авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 |
-- [ Страница 1 ] --

ИЗ ФОНДОВ РОССИЙСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННОЙ БИБЛИОТЕКИ

Алейникова, Ольга Алексеевна

Оптимизация конструкций теплозащитных

пакетов одежды с объемными материалами

Москва

Российская государственная библиотека

diss.rsl.ru

2007

Алейникова, Ольга Алексеевна.

   Оптимизация конструкций теплозащитных пакетов

одежды с объемными материалами  [Электронный ресурс]

: дис. ... канд. техн. наук

 : 05.19.04. ­ Шахты: РГБ, 2007. ­ (Из фондов Российской Государственной Библиотеки).

Технология швейных изделий Полный текст:

http://diss.rsl.ru/diss/07/0222/070222039.pdf Текст воспроизводится по экземпляру, находящемуся в фонде РГБ:

Алейникова, Ольга Алексеевна Оптимизация конструкций теплозащитных пакетов одежды с объемными материалами Шахты  Российская государственная библиотека, 2007 (электронный текст) 61:07-5/ Государственное образовательное учреждение высшего нрофессионального образования «Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса»

(ГОУ ВПО ЮРГУЭС)

На правах рукописи

АЛЕЙНИКОВА Ольга Алексеевна ОНТРШИЗАЦИЯ КОНСТРУКЦИЙ ТЕПЛОЗАЩИТНЫХ ПАКЕТОВ ОДЕЖДЫ С ОБЪЁМНЫМИ МАТЕРИАЛАМИ Специальность 05.19.04 - Технология швейных изделий Диссертация на соискание учёной стененн кандидата технических наук

Научный руководитель д. т. н., профессор Бекмурзаев Л.А.

Шахты - Оглавление стр Введение Глава 1 Современные подходы к вопросам проектирования одежды с объемными утепляющими материалами 1.1 Основные требования к одежде для защиты от холода 1.2 Теплообмен в системе «человек - одежда - окружающая среда»

1.3 Анализ ассортимента и свойств объемных утепляющих материалов 1.3.1 Ассортимент объемных утепляющих материалов 1.3.2 Основные свойства объемных утепляющих материалов, влияющие на термическое сопротивление 1.4 Требования к материалам оболочки 1.5 Способы конструктивного решения пакетов и аналитическое описание отсеков пакетов одежды для защиты от холода Выводы Глава 2 Аналитическое исследование свойств тенлозащитных пакетов и объёмного несвязного утеплителя 2.1 Модельное представление теплозащитных пакетов 2.1.1 Представление пакета в виде плоско-параллельной стенки 2.

1.2 Представление пакета в виде цилиндрической стенки 2.2 Аналитическое исследование термического сопротивления пакетов на основе объемных несвязных утеплителей 2.2.1 Решение методом сеток 2.2.2 Аналитическое решение 2.2.3 Решение методом средневзвешенных показателей 2.3 Аналитическое исследование взаимосвязи термического сопротивления и геометрии асимметричных отсеков 2.4 Аналитическое исследование взаимосвязи высоты слоя утеплителя и его плотности Выводы Глава 3 Экспериментально-теоретическое исследование теплозащитных свойств пакетов и физико-механических свойств перо-пухового утеплителя 3.1 Теоретическое обоснование методики эксперимента по исследованию влияния геометрии отсеков на термическое сопротивление 3.2 Экспериментальное исследование влияния геометрии отсеков пакетов на термическое сопротивление 3.3 Исследование взаимосвязи высоты слоя утеплителя, геометрии отсеков и распределения плотности утеплителя по высоте отсеков 3.4 Оценка оптимальности геометрии пакетов с объемными песвязными утепляющими материалами Выводы Глава 4 Практическая реализация результатов работы. Разработка комплекта одежды 4.1 Конструкторско-технологическая проработка модели 4.1.1 Термофизиологический расчет 4.1.2 Обоснование выбора материалов 4.1.3 Выбор и обоснование методики конструирования и исходных данных 4.1.4 Разработка модельной конструкции 4.2 Практическое применение термофизиологического расчёта отсеков теплозащитных пакетов Выводы Общие выводы по работе Библиографический список Приложения ВВЕДЕНИЕ Актуальность темы.

Складывающиеся в настоящее время в экономике РФ и за рубежом рыночные механизмы регулирования требуют от отечественных предприятий обеспечения высокой конкурентоспособности продукции за счет снижения материальных затрат и повышения эффективности производства.

В климатических условиях нашей страны особое значение имеет теплозащитная одежда. Рационально созданная одежда для защиты от холода позволяет дольще сохранять тепловой комфорт, предотвращает появление простудных заболеваний, сохраняет трудоспособность.

Одним из важнейших направлений удовлетворения потребительского спроса на высококачественную теплозащитную одежду является производство изделий нового дизайна с объёмными материалами.

Перспективным теплозащитным материалом является натуральный наполнитель - пух и перо водоплавающей птицы. Применение таких материалов предполагает разработку специальных научно-обоснованных методов проектирования, предопределяющих качество готовой продукции, эффективность производства, рациональное использование сырья, снижение энергетических, материальных и трудовых затрат на выпуск продукции.

Базой для проектирования и производства одежды с объемными утепляющими материалами (наполнителями) являются работы П.А.Колесникова, Р.Ф. Афанасьевой, Р.А. Делль, Е.Х.Меликова, А. Бартона, О. Эдхолма, Л.А. Бекмурзаева, П.Ю. Бринка, Т.В.Денисовой, Т.Е. Пасековой и других специалистов.

До настоящего времени остается актуальным ряд вопросов, связанных с теплообменом в системе «человек - одежда - окружающая среда», разработкой конструкций теплозащитных пакетов и одежды в целом, определением способов снижения материалоёмкости продукции.

При производстве теплозащитной одежды с объемными материалами возникают изменения поперечных размеров при огибании вокруг частей тела человека. При проектировании необходимо учитывать изменение размеров и конфигурации и отсеков одежды. Актуальной задачей на стадии проектирования является устранение дефектов и повышение качества теплозащитной одежды.

Перечисленные проблемы определяют направление и характер исследований, представленных в настоящей работе.

Цель диссертационного исследования заключается в исследовании и разработке способов копструкторско-технического обеспечения тенденций развития современного дизайна перо-пуховой одежды, повышения качества теплозащитной одежды, снижения материалоёмкости продукции, совершенствовании методики проектирования одежды с объемными материалами (наполнителями), разработке аналитического алгоритма расчета пакетов теплозащитной одежды.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1 - проанализировать известные методы конструктивного решения пакетов теплозащитной одежды;

2 - установить взаимосвязь между параметрами конструкции и термическим сопротивлением теплозащитных пакетов;

3 - разработать аналитические способы вычисления суммарного термического сопротивления асимметричных пакетов, позволяющих снизить материалоёмкость одежды с объемными несвязными утеплителями при сохранении заданного уровня качества;

4 - установить взаимосвязи между конструктивными решениями теплозащитных пакетов и степенью изменения плотности несвязного утеплителя.

Методологической и теоретической основой исследования послужили работы отечественных и зарубежных ученых, публикации в б периодической печати, инструктивные материалы, опыт работы предприятий по производству теплозащитной одежды.

В процессе работы над диссертацией были иснользованы результаты, нолученные в ходе исследований при проведении экспериментов в отраслевой научно-исследовательской лаборатории «Проектирование тенлозащитной одежды » на базе ЮРГУЭС.

Основные методы исследования.

