对多相纤维材料的热传递过程及其导热系数的测试手段的相关研究,一直受到了大量学者的关注。近几年,瞬态热线法被尝试用来测试纤维材料的导热系数。热线法是非稳态测量方法,具有测试时间极短,速度快的特点,尤其测试纤维材料时可以大大减小测试时水分的蒸发或空气自然对流引起的误差,降低热对流和热辐射的影响,能获得较为准确的纤维材料的导热系数。本文从热线法测试原理和多相纤维材料本身的特性出发,探讨了热线法测试高性能纤维及其织物导热系数的测试方法,分析了热线法测试过程中材料内部的热传递机理,探讨了纤维排列方向和热线放置方向对纤维束测试结果的影响,研究了基于热线法的纤维束导热系数与织物导热系数之间的关系,并进行了验证。使用ANSYS有限元分析软件,建立织物的三维几何模型,施以特定的热载荷和边界条件,求解出织物的温度云图,分析织物内部的热传递过程,并对模型进行验证;研究了织物结构参数对材料导热系数的影响,分析了热线法测试下导热系数随织物厚度和孔隙率的变化规律。最后测定了三类纤维材料包括单层织物、间隔织物、涂层复合织物在不同下温度下的导热系数,探讨了不同种类纤维材料内部的热传递机理,研究了温度对纤维材料导热性能的影响。研究表明:(1)采用热线法测量纤维束导热系数时,当热线与纤维排列方向平行时的导热系数小于热线与纤维排列方向垂直时的导热系数,这是由热线不同方向放置时与纤维的接触情况不同所造成的。根据热线法测试纤维束的特点,建立了由纤维束导热系数预测织物导热系数的计算模型,经验证,该模型对平纹机织物具有较好的适用性。(2)采用ANSYS软件建立织物的三维导热模型,经过验证,织物导热系数的模型计算值与实验值较为接近,建立的模型比较可靠,可以为织物导热系数提供较好的理论预测。此外,模型分析了织物内部的热传递过程,表明常温下热线法测试织物内部的热传递方式主要为热传导,热辐射和自然对流可以忽略不计。(3)热线法测试下,织物的导热系数随着厚度的增大而增大,最终趋于平缓。这是由较薄的织物厚度达不到热线法测试原理中假设的理想的无限大介质所引起的,越薄的织物测试结果误差越大,而较厚的织物的导热系数测量值比较接近实际值。实验表明,玻璃纤维织物和芳纶织物的厚度约为0.89mm时,已满足热线法测试织物导热系数时的厚度要求,测试值很接近实际值。而碳纤维织物和玄武岩纤维织物测试时所要求的厚度都要高于0.89mm。此外,随着碳纤维织物孔隙率的增大,织物导热系数呈现出先增大后减小的趋势。(4)碳纤维织物始终具有较高导热系数,是典型的导热材料;玄武岩织物和玻璃纤维织物具有较低的导热系数,是良好的隔热材料;有机的芳纶织物受温度的影响更显著,在零下温度环境下的导热系数低,表现出良好的低温隔热性能,但温度对导热系数影响较大,随温度升高,导热系数增加率较其他几种纤维高。研究发现,玄武岩和玻璃纤维织物在140℃下,导热系数仍然较低,适宜于较高温度环境下的隔热;芳纶织物在测试的-50~140℃环境下的隔热效果较好。(5)对于间隔织物,空气层能增加织物的隔热性能。本实验采用的玻璃纤维间隔织物的间距在8mm以内,织物的隔热性能随着间距的增加而得到提高,当间距由8mm增加到10mm时,织物的隔热性能降低。