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冬季衣服穿得厚就一定保暖么?什么材料最保暖


来源:品牌营销中心    更新时间:2016-11-15 12:53:44   浏览次数:3290

科技水平允许的话,穿一件静止空气外衣才是最保暖的。但科技不允许。那么,什么材料能保存的空气最多,什么材料就最保暖。什么材料保存空气最多?羽绒。

人体是一个恒温体,自身就是一个发热源,不断产生热量。这些热量需要释放,如果热量释放较少或较慢,人体就会感到热,比如夏天;如果热量释放的较多或较快,人体就会感到冷,比如冬天。
当人体感受到冷时,会自觉添加衣服。添加衣服并不是人类的本能,而是一种生活经验。为什么添加衣服就能保暖呢?所谓保暖,其实就是阻止热量流失。
热量流失主要有三种形式:热传导、热对流、热辐射(热辐射是指每个发热体都会向四周辐射电磁波,这种热的传播形式主要体现在微观领域,本次并不做赘述。*20世纪80年代,美国为宇航员研发的新型材料太空棉,即是通过在纤维中添加铝箔片,导致人体辐射出去的热量被铝箔片反射回人体,同时使人体细胞加速运动,完成保温的效果)。
如果穿着一身铁皮制作的衣服,照样会感觉到冷,因为铁皮是良好的导热体,热传导率很高。常用的衣服材料,热传导率均较低,其中以羽绒的热传导率最低(5.930),羊毛的热传导率要比羽绒高15%左右(6.986),棉花的热传导率要比羽绒高39%左右(9.717)。
除此之外,还有一个指标可以衡量纤维的热传导效果,就是保温率。数值越高保温效果越好。羽绒的保温率在常见纤维中最高(81.3%),羊毛的保温率要比羽绒低6.5%左右(74.81%),棉花的保温率要比羽绒低18%左右(63%)。
热传导率和保温率二者相结合即可得出“在厚度相同的前提下,羽绒的保暖效果最佳”的结论。
但是,虽然数值上占优,但是如果将羊毛或棉等材料的厚度增加,其保暖效果可以超越羽绒。这符合人类的生活经验:衣服穿的越厚越保暖。
人类还有另外一条生活经验:衣服穿得越厚越显得笨拙。况且,保暖效果再好的纤维,依然无法做到0热传导率、100%保温率。能做到这样“绝对保暖”的材料,只有空气。比如家里边窗户上经常安装的“双层玻璃”,两层玻璃之间就夹带着一层空气。装有双层玻璃的房间里,通常会感到更暖。
既然如此,那我们光着身子站在空气当中,应该不会感到冷喽?
因为热量散失的第二种形式是“热对流”。当贴近你身体的那层空气吸收了身体散发的热量后,密度会变轻,根据大自然的原理,密度轻的空气会自动上升,空出来的地方就自动被旁边的冷空气补充了。因此人体身边的空气始终都是冷的,因此会感觉到冷。
只要在地球的重力环境下,在一个开放的空间,空气的对流是无法避免的。倘若是在失重的环境下,空气的对流停止,那么即使空气温度是0度,人类光着身子也不会感觉到冷,因为贴近身体的那层空气是热的。相当于一层热空气附着在人身体上。但前提是人不能移动,因为这层热空气只停留在那个地方,并不会跟人体一起移动。
那么如何在地球重力的环境下穿一件“空气衣”呢?穿一层中空玻璃显然不现实,那就穿一层塑料膜,里边充满空气,这层空气是静止的,密封的,无论人体怎么移动,都会跟着移动。形象的说就像是套在一个气球里,只露出鼻子呼吸。首先一下子变成了卡通人物不说,人体除了散发热量之外,还会散发湿气,在封闭的环境下湿气无法被排出,人体也会感到非常不适。毕竟皮肤也是需要空气交换的。
其实,说到这里,其实可以先提出一个结论:纤维本身是无法保暖的,只是纤维中夹带了能保温的空气,才体现出保温的效果。纤维中夹带的空气的多少,直接影响纤维的保温效果。
那么,为什么同样都是纤维,相同厚度下,羽绒的保温效果最佳呢?
这可以先从羽绒的分子结构来分析:
1.大分子在形成羽绒纤维时呈卷曲状,因而形成了大量空洞。这导致羽绒的每一条绒丝均是中空的,里面充满空气,而空气是最好的保温材料。
2.在每一朵绒朵中,都包含着几十根结构相同的绒丝,每根绒丝之间到存在着一定斥力,使每根绒丝之间的间距保持最大,理论上能存在更多空气。
3.每一根绒丝中,都长有许多二阶绒丝,当众多羽绒混在一起时,二阶绒丝相互交缠、重叠,形成阻止空气自由流动的多重屏障,加大空气的对流难度。
羽绒纤维呈放射状,因此远比呈线状的羊毛、棉等纤维储存的空气多,因此保温效果最佳。
当然,之前有提到,羊毛、棉等纤维,如果加大它们的厚度,其保温效果可以超越羽绒。但会感觉臃肿。
因此,若室外温度较低,人类想通过穿衣服的方式保持同样的体表温度的话,无论是羽绒、羊毛还是棉,都可以达到要求。
但穿羽绒服装,其厚度远远要低于穿羊毛、棉类服装。
关于各种纤维的蓬松度,经过试验,在纤维体积一定的情况下,其包含空气之后的集合体体积越大,则证明能有效控制的空气体积越大,则保暖性越强;其质量越小,则证明其越轻。实验结果表明,在纤维体积均为1立方厘米时,羽绒纤维的几何体体积最大(382.56立方厘米),是羊毛纤维(101.24立方厘米)的三倍多,是棉纤维(76.92)的五倍多。同时,羽绒纤维的质量最小(1.14g)为羊毛纤维(1.32g)质量的86%左右,为棉纤维(1.54)的74%。
证明羽绒纤维能有效控制的空气体积最大,同时最轻。
从维度的角度,也可以看个究竟。
根据欧式几何的理论,几何体的维度为1、2或3,均为整数值。但自然界中的纤维经过长期进化,并不全是整数值。通过计算机模拟,羽绒纤维的维度为1.66左右。
我们知道,一维的几何体只有长度的概念,二位的几何体有了表面积的概念。用通俗易懂的话来解释,可以这么理解:介于一维和二维之间的几何体,只要维度没到二维,无论在数值上离二有多远,都可以理解为拥有非常小二维特性,即表面积;但维度值越接近二,则表明拥有越大的一维特性,即长度。因此羽绒纤维的维度为1.66可以理解为:拥有相当小的表面积但拥有较大的长度。可以用来比较的是,羊毛和棉纤维的维度值,接近于1.0。即证明羽绒纤维在同样的表面积下拥有更长的长度。
羽绒纤维的维度介于一维与二维之间,由于一朵羽绒中,各条绒丝呈放射状空间分布,因此一朵羽绒的维度介于二维与三维之间,可以理解为拥有相当小的体积,但拥有相当大的表面积。相比之下,羊毛和棉纤维并不具备放射状的空间分布。因此,绒朵可以锁住的空气最大。