Работа базируется на последовательном решении задач проектирования теплозаш;

итной одежды. Решение поставленных задач осуп^ествлялось аналитически, путем обобш;

ения известной научно-технической информации, методами математического анализа, абстрактно-логическими, экснериментальными методами. В работе использовались нрограммы Microsoft Word, Microsoft Excel, в системе компьютерной математики Maple 7.0, 3D Studio MAX, Paint для операционной системы Windows 2000 и Windows ХР.

Научная новизна диссертационной работы заключается - в разработке математических моделей для расчета термического сонротивления классических пакетов теплозаш;

итной одежды;

- в установлении зависимостей плотности несвязного утеплителя от параметров вертикальных отсеков, занолненных несвязным утенлителем;

-в разработке способов и математических моделей расчета термического сопротивления асимметричных пакетов теплозаш,итной одежды;

-в разработке критерия оценки эффективности использования тенлозапдитных пакетов различной геометрии.

Практическая значимость работы заключается - в применении аналитического метода расчёта отсеков пакетов теплозащитной одежды с объемными наполнителями к проектированию одежды с заданными теплозащитными свойствами;

- в предложении метода расчёта теплозащитной одежды новых асимметричных конструкций утепляющих пакетов, позволяющих расширить варианты модельно-конструкторских разработок, повысить уровень термического сопротивления одежды и снизить расход перо-пухового утеплителя;

- в разработке новых конструкций тенлозащитных пакетов с учётом теоретического обоснования конструкторско-технического обеспечения тенденций развития современного дизайна перо-пуховой одежды.

Апробация работы.

Основные результаты работы докладывались на научно-практических конференциях профессорско-преподавательского состава ЮРГУЭС в г.

Шахты в 2004-2006 учебных годах. Достоверность результатов исследования, выводов и рекомендаций подтверждена публикациями, производственной проверкой на предприятиях города.

Результаты и материалы исследований использовались в учебном процессе ЮРГУЭС при выполнении курсовых работ исследовательского характера на стыке фундаментальных дисциплин и дипломных проектов студентов специальности 28 08 00 «Технология швейных изделий».

Практическая значимость подтверждена результатами производственной проверки на предприятии. Методика проектирования детской тенлозащитной одежды с объёмными наполнителями внедрена на 0 0 0 «Кордура» города Шахты.

Преимущества внедрённого мероприятия - повышение качества выпускаемой продукции, экономия перо-пухового нанолнителя.

В соответствии с актом внедрения, методика нроектирования теплозащитной одежды нозволяет повысить эффективность производства одежды сократить затраты на проведение опытно-конструкторских работ.

Публикации.

По теме диссертации опубликовано 9 статей, получены 3 патента Российской Федерации. Онубликованы методические указания к выполнению курсовой исследовательской работы на стыке фундаментальных дисциплин по теме «Определение теплового потока через пакет одежды с объемным утеплителем».

Структура и объём.

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, основных результатов и общих выводов, списка литературы из 117 наименований.

Работа изложена на 161 страницах, содержит 36 рисунков, 6 таблиц и приложения. В приложениях приведены акты внедрения, результаты теоретических и экспериментальных исследований.

1 СОВРЕМЕННЫЕ НОДХОДЫ К ВОНРОСАМ НРОЕКТИРОВАНИЯ ОДЕЖДЫ С ОБЪЁМНЫМИ УТЕНЛЯЮЩИМН МАТЕРИАЛАМИ 1.1 Основные требования к одежде для защиты от холода В связи с различными климатическими условиями нашей огромной страны и большим контингентом работаюш,их людей на открытом воздухе в зимний и осенне-весенний нериоды года (строители, геологи, нефтяники, железнодорожники и т.д.) большое значение нриобретает создание рациональной одежды для заш;

иты от холода [11].

Факторы охлаждаюш,его микроклимата действуют в производственных помеш,ениях, где низкая темнература необходима по технологическим нричинам, например, в производственных цехах, в холодильниках и т. д.

В ходе эволюционного развития человек не выработал устойчивого приснособления к холоду. Поэтому создание одежды, соответствующей по своим теплоизоляционным свойствам реальным условиям её эксплуатации, является необходимым требованием для обеспечения нормальной жизнедеятельности и работоспособности человека. Холод может способствовать развитию сердечно-сосудистой натологии, радикулита, заболеваний органов дыхания, язвенной болезни, кариеса зубов [1, 10, 11, 15].

Охлаждение организма в процессе производственной деятельности снижает работоспособность (например, производительность труда каменш;

иков и бульдозеристов зимой ниже, чем летом - соответственно на и 6,5%), увеличивает потери рабочего времени за счёт заболеваемости с временной утратой работоспособности. Бронхит, нневмония, тонзиллит, эндокринные расстройства - результат действия на организм экстремальных факторов внешней среды [И, 12]. Эти болезни могут быть обусловлены как недостаточными, так и избыточными теплоизоляционными свойствами одежды.

Проектирование одежды для защиты от холода в соответствии с реальными условиями её эксплуатации является сложной научной и практической задачей, т. к. эта одежда должна удовлетворять требованиям, часто несовместимым друг с другом. Так, например, в одежде должны сочетаться: малая масса и высокие теплозащитные свойства;

малая воздухопроницаемость и достаточная влагопроводимость;

одежда должна защищать от внешней влаги и не препятствовать удалению влаги с поверхности тела;

она должна защищать человека от холода в состоянии покоя и не вызывать перегревания при выполнении им интенсивной физической нагрузки.

Общие гигиенические требования к одежде для защиты от холода были сформулированы профессором П.Е. Калмыковым ещё в 1946 году. Они сводятся к тому, что зимняя одежда должна обладать высокой теплозащитной способностью по возможности регулируемой, малой объёмной массой, минимальной воздухопроницаемостью. Покрой её должен препятствовать проникновению холодного воздуха. Внутренние слои должны хорошо впитывать пот и хорошо отдавать влагу [8, 9, 10, 14, 71].

Комплексное решение вопросов построения одежды для защиты от холода, учитывающее теплофизические свойства материалов и теплообмен организма с окружающей средой, представлено в работе А. Бартона и О.

Эдхолма [22]. Па основе собственных и литературных данных они показали, что теплоизоляционные свойства материалов зависят от заключённого в них «инертного» воздуха, и что тенлоизоляция, создаваемая одеждой, пропорциональна её толщине. Они сформулировали требования к одежде, направленные на повышение её теплозащитных свойств.

1. Недоступность проникновения наружного воздуха под одежду, что достигается её конструкцией и использования ветрозащитных покрытий.

2. Пизкая плотность применяемых материалов, позволяющая уменьшить теплопередачу за счёт самого волокна.

3. Поддержание максимальной толш,ины воздушных прослоек, заключённых в одежде.

4. Неодинаковая степень утепления различных частей тела человека.

Последнее требование обусловлено снижением эффективности теплоизоляции с уменьшением диаметра условного цилиндра, которым можно описать тело человека. Эффективность теплоизоляции снижается также по мере увеличения толш;

ины теплоизоляционного слоя, причём тем больше, чем меньше диаметр цилиндра. Такое поведение теплоизоляционных свойств связано с увеличением плоп1,ади поверхности, теряюш,ей тепло, при увеличении толш;

ины одежды. При малом диаметре цилиндра этот фактор может превышать выигрыш теплоизолирующих свойств, получаемый за счёт увеличения толщины [11].

Для человека в целом, фактор кривизны может иметь небольшое значение в виду относительно большого диаметра большинства частей его тела. Теоретически максимальная величина термического сопротивления одежды несколько больше практически получаемой теплоизоляции одежды в целом [11, 22].

Причинами этого считаются:

1) снижение эффективности теплоизоляции одежды на конечностях;

2) снижение теплоизоляции воздуха, заключённого в одежде, вследствие усиления естественной конвекции по мере увеличения толщины воздушного слоя.

