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羽绒知识

羽绒为什么更保暖?

羽绒保暖性好很多人都知道,但羽绒为什么保暖性好却很少有人知道。网上有对羽绒保暖性好的各种解释,但笔者想从热量传递的角度,来揭开羽绒更保暖的秘密:羽绒独特的球状结构及每朵羽绒上成千上万根绒小枝。

衡量服装或织物的保暖性,常用的一个单位是克罗(Clo), 克罗的定义为:一个安静坐着或从事轻度脑力劳动的人,在室温21℃,相对湿度小于50%,无风环境中感觉舒适时,所穿衣服的热阻值为1克罗。服装或织物的克罗值越大,保暖性越强。下表是中国羽绒工业协会官网公布的不同纺织材料的克罗值:

克罗值显示,羽绒是最保暖的天然纤维,在重量相同的前提下,羽绒保暖性胜过羊毛,更远超棉花和人造纤维。

羽绒与其他天然纤维和人造纤维相比,为什么更保暖呢?

笔者先从保暖的原理说起。初中物理课中我们就学过,热传递主要以传导、对流和辐射三种方式进行。传导是固体的主要传热方式,如冬天用手摸铁栏杆,手上的热量被快速传导到铁栏杆上,手的温度迅速降低,让我们产生强烈的冷感,并迅速把手缩回来。对流是气体和液体的主要传热方式,如冬天在室外,只要刮风,冷风从领口、袖口、下摆等部位钻进衣服内,与衣内的热空气形成强对流,迅速带走皮肤表面的热量,降低皮肤表面的温度,让我们产生强烈的冷感,让人情不自禁地想把衣服裹紧点。辐射是绝对零度(零下273.15℃)以上的物体,都会向外辐射出电磁波,辐射出的电磁波会带走热量,温度越高,辐射出的热量就越大。冬天我们离火炉很远就能感觉到温暖,主要就是火炉辐射出的热量,让周围空气温度迅速升高的结果。 

纤维保暖性能,就是纤维阻止热传导、热对流和热辐射的能力。从热辐射的原理,我们知道,只要温度高于零下273.15℃,热辐射就发生,在日常生活温度环境,纤维是没有能力阻止热辐射的发生的,所以对于纤维而言,其保暖性主要体现在阻止热传导和热对流的能力,羽绒也不例外。

那羽绒如何高效阻止热传导和热对流的呢?先从羽绒的热传导说起。衡量热传导能力的一个重要指标是导热系数,导热系数是指在稳定传热条件下,1m厚的材料,两侧表面温差为1度,在一定时间内,通过1平方米面积传递的热量,单位为瓦/米·度 (W/(m·K)。在纺织行业泰斗姚穆院士主编的《纺织材料学》中,列出了不同纤维材料集合体的导热系数,笔者在其基础上,加上空气和羽绒集合体的导热系数,便于我们对比对不同材料的导热性能。

从上表可知,羽绒的导热系数仅高于空气,低于其他所有纺织材料,羽绒相比其他纺织材料,属于热的绝缘体,能更好地阻止热量传导。羽绒集合体的导热系数为何与导热系数最低的空气最接近呢?其核心是羽绒独特的结构,每朵羽绒以绒核为中心,生长出50-100根不等的绒丝,形成球状结构。在球状结构中,储存了380倍自身纤维体积的空气,其自身储存空气的体积,是羊毛的3.8倍,是棉的5倍,纤维中储存的空气越多,其导热系数越低,也越接近于空气。


羽绒球状结构

通过上述分析,我们可以得出第一点结论:羽绒的球状结构,极大地降低了热传导。羽绒阻止热对流的能力如何呢?每朵羽绒的绒核上长出50-100根向不同方向伸展的绒丝,每根绒丝上生长出100根以上的绒小枝,每朵羽绒有近万根绒小枝分布在绒朵球状空间里,形成球状的“纤维网”,阻碍空气在球状纤维中流动,最终在羽绒内形成静止的空气层,最大限度阻止因空气流动导致的热对流。

羽绒放大60倍图


羽绒绒丝及绒小枝分布图

通过上述分析,我们可以得出第二点结论:每朵羽绒上成千上万根绒小枝,极大地降低了热对流。 

羽绒独特的球状结构及每朵羽绒上成千上万根绒小枝,极大地降低了热传导和热对流,这才是羽绒更保暖的秘密。


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本文作者系波司登羽绒服装有限公司质量总工程师曹宗华,未经作者授权不得转载、摘编或利用其他方式使用上述作品。

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