خواص حرارتی منسوجات مانند راحتی حرارتی، هدایت حرارتی و عایق حرارتی، یکی از موضوعات مورد توجه در صنایع نساجی به منظور تولید انواع لباس های ورزش،راحتی و منسوجات عایق و محافظ حرارتی است. خواص حرارتی به معنای توانایی یا عدم توانایی یک منسوج در انتقال گرما و انرژی (عایق گرمایی) ویا حس گرما، سرما و انتشارحرارت در یک منسوج در تماس با سطح بدن (راحتی گرمایی)است. این خواص با روشهای تحلیلی، عددی و تجربی می توان بررسی و گزارش کرد.
هدایت حرارتی
این پارامتر حرارتی به معنای میزان عبور انرژی از یک منسوج در زمان، ضخامت و دمای مشخص است. هدایت حرارتی به عوامل متفاوتی مانند جنس و ساختار منسوج، دما، فشار، چگالی و درجه بلورینگی بستگی دارد. منسوج رسانا، بطبع هدایت حرارتی بیشتری نسبت به منسوجات عایق حرارتی دارند.
مقاومت حرارتی
مقاومت حرارتی در منسوجات به معنای مقاومت در برابر انتقال انرژی از یک سطح منسوج به سطح دیگر است. عواملی همچون جریان حرارت، هدایت حرارتی ، ضریب انتقال حرارت و ضخامت منسوج بر عایق حرارتی تاثیرگذار هستند.
جذب حرارتی(راحتی حرارتی)
زمانی که منسوج با پوست انسان در تماس است احساس گرما و سرما از منسوج بیانگر راحتی حرارتی است که از ویژگی های سطحی منسوج است. منسوج با جذب حرارتی کمتر، حس گرما و با جذب حرارتی بیشتر حس سرما در تماس با پوست بدن ایجاد میکند.
انتشار حرارتی
جریان و گذر انرژی و حرارت از طریق هوا در ضخامت منسوج را انتشار حرارتی می نامند.
ظرفیت گرمایی ویژه
بطور کلی ظرفیت گرمایی به معنای انرژی لازم برای تغییر دمای یک گرم منسوج به اندازه یک درجه سانتی گراد است.
دو روش اندازه گیری ظرفیت گرمایی ویژه:
1-ظرفیت گرمایی در فشار ثابت (Cp) و 2-ظرفیت گرمایی در حجم ثابت (Cv) همیشه Cp از Cv بیشتر است بدلیل اثر تغییرات حجمی است. هرچه کریستالینیتی بیشتر باشد گرمای ویژه بیشتر است.
عوامل موثر بر خواص حرارتی منسوجات
عوامل بسیاری مانند نوع وجنس ماده، ساختار، نمره نخ و دانسیته خطی، شکل و سطح مقطع الیاف و نخ، تخلخل، تراکم و نوع بافت، طول حلقه در بافت حلقوی و…….بر خواص حرارتی موثر هستند. بطور کلی این عوامل متفاوت به سه بخش تقسیم میشوند:
- عوامل ماکروسکوپی: ساختار فیزیکی و ویژگی های تکمیلی پارچه
- عوامل مزوسکوپی: ساختار نخ و خواصش
- عوامل میکروسکوپی: سطح مقطع ، ترکیبات شیمیای، تخلخل و رطوبت الیاف
نوع مواد و جنس الیاف منسوجات
از ترکیب الیاف و هوا منسوجات (مواد ترکیبی) ایجاد میشوند که افزایش یا کاهش وزن الیاف بر مقاومت و هدایت حرارتی آن اثر میگذارد. به عنوان مثال با افزایش الیاف پلی استر در ترکیب پارچه های پنبه پلی استر، مقاومت حرارتی افزایش میابد ویا با افزایش درصد الیاف پشم در پارچه مقاومت حرارتی پارچه بالاتر میرود. در جدول زیر تاثیر انواع مواد بر خواص حرارتی را مشاهده میکنید:
هرچه هدایت حرارتی کمتر باشد مقاومت در برابر جریان انرژی و حرارت بیشتر است و احساس گرمای بیشتری در تماس با بدن ایجاد میشود. هدایت حرارتی الیاف پشم و اکریلیک باهم برابرند. الیاف پنبه گرمای ویژه بالایی دارند و با افزایش ان در پارچه گرمای ویژه کل پارچه بالا میرود و مقاومت حرارتی پارچه را بالا میبرد. الیاف نایلون مقاومت حرارتی بیشتری از پنبه و کمتر از الیاف پلی استر دارد. بطورکلی هرچه مقاومت حرارتی بالاتر باشد هدایت حرارتی کمتر است.