Влияние ветра на теплоизоляционные свойства материалов и их пакетов наиболее полно рассмотрено в работах П.А. Колесникова [76, 77, 78].

Толщина пакета материалов в условиях ветра имеет меньшее значение. Ветер оказывает существенное влияние на теплозащитные свойства одежды, а, следовательно, и тепловое состояние человека. Даже при небольшом ветре (1,1 м/с) общее термическое сопротивление одежды (R =R н —, где сум. од. 0^ R - термическое сонротивление в структуре материала одежды, а — ОД- а термическое сонротивление тенлоотдачи с новерхности этого материала), равное в условиях относительно спокойного воздуха 0,388 м^*°С/Вт (—= а 0,155 MI'^C/BT И R = 0,233 м^ * °С/Вт), снижается до 0,217 м^ * °С/Вт ( - = °Д' а =0,155 М \ ° С / В Т ) [11].

, R ^ Тенлоизоляционные свойства одежды уменьшаются и под влиянием движения человека. Степень снижения теплоизоляционных свойств одежды зависит при этом от физической активности человека.

Суммируя изложенные многими исследователями общие требования к одежде для защиты от холода, можно свести их к следующему:

1. Функция этой одежды состоит в том, чтобы оградить человека от чрезмерной отдачи тепла.

2. Теплозащитные свойства одежды должны соответствовать физической активности человека и климатическим условиям, в которых предполагается её эксплуатация.

3. Тепловое сонротивление одежды должно быть регулируемым.

4. Внутренние слои должны хорошо внитывать пот и легко отдавать влагу. Одежда не должна препятствовать выведению влаги из пододёжного пространства.

5. Степень утепления различных частей тела человека должна быть разной: максимальной в области туловища и минимальной в области пальцев кистей.

6. Одежда не должна вызывать перегревания человека. Допустимо некоторое его охлаждение, которое стимулирует физическую активность, снижает усталость, способствует акклиматизации к холоду.

7. В основу создания одежды для защиты от холода должен быть ноложен научный принцип, учитывающий физиологию теплообмена человека и климатические условия.

1.2 Теплообмен в системе «человек — одежда — окружающая среда»

Одежда покрывает около 80% поверхности тела человека и защищает организм от неблагоприятных воздействий внешней среды. Система «человек - одежда - окружающая среда» создаёт вокруг тела человека микроклимат, который можно регулировать [И]. Основными параметрами микроклимата являются:

1 температура воздуха;

2 относительная влажность воздуха;

3 содержание углекислоты;

4 скорость движения воздуха.

Принимая во внимание, что энерготраты человека непостоянны, как и параметры микроклимата внешней среды, практически очень сложно сформулировать единые количественные требования к микроклимату пододёжного пространства. Можно только сказать, что они должны быть адекватны конкретной ситуации. Например, средняя температура микроклимата под одеждой для человека, находящегося в состоянии относительного покоя (сидя), должна быть где-то около 28°С. (24-25°С у конечностей и до SO-SZ'^C в области туловища.) Т.е. температуру воздуха под одеждой следует рассматривать как средневзвешенную величину, включающую в себя температуру воздуха у различных участков поверхности тела.

Скорость нарастания влажности воздуха под одеждой должна быть наименьшей. Относительная влажность воздуха под одеждой должна быть не ниже 30% и не выше 60% [11, 40].

В окружающем нас воздухе 0,03-0,04% углекислоты. В микроклимате должно быть немногим больше (на 0,15-0,37%). По данным П.П. Ширбека, содержание углекислоты под одеждой, превышающее 0,8% неблагоприятно влияет на организм, вызывает плохое самочувствие [11].

В микроклимате должно быть слабое движение воздуха [11, 71, 61, 62, 63, 93]. Для разных энерготрат от 0,1 до 0,4 м/с.

Ощущение теплового комфорта (хорошего самочувствия), в соответствии с первым законом термодинамики, устанавливается при равновесии между организмом человека и окружающей средой, когда теплопродукция организма человека равна количеству тепла, отдаваемого во внешнюю среду [72, 83, 115]. При этом температура тела и кожи остаётся постоянной.

Температура тела регулируется путём изменения интенсивности химической реакции обмена веществ в организме и за счёт происходящих в нём физических процессов. С понижением температуры внешней среды теплопродукция в результате усиления химических реакций обмена веществ увеличивается. Особенно резко теплопродукция возрастает при мышечной работе [И, 64].

Теплоотдача происходит преимущественно через кожу (83%) и частично через слизистые оболочки. Регулируется она за счёт потоотделения и путём изменения циркуляции крови. Сужение сосудов способствует сохранению вырабатываемого тепла (до 70%), а расширение создаёт условия для его потери (почти на 90%) [11, 64].

Понятно, что тепловое состояние человека - основа для проектирования одежды различного назначения. Одна из важнейших функций одежды - создание у человека комфортных теплоощущепий, т.е.

нормального теплового состояния, которое поддерживается при определённом соотношении процессов теплообразования и теплоотдачи, т.е.

тепловом балансе.

В общем виде тепловой баланс может быть представлен следующим образом:

M+Q +Q +Q +Q +Q +Q ^ ± D, =Q т.н. рад. конв. конд. исп. дых. раб.

где М - энерготраты человека, (Вт);

Q - внешняя тепловая нагрузка (например, вследствие солнечной Т.Н.

радиации или иных источников лучистого тепла), (Вт);

Q - потери тепла радиацией, (Вт);

Q ^конв. - потери тепла конвекцией, V ^ ) (Вт);

^ ".

Q - потери тепла кондукцией, (Вт);

Q - потери тепла испарением влаги, которые складываются из суммы нотерь тепла испарением диффузионной влаги с поверхности кожи, потерь тепла испарением влаги с верхних дыхательных путей и потерь тепла испарением выделяемого пота Q +Q +0, (Вт);

Q - потери тепла дыханием (за счёт нагревания вдыхаемого воздуха), (Вт);

Qpa6." затраты тепла на механическую работу, (Вт);

D- накопление или дефицит тепла в организме человека, (Вт) [11].

Теплопродукция человека - это общие энерготраты без учёта затрат тепла на выполнение механической работы, т.е.О =М-0 -, (Вт).

^ ^тп ^раб ^ ' С учётом этого, уравнение тенлового баланса можно записать в виде *" VKOHB. "^ ^конд. "*" ^^исп.д. "^ Vncn.Abix. "*" ^исп.п. "^ Мдых. — Определение теплового баланса и степени его нарушения позволяет оценить теплоизоляционные свойства одежды, а также прогнозировать время возможного пребывания человека в условиях её эксплуатации [11, 64].

Теплозащитные свойства одежды определяются тепловым сопротивлением материалов пакета и конструкцией готового изделия.

Наибольшее значение в теплоизоляции человека принадлежит тепловому сопротивлению пакета материалов, конструкции же отводится дополнительная роль [27, 28].

Перемещение тепла в одежде, как и в любой среде, происходит только при разности температур. Перенос тепла от тела человека к наружному воздуху через разделяющий их пакет материалов одежды представляет собой сложный процесс. Простые способы теплообмена (кондукция, конвекция, радиация) в обособленном виде нрактически почти не встречаются [1, 41, 42, 81,82,83,86,87, 117].

Процесс прохождения тепла через пакет материалов одежды может быть представлен двумя основными законами распространения тепла:

1 эмпирическим законом Био - Фурье о передаче тепла в твёрдом теле;

2 обобщённым законом Пьютона - Рихмана о нотере тенла наружной поверхностью твёрдого тела в окружающую среду [41, 42, 86, 87, 112, 117].

