自己発熱下着はどのようにして空気から熱を発生させるのでしょうか?

要点

★ 熱は何も無いところからは生まれません。発熱繊維は「外力」の力を借りて熱を発生させます。

★ 自己発熱下着は主に「吸湿発熱」を利用しており、つまり汗がエネルギーを供給します。

冬の防寒服市場では、多くの下着に「自己発熱」機能が付いており、衣服自体が発熱して人体に暖かさを提供できると主張しています。では、この「自己発熱」機能は本当なのでしょうか?

エネルギー保存の法則の観点からすると、熱は確かに空気から発生することはできないので、「無から有を生み出す」ことができる「自己発熱」衣類など存在しません。しかし、特定の条件下では少し余分な暖かさを提供できる発熱繊維素材は確かに数多く存在します。これらの素材で作られた衣服は、格別に暖かくするために特に厚くする必要はありません。

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では、これらの魔法の材料はどのようにして熱を発生させるのでしょうか?これらの服を着る時や洗濯する時に注意すべきことは何ですか？今日はその秘密を明かしましょう！

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魔法の加熱繊維

あらゆる種類の自己発熱繊維が実際に外部の力の助けを借りて熱を発生することは疑いの余地がありません。

たとえば、光熱繊維は太陽光を吸収し、人体からの熱放射を反射します。電気加熱繊維は電気が加えられると熱くなります。相変化繊維は、物質の相変化を通じて潜熱を放出または吸収することで温度を調節します。しかし、日常の衣類で最も一般的に使用されている加熱機構は「吸湿発熱」です。

吸湿発熱繊維は主に人体から発せられる水蒸気、つまり汗を吸収し、水素結合を形成して熱を放出します。繊維の構造には、簡単に言えば「水を好む」原子団である親水基がいくつかあり、これが水分子と結合して熱を発生し、水分子の運動エネルギーも熱に変換されます。

水素結合は、分子間力と共有結合の間にある特殊なタイプの化学結合です。通常は水中に存在し、水分子間で絶えず分解と再結合を繰り返します。 |インターネットから

一般的な繊維はすべて水分を吸収して熱を発生する能力を持っていますが、種類によって熱発生能力は異なります。特殊な自己発熱繊維は化学組成に親水性基が多く含まれているため、繊維の吸湿性が向上し、水分を吸収した後により多くの熱を放出します。

繊維の吸湿性を向上させるには、親水化処理のために繊維に親水基を付加するだけでなく、繊維の表面形態を変化させて繊維表面に水分子が吸着しやすくなるようにすることもできる。

例えば、繊維表面の溝の数と深さを増やすことで、繊維の水蒸気吸着能力を向上させることができます。下の写真では、右側の2種類の吸湿発熱繊維の表面溝の数と深さが、一番左側の一般的なアクリル繊維を上回っています。

走査型電子顕微鏡によるさまざまな繊維の形態。 |引用文献より

吸湿発熱繊維は水分を吸収することで熱を放出しますが、繊維が水分で「飽和」すると、熱放出反応が遅くなります。吸湿性繊維も同時に水分を放出し、この過程で再び熱を吸収します。水分が時間内に除去されない場合、吸湿繊維が着用者に不快感を与えます。

そのため、この不快感を改善するために、多くの生地では吸湿発熱繊維を他の種類の繊維と混紡し、吸湿・放熱と放湿・乾燥のバランスを実現しています。アクリル繊維やポリエステル繊維など。

発熱下着にはさまざまな種類があります |電子商取引ウェブサイトのスクリーンショット

では、多種多様な発熱下着製品がある中で、どのように選べばよいのでしょうか？

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発熱服には「基準」がある

私の国には現在、吸湿発熱下着に関する強制的な基準はありませんが、業界標準のFZ/T 73036-2010「吸湿発熱ニット下着」を参照して吸湿発熱下着を評価することができます。この規格では、吸湿発熱性能に関して、最大温度上昇値が4.0℃以上であること、および30分間の平均温度上昇値が3.0℃以上であることという2つの指標を提案しています。

消費者は、吸湿発熱下着を購入する際、販売業者による誇張した宣伝に注意し、正規のルートと信頼できるブランドを選ぶ必要があります。また、基準を満たした下着は、商品タグの実施基準欄に「FZ/T73036-2010『吸湿発熱ニット下着』基準に適合している」と明記され、購入時の参考にすることができます。

肌がデリケートな乳幼児には、吸湿発熱下着の着用はおすすめできません。吸湿発熱下着は、吸湿-発熱-放湿-吸熱のサイクルを繰り返し、乳幼児に肌不快感を与えやすいからです。

特定の湿気を逃がし、熱を発生する衣類に関する標準的な手順。 |インターネットから

また、電熱繊維を含んだ衣類も良い選択です。一般的には金属繊維、炭素繊維、複合加熱繊維などがあります。原理は電気毛布と似ており、加熱繊維を布地に織り込んだり、特殊な加熱ユニットにして衣類の中間層に縫い付けたりします。外部電源を介してデバイスに電力を継続的に供給することで、電気エネルギーを熱エネルギーに変換し、人体に伝達することができます。

電熱衣類は一般的に外部電源を使用します。電源が切れない限り、長時間の暖房が可能です。厳しい寒さの中で長時間屋外で働く人に最適です。市販の電熱服は一般的に小型のモバイルバッテリーで駆動しており、電圧が低く比較的安全です。消費者は、電熱繊維を曲げたり折り曲げたりしないように着用時に注意する必要があります。曲げたり折り曲げたりすると、局所的な過熱や火傷を引き起こす可能性があります。

電熱服はより長く暖かさを保つことができ、厳しい寒さの中で長時間屋外で働く人々に最適です。 |トゥチョンクリエイティブ

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自己発熱衣類のお手入れ方法は？

吸湿発熱繊維の性能は日常のお手入れでは影響を受けませんので、通常通りお手入れしていただけます。ただし、吸湿発熱下着の生地は吸湿発熱繊維をはじめとしたさまざまな繊維が混紡されていることが多く、特殊な織り方をしている生地もあるため、洗濯の際はぬるま湯で優しく洗い、高温のお湯の使用や強いこすり洗いは避け、日光に当てないように注意しましょう。

電気加熱衣類を洗濯することは一般的に推奨されません。洗濯すると電気加熱繊維や加熱ユニットが損傷し、加熱効果が低下したり、安全上の危険が生じたりするためです。

まとめると、認定された「自己発熱」下着は、実際に空気から熱を発生させることはできませんが、着用すると確かに暖かくなります。購入時にニーズに応じて選択でき、業界標準を満たす製品を優先できます。

著者: 宋立丹、中国紡織建設計画研究所産業研究部コンサルティングエンジニア

レビュー |中国繊維建設計画研究所主任エンジニア 張傑氏

編集者 |丁宗江凡

編集者 |ガオ・ペイウェン

この記事は、「科学噂反論プラットフォーム」（ID: Science_Facts）によって作成されました。転載の際は出典を明記してください。

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参考文献:

Xiao Xueliang、Chen Tianjiao、Xie Yuntao 他発熱性衣料用生地の開発と応用[J]。ジャーナルオブクロージング、2021年。