CC BY
9
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
МЕТОД ОЦЕНКИ БЕЛЬЕВЫХ И ПЛАТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ ПО СКОРОСТИ ПРОХОЖДЕНИЯ ВЛАГИ ЧЕРЕЗ ТКАНЬ
Кандидат медицинских наук В. И. Кричагин, научный сотрудник Р. Ф. Афанасьева
Из Института авиационной и космической медицины
Существующие методы исследования материалов одежды не дают полного представления о том, как будет влиять одежда на процессы теплорегуляции. Об этом свидетельствуют многочисленные работы, проведенные в последние годы как за рубежом [Мехельс, Винслоу,
и/туи ер для тг гвмутйоз- Д Е ¡уха Ж 8
Керамическая пористая шст-1
, Комцо .Ткань
Герметическая калека Г
Рис. 1. Схема прибора для определения скорости прохождения влаги через ткань.
Херрингтон (МесЬес^. \Vinslow, Негпг^оп) и др.], так и в СССР (Г. М. Кондратьев, Д. А. Мендельсон, П. А. Колесников, Ю. В. Вадков-ская), в которых делается попытка отбора тканей на основании изучения последних в условиях, близких к эксплуатационным.
Исследование влажностных свойств тканей распространенными в настоящее время методами не позволяет выявить каких-либо существенных различий даже между материалами, резко отличающимися друг от друга по природе волокна, структуре ткани и т. д.
С целью выяснения механизма проникновения влаги через толщу тканей, идущих на изготовление одежды, мы разработали комплексную методику оценки проницаемости ткани для влаги и водяных паров.
Исследования были проведены на приборе, сконструированном В. И. Кричагиным 1 (рис. 1). Прибор состоит из чашки (Е) диаметром 6 см, в крышку которой вставлена пористая керамическая пластинка из обожженного каолина площадью 10 см2 и толщиной 3 мм. Чашка сообщается с капилляром (Б) и сосудом с дистиллированной водой (Л). Капилляр (пипетка на 0,1 мл с делениями на 0,001 мл, ошибка отсчета ± 0,5%) закреплен в горизонтальном положении на шкале (Б), по которой он может передвигаться вверх и вниз. Шкала имеет деле-
' Аналогичный прибор был сконструирован А. С. Сосиинд, В. Г. Абозиныи и Л. С. Рыжковой ¡в Ленинграде. Отличие нашего прибора -заключается в том, что вместо кварцевого леока мы применили пористую пластинку, а также присоединили шкалу давления.
ния, обозначающие положительное или отрицательное давление жидкости на пластинку в миллиметрах водяного столба.
Всю систему (чашка-капилляр) заполняют из сосуда (А) дистиллированной водой. Штуцер (Ж), предназначенный для выпуска воздуха, открывают'. После заполнения системы кран (В) перекрывают и в дальнейшем открывают лишь при необходимости заполнения водой измерительного капилляра (Б). Вода в чашке (Е), испаряясь через пористую пластинку (Д), поступает из капилляра (Б). По количеству воды, убывшей из капилляра за определенный промежуток времени, судят о скорости испарения влаги с поверхности пористой пластинки.
Передвижением капилляра (Б) по вертикальной шкале можно создавать разные условия пропотевания жидкости через пластинку: от имитации профузного потения, когда капилляр находится выше уровня пластинки, до perspiratio insensibilis 2, когда капилляр расположен ниже уровня испаряющей поверхности.
Изучение скорости испарения влаги с поверхности пластинки показало, что она зависит от давления, создаваемого различными уровнями капилляра (Б) относительно уровня поверхности пластинки. Наиболее интенсивное испарение наблюдается при положительных давлениях Когда капилляр помещают ниже нулевого уровня, скорость испарения падает пропорционально увеличению отрицательного давления до 50 лш, а при дальнейшем понижении .уровня (до 100—150 мм) остается постоянной.
Ткань, наложенная на поверхность пластинки, влияет на скорость испарения следующим образом: а) в опытах с положительным давлением скорость не изменяется, так как ткань быстро промокает; б) в опытах с отрицательным давлением скорость уменьшается, вследствие того что в данном случае пластинка и ткань представляют собой две фазы, обладающие разными капиллярными свойствами.