Закон Фурье применим к тепловому потоку внутри одежды, закон Пьютона - к явлениям, происходящим на границе между поверхностью одежды и внешней средой.

Согласно закону Фурье, удельный тепловой поток (т.е. плотность теплового потока) Яконд '^ож^т быть определён равенством At t -t _ л '^ ^ _ т, ВН. П.О.

4конд.-^ g - ^ g где Чконд " удельный тепловой поток, (Вт/м );

X - коэффициент теплопроводности, (Вт/(м • °С));

6 - расстояние между изотермическими поверхностями, (м);

t - температура внутренней поверхности одежды, (°С);

ВН.

^п.о." температура наружной поверхности одежды, (^С).

Удельный тепловой поток - это количество тепла, протекающего в единицу времени от одной изотермической поверхности единичной площади с температурой t + At к другой изотермической поверхности единичной площади с температурой t [86, 87, 109].

Коэффициент теплопроводности материалов одежды - одна из основных теплофизических величин, характеризующих теплозащитные свойства. Он является физическим свойством материала и характеризует его способность проводить теплоту. Коэффициент теплопроводности материалов одежды зависит от структуры, плотности, влажности, давления и температуры. Поэтому значение коэффициента теплопроводности следует определять путём специального изучения применяемого материала [76, 77, 78, 86, 87, 88].

Экспериментальные исследования П.А. Колесникова показали, что для воздушно - сухих материалов одежды коэффициент теплопроводности материалов одежды практически не зависит от структуры, волокнистого состава и вида отделки. При тепловых расчётах одежды этот коэффициент можно считать постоянной величиной, равной 0,0495 Вт/(м * °С) [17, 27, 28, 77, 78].

Для оценки теплозащитных свойств материалов и пакетов из них наиболее важной величиной является не коэффициент теплопроводности, а обратная ему величина - тенловое сопротивление Я^д (м^ * '^С /Вт) Ядд отражает передачу тепла внутри материала.

Теплозащитная способность материалов одежды находится в прямой зависимости от величины их теплового (термического) сопротивления. Чем оно больше, тем выше теплоизоляционные свойства материалов одежды.

Вместе с тем тепловое сопротивление, подобно электрическому, обладает свойствами аддитивности, которого нет у тепловых коэффициентов.

Это очень важно для определения термического сопротивлепия пакета материалов. Эквивалентное тепловое сопротивление R^ сложного слоя равно сумме сонротивлений составляющих его слоев [27, 28, 39, 105] Согласно обобщённому закону Ньютона - Рихмана, количество тепла, отдаваемое в единицу времени единичным элементом площади наружной поверхности в окружающую среду (Яконв)' пропорционально разности температур поверхности одежды (t ) и окружающей среды (воздуха) (tg ).

Закон Ньютона - Рихмана выражается равенством где а - коэффициент теплоотдачи с поверхности, (Вт/(м * С));

tg - температура окружающей среды, (°С).

Коэффициент теплоотдачи с поверхности сложная величина, зависящая от физических свойств материалов, характера и интенсивности движения окружающего воздуха, лучеиспускательной способности наружной поверхности одежды, температуры и лучеиспускательной способности окружающих твёрдых тел и их расположения относительно рассматриваемого участка поверхности [27, 28, 39, 106].

В простейшем случае коэффициент теплоотдачи можно представить в виде суммы двух слагаемых [27, 28, 29, 31] =а +а, к.к. изл.

где а - величина теплоотдачи, приходящаяся на долю конвекции и К.К.

кондукции;

а - величина теплоотдачи, приходящаяся на долю лучеиспускания.

Количество тепла, теряемого единицей поверхности тела или одежды в единицу времени путём излучения (q ), определяется по закону Стефана Больцмана [85, 86, 87, 108]. Расчётная формула для лучистого теплообмена между параллельными серыми телами имеет вид 100 J t 1ИЗЛ.

где - приведённая степень черноты для двух тел;

jj = I - температуры тела и окружающих поверхностей [°С];

- коэффициент излучения абсолютно чёрного тела, [Вт/(м^* ^К Установлено, что с„ «5,67 Вт/(м^*^К"^). sj = —, i=l,2.

с - коэффициент излучения различных тел, О с 5,67 Вт/(м^* Но qJJзл можно представить также равенством / N (tno + 2 7 3 ) ' ^ - ( t B + 2 7 3 ) " Чизл. =ctизлЛtп.o. -tfi.)' откуда " а = Ч ^ О ^ 1 Величину — = можно рассматривать как сопротивление аа +а к.к изл.

теплопереходу от наружной поверхности одежды во внешнюю среду (Rxn.) Совокупное изолирующее действие одежды, характеризующее весь процесс теплопрохождения, может быть выражено суммарной величиной R сум.

т) 4-Ti о 4- R сум. ~ од. тп. в.п.' где Rgn - тепловое сопротивление воздушных прослоек между отдельными слоями материалов, а также между кожей человека и примыкающим к ней слоем материала.

Задача технического расчёта R может быть сформулирована таким образом:

При известных физических факторах среды одежда должна быть подобрана так, чтобы её R обеспечило, при наименьших затратах, соответствующую гигиеническим требованиям величину q, согласно равенству Согласно этому уравнению, количество теряемого организмом тепла зависит от перепада температур между телом человека и окружающей средой и суммарного сопротивления одежды. При постоянном суммарном сопротивлении одежды теплопотери возрастают пропорционально увеличению перепада температур. При постоянном перепаде температур и увеличении суммарного сопротивления одежды теплопотери через пакет снижаются по гиперболическому закону.

Задача аналитического расчёта термического сопротивления одежды в соответствии с конкретными условиями её эксплуатации представляет большую сложность даже с позиций расчёта R пакета материалов без учёта конструкции одежды в целом.

Организм человека в процессе жизнедеятельности непрерывно выделяет влагу в виде пота, расходуя на её испарение собственное тепло.

Количество тепла, расходуемого на испарение пота с единицы площади поверхности в единицу времени где а - коэффициент перехода тепла во внешнюю среду при испарении пота, (Вт/(м^*мм. рт. ст.));

ю - коэффициент увлажнения кожи [«^0,2 для нормальных условий];

p - парциальное давление водяного пара в насыщенном воздухе над К.

поверхностью кожи;

р - парциальное давление водяного пара в окружающем воздухе [64, В.

99].

В процессе дыхания тепло расходуется на нагревание вдыхаемого воздуха и на испарение воды в лёгких.

При наруп1ении равенства между теплопродукцией организма и теплоотдачей человек может перегреваться или охлаждаться. При достижении определённой стенени дискомфорта, недостаток (дефицит) тенла в организме может привести к понижению температуры тела. В связи с ограниченными теплоизоляционными возможностями одежды приходится допускать определённую стенень теплового дискомфорта. Поэтому при тепловых расчётах важно знать величины допустимого дефицита тепла [99].

Проектировать теплозащитные пакеты с объёмными несвязными утеплителями предлагается в следующей последовательности [11, 28]:

1) расчёт R ;

^^ сум.

2) расчёт 5 простёганного пакета;

3) расчёт 5. по участкам тела;

4) предварительное определение желаемой геометрии отсеков пакета из художественно-композиционного решения готового изделия;

5) вариантный расчёт геометрии пакетов для средневзвешенной толщины по соответствующим участкам;

6) выбор наиболее предпочтительных вариантов;

7) изготовление опытного образца (опытной партии);

8) оценка теплозащитных свойств одежды в климатической камере;

9) натуральные испытания;

10) разработка технической документации для серийного производства заданного ассортимента [11, 28, 64].

Важнейшим этапом разработки одежды является выбор материалов.

При разработке теплозаш;

итной одежды с перо - пуховым утеплителем этот вопрос имеет особое значение в силу специфических свойств утепляюш;

его материала.

