紡織纖維的導熱系數、保暖性、導熱方向性差異

在溫差場(chǎng)中傳熱的方式有三種：傳導、輻射、對流，雖然其概念定義比較清晰，但在實(shí)際測量中卻難以細致區分。人們?；\統地把熱量從高溫向低溫傳遞稱(chēng)之為導熱性，其特征值為導熱系數；而把對熱量傳遞的阻隔能力稱(chēng)之為保暖性，其特征值為熱阻。由于作為服用對象的紡織材料通常是以纖維集合體的形式出現，所以研究纖維集合體的導熱性質(zhì)具有重要的實(shí)際價(jià)值。
一、纖維的導熱系數
8 v: M2 [' e8 T6 L' F* ?( Y- u2 H1.基本概念
纖維材料的導熱系數是指：在傳熱方向上，纖維材料厚度為１ｍ、面積為１ｍ^２，兩個(gè)平行表面之間的溫差為１℃，１ｓ內通過(guò)材料傳導的熱量焦耳數?？捎孟率絹?lái)表示：
λ＝ Ｑ·Ｄ/ΔＴ·ｔ·Ａ
式中：λ———導熱系數，Ｊ／（ｍ·ｓ·℃）或Ｗ／（ｍ·℃）；
- d; o. R0 j7 o7 ^1 \) Z  CＱ———傳導的熱量，Ｊ；
2 r2 \- O. A# O" l4 dＤ———材料的厚度，ｍ；
1 s0 R9 ^. g( a7 P* JΔＴ———溫差，℃；
ｔ———傳導熱量的時(shí)間，ｓ；
Ａ———材料的截面積，ｍ^２。
導熱系數也稱(chēng)熱導率（其倒數稱(chēng)為熱阻），它表示的是材料在一定溫度梯度條件下，熱能通過(guò)物質(zhì)本身擴散的速度，物理學(xué)中常用單位為Ｗ／（ｍ·Ｋ），有時(shí)也以Ｗ／（ｍ·℃）為單位。導熱系數λ值越小，表示材料的導熱性越低，它的熱絕緣性或保暖性越好。通常把導熱系數較低的材料稱(chēng)為保溫材料，常用的紡織纖維都是優(yōu)良的保溫材料。
, d0 G& ~2 z' e$ s導熱系數與材料的組成結構、密度、回潮率、溫度等因素有關(guān)。非晶體結構、密度較低的材料，其導熱系數較??；材料回潮率、溫度較低時(shí)，導熱系數也較小。

2.導熱性質(zhì)的方向性差異
! X- C3 l& ]. A* I) v% H- i- B纖維本身的導熱系數由于纖維結構各向異性而存在著(zhù)方向性差異。原則上，熱能是分子（高聚物的鏈節）的運動(dòng)能，熱振動(dòng)沿大分子鏈方向可直接傳遞，垂直于大分子鏈方向則是依靠熱振動(dòng)中的分子碰撞來(lái)進(jìn)行傳遞的。
用復合導熱測試方法測得的纖維本身沿軸向的導熱系數λＦＬ及沿徑向的導熱系數λｆｒ見(jiàn)表，這種方法基本排除了輻射和對流的影響。

幾種纖維導熱系數的方向性差異

序號	試樣名稱(chēng)	λＦＬ［Ｗ／（ｍ·℃）］	λＦｔ［Ｗ／（ｍ·℃）］	λＦＬ／λＦｔ	序號	試樣名稱(chēng)	λＦＬ［Ｗ／（ｍ·℃）］	λＦｔ［Ｗ／（ｍ·℃）］	λＦＬ／λＦｔ
１	綿羊毛	０．４７８９	０．１６１０	２．９７４４	７	苧麻	１．６６２４	０．２０６２	８．０６２３
２	馬海毛	０．３５４８	０．１６８５	２．１０５６	８	黏膠纖維	０．７１８０	０．１９３４	３．７１２５
３	兔毛	０．３３０８	０．１３２１	２．５０３９	９	滌綸	０．９７４５	０．１９２１	５．０７２０
４	桑蠶絲	０．８３０２	０．１５５７	５．３３１５	１０	腈綸	０．７４２７	０．２１７５	３．４１４６
５	柞蠶絲	０．９７８３	０．１５８７	６．１６３３	１１	錦綸	０．５９３４	０．２７０１	２．１９７４
６	棉	１．１２５９	０．１５９８	７．０４６９	１２	對位芳綸	４．３３９６	０．２１１７	２０．４９４
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上表中λＦＬ是沿纖維軸向的導熱系數，λＦｔ是沿纖維徑向的導熱系數。從表中數據可以看出纖維軸向的導熱系數大于纖維徑向的導熱系數，高取向材料差２０倍以上，蛋白質(zhì)纖維的差異只有２倍多。這是因為蛋白質(zhì)纖維中大分子上存在各種大小不一的側向基團，結晶度低，大分子的伸直程度較差，取向度不高，整體結構的各向異性不顯著(zhù)，所以其不但導熱系數較小，而且軸向和徑向的導熱系數差異也較??；麻纖維因結晶度、取向度和聚合度均高，其導熱系數較高及其軸向和徑向的導熱系數差異均較大；棉纖維比麻纖維的取向度和結晶度偏低，所以其導熱系數及其軸向和徑向的導熱系數差異比麻纖維小。其他纖維所反映出來(lái)的規律也說(shuō)明了纖維的導熱性質(zhì)具有各向異性特征。