綿の衣類は柔らかくて暖かいですが、スポーツシーンでは敬遠されがちです。その理由は、綿繊維が湿気を吸収しやすく、閉じ込めやすいためです。衣服が濡れると、体の熱の放散が促進されます。最近、中国科学院の研究チームは、綿と同じくらいふわふわで快適であると同時に、効果的に湿気をはじき、「蓄熱-放熱」のインテリジェントな調整機能を実現する新しい合成繊維エアロゲル素材を開発しました。
この研究は、中国科学院のZhang Shihui氏、Zhang Zhihua氏、Shi Quan氏らのチームによって完了した。用意したのは「相変化ファイバーエアロゲル」（PCFA）と呼ばれる軽量で柔軟な素材。この素材は疎水性（撥水性）ポリマー繊維で構成されており、同時にマイクロカプセル状の相変化炭化水素物質が繊維内部に均一に分散されています。綿球のようなふわふわした形状に加工したり、平らな布シート状に加工したりすることができます。
低温環境では、これらの相変化炭化水素分子の構造により繊維が互いに近づき、しっかりと結合することで熱を「ロック」し、蓄熱効果を実現します。温度が約26.2℃の転移点まで上昇すると、相変化炭化水素の構造が変化し、繊維骨格が開き、元々蓄えられていた熱が放出され、人体の周囲の微小環境の温度を動的に調節します。
実験では、研究者らは約15cm×20cmの素材サンプルを使用し、同じサイズの綿生地サンプルと比較して性能試験を実施した。結果は、高湿度環境において、新素材サンプルは水蒸気や水滴をほとんど吸収しないのに対し、綿生地サンプルは湿気を大幅に吸収することを示しています。高温および低温の変換条件下では、PCFA 材料は設計の期待に沿って、周囲温度に応じて蓄熱状態と放熱状態を切り替えることができます。
また、片手に同じ厚さのPCFA生地、もう一方の手に綿生地を巻き、マイナス25℃の低温環境に置き、実際の着用を想定した保温試験も実施し比較した。実験の結果、このような極寒の環境下では、PCFA素材に包まれた手は通常の綿布に包まれた手よりもはるかに暖かいことがわかり、新素材の優れた断熱性能が実証されました。
耐久性の観点から、研究者は素材に対して複数の洗濯テストを実施しました。 20 回の洗濯サイクル後も、この新しい素材は繊維の脱落がほとんどなく、元のふわふわした外観を維持していました。さらに重要なことは、その断熱性能はわずかに低下するだけであり、「ヒートロック」能力の約 97% がまだ保持されており、この材料が毎日の使用や清掃条件下で優れた安定性を備えていることを示しています。
実験では、この相変化繊維エアロゲルは優れた柔軟性を持ち、常に曲げ続ける指に巻き付けても明らかなひび割れや破損が生じることなく構造の完全性を維持できることも示しています。この特性は、将来的に衣服や手袋などのウェアラブル製品に使用された場合でも、この素材が人体の頻繁な動きに適応し、傷つきにくいことを意味します。
研究チームは、さらなる最適化と技術開発により、この新しいタイプのふわふわした合成繊維素材は、極寒の環境でのアウトドア用衣類、手袋、その他の防寒装備に使用されることが期待され、寒冷地での作業やアウトドアスポーツに快適性、耐湿性、暖かさを兼ね備えた新しい生地の選択肢を提供すると述べた。関連する結果はジャーナル ACS Energy Letters に掲載され、研究の進捗状況は米国化学会によって発表されました。