同样是羽绒服,保温效果也会有不同,主要体现在三个方面:充绒量、绒子含量、蓬松度。
首先来看充绒量:
1.同等体积下的空间中,充绒量越多,羽绒越厚。
2.当充绒量达到一定质量时,羽绒的厚度上升趋势减缓。
3.存在一个值,当充绒量达到这个值时,羽绒的厚度达到最高点(饱和)。
4.绒子含量越高,这个饱和值越低。
厚度达到最高点,也就意味着,羽绒中含有的空气达到最多。
当充绒量达到饱和后,保温率最高,热传导率最低。若继续添加羽绒,羽绒制品的保温率会略有下降。
其次来看绒子含量:
1.充绒量一定的情况下,绒子含量越高,保温率越高、传热系数最低。
2.充绒量一定的情况下,绒子含量达到一定值时,保温率和传热系数趋于稳定。
3.在充绒量接近饱和的情况下,绒子含量对羽绒制品的保温效果影响较小。
最后看蓬松度:
1.充绒量一定的情况下,蓬松度越高,羽绒被的保温效果越好。
2.绒子含量的多少,直接影响到蓬松度。
3.经试验证明,鸭绒的绒子含量较高时,绒子含量每增加一个百分点,蓬松度约增加2.8。
4.蓬松度还与绒朵大小有关,绒朵越大,蓬松度越高。
绒朵的大小取决于鸭子的生长天数。生长时间越短的鸭子,绒朵的大小越小,绒朵的产量越小(但食用价值较大);相反,生长周期越长的鸭子,绒朵的大小越大,绒朵产量越大。(但食用价值越小)。一般来说,成长周期较长的鸭子,鸭龄成年后,会在每年春天换绒,已经完全成熟的绒朵自然脱落,此时的绒朵最大,成熟度最高,但人工成本较高。
毕竟鸭绒是副产品,鸭肉才是主产品。鸭农在饲养鸭子时,首先肯定会以出产品的价值为准。

