CC BY
72
ТЕХНОЛОГИИ МАТЕРИАЛОВ И ИЗДЕЛИЙ ТЕКСТИЛЬНОЙ И ЛЕГКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
УДК 687.14-1
Л. Ю. Махоткина, Е. В. Леонова, А. В. Макаров, А. Н. Марьина
ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ ИННОВАЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕПЛОЗАЩИТНОЙ ОДЕЖДЫ
Ключевые слова: одежда для активного отдыха, водо- и воздухонепроницаемые материалы, мембраны, теплозащитные
свойства, наполнение воздухом.
Рассматриваются свойства инновационных материалов для проектирования теплозащитной одежды. Приведены значения водо- и паронепроницаемости материалов одежды для различных погодных условий. Предложена модель мужской куртки с заданными теплозащитными свойствами. Теплозащитность изделия обеспечивается свойствами мембранных материалов и закачиванием воздуха в полости изделия. Представлены результаты апробации опытного образца изделия.
Keywords: Clothing for active recreation, water and airtight materials, membranes, thermal insulation properties, filling the air.
The properties of innovative materials for the design of heat protective clothing. The values of water and vapor resistance of clothing materials for a variety of weather conditions. A model of men's jackets with specified heat-shielding properties. Teplozashhitnost' products is secured by properties of membrane materials and zakachi-air technology in oral products. The results of the validation test article sample.
Введение
В настоящее время в России активно развиваются различные виды спортивно-оздоровительного туризма, активного отдыха. Двигательная активность играет важную роль в восстановлении работоспособности, поддержании и укреплении здоровья людей. Несмотря на изобилие предложений одежды для активного отдыха (туризма, рыбной ловли и т.п.), вопросы проектирования одежды для данного рода занятий остаются весьма актуальными, поскольку в данных изделиях не всегда обеспечивается комфортное самочувствие человека. В данной работе проведен анализ повышения комфортного теплового состояния организма человека при различных природно-климатических условиях за счёт использования инновационных материалов, и новых методов обработки.
Данные исследования направлены на решение вопросов: улучшение качества одежды для активного отдыха за счет обеспечения комфортного психофизиологического состояния человека; расширение ассортимента выпускаемой продукции; внедрение инновационных материалов и технологий в производство.
Экспериментальная часть
Целью исследования является обеспечение комфортного теплового состояния организма человека в проектируемом изделии из инновационных материалов при различных погодных условиях.
В соответствии с целью поставлены следующие задачи:
- исследование и анализ существующих моделей одежды (конструкции, свойств материалов, технологии изготовления), в том числе патентный поиск; разработка эскиза модели;
- выбор пакета материалов и их лабораторные испытания, изготовление пробного образца;
- апробация пробного образца изделия, исследование показателей теплового состояния испытуемых в проектируемом изделии.
С целью разработки экспериментальной модели одежды проведён анализ существующих изделий [1]. Наиболее распространёнными являются изделия прямого силуэта, с элементами трансформации, регулирования комфортности пододежного микроклимата за счет использования вентиляционных отверстий, мембранных материалов. В данной работе предлагается утепление плечевой области как наиболее подверженной охлаждению вследствие намокания во время дождя (рис. 1).
Рис. 1 - Экспериментальный образец мужской куртки
Развитие работ по созданию новых материалов происходит как в области разработок новых химических волокон, так и в использовании на стадии отдел-
ки специальных препаратов, обеспечивающих тканям новые, необычные функциональные свойства [2].
Современная одежда для спорта, туризма, активного отдыха уже немыслима без мембранных материалов.
Мембранная ткань состоит из двух слоев: ткань верха (может быть абсолютно любой, как тонкой, так и плотной) и, непосредственно, мембрана - тончайшая полимерная пленка с порами специальной формы, обеспечивающими одностороннюю водопроницаемость (влага, находящаяся с внутренней стороны, свободно мигрирует сквозь мембрану, в то время, как влага, находящаяся снаружи, задерживается мембраной) [3, 4]
Мембрана производится из тефлона PTFE, полиуретана PU, комбинированный PTFE-PU, полиэфир-сульфона PES. Основными свойствами материала является стойкость к износу и водонепроницаемость. Этими свойствами он обязан мембране тем что имеет огромное количество отверстий на единицу площади [3].