Сущность предлагаемого метода заключается в количественной оценке скорости прохождения влаги: путем проникновения паров через толщу ткани и путем впитывания влаги тканью и последующего испарения с наружной стороны.
Опыт производят следующим образом. Ткань, фиксированную на металлическом кольце, накладывают на испаряющую поверхность пластинки и по капилляру отмечают количество жидкости, убывающей за определенный отрезок времени. Изменение объема жидкости в капилляре определяют с точностью до 0,5 деления (0,0005 мл, или 0,5 мг). Для получения достоверных показаний необходимо, чтобы количество убывшей жидкости превышало точность отсчета (0,5 деления) минимум в 20 раз, т. е. составляло не менее 10 делений на шкале пипетки, тогда ошибка отсчета будет равной ±5%. Поэтому для определения объема убывшей жидкости мы выбрали интервал времени, равный 10 минутам.
Полученные данные рассчитываются на единицу поверхности ткани.
п
V =-.
ts
где п — число делений (в миллиграммах), t — время измерения (в минутах), s — площадь испаряющей поверхности (в квадратных сантиметрах), V — скорость убывания жидкости в' капилляре (в миллиграммах на 1 см2 в минуту).
Как показали наши исследования (рис. 2), постоянная скорость убывания жидкости из капилляра при наложении ткани на испаряю-
1 Воздух из чашки должен быть удален полностью, так как его наличие создает определенное сопротивление прохождению паров жидкости.
2 Полного тождества между структурой пластинки и кожи, конечно, не существует, поэтому приведенная аналогия носит весьма относительный характер.
4*
51
щую поверхность устанавливается в большинстве случаев через 20—50 минут, поэтому для ведения наблюдений в стационарном режиме следует производить замеры спустя 30—50 минут после наложения ткани. Это обстоятельство следует учитывать и при наличии воздушной прослойки между тканью и поверхностью пластинки. Замеры прекращаются после получения трех одинаковых цифр; допускается колебание, равное ошибке отсчета (±5%). следовательно, ошибка измерения может составлять ±10%.
№
10М
Л I
010
'ч, \
ч \ >_^_\
ю
го
30 40 Время О мим.
50
60
Рис. 2. Скорость убывания воды в мерном капилляре за 10 минут (в «спокойном» воздухе).
I — лен; 2 — хлопок; 3 — открытая поверхность; 4 — шелк; 5 — хлорин.
При помощи указанной методики мы изучали влияние некоторых свойств тканей на процессы прохождения через них влаги. Наименования тканей, взятых в качестве образцов для исследования, приведены в табл. 1.
Таблица 1 Характеристика тканей, взятых для исследования
Наименование тканей
Воздухопроницаемость /в л/м' в 'секунду)
Толщина Д 0,05 (в мм)
Объемный
вес (в г/см')
Гигроскопичность (в %)
Шелк натуральный.....
Хлорин-саржа........
Лен арт. 218........
Хлопчатобумажная ткань АСТ-2
Капрон арт. 214186 .....
» > 21418а .....
» » 21418......
» » 21452 ......
Лен арт. 216 ... • . . . . » »282 .........
650 150 150 170 3 780 1 775 1 200 60 166 100
0,12 0,35 0,49 0,5 0,2 0,22 0,24 0,28 0,3 0,4
0,36 0,62 0,33 0,37 0,26 0,36 0,38 0,46 0,54
16 О 23 14 4 4 4 4 20 21
Первая серия опытов была посвящена выяснению влияния тканей, наложенных на поверхность испаряющего элемента при трех значениях воздушной прослойки (между тканью и пористой пластинкой), на перенос влаги от пластинки во внешнюю среду в «спокойном» воздухе.
Измерения проводили при положении капилляра ниже уровня испаряющей поверхности на 100 мм (регвр^а^о тзепэШШз). Такое давление обеспечивает наиболее постоянную скорость испарения. На рис. 3 представлены средние данные 15 опытов, проведенных при температуре воздуха 15—17° и влажности 40—46%, показывающие зависимость скорости испарения от расстояния (й) между тканью и пластинкой (й = 0, 0,5, 1 см).