之前有讨论过,空气这种介质,其导热系数最低,最保暖。相比之下,同样作为大自然最基本元素的水(或水汽),这种介质相比空气之下,导热系数要高了数十倍。同时,当水汽完全浸入羽绒、羊毛或棉纤维中时,会引起纤维坍塌,完全破坏纤维本身的保暖性能。但是,人类的皮肤也是需要呼吸的,必然会与大自然进行气体的交换,天气热的时候,身体内的水分也蒸发掉从毛孔出去。那这样,当盖着被子的时候,岂不是会因为出汗而导致纤维浸湿进而无法保暖了么?退一步讲,就算不管保暖的问题,盖一床潮的被子,也不舒服啊。那就改用塑料布阻止水汽浸入纤维,同样是不现实啊。
毛孔呼吸、出汗是自然常理,人类无法改变。但是填充在被子中的纤维,能否尽量少的让水汽浸入以保暖、能否在吸水的同时,快速的把水排出去以保持干燥,是衡量一床被子好坏的关键。
羽绒纤维表层细胞膜含有大量醇类和脂类物质,二者都具有很强的疏水性,因此在羽绒纤维表面上形成了一层牢固的拒水性薄膜。另外从微观层面来看,羽绒纤维外表皮细胞膜内侧,是由数百根原纤紧密有序排列而形成的皮层结构,结晶区域较大,在一定程度上也阻止了水分向纤维内部浸透的现象。
而羊毛纤维表层是一层比较粗糙的鳞片层,鳞片层本身增加了水分与纤维接触的表面积,且鳞片层外表皮是高硫含量的细胞膜组成,属于无定型区,质地较疏松,使水分更容易进入纤维内部,使纤维的湿润性提高。
棉纤维表面有一层疏水性蜡质,浸润性低于羊毛,介于羊毛与羽绒之间。
但是,说羽绒纤维是完全拒水的,也不现实,那样羽绒不就成塑料布了吗?
其实,水汽还是会浸入羽绒纤维的,不过跟羊毛和棉不一样。水汽被羽绒纤维中的大量空洞包含住。(这些空洞,在不遇水时含空气,遇水时则含水。)在湿度相对小的情况下,由于羽绒纤维表层的拒水性细胞膜的存在,水汽只是附着在细胞膜外,而无法浸入羽绒纤维。
这里要引入一个概念,叫做“回潮率”,又细分为“吸湿回潮率”和“放湿回潮率”。“回潮率”一词由于行文的原因容易产生歧义。我们在此姑且可以白话的解释为:吸水的速度、散发水的速度。我们小学时候有一类经典的应用题,讲的是有一个水池,每分钟注入水X吨,每分钟排出水Y吨云云,当注入水的速度和排出水的速度一样时,水池中便不会存有水。当吸入的快而排出的慢时,水池中便会有水存在。无论是什么纤维,吸湿速度永远比放湿速度快,产生吸放湿滞后差值。这也导致纤维遇到水汽后必定会存有一定量的水分,不同的纤维,只是存的水的多少有差异。差值越小,证明吸放湿的速度约接近。羽绒纤维的吸放湿之后差值为0.49%,而羊毛为2%,棉为0.9%。

这一点,从而证明了,羽绒制品的吸湿排汗能力、保暖保干燥的能力,要好于羊毛制品和棉制品。



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