1.3 Анализ ассортимента и свойств объёмных утеиляющих материалов Пакеты изделий с объёмными материалами могут иметь различные варианты решений. Они могут быть одно-, двух- и многослойными (комбинированными). Пакет может состоять из одного слоя в том случае, если материал этого пакета при достаточном уровне теплофизических свойств соответствует заданному уровню эстетических и гигиенических требований. Классическими примерами одежды с однослойными теплозаш;

итными пакетами являются различные тулупы, полушубки, дублёнки и т.п.

Использование для производства одежды и обуви различных объёмных материалов, состояш,их из отдельных структурных элементов, определяет необходимость формирования многослойных пакетов. Конструктивное решение многослойных пакетов зависит от используемых материалов и назначения одежды. Теплозащитные свойства пакетов, в свою очередь, зависят от свойств материалов и конструкции этих пакетов.

В классическом ассортименте изделий для защиты от перепада температур материалы, используемые для верхнего слоя, имеют большую поверхностную плотность и толщину. Это связано с необходимостью повышения термического сопротивления и износостойкости. По использование таких материалов повышает общий вес изделия, ведёт к дискомфорту при эксплуатации и снижает производительность труда. Па основании обобщения практического опыта эксплуатации изделий для защиты от холода, теоретических и экспериментальных исследований в этой области установлено, что основной вклад в термическое сопротивление вносят объёмные материалы нрокладок [21, 27, 28, 52, 53, 61, 62, 116].

1.3.1 Ассортимент объемных утенляющнх материалов При нроизводстве теплозащитной одежды для утенляющих прокладок используются различные ватины, тканые и объемные нетканые материалы, натуральный и искусственный мех, пенополиуретан (поролон), шерстяная вата, шерсть различных животных, перо-пуховая масса водоплаваюш;

их птиц.

Для анализа влияния свойств утепляюш;

их материалов на конструктивные параметры изделий, все объёмные утепляюш;

ие материалы можно подразделить на три группы:

1) объёмные утеплители с эффектом свойлачивания (волокна шерсти и хлопка, некоторые синтетические материалы);

2) сформированные объёмные утенляюш,ие материалы (различные нетканые материалы, полученные искусственным способом:

склеиванием, иглонробивным снособом, свойлачиванием, вязально нробивным способом, свариванием, гидроструйным способом).

Например, ватин, войлок;

3) объёмные несвязные утеплители (перо—пуховая масса утиная, гагачья, гусиная (белая и серая), пух и перо цесарок, индеек, куриные нух и неро, оленья шерсть).

Для производства швейных изделий чаш:е всего нрименяются утепляюш;

ие материалы второй и третьей групп. Их использование вызывает ряд трудностей, связанных с изменением геометрических размеров и объёмной формы утеплителей в процессе переработки.

Значительное влияние на тенлоизоляцию пакета материалов и комплекта одежды в целом оказывает толш,ина утеплителя, способность сохранять эту толш,ину в процессе эксплуатации изделия. В меньшей степени на показатели теплозащитных свойств пакета материалов оказывает влияние природа волокнистого состава утеплителя [7, 12, 14, 76, 77].

В настоящее время имеется широкий выбор объёмных утеплителей на базе синтетических материалов. Фирмы, занимающиеся изготовлением одежды для защиты от холода, используют клееный отечественный утеплитель «синтепон», а так же различные аналогичные зарубежные неорганические утеплители: "Thinsulate" фирмы «ЗМ» (США), "Primaloft", "Polarguard", "Thermolite" фирмы «Дюпон» (США), "Thermofil", "Lentex boll" предприятие «Лентекс» (Польша), различные типы "Fleece''-ов: "Polartec", "Huntigdon Mills", "Pontetorto" и т.д.

Так, например, "Thermofil" - новый объемный синтетический наполнитель, обладает прекрасными теплоизолирующими свойствами.

Лёгкий, мягкий и тёплый, он прочен, устойчив к сжатию, хорошо пропускает воздух и не впитывает влагу.

Научно-производственная фирма впервые вывела "Thermofil" на отечественный рынок, применив его для спальных мешков "Thermofil", производимый в Белоруссии опытными партиями, гораздо дешевле американского аналога - "Thinsulate". Были проведены исследования сотрудниками лаборатории специальных материалов НИИ Министерства обороны РФ. Образцы материалов "Thermofil" и "Thinsulate" были подвергнуты дополнительным испытаниям. Общие выводы были следующие: "Thinsulate" теплее и легче, чем "Thermofil", но прочностные характеристики и долговечность белорусского материала выше. При повышенной влажности и многократных стирках "Thermofil" не теряет согревающих свойств. По согревающим и эксплуатационным свойствам "Thermofil", безусловно, значительно превосходит синтепон [8, 9, 12, 28].

Другой искусственный пух - "Lentex ball", широко используется при изготовлении подушек и одеял в виде полиэстерового наполнителя.

Шариковый наполнитель "Lentex ball" обеспечивает объёмность и восстановитеную упругость.

Американский утепляющий материал "Thermofil" изготовляется методом экструзии расплава полиолефина и состоит из тонких невытянутых полиолефиновых волокон толщиной около 10 м, которые имеют аморфную структуру, вследствие чего они не прочны, а это приводит, при воздействии нагрузок, возникающих при носке, к их смятию, свойлачиванию, потере формы. Кроме того, полиолефиновые волокна неустойчивы при химической чистке.

Многие авторы предлагают различные искусственные утеплители, снижения объёмного веса которых достигается путём уменьшения диаметра волокон, путём формирования пустотелых мононитий и т.п. [8, 12, 21, 22, 53, 59,73,78,90,91, 106].

И всё же, несмотря на большое количество новых синтетических утеплителей, пуховая одежда до настоящего времени является непревзойдённой в комплексе требований: малый вес, высокие теплоизоляционные характеристики, малый транспортный объём, долгий срок службы.

Эти свойства можно объяснить структурой пуха, состоящего из отдельных пушинок, которые с одной стороны отталкиваются, а с другой входят друг в друга при давлении.

При грамотном обращении с пуховым изделием, срок эксплуатации гусиного пуха - 20 лет, а утиного - 5 лет.

В России качество пуха определяется согласно ОСТу 10-02-01-06-87.

При анализе, который официально в России можно сделать только в Научно-производственном объединении птицеперерабатывающей промышленности «Комплекс» /г. Зеленоград/, выделяются следующие составляющие перо-пуховой смеси [44, 45]:

1) пух-перо, состоящее из тонкого гибкого стержня и опахала из почти неотличимых от стержня тонких гибких бородок, образующих хаотичное упругое скопление, и небольшого очина длиной около 1 мм;

2) мелкое перо - перо, с длиной стержпя до 35 мм;

3) средпее перо - перо с длиной стержня 35-95 мм;

4) перо недозрелое - перо с частично развитым опахалом и стержнем с не ороговевшим очином;

5) засоренность - примеси органического и неорганического происхождения: роговые чешуйки, перовая пыль, песок и др. [44, 45, 104, 103,106, 114,113].

Пух и перо различных видов птиц отличается по внешней форме и строению.

К числу наиболее важных свойство перо-пуховой смеси относятся:

1) высокие гигиенические свойства:

а) гигроскопичность;

б) способность пропускать пар и влагу;

2) релаксационные свойства;

3) высокие теплоизоляционные свойства;

4) высокие эксплуатационные свойства, износостойкость, могут использоваться в эксплуатации повторно;

5) мягкость и упругость;

6) объёмность и малый удельный вес.

