的な断熱充填材と比較して、近年いくつかの新しい断熱充填材が登場しており、その中で最も代表的なものは、模造ガチョウの羽毛構造を備えた高断熱詰め物です。この中綿素材は暖かくて軽量なだけでなく、濡れた状態でも暖かさを保ち続けます。 2022年北京冬季オリンピックでは、中国選手の防寒服にこのガチョウの羽毛のような高保温綿が詰め物として使用され、完全に濡れた状態でも98％の保温率を達成できる。

イミテーショングースダウン構造高断熱詰め物の主成分は、直径と長さがグースダウン繊維とほとんど変わらないイミテーショングースダウンで、遠赤外線ポリエステルとホットメルトポリエステルが混合されています。 「夏兆鵬氏は、模造ガチョウ羽毛は主に中空ポリエステルとY字型ポリエステルで構成されていると説明しました。この2種類のポリエステルは静止空気を最大限に蓄えることができ、静止空気はよりよく熱を保持できます。また、中空ポリエステルとY字型ポリエステルは、水に浸しても一定量の静止空気を蓄えることができます。」

ガチョウの羽毛を模した構造の高断熱詰め物は、かさばる、臭いがある、抜けやすい、高価であるなどの天然ガチョウの羽毛の欠点を克服できます。また、超軽量、超薄型、濡れた状態でも暖かく、非常にふわふわしています。洗濯後の復元性も良く、縮みにくく保温率も低下しません。

カーボンナノチューブ加熱フィルム：

電源を入れるとすぐに温まり、温度調節可能

発熱素材で作られた電熱服は、国内外で最も研究されている冬物衣料の一つです。

「一般的な発熱材料には、ニッケルクロム電熱線、複合電熱線、炭素繊維電熱線、カーボンナノチューブ電熱フィルムなどがあります。これらの材料を衣服に組み込んで電熱衣服を作ります。電熱衣服を充電装置に接続すると、衣服内の発熱材料を通過する電流によって熱が発生し、まるで電気毛布を体に当てているかのようになります。」夏兆鵬氏は、これに加えてこのタイプの衣服にはセンサーも内蔵されており、Bluetoothを介して衣服のインテリジェントな温度制御を実現できると紹介した。ユーザーはアプリをダウンロードするだけで、携帯電話を使用していつでも衣服の温度を調整できます。

その中で、カーボンナノチューブ加熱フィルムは、温度制御加熱システムの重要な構成要素として、非常に優れた応用見通しを持っています。 「カーボンナノチューブ加熱フィルムは繰り返し洗浄でき、10万回以上の曲げにも耐えられます。フィルムの厚さは約数十ミクロンで、柔軟性が非常に高く、加熱効率は65％以上です。」夏兆鵬が追加

さらに、ニッケルクロム電熱線、複合電熱線などの比較的安価な金属線線状発熱体も、加熱の「専門家」です。

「金属線材は導電性が高く、電熱性能が優れており、感知や電磁シールドなどの特性を持っています。複合電熱線を例にとると、金属線にモリブデンが添加されており、金属の酸化が低減されるだけでなく、金属電熱素子の耐久性も向上します。」夏兆鵬氏は、モリブデンを含む金属線が冷間伸張プロセスによってミクロンレベルの金属マイクロワイヤに変化し、金属線から繊維に変化すると紹介した。この繊維はポリエステル糸と混紡して糸を作ることができ、この糸から作られた布地は導電性を有します。

この導電性生地は、通常の導電性生地と比較して、柔軟性と快適性が向上しています。 「柔軟性や形状は従来の繊維や糸に非常に近く、着心地も向上しています。」しかし、夏兆鵬氏は、このタイプの衣料品の素材には、長期間の洗濯に耐えられなかったり、比較的重いなどの欠点がまだあると述べた。

人体赤外線反射材：

人体の熱放射反射率は60%に達する

赤外線熱放射は人体からの熱損失のもう一つの形態です。伝統的な繊維は赤外線放射率が高く、熱が急速に失われます。研究によれば、綿は必然的に体の熱の 50% 以上を中赤外線の形で放射するそうです。人体赤外線反射材は、人体から放射される赤外線を人体に反射することで赤外線熱放射損失を低減し、保温効果を実現します。

「人体赤外線反射材のほとんどは金属粒子でできています。これらの粒子は微細構造の形で存在します。この材料を布地に取り付けると、赤外線波反射層が形成されます。この反射層は人体から放射される赤外線波のほとんどを反射し、断熱効果を実現します。」夏兆鵬が付け加えた。

「人体赤外線反射素材は、通常、冬用アウターウェアの裏地に使用されます。一般的に、人体の熱放射反射率は60％に達し、衣服の防寒・保温効果を大幅に向上させることができます。」しかし、夏兆鵬氏は、超低温環境に長時間いると、人体から放射される熱が限られているため、この素材は理想的な保温効果を発揮できない可能性があると述べた。

ポリテトラフルオロエチレン微多孔膜：

低温環境でも通気性と防水性を発揮

冬には屋外で雨、雪、霜などの天候が発生する場合があります。高密度の防水層は雨、雪、霜などの侵入を防ぎ、衣服の内側の断熱材が濡れることによる断熱係数の低下、断熱効率の低下、さらには故障を回避します。

「防水素材は、高密度織物の外側にポリテトラフルオロエチレン微多孔膜、水性ポリウレタン膜、またはポリウレタン膜の層を貼り付けたものです。」夏兆鵬氏は、ポリテトラフルオロエチレン微多孔膜には1平方センチメートルあたり10億個以上の穴があると説明した。低温環境では、これらの穴の開口率は 80% に達することがあります。この穴の直径は水蒸気分子の直径の700倍の大きさで、人体から出る汗の蒸気が通過できるため、衣服の通気性を保ちます。ポリテトラフルオロエチレン微多孔膜の穴の直径は通常の水の直径より何倍も小さいため、外部からの液体の水は通過できず、防水の目的を達成します。

出典：科技日報、内モンゴル科学技術協会「クラウド科学普及」アプリ

編集者：喬宇新

レビュアー: Naren Na Zhao Lewen