纺织纤维的导热系数、保暖性、导热方向性差异

在温差场中传热的方式有三种：传导、辐射、对流，虽然其概念定义比较清晰，但在实际测量中却难以细致区分。人们常笼统地把热量从高温向低温传递称之为导热性，其特征值为导热系数；而把对热量传递的阻隔能力称之为保暖性，其特征值为热阻。由于作为服用对象的纺织材料通常是以纤维集合体的形式出现，所以研究纤维集合体的导热性质具有重要的实际价值。
一、纤维的导热系数
1.基本概念
* e+ w3 P/ \4 n纤维材料的导热系数是指：在传热方向上，纤维材料厚度为１ｍ、面积为１ｍ^２，两个平行表面之间的温差为１℃，１ｓ内通过材料传导的热量焦耳数。可用下式来表示：
λ＝ Ｑ·Ｄ/ΔＴ·ｔ·Ａ
式中：λ———导热系数，Ｊ／（ｍ·ｓ·℃）或Ｗ／（ｍ·℃）；
5 d9 j; [& Y! c4 d! q! JＱ———传导的热量，Ｊ；
+ t! G& e1 L6 _6 V* o1 s8 JＤ———材料的厚度，ｍ；
ΔＴ———温差，℃；
8 p8 `7 h4 L! p' Q/ ?ｔ———传导热量的时间，ｓ；
Ａ———材料的截面积，ｍ^２。
导热系数也称热导率（其倒数称为热阻），它表示的是材料在一定温度梯度条件下，热能通过物质本身扩散的速度，物理学中常用单位为Ｗ／（ｍ·Ｋ），有时也以Ｗ／（ｍ·℃）为单位。导热系数λ值越小，表示材料的导热性越低，它的热绝缘性或保暖性越好。通常把导热系数较低的材料称为保温材料，常用的纺织纤维都是优良的保温材料。
; ?- W' @# v- k5 I8 _" t. T7 D导热系数与材料的组成结构、密度、回潮率、温度等因素有关。非晶体结构、密度较低的材料，其导热系数较小；材料回潮率、温度较低时，导热系数也较小。

2.导热性质的方向性差异
6 r- M' k" R3 K# c) k纤维本身的导热系数由于纤维结构各向异性而存在着方向性差异。原则上，热能是分子（高聚物的链节）的运动能，热振动沿大分子链方向可直接传递，垂直于大分子链方向则是依靠热振动中的分子碰撞来进行传递的。
" {! I  P& y) z$ w7 n用复合导热测试方法测得的纤维本身沿轴向的导热系数λＦＬ及沿径向的导热系数λｆｒ见表，这种方法基本排除了辐射和对流的影响。
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几种纤维导热系数的方向性差异
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序号	试样名称	λＦＬ［Ｗ／（ｍ·℃）］	λＦｔ［Ｗ／（ｍ·℃）］	λＦＬ／λＦｔ	序号	试样名称	λＦＬ［Ｗ／（ｍ·℃）］	λＦｔ［Ｗ／（ｍ·℃）］	λＦＬ／λＦｔ
１	绵羊毛	０．４７８９	０．１６１０	２．９７４４	７	苎麻	１．６６２４	０．２０６２	８．０６２３
２	马海毛	０．３５４８	０．１６８５	２．１０５６	８	黏胶纤维	０．７１８０	０．１９３４	３．７１２５
３	兔毛	０．３３０８	０．１３２１	２．５０３９	９	涤纶	０．９７４５	０．１９２１	５．０７２０
４	桑蚕丝	０．８３０２	０．１５５７	５．３３１５	１０	腈纶	０．７４２７	０．２１７５	３．４１４６
５	柞蚕丝	０．９７８３	０．１５８７	６．１６３３	１１	锦纶	０．５９３４	０．２７０１	２．１９７４
６	棉	１．１２５９	０．１５９８	７．０４６９	１２	对位芳纶	４．３３９６	０．２１１７	２０．４９４
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上表中λＦＬ是沿纤维轴向的导热系数，λＦｔ是沿纤维径向的导热系数。从表中数据可以看出纤维轴向的导热系数大于纤维径向的导热系数，高取向材料差２０倍以上，蛋白质纤维的差异只有２倍多。这是因为蛋白质纤维中大分子上存在各种大小不一的侧向基团，结晶度低，大分子的伸直程度较差，取向度不高，整体结构的各向异性不显著，所以其不但导热系数较小，而且轴向和径向的导热系数差异也较小；麻纤维因结晶度、取向度和聚合度均高，其导热系数较高及其轴向和径向的导热系数差异均较大；棉纤维比麻纤维的取向度和结晶度偏低，所以其导热系数及其轴向和径向的导热系数差异比麻纤维小。其他纤维所反映出来的规律也说明了纤维的导热性质具有各向异性特征。