Изучению указанных свойств различных перо-пуховых смесей посвяш,ены работы многих исследователей [44, 45, 47, 48, 49, 104, 106, 114, ИЗ].

Хорошая гигроскопичность и влагопроницаемость перо-пуховой массы на ряду с положительным влиянием на эксплутационные и гигиенические свойства одежды делают проблематичным применение перо-пухового наполнителя в изделиях, эксплуатируемых в условиях большой влажности.

Влажность оказывает влияние и на релаксащюнные свойства пакетов одежды с перо-пуховым утеплителем, снижает теплоизоляционные свойства.

На основании этого рекомендуется не применять стирку изделий с перо пуховым утеплителем, а использовать химчистку.

Химическая чистка способствует повышению объёмности перо пухового наполнителя, а релаксационные свойства пакетов имеют относительную стабильность на протяжении четырёх химчисток и начинают ухудшаться при дальнейшем увеличении их носки.

Малый вес и большая парусность состаБЛЯюш;

их перо-пухового сырья определяют подвижность пушин при малейшем движении воздуха. В результате затруднены операции заполнения отсеков пакетов.

С целью исключения этого недостатка были проведены исследовательские работы, направленные на ограничение подвижности перо пуховой массы.

Смесь, состоящая из пера, пуха и штапельных волокон подвергается антистатической обработке силиконосодержащим раствором, который "связывает" массу материала.

Установлено, что введение клеяш,его веш,ества снижает летучесть и миграцию утеплителя, но ведёт к снижению его релаксационных свойств и объёмности, увеличивает жёсткость [44, 45, 47, 104, 105, 114].

С учётом перечисленных свойств перо-пухового утеплителя должен проводится и подбор остальных материалов пакета.

1.3.2 Основные свойства объемных утепляющнх материалов, влияющне на термическое сонротивление Величина термического сопротивления пакетов обеспечивается на стадии проектирования и определяется толш,иной и воздухопроницаемостью этих пакетов. Суммарное тепловое сопротивление отражает в совокупности явления теплопередачи в структуре материала и теплоотдачи с поверхности этого материала R ЛД.

Тепловое сопротивление, измеренное в условиях свободной конвекции воздуха, линейно связана с толщиной. Тепловое сопротивление, измеренное в условиях вынужденной конвекции, находится в тесной обратной зависимости с воздухопроницаемостью. В интервале сопоставимых толщин 5,4-12,9 мм тепловые сопротивления составляют для теплозащитных пакетов от 0,332 до 0,663 м^*К/Вт;

для искусственного меха 0,322 - 0,463 м^*К/Вт.

При этом доля термического сопротивления теплопроводностью составляет для объёмных теплозащитных пакетов на базе нетканых полотен 80-90%, для меха 51-66% [62].

Информацию о теплозащитной способности одежды необходимо размещать на товарном ярлыке в доступной форме. Например, возможно указывать среднее значение отрицательной температуры воздуха, при которой рекомендуется эксплуатация данной одежды.

На термическое сопротивление изделия оказывает влияние и способ фиксации перо-пухового наполнителя на поверхности деталей одежды.

Основные эксплуатационные достоинства перо-пухового утеплителя (малый удельный вес и объёмность) определяют целый ряд проблем, связанных с его переработкой. Большая парусность составляющих перо пухового сырья определяют подвижность пушин при малейшем движении воздуха. В результате затруднены операции заполнения отсеков пакетов, перо-пуховая масса на протяжении всего технологического процесса должна быть в закрытых объёмах.

Известно несколько способов фиксации перо-пухового утеплителя на поверхности деталей изделия.

За рубежом рекомендуют применять теплоизолирующие материалы с добавлением перо-пухового наполнителя.

Смесь, состоящая из пуха, перьев птиц и штапельных волокон подвергается антистатической обработке силиконосодержащим раствором, который связывает массу материала.

Другой вид материала - ватообразный [28], состоящий из синтетического волокна или ваты, смешанных с пухом и обработанный раствором смолы, что исключает летучесть пуха.

Разработан способ изготовления теплоизолирующего материала с использованием пуха птиц по принципу создания искусственного меха на трикотажной основе. В качестве грунтового слоя могут быть использованы акрило-нитрильные волокна или хлопчатобумажная пряжа.

Также существует способ, заключающийся в том, что волокнистый холст, состоящий из протеино-содержащих волокон и других составляющих (в том числе пуха) «связывается» в процессе нагревания до 60-100°С.

Нагревание может осуществляться горячим воздухом или традиционным способом.

Рассматривается возможность создания материалов с примесью пуха путём закрепления отдельных пушин нитью, а также принципиально новых материалов, по физическим свойствам приближенных к натуральному пуху.

Установлено, что введение клеящего вещества снижает летучесть и миграцию утеплителя, но ведёт к снижению его релаксационных свойств, увеличивает жёсткость. Кроме того, при «связывании» перо-пухового наполнителя перечисленными способами снижается его объёмность. В связи с этим представленные выше теплоизолирующие материалы не нашли широкого применения при изготовлении одежды.

В ЮРГУЭС разработано несколько способов для получения нетканых материалов в виде холста из перо-пухового сырья. Суть предлагаемых способов заключается в соединении клеевым составом отдельных составляющих перо-пуховой массы. В первом способе перо-пуховая масса обрабатывается клеем в процессе её движения в сторону подложки. При втором способе клеевой состав наносится на материал подложки и перо пуховая масса приклеивается к этому материалу. В процессе реализации второго способа производится дозирование перо-пуховой массы. Третий способ является комбинацией двух предыдущих. При реализации третьего способа предусматривается обработка клеевым составом как перо-пуховой массы, так и подложки [1].

Наиболее широко применяемый способ фиксации перо-пухового паполнителя па поверхности деталей изделия - обработка утепляющего пакета с выстёгиванием деталей или использованием переборок.

1.4 Требования к материалам оболочки Теплозащитный пакет представляет собой конструкцию, состоящую из нескольких слоев материалов различной структуры, назначения и свойств.

Пакет материалов состоит из основной ткани, утепляющей прокладки, подкладки и прокладок.

К тканям, входящим в пакет материалов, предъявляются требования, которые зависят от их расположения в этом пакете, от наличия или отсутствия непосредственного контакта с объёмным утеплителем.

Материалы, которые непосредственно контактируют с объёмными утеплителями, называются материалами оболочки [27, 28]. К материалам оболочки также отпосятся материалы верха и подкладки, если они выстеганы вместе с пакетом.

Материалы верха изделий должны быть прочными, износоустойчивыми, стойкими к воздействию света, загрязнению, отвечать эстетическим требованиям.

Воздухопроницаемость этих материалов пе должна превышать заданный уровень этого показателя для различных климатических районов.

Ткани с большой поверхностной плотностью и толщиной, изготовленные из натуральных волокон, повышают теплозащитные свойства, формоустойчивость и износоустойчивость одежды. Однако тяжелые толстые ткани увеличивают массу изделия, повышают утомляемость и создают дискомфорт человеку при эксплуатации данного изделия [11, 31, 34, 36].

Материалы оболочки, между которыми размещается перо-пуховая масса, имеют незначительную толщину по сравнению с утепляющим слоем.

Следовательно, вклад материалов оболочки в процесс теплообмена между телом человека и окружающей средой должен быть также незначителен.

Такое заключение можно сделать только в том случае, когда теплообмен происходит исключительно в результате теплопередачи теплопроводностью.

Роль материалов оболочки повышается в случае теплопередачи излучением и конвекцией. В нервом случае играет роль отражающая способность материалов (цвет), во втором - плотность, способность материалов сопротивляться проникновению воздуха. Плотность и жёсткость материалов оболочки определяет геометрию отсеков и проницаемость составляющих неро-пухового утеплителя. А геометрия отсеков онределяет вес и внешний вид изделия, его посадку по фигуре.