Также существуют ламинированные мембраны, среди них особый вид тканей - ткани с покрытием [3]. Благодаря наносимому на поверхность специальному аппретированию ткань выделяется водостойкими свойствами и высокими параметрами водонепроницаемости. В этой ассортиментной группе предлагаются преимущественно ткани с сырьевым составом 100% полиэстер. Ткань с нанесённой импрегнацией, имеет большую стойкость к механическим повреждениям, благодаря чему предназначается для спецодежды и форменной одежды, бытовых, ярмарочных и рекламных палаток, рекламные (надувные) конструкции и т. п.
В различных источниках [3, 4] приводятся характеристики мембранных материалов, в том числе значения водонепроницаемости., рекомендуются различные виды мембран в зависимости от погодных условий и физической активности человека.
Однако у мембранных материалов имеется и отрицательная сторона, которая заключается в том, что при длительном нахождении под потоком (давлением) воды мембрана намокает [4].
Поэтому во избежание намокания и, как следствие, охлаждения плечевой области в проектируемой мужской куртке предлагается дополнительное конструкторское решение в виде надувной кокетки.
Образцы мембранных тканей и соединительные швы испытывались на гидростатическом тестере [5, 6]. Данный тест лучше всего показывает, как будет вести себя материал в естественных условиях. Тест очень полезен для измерения локальных погрешностей, таких как повреждение, которое начнет протекать под очень низким давлением воды.
Опираясь на характеристики испытанных образцов для заданных климатических условий, выбран пакет материалов для изготовления опытного образца мужской куртки (рис. 2): 1 - ламинированная мембрана с ПВХ-покрытием с изнаночной стороны, 2 -полость для закачивания воздуха из пленочного материала ПВХ, 3 - синтепон стеганый с подкладом из вискозы, 4 - жилет отстёгивающийся из флиса.
Ы--------du
Рис. 2 - Пакет материалов опытного образца мужской куртки
Результаты и их обсуждение
Апробация опытного образца мужской куртки проводилась в реальных условиях эксплуатации изделия:
А1 - без дождя в статическом положении (в состоянии покоя);
А2 - без дождя с умеренными физическими нагрузками (ходьба по ровной местности);
A3 - в дождь в статическом положении;
А4 - в дождь с умеренными нагрузками;
А5 - в дождь при сильном ветре в состоянии покоя.
Для определения показателей пододёжного микроклимата использовался прибор SMART SENSOR AR874.
В таблице 1 приведены значения температуры поверхности тела (кожи) при испытании куртки в экстремальных условиях А5 - в дождь при сильном ветре в состоянии покоя.
Приведенные данные наглядно отражают, что температура локальных участков тела увеличивается в результате закачивания кокетки воздухом. Общие теплоощущения [7] при эксплуатации изделия с кокеткой, не закачанной воздухом, характеризуются как «очень холодно» (ниже 28,1), и при эксплуатации с накачанной кокеткой - как «холодно» (29,1±1). Среднее значение температуры кожи в дождь при сильном ветре после закачивания кокетки воздухом увеличилось на 1,8°С, что подтверждает эффективность принятых мер по созданию одежды с заданными теплозащитными свойствами. Результаты апробации мужской куртки в различных погодных условиях отображены на рис. 3, 4.
Испытания опытного образца в различных погодных условиях показали, что температура подо-дежного воздуха соответствует температуре комфортности 32°С (выделена полосой на рис. 3). На рисунке 4 полосой выделен уровень влажности 1820%, при котором человеку холодно. При макси-
мальном значении, равном 60 %, происходит конденсация испарений. Полученные значения влажности расположены в диапазоне 30-40 % - это говорит о комфортном теплоощущении.
