Тепловые свойства текстильных материалов

При эксплуатации изделий теплообмен между телом человека и окружающей средой должен протекать таким образом, чтобы температура воздуха в пододежном пространстве находилась в пределах 20–25 °С. Этот температурный интервал гарантирует комфортные условия работы и отдыха человека. Увеличение или уменьшение температуры приводит к перегреву или переохлаждению тела, вызывая дискомфорт.

Теплообмен между физическими телами и окружающей средой может происходить путем теплопроводности, конвекции и излучения. Теплопроводность – процесс переноса теплоты в твердом теле, неподвижной жидкости или газе между участками с различной температурой. Механизм теплопроводности связан с тепловым движением микрочастиц (атомов, молекул) тела и энергетическим взаимодействием между ними.

Конвекция – процесс переноса теплоты в жидкости или газе путем перемещения их частиц.

Тепловое излучение – перенос теплоты в виде электромагнитных волн: излучаемая телом в окружающее пространство тепловая энергия превращается в лучистую, а при поглощении лучистой энергии телом она превращается в тепловую.

Под действием тепловой энергии текстильные материалы проявляют ряд свойств: способность проводить теплоту (теплопроводность, тепловое сопротивление, температуропроводность); способность поглощать теплоту (теплоемкость); способность изменять или сохранять свои свойства (тепло- и термостойкость, огнестойкость, морозостойкость). Теплофизические свойства текстильных материалов имеют важное значение при проектировании одежды с заданными теплозащитными свойствами, при выполнении влажно-тепловой обработки швейных изделий и их эксплуатации в различных климатических, производственных и бытовых условиях.

Теплопроводность – процесс передачи теплоты от более нагретых участков тела к менее нагретым за счет теплового движения атомов и молекул вещества и взаимодействия между ними. О теплопроводности волокон судят по коэффициенту теплопроводности λ [Вт/(м·ºС)], который показывает, какое количество теплоты проходит в единицу времени через 1 м²материала толщиной 1 м при разнице температур 1 ºС.

Чем больше коэффициент теплопроводности, тем лучше материал проводит тепло и собственно ниже его теплозащитные функции. Коэффициенты теплопроводности различных волокон близки друг к другу (0,03–0,07), в то время как воздух имеет минимальный коэффициент теплопроводности, равный 0,02, а вода – максимальный, равный 0,60.

Коэффициент теплопередачи К, Вт/м²·град, характеризует теплопроводность материала при его фактической толщине.

Теплопроводность текстильных полотен зависит от многих факторов: волокнистого состава полотен, влажности и др. На теплопроводность полотен влияют переплетение, пористость. слоистость, способ образования структуры.

Учитывая, что текстильные материалы обладают высокой пористостью, сравнительно малой площадью контакта между отдельными волокнами и мало различаются по теплопроводности, их теплопроводность определяется в значительной мере теплопроводностью воздуха в замкнутых порах и конвекцией через открытые поры. С увеличением пористости структуры до определенного предела теплопроводность текстильных материалов снижается, так как теплопроводность воздуха ниже теплопроводности волокон. Однако при дальнейшем повышении пористости, когда появляются незамкнутые сквозные поры, теплопроводность материалов повышается, так как важную роль начинает играть конвекция. Теплопроводность текстильного материала зависит от вида связи влаги с материалом. Эта зависимость носит сложный ступенчатый характер. Зависимость коэффициента теплопроводности воздушно-сухих тканей от их влажности имеет линейный характер Дальнейшее повышение влажности текстильных материалов приводит к уменьшению их теплозащитных свойств, так как вода, которая конденсируется в порах и капиллярах, имеет по сравнению с воздухом значительно больший коэффициент теплопроводности.

Теплопроводность текстильных полотен с повышением температуры увеличивается. Теплоотдача. Перенос теплоты из пододежного слоя в окружающую среду определяется не только теплопроводностью материала одежды, но и теплоотдачей — процессом обмена теплотой между поверхностью материала и газовой средой, который осуществляется одновременно вследствие теплопроводности и конвекции. Теплоемкость. Это способность текстильных материалов поглощать теплоту при повышении температуры. Согласно кинетической теории теплоты подводимая тепловая энергия превращается в кинетическую энергию внутреннего движения атомов и молекул тела, в частности волокна. При снижении температуры кинетическая энергия движения атомов и молекул уменьшается, т. е. тело (материал) в определенных условиях способно отдавать теплоту.

Характеристикой данного свойства материала является удельная теплоемкость. Температуропроводность. Способность текстильных материалов выравнивать температуру в различных точках, передавать теплоту от более нагретых участков к менее нагретым характеризуется коэффициентом температуропроводности α, м²/с..

Коэффициент температуропроводности показывает скорость выравнивания температуры, т. е. определяет теплоинерционные свойства текстильных материалов. Коэффициент температуропроводности материалов 7,17–16,33 м²/с. Он зависит от объемной массы материала и вида волокна. Из натуральных волокон наибольшим коэффициентом температуропроводности обладает хлопок, наименьшим – шерсть.

Температуропроводность в значительной степени влияет на теплозащитные свойства материалов. Материалы для зимней одежды должны иметь минимальный коэффициент температуропроводности. Последняя играет большую роль в процессах влажно-тепловой обработки швейных изделий, так как она определяет скорость прогревания обрабатываемых материалов. Наличие влаги в материале значительно повышает его температуропроводность вследствие как более высокой теплопроводности воды, так и перемещения влаги от более нагретых участков к менее нагретым.