В качестве материалов оболочки могут быть использованы как основные, так и прокладочные материалы, отвечающие соответствующим требованиям.

Например, материалы оболочки пакета с перо-пухового утеплителем должны иметь небольшие значения коэффициента миграции. Для достижения соответствия нанравлению моды материалы оболочки могут состоять из двух слоев. Каждый из этих слоев выполняют свои функции.

Материал нрокладки не должен пропускать отдельные составляющие перо пухового утеплителя.

С учётом специфических свойств перо-пухового наполнителя к тканям верха для изделий с таким утеплителем предъявляются конкретные требования - лёгкость, нерастяжимость, устойчивость к истиранию, заданный уровень водонроницаемости, устойчивость окраски к сухому и мокрому трению.

Анализ литературных источников [11, 31, 34, 36, 52, 114] показал, что таким требованиям отвечают ткани из лавсановых и канроновых нитей с отделкой "лаке", ткани из лавсаново-текстурированных нитей, канроновые курточные материалы с полимерным нлёночным покрытием.

Значительное влияние на свойства объёмных пакетов оказывает жёсткость материалов оболочки. Для получения требуемой объёмной формы при минимальном расходе объёмных несвязанных утенлителей требуются материалы с малой жёсткостью [21, 28, 31]. В этом случае деформации объёмного сжатия утенлителя незначительны и заданная толщина накетов может быть нолучена нри плотности перо-пуховой массы 5-7 кг/м. При применении материалов повышенной жёсткости необходимо довести / плотность перо-пуховой массы до 8-14кг/ м [28, 31].

В случае автономной теплозащитной прокладки в качестве материалов верха могут быть рекомендованы как классические текстильные материалы. для пальто, полупальто и курток, так и натуральные и искусственные кожевенные материалы, мех и трикотаж и т.д. При этом необходимо стремиться к выбору материалов с минимальным весом. Большой вес материалов верха резко снижает толщину утепляющего слоя на опорных поверхпостях тела человека. Для сохранения толщины пакетов на этих поверхностях следует увеличить плотность утепляющего слоя.


Большое значение в материалах верха имеет их влагопроводность, так как накопление влаги в одежде приводит к увеличению её теплопроводности и повышению теплопотерь. Вместе с тем слишком высокие влагопроводимость и гигроскопичность верхних слоев одежды могут приводить к интенсивному поглощению атмосферной влаги и снижению теплозащитных свойств одежды.

Большое значение имеет правильный выбор подкладки. Она должна быть лёгкой, прочной, износостойкой, обладать высокой устойчивостью к сминаемости, трению, окраска должна быть устойчива к воздействию пота.

Для уменьшения интенсивности миграции утеплителя рекомендуется утеплять вискозные и вискозно-ацетатные подкладочные ткани с плотностью нитей на 10 см по основе 500 и более, а по утку - 300 и более, а также подкладочные ткани с полиэфирной нитью в утке, с воздухопроницаемостью до12 дм7(см^-с)[28, 106].

Теплозащитные свойства зимней одежды во многом определяются утепляющей и ветрозащитными нрокладками [64, 61, 62].

Для устранения миграции составляющих перо-пухового наполнителя через материалы оболочки предусматриваются специальные прокладки.

Исследование миграции составляющих перо-пухового наполнителя через материалы оболочки позволили установить основные факторы, влияющие на пухопроницаемость [63, 28, 27]. Теоретические и экспериментальные исследования позволили установить, что степень миграции значительно возрастает при увеличении размеров пор материала к диаметру составляющих перо-пухового нанолнителя. Косвенным показателем пухопроницаемости материалов может служить их воздухопроницаемость.

Эффективным способом снижения миграции составляющих перо-пухового наполнителя через хлопчатобумажные материалы, является ворсование изнаночной стороны ткани [31, 28, 27]. Для уменьшения миграции составляющих перо-пухового наполнителя через отверстия прокола иглой и швы, необходимо уменьшать диаметр иглы и шаг строчки. Основные гигиенические требования к материалам верха и подкладочным были сформулированы авторами [31, 34, 27, 28, 71, 77, 84, 90].

1. В оздухопроницаемость:

- для материалов верха в зависимости от скорости ветра должна быть от 7 до 60 дм^(м^*с);

- для подкладочных материалов - не менее 100 дм^(м^*с).

2. Паропроницаемость:

- для материалов верха - не менее 40 г/(м *ч);

- для подкладочных материалов - не менее 50 г/(м^*ч).

3. Гигроскопичность (при относительной влажности воздуха 65%):

- для материалов верха - не менее 13%;

- для подкладочных материалов - не менее 7%.

1.5 Способы конструктивного решения накетов и аналитическое описание отсеков иакетов одежды для защиты от холода Конструкция иакетов теилозащитной одежды уже на начальном этаие проектирования в основном определяет качество готового изделия, предъявляемым требованиям.

До настоящего времени нет чёткой классификации пакетов теплозащитных изделий. Введение классификации позволяет систематизировать терминологию в области производства теплозащитных изделий и систематизировать требования к различным утепляющим иакетам [28].

Так как свойства объёмных пакетов в основном определяются свойствами материалов оболочки и утепляющего слоя, предлагается в качестве первого уровня классификации принять вид утеплителя.

По виду утепляющего слоя пакеты делятся на три класса:

1 - пакеты с объёмными полотнами;

2 - пакеты с объёмными несвязными утеплителями;

3 - пакеты с ячеистыми заполнителями.

На втором уровне рассматривается количество слоев материала оболочки, непосредственно скреплённых с утепляющим слоем (сквозным простёгиванием, сваркой, склеиванием и т.д.). По этому принципу классификации пакеты с объёмными несвязными утеплителями делятся на двух-, трёхслойные и комбинированные [27, 28, 99].

Комбинированные пакеты состоят из двух или трёх перечислепных пакетов.

В зависимости от свойств и размеров материалов, формирующих «лицевую» и «изнаночную» стороны пакета, они делятся на симметричные и асимметричные.

При изготовлении асимметричных пакетов, ширина материалов оболочки с разных сторон пакета различна. Разница в ширине позволяет получить объёмную форму при меньшей плотности утеплителя [27, 28, 95, 96, 97, 98, 99].

Снижение затрат объёмного несвязного утеплителя можно добиться использованием материалов меньшей жёсткости с любой стороны пакета.

В таблице 1.1 показаны различные конструкции пакетов с объёмными несвязными утеплителями.

Таблица 1.1- Конструкции накетов с объёмными несвязными утеплителями Двухслойный Двухслойный с переборками Двухслойный с комбинированной оболочкой Трёхслойный Двухслойный с переборками и комбинированной оболочкой Трёхслойный с комбинированной оболочкой (отдельный слой оболочки) '• Комбинированный двухслойный без смещения Комбинированный двухслойный со смещением Асимметричный, с односторонней •••л) асимметрией Асимметричный, с двухсторонней асимметрией Упругий элемент в строчке \ Пониженная воздухопроницаемость с упругим элементом.

Анализ конструктивного решения изделий с объёмными несвязными утепляющими материалами показывает, что детали этих изделий представляют собой сложные объёмно-пространственные тела. Контуры сечений отсека плоскостями, проходящими вдоль и поперек строчек простегивапия, представляют собой сложные кривые. Геометрия отсеков теплозащитных пакетов зависит от физико-механических свойств материалов оболочки и утеплителей.

С целью прогнозирования изменения геометрии пакета от различных факторов и для исключения экспериментальных исследований на производстве возникла необходимость аналитического описания поверхности отсека. Математическая модель отсека должна связывать свойства материалов и технологию обработки пакетов. Форма и размеры теплозащитного пакета в основном онределяются геометрическими параметрами отсеков (геометрией отсеков).

