Тема 24. теплофизические свойства

Теплофизические свойства материалов имеют существенное значение для проектирования изделий легкой промышленности с заданными теплозащитными характеристиками, обеспечения правильного выбора режимов влажно-тепловой обработки при изготовлении изделий и соответствия одежды и обуви условиям эксплуатации в различных климатических, производственных и бытовых условиях. При рассмотрении процесса переноса теплоты различают три его составляющих – теплопроводность (кондукция), конвекция тепла и тепловое излучение (теплорадиация).

Теплопроводность

Теплопроводность –это процесс переноса теплоты в твердом теле, неподвижной жидкости или газе между участками с различной температурой. Механизм теплопроводности связан с тепловым движением атомов и молекул тела и энергетическим взаимодействием между ними. Количество прошедшего через «стенку» материала тепла Q, Дж, при постоянной интенсивности теплового потока зависит от толщины материала h, мм, рассматриваемой площади пробы материала S, м², продолжительности наблюдаемого процесса теплопереноса t, с, разности температур по обеим сторонам материала (T₁ - T₂), К и может быть рассчитано по формуле Фурье

, (68)

где – коэффициент теплопроводности материала, Вт/(м ∙ ^оК).

Данные табл.13 свидетельствуют о том, что теплопроводность шерсти в 1,5 раза, льна и шелка в 2 раза, а хлопка в 2,5 раза выше, чем теплопроводность воздуха. В то же время теплопроводность воды в 30 раз превышает теплопроводность воздуха. Таким образом, чем больше в материале объем замкнутых пор, содержащих неподвижный воздух, тем выше его способность оказывать сопротивление прохождению тепла. Также чем больше влаги содержит материал, тем легче через него может осуществляться прохождение тепла.

Таблица 13 Значения коэффициента теплопроводности

основных видов натуральных волокон,

неподвижного воздуха и воды

Волокно	Коэффициент теплопровод-ности , Вт/(м ∙ оК)
Хлопок	0,05
Лен	0,04
Шелк	0,04
Шерсть	0,03
Воздух	0,025
Вода	0,60

Текстильные материалы обладают сложной структурой, состоящей из волокон и пор, заполненных воздухом. Поры располагаются как между волокнами, так и внутри них. Их форма и размеры разнообразны – микро- и макрокапилляры, сквозные и замкнутые. Перенос теплоты в подобных материалах с неоднородной пористой структурой осуществляется не только благодаря теплопроводности волокон и воздуха, находящегося в замкнутых порах, но и конвекцией через сквозные поры, теплоизлучению стенками пор.

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

Тепловое излучение – перенос теплоты от материала в окружающее пространство в виде электромагнитных волн, который протекает за счет внутренней энергии материала и определяется его температурой и оптическими свойствами.

Для материалов одежды значения коэффициента теплопроводности l находятся в пределах 0,033… 0,07 Вт/(м ∙К), для материалов обуви – 0,03…0,20 Вт/(м ∙ К).

Учитывая, что текстильные материалы, кожа и искусственные кожи обладают высокой пористостью, сравнительно малой площадью контакта между отдельными волокнами, которые мало различаются по теплопроводности, их теплопроводность определяется в значительной мере теплопроводностью воздуха в замкнутых порах и конвекцией через открытые поры. С увеличением пористости 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 его влажности. 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. Зависимость коэффициента теплопроводности воздушно-сухих тканей от их влажности имеет линейный характер и может быть выражена формулой

, (69)

где , – коэффициенты теплопроводности соответственно влажной и абсолютно сухой ткани, Вт/(м ∙ К); – константа (для шерстяных тканей а = 0,0024, для хлопчатобумажных а = 0,0039); W – влажность ткани, %.