紡織纖維的導熱系數、保暖性、導熱方向性差異

在溫差場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具有重要的實際價值。
( u( s. }" S8 D' j% N一、纖維的導熱系數
1.基本概念
/ I! X3 s" s. D+ n1 D# u$ f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^２，兩個平行表面之間的溫差為１℃，１ｓ內通過材料傳導的熱量焦耳數?？捎孟率絹肀硎荆?br /> ( j9 J/ d8 B% [λ＝ Ｑ·Ｄ/ΔＴ·ｔ·Ａ
# o/ n3 {7 S  L# z2 l式中：λ———導熱系數，Ｊ／（ｍ·ｓ·℃）或Ｗ／（ｍ·℃）；
$ r6 A7 w! ~! `Ｑ———傳導的熱量，Ｊ；
Ｄ———材料的厚度，ｍ；
ΔＴ———溫差，℃；
ｔ———傳導熱量的時間，ｓ；
7 M1 M0 ~7 K: S: Z! U: CＡ———材料的截面積，ｍ^２。
2 r) D. L" d# T0 o導熱系數也稱熱導率（其倒數稱為熱阻），它表示的是材料在一定溫度梯度條件下，熱能通過物質本身擴散的速度，物理學中常用單位為Ｗ／（ｍ·Ｋ），有時也以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為保溫材料，常用的紡織纖維都是優良的保溫材料。
6 X# l+ _1 p" S* |5 b導熱系數與材料的組成結構、密度、回潮率、溫度等因素有關。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，導熱系數也較小。
5 y; V( b7 W, T0 G2 l. ^

2.導熱性質的方向性差異
8 A- M0 Z/ G( ]* E. f0 K& i纖維本身的導熱系數由于纖維結構各向異性而存在著方向性差異。原則上，熱能是分子（高聚物的鏈節）的運動能，熱振動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中的分子碰撞來進行傳遞的。
  d1 _. K1 ?6 \8 W+ L: o( @; t3 W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見表，這種方法基本排除了輻射和對流的影響。
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幾種纖維導熱系數的方向性差異

序號	試樣名稱	λＦＬ［Ｗ／（ｍ·℃）］	λＦｔ［Ｗ／（ｍ·℃）］	λＦＬ／λＦｔ	序號	試樣名稱	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，蛋白質纖維的差異只有２倍多。這是因為蛋白質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，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的規律也說明了纖維的導熱性質具有各向異性特征。