Теплозащитные свойства материалов

Теплозащитные свойства характеризуются теплопроводностью – способностью материалов проводить тепло. Степень теплопроводности материалов характеризуется коэффициентом теплопроводности λ[Вт/м•˚С]. Коэффициент теплопроводности зависит от объемной массы материала, влажности, температуры воздуха, воздухопроницаемости, направления теплового потока.

Теплозащитная способность материалов находится в обратной зависимости от коэффициента теплопроводности. По уменьшению теплопроводности волокна можно расположить в следующем порядке: капрон, искусственные волокна, лен, хлопок, натуральный шелк, шерсть. Для материалов одежды λ =0,033 ÷ 0,070 Вт/м•ºС.

Материалы, входящие в пакет теплозащитной одежды, должны отвечать всем требованиям, предъявляемым к ним.

Основные материалы должны обладать износостойкостью, несминаемостью, стойкостью к воздействию света и загрязнению, простотой очистки, определенными защитными свойствами, соответствующими условиям эксплуатации, а также отвечать требованиям моды [5].

Материалом, обеспечивающим теплозащитные свойства одежды, является утепляющая прокладка. Она должна обладать определенной толщиной, малой поверхностной плотностью, стабильностью толщины в процессе эксплуатации, а также малой теплопроводностью и влагопроводностью, достаточной для выведения из пододежного пространства влаги.

Утепляющая прокладка создает воздушную прослойку между слоями одежды. Эта воздушная прослойка и обеспечивает теплоизоляцию, и, следовательно, чем больше воздуха может удержать в себе утепляющий слой, тем лучше будет термоизоляция.

Сравнительно недавно наиболее популярным утеплителем был синтепон – первый синтетический утеплитель, который 30 лет назад стали использовать при изготовлении теплых курток. Однако синтепон плохо «дышит», а после первой стирки теряет до 28 % своих тепловых свойств. Поэтому современные производители, занимающиеся производством одежды, используют такие виды утеплителей, как:

- флисовыематериалы (Polartec, Tetcnopile и др.);

- органические(пух утиный, гусиный, гагачий);

- неорганические (Thinsulate, Thermolite и др.).

Несмотря на большое количество новых синтетических утеплителей, пух по-прежнему остается самым теплым, но одновременно легким утепляющим слоем. Эти свойства можно объяснить структурой пуха, состоящего из отдельных пушинок, которые с одной стороны отталкиваются, а с другой при давлении входят друг в друга, переплетаются.

Очень важно, чтобы в изделии использовался пух водоплавающих птиц, т.к. такой пух имеет природную смазку, препятствует впитыванию влаги. Самым теплым является гагачий пух, но он очень дорог, т.е. добывается не путем ощипывания птиц, а по пушинке вокруг их гнезд. Поэтому в массовом производстве используется гусиный, который также является отличным природным теплоизолятором.

Пуховой утеплитель используется в разных соотношениях пуха и пухового пера. Наиболее популярны два соотношения:

- 80 % пуха, 20 % пухового пера,

- 90 % пуха, 10 % пухового пера.

Первый вариант более ноский, второй – более теплый.

К недостаткам пуха относят то, что он хорошо впитывает влагу и после этого теряет свои свойства и долго сохнет. Поэтому в новых моделях пуховиков предлагается использовать в качестве основного материала ткань, обладающую одновременно свойствами водоотталкивающими и воздухопроницаемостью.

К неорганическим утеплителям относят Thinsulate (тинсулейт). Thinsulate – общее фирменное название для целого семейства утеплителей: сверхлегкий, влагонепроницаемый, эластичный, сверхтеплый. Он состоит из микроволокон, которые в 50-70 раз тоньше человеческого волоса. Вокруг каждого волокна – слой воздуха, который и греет, улавливая тепло тела. Комбинация полиэфирных и полиолефиновых волокон делает структуру максимально приближенной к структуре натурального пуха.

Данный утеплитель воздухопроницаемый, не отсыревающий, легко стирается в домашних условиях, практически не теряя своих свойств (усадка менее 10 % после 20 стирок).

В отличие от других утеплителей, просто замедляющих процесс потери тепла с помощью создаваемой ими воздушной прослойки, данный материал играет активную роль в этом процессе, поглощая избыточное тепло во время увеличения нагрузки и, отдавая его, когда она заканчивается.

Материал работает по принципу изменения фазового состояния вещества, содержащегося в волокнах этого утеплителя. Мельчайшие частицы этого вещества, подобные воску, при нагреве превращаются в жидкость, а при отдаче тепла переходят в твердое состояние.

Таким образом, при использовании данного утеплителя создается возможность уменьшения объема одежды и получения большей свободы движений.

Основное назначение подкладки – снижение износа и загрязняемости, а также улучшение эстетического вида одежды. Хотя подкладка не играет существенной роли в теплозащитных свойствах одежды, она оказывает влияние на параметры микроклимата в пододежном пространстве.

Для оценки теплозащитных свойств материалов и пакетов одежды служит термическое сопротивление R – величина, обратная коэффициенту теплопроводности. Термическое сопротивление возрастает с увеличением толщины материалов (Rм = 20,2•10^-3δ),воздухопроницаемости и влажности.

Для определения теплозащитных свойств материалов расчетным методом используют формулу: R = δ/λ [м²•˚С/Вт].

Наиболее полно теплозащитные свойства материалов характеризует суммарное термическое сопротивление

,

где Rм = δ/λ_Э -термическое сопротивление материалов одежды [м^2•˚С/Вт];

Rп = 1/α –сопротивление теплоотдачи с наружной поверхности материала во внешнюю среду [м² •˚С/Вт];

λ_Э–эффективный коэффициент теплопроводности (учитывает теплоотдачу путем проведения и конвекции внутри материалов), Вт/м•ºС;

α -коэффициент теплоотдачи с поверхности материала (характеризует теплообмен между поверхностью материала и более холодной внешней средой путем конвекции и излучения), Вт/м•ºС.

В качестве примера в таблице 2.1. приведены граничные значения физиолого-гигиенических свойств сорочечно–платьевых тканей.

Таблица 2.1