Из приведенных данных следует, что при плотном прилегании ткани (с1 = 0) в условиях «спокойного» воздуха скорость испарения уменьшается по сравнению с открытой поверхностью на 0,01—0,03 мг/см2 в минуту, что составляет 10—30%.
Воздушная прослойка между тканью и поверхностью пластинки повышает величину сопротивления всей системы испарению влаги, например ткань и слой воздуха, равный 0,5 см, уменьшают скорость испарения на 0,02—0,04 мг/см2 в минуту, т. е. на 20—40%, ткань и слой воздуха в 1 см — на 0,03—0,04 мг/см2 в минуту, т. е. на 30—40%. С увеличением воздушной прослойки сглаживаются различия между тканями. При плотном прилегании тканей к испаряющей поверхности максимальная разница между скоростями испарения жидкости с их поверхностей составляет 0,02 мг/см2 в минуту (20%); при наличии воздушной прослойки, равной 1 см, — 0,01 мг/см2 в минуту (10%) в пределах ошибки измерения.
Приведенные данные свидетельствуют о том, что слой воздуха под тканью, равный 5 мм, оказывает примерно такое же сопротивление диффузии водяных паров, как и любая из тканей. Таким образом, эксперимент подтверждает необходимость учета воздушных прослоек при про--ведении аналогичных опытов.
Вторая серия опытов была проведена с целью выяснения динамики установления равновесия между скоростью впитывания влаги тканью и скоростью испарения с ее поверхности в «спокойном» воздухе.
Ход кривых (см. рис. 2) показывает, что жидкость в капилляре начинает убывать сразу после соприкосновения тканей с влажной поверхностью за счет активного всасывания ее тканями, причем при наложении тканей из натуральных волокон (гигроскопичных) этот процесс происходит более интенсивно, чем при наложении тканей из синтетических волокон (малогигроскопичных). На графике видно также, что за первые 10 минут скорость убывания жидкости в мерном капилляре (у тканей из натуральных волокон) гораздо выше, чем после установления равновесного состояния. У хлориновой ткани наблюдается противоположная картина, что, по-видимому, связано с отсутствием у нее гигроскопичности и с низкой минимальной водоемкостью.
При наличии воздушной прослойки между тканью и пластинкой скорость убывания жидкости в капилляре в первые минуты меньше,
л/м'ш
Рис. 3. Зависимость между воздухопроницаемостью тканей и степенью задержки ими водяных паров при скорости ветра 3,6 м/сек.
чем после установления равновесного состояния, что можно объяснить отсутствием активного всасывания жидкости тканями.
В третьей серии опытов те же ткани испытывали в ветровом потоке, направленном перпендикулярно к их плоскости.
Скорость прохождения водяных паров через ткани в зависимости от величины слоя воздуха (<Л) между тканью и увлажненной пластинкой (скорость ветра 3,6 м/сек) приведена в табл. 2.
Таблица 2 Скорость прохождения водяных паров через ткани
Воздухо- Скорость прохождения водяных
проница- паров Цв % к исходной (без ткани)]
Наименование тканей емость
(в л/мг в
секунду) d—0 см d=0,5 см d=1 см
А. Ткани из синтетического волокна
Капрон 5............ 3 780 62 55 38
» 6 . . . . • •...... 1775 46 35 23
» 7 . .......... 1 210 44 30 20
» 8.....•...... 60 25 12 8
Хлорин 2............ 150 25 12 8
Б. Ткани из натурального волокна
Шелк 1............ 650 55 30 25
Хлопок 4.......• .... 172 40 20 8
Лен 9............ 166 40 18 8
» 3 . •.......... 150 37 15 8
» 10. ........... 100 30 12 6
Как видно из табл. 2, в ветровом потоке значение ткани как фактора, препятствующего испарению влаги с поверхности, выявляется в большей степени, чем в «спокойном» воздухе.
Несмотря на гораздо большую воздухопроницаемость капроновых тканей, последние при плотном прилегании оказывают примерно такое же сопротивление прохождению водяных паров, как и ткани из натуральных волокон, обладающие гораздо меньшей воздухопроницаемостью. Следовательно, для обеспечения одного и того же сопротивления испарению пота капроновые ткани должны быть более воздухопроницаемыми, чем ткани из натуральных волокон.