Таблица 1 - Значения температуры поверхности тела (кожи) при закачивании кокетки воздухом
Наименование Величины измерений, °С
локальных полость кокетки полость кокетки
участков тела не закачана закачана
человека воздухом воздухом
лоб 27,5 29,0
плечо 28,7 29,8
грудь 29,0 30,2
живот 29,1 31,0
лопатки 27,5 29,7
поясница 26,5 28,9
кисть 26,0 28,2
Среднее зна-
чение 27,7 29,5
Общие тепло- очень холодно холодно
ощущения
Предлагаемая конструкция мужской куртки предполагает дальнейшее ее совершенствование, а также использование для экстремальных погодных условий дополнительного снаряжения - надувная плащ-палатка.
Заключение
На основании вышеизложенного, для обеспечения комфортного теплового состояния человека при различных погодных условиях предложена мужская куртка со следующими модельными особенностями:
- пристегивающийся подклад из флиса, который может эксплуатироваться отдельно от изделия;
- пристёгивающийся капюшон с защитным козырьком для лица во время дождя, складывающийся в потайной карман на молнии;
- вентилируемость пододежного микроклимата обеспечивается ластовицей в подмышечной зоне, выполненной из сетки и скрываемой листочкой на молнии;
- утепление плечевого пояса, как наиболее подверженного охлаждению во время дождя, достигается за счет надувания дополнительной полости, повторяющей форму кокеток деталей переда и спинки.
Литература
1. Проектирование изделий специального назначения с учетом деформационных свойств материалов/Л.Ю. Махоткина//Вестник технол. ун-та. 2015.-T.18.-N» 13.-С. 133-135.
2. Влияние факторов окружающей среды на материалы легкой промышленности/ Л.Ю. Махоткина, А.П. Жихарев, О.В. Фукина, И.Ш. Абдуллин//Монография.-КГТУ.- 2011.-232 с.
3. http://membra.ru/technology/membrans/types_of_membra nes/ - основные типы мембранных конструкций.
4. http://skiline.ru/sport-technology/674-membrans.
5. Лабораторные испытания инновационных материалов для пневмокостюма с адаптационно-реабилитационной функцией / Е. И. Арланова, В. А. Козлов, З. С. Соловьева, Е. В. Леонова // Подготовка кадров швейного производства: проблемы и пути их решения: сб. научных статей - Чебоксары: Чуваш. гос. пед. ун-т, 2014. - С. 52-55.
6. Инновационные технологии при проектировании пневмокостюма-трансформера для больных с нарушенными двигательными функциями /В. А. Козлов, З. С. Соловьева, Е. В. Леонова, Т. Э. Ефимова //Подготовка кадров швейного производства: проблемы и пути их решения : сборник научных статей - Чебоксары : Чуваш. гос. пед. ун-т, 2014. - С. 167-170.
7. Автоматизация проектирования подростковой одежды / Е. В. Леонова, А. Б. Коробова. - Чебоксары: Чуваш.гос.
Рис. 4 - Влажность пододежного воздуха при пед. ун-т' 2014. - 144 с.
различных погодных условиях
© Л. Ю. Махоткина - д-р техн. наук, проф., зав. каф. конструирования одежды и обуви КНИТУ, sapr415@mail.ru; Е. В. Леонова - канд. техн. наук, доц. каф. конструирования и технологии швейных изделий, «Чувашский госуд. педагогический университет им. И. Я. Яковлева», еlena-vladЛeon@maiLru; А. В. Макаров - выпускник того же университета, shura-75-75@mail.ru; А. Н. Марьина - студентка того же университета, maranna-jey@mail.ru.
© L. Y. Makhotkina - doctor of technical Sciences, Professor, head of Department of designing of clothes and shoes, KNRTU, sapr415@mail.ru; E. V. Leonova - candidate of technical Sciences, associate Professor of the Department of designing and technology of sewing products, "Chuvash state pedagogical University. I. Y. Yakovlev", еlena-vlad.leon@mail.ru; A. V. Makarov - a graduate of the "Chuvash state pedagogical University. I. Y. Yakovlev", shura-75-75@mail.ru; A. N. Mar'ina - student of the "Chuvash state pedagogical University. I. Y. Yakovlev", maranna-jey@mail.ru.
Рис. 3 - Температура поверхности тела (кожи) при различных погодных условиях
■ А1,% 60,0 50,0 40,0 30,0 20,0 10,0 0,0
I 1 1 1 1 '
I ■ ■ ■ ■
о