دانسیته خطی الیاف و نمره نخ
نمره نخ بر ساختار و خواص حرارتی منسوجات موثر است و هرچه نمره نخ کمتر باشد تعدادالیاف در واحد و مساحت سطح افزایش میابد و بنابراین، مقاومت حرارتی نیز بالاتر میرود. در منسوجات بی بافت اثر نمره نخ برخواص حرارتی بیشتر است، افزایش دانسیته خطی و نمره نخ کمتر در این نوع منسوجات مقاومت حرارتی را افزایش می دهد. نخ های چرخانه ای حجیم هستند و هوای بیشتری در ساختارشان دارند بنابراین عایق بهتری نیز هستند.
در پارچه های تاری پودی، با افزایش نمره نخ، نخ ضخیم تر و تراکم منسوج افزایش می یابد، بنابراین نفوذ هوا کمتر و انتقال حرارت نیز کاهش می یابد. اما افزایش نمره نخ بیش از حد معین،تراکم پارچه بسیار بالارفته و سطح تماس الیاف بیشتر شده بنابراین انتقال حرارت آسان تر رخ میدهد. همچنین، با افزایش دانسیته خطی الیاف مقاومت حرارتی بالاتر ، هدایت حرارتی و جذب حرارتی کاهش می یابد که احساس گرمتری ایجاد میکند. در پارچه های حلقوی با کاهش نمره نخ الیاف ظریفتر و تعداد الیاف در واحد و مساحت سطح پارچه افزایش و هدایت حرارتی کمتر میشود. با افزایش دانسیته خطی ضخامت پارچه بیشتر، هدایت حرارتی کمتر و مقاومت حرارتی بیشتر میشود.
سطح مقطع الیاف و نخ
میزان منافذ موجود بین نخ ها بر خواص حرارتی پارچه اثر گذار است. در پارچه های تاری پودی نخ های توپر یا خالی بکار میروند. بررسی ها نشان میدهد الیاف توخالی در منسوجات هدایت و جذب حرارتی بالاتر و مقاومت حرارتی کمتری را ایجاد میکنند. الیاف با سطح مقطع مثلثی مانند بافت سرژه و یا سطح مقطع لوزی، بدلیل افزایش تخلخل میزان هوا درپارچه، هدایت حرارتی و جذب حرارتی کمتر و مقاومت حرارتی بالاتری نسبت به الیاف با سطح مقطع گرد دارند.
تخلخل در منسوجات
تخلخل در پارچه به سه بخش اصلی تقسیم میشوند.1-تخلخل ماکرو (فضای داخلی نخ ها) 2- تخلخل مزو (فضای بین الیاف در نخ) 3-تخلخل متعلق الیاف
با افزایش تخلخل حجم هوا در پارچه افزایش و حجم الیاف ان کاهش بنابراین هدایت حرارتی منسوج کمتر میشود زیرا، بطور کلی هدایت حرارتی هوا کمتر از الیاف است. ساختار متراکم تر، الیاف بیشتر و هوای منافذ ساختار کمتر است، بنابراین هدایت حرارتی بیشتر خواهد بود. تاثیر تخلخل بر منسوج را در جدول زیر مشاهده میکنید:
تراکم بافت
با افزایش تراکم پودی در پارچه های دوطرفه، فاصله بین نخ های پود کاهش و وزن پارچه افزایش می یابد که موجب احساس گرما و افزایش مقاومت حرارتی میشود. افزایش تراکم تاری تا یک سطح معین ضخامت پارچه را افزایش و تخلخل را کاهش می یابد در نتیجه انتقال حرارت کاهش ، دمای پارچه و عایق حرارتی پارچه افزایش می یابد.