Это доказывается рис. 3, на котором представлены значения степени задержки 1 испарения влаги с увлажненной поверхности при плотном прилегании к ней тканей из натуральных и синтетических волокон, имеющих различную воздухопроницаемость.
Из табл. 2 видно, что с увеличением воздушной прослойки между тканью и пластинкой указанные преимущества тканей из натуральных волокон (гигроскопичных) перед капроновыми (малогигроскопичными) полностью исчезают.
На основании обнаруженных нами фактов, по-видимому, следует рекомендовать применение гигроскопических материалов для белья и одежды, контактирующей с кожей.
Наш опыт свидетельствует о том, что на предложенном приборе можно исследовать: 1) скорость испарения влаги с открытой поверхности; 2) скорость прохождения влаги через ткань, прилегающую к увлажненной пластинке; 3) скорость прохождения влаги через систему воздух—ткань—воздух (паропроницаемость). Во всех случаях исследова-
1 В данном случае за 100% принято полное прекращение -испарения, а за 0% — полная «прозрачность» тканей для диффузии водяных паров.
ния можно проводить как в «спокойном» воздухе, так и в ветровом потоке.
Исследование тканей на данном приборе выявило следующие закономерности.
1. При плотном прилегании ткани к увлажненной поверхности: а) при отсутствии ветра все исследованные ткани снижают скорость испарения на 10—30%; четкой зависимости степени снижения от структуры и природы тканей установить не удалось; б) при форсированной конвекции ткани снижают скорость испарения на 38—75% ; величина сопротивления прохождению влаги зависит от природы волокон: ткани из синтетических (малогигроскопичных) волокон при одной и той же воздухопроницаемости оказывают большее сопротивление, чем ткани из натуральных волокон.
2. При наличии воздушной прослойки между тканями и увлажненной поверхности: а) при отсутствии ветра увеличивается сопротивление прохождению паров жидкости, влияние структурных и природных особенностей тканей почти полностью нивелируется; б) в ветровом потоке скорость прохождения водяных паров через ткани зависит от их воздухопроницаемости и практически не связана с природой волокон тканей.
ЛИТЕРАТУРА
Mecheels О., Melliand Textilber., 1955, Bd. 36, S. 722. — I d e m, Ibid., 1956, Bd. 37, S. 813.— Wh elan M., MacHattie L„ Goodings A. et al„ Text. Res. J., 1955, v. 25, p. 197.
Поступила 18/VIII 1960 r.
ÜT * #
МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ МИКРОКОНЦЕНТРАЦИЙ АЦЕТИЛЕНА
В ГАЗОВЫХ СМЕСЯХ
Кандидат химических наук М. П. Корш Из Института горючих ископаемых Академии «аук СССР
Для определения ацетилена в газовых смесях нами был применен сорбционно-колориметрический метод.
В основе его лежит адсорбция ацетилена из газовых смесей на охлаждаемом сорбенте с последующей десорбцией и колориметрическим определением его в виде ацетиленистой меди. В зависимости от содержания ацетилена количество газа, необходимое для анализа, составляло от 2 до 15 л.
Абсорбция ацетилена производилась спиртовым реактивом Илосвая в 5 поглотителях по 1 мл в каждом. Шкала для колориметрирования также была уменьшена (по сравнению с обычной) примерно в 10 раз, как это указано ниже.
Анализ выполняют в две стадии. В первой производят сорбцию ацетилена на охлаждаемом сорбенте, во второй — десорбцию и поглощение ацетилена реактивом Илосвая с последующим колориметрирова-нием полученной окраски ацетиленистой меди. Ацетилен определяли на установке (см. рисунок) следующим образом.
Анализируемый газ через кран 1 поступает в колонку 7, заполненную едким кали, для предварительной осушки и очистки газа, после чего направляется в сосуд 11, заполненный сорбентом. Следует указать, что при заполнении сорбционного сосуда кусочками фарфора или стекла (2—3 мм) отсутствует конденсация кислорода, содержащегося в газе. В то же время имеет место полная конденсация ацетилена. При