В свою очередь, геометрия отсека зависит от его длины - размера вдоль строчек простёгивания, ширины - расстояния между строчками нростёгивания, плотности объёмного утеплителя и жёсткости материалов оболочки.

В ЮРГУЭС были проведены аналитические исследования геометрии пакетов с объёмными несвязными утепляющими материалами.

Для описания геометрии «плоских» отсеков теплозащитных пакетов с объёмными несвязными утеплителями в работах [27, 28, 33, 35, 36, 48, 94, 99] принимаются кривые второго порядка. В частности, окружность, эллипс, цепная линия. Возможность применения принятых моделей установлена на базе многочисленных экспериментов.

Для упрощения математической модели отсека нринимались следующие допущения:

1) материалы оболочки являются гибкими и нерастяжимыми;

2) теплозащитный слой отсека является однородным материалом.

При таких допущениях отсек является цилиндрическим телом.

Нахождение аналитического выражения для описания границы отсека осуществлялось с помощью методов регрессионного анализа.

рассматривались двухпараметрические регрессионные модели с числом измерений толщины отсека более десяти [99].

Исследование геометрии отсеков с объёмным перо-пуховым утеплителем проводилось на специальном трехкоординатном измерительном стенде. Измерительный стенд был разработан и изготовлен в Южно Российском государственном университете экономики и сервиса.

Габаритные размеры стенда позволяют производить измерения координат точек образца размером до 1,0*0,8*0,1 м^ Все измерительные шкалы стенда снабжены нониусами, что повышает точность измерений до 0,05мм.

Предлагаемая методика позволяет определить основные геометрические размеры «плоских» отсеков (длину, ширину, толщину), контуры поперечного и продольного сечений, координаты любых точек, лежащих на поверхности отсека.

Оказалось, что для симметричных пакетов, когда отсек формируется из двух слоев материалов одинаковых размеров и небольшой жёсткости возможно описание контура поперечного сечения отсека дугами окружностей. С учетом этого было принято описание сечения отсеков пакетов дугами окружностей (рисунок 1.1) Рисунок 1.1 - Поперечное сечение отсека теплозащитного пакета г - радиус окружности, [м];

а - центральный угол, рад;

/ - длина дуги окружности (или расстояние между двумя строчками простегивания незаполненного пакета), [м];

2а - ширина отсека заполненного пакета, М;

25 - максимальная толщина пакета, [м].

Результаты проведенных нами предварительных исследований показали, что форма сечения отсека пакета зависит не только от плотности заполнения отсека, но и от методов обработки пакета, от жесткости на изгиб тканей оболочки пакета. Сопоставление результатов аналитического описания сечений отсеков дугами окружности показало, что не для всех отсеков получена удовлетворительная сходимости с реальными геометрическими размерами. В связи с этим возникает необходимость поиска новых вариантов аналитического описания отсеков объемных пакетов для одежды, защищающей от холода.

Выводы.

1. Анализируя литературные источники но данной теме, установлено, что главными функциями теплозащитной одежды является создание оптимального микроклимата в пододёжном пространстве, вокруг тела человека, обеспечение его нормального трудоспособного состояния, стабильную температуру поверхности тела и защиту от неблагоприятных факторов внешней среды.

2. Теплозащитные свойства одежды определяются её суммарным термическим сопротивлением. Суммарное термическое сопротивление зависит, нрежде всего, от толщины пакетов материалов, от геометрии отсеков, от конструкторского решения пакетов, от наличия воздушных прослоек, от воздухопроницаемости материалов формирующих пакет, от условий эксплуатации.


3. Для обеспечения необходимой толщины теплозащитной одежды применяются утепляющие прокладочные материалы. Широко используются прокладочные материалы с разобщённой структурой: перо-пуховые смеси водоплавающих птиц, пух и мелкое перо птиц, смесь из пуха, перьев птиц и штапельных волокон, ватообразный материал, состоящий из синтетического волокна или ваты и пуха. Фирмы, занимающиеся изготовлением одежды и обуви для экстремальных условий, используют различные искусственные утеплители: "Thinsulate", "Primaloft", "Polarguard", "Thermolite", "Thermofil", "Lentex boll" и т.д. По отдельным свойствам они могут в несколько раз превосходить материалы из натуральных волокон, но уступают последним при комплексной оценке всей совокупности свойств.

4. Способы фиксации перо-пухового утеплителя оказывают влияние на теплозащитные свойства одежды. Известно несколько снособов фиксации разобщённого утеплителя на новерхности деталей. Самый распространённый - выстёгивание деталей или использование переборок. По анализу литературных источников и опыта работы предприятий по производству теплозащитной одежды бытового назначения с объёмными утепляющими материалами установлено, что наиболее широко применяются двухслойные стёганые пакеты.

5. Геометрия отсеков пакетов с объёмными утенляющими материалами зависит от длины отсеков, ширины, плотности занолнения пакетов наполнителем, состава наполнителя, конструкции и последовательности обработки пакетов, жёсткости материалов оболочки.

6. В результате анализа литературных источников и опыта работы предприятий по производству теплозащитной одежды с объёмными утепляющими материалами установлено, что до настоящего момента нет единой методики проектирования подобных изделий. Это увеличивает объём проектных работ, не нозволяет оценить оптимальность полученных конструкторских и технологических решений.

7.. В результате анализа литературных источников и опыта работы предприятий по производству теплозащитной одежды с объёмными утепляющими материалами установлено, что термическое сопротивление отсеков находится через средневзвешенную толщину и теоретическое значение его стабильно выше практического.

8. В результате литературного обзора выявлена целесообразность рения следующих вопросов, направленных на повышение уровня качества и снижение материалоёмкости одежды с объёмными утепляющими материалами:

- исследование распределения темнератур внутри двухслойного симметричного отсека;

- разработка методики прохождения тепла через теплозащитный пакет с объёмными несвязными материалами;

- нахождение способа расчёта одного из основных ноказателей, характеризующих основные свойства пакетов, - средневзвешенной толщины отсека;

- аналитическое вычисление термического сопротивления двухслойных симметричных пакетов с объёмными материалами;

вычисление термического сопротивления асимметричных двухслойных пакетов с объёмными материалами;

- исследование влияния геометрии отсеков теплозащитных пакетов на их термическое сопротивление;

- разработка рекомендаций по конструированию и технологии производства симметричных двухслойных стеганых пакетов, направленных на повышение уровня качества изделий с перо-пуховым утеплителем.

Диссертационное исследование посвящено решению этих вопросов с целью совершенствования проектирования и производства одежды с объёмными несвязными материалами.

2 АНАЛИТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ ТЕНЛОЗАЩИТНЫХ НАКЕТОВ И ОБЪЕМНОГО НЕСВЯЗНОГО УТЕНЛИТЕЛЯ 2,1 Модельное представление тенлозащнтных пакетов Одним из условий хорошего самочувствия человека, сохранения его высокой работоспособности и здоровья является обеспечение температурного гомеостаза (термостабильного состояния) организма.

Биологические возможности системы терморегуляции человека ограниченны, особенно в случае пребывания его в охлаждающей среде [64].

В связи с этим большая роль принадлежит "поведенческой" терморегуляции, направленной на регулирование теплоотдачи в окружаюш,ую среду. Одним из её видов, расширяюш;

их возможности существования и осуществления различного рода деятельности в охлаждающей среде, является использование одежды. Для достижения защитного эффекта одежда должна изготавливаться с учетом комплекса гигиенических требований, то есть требований к материалам и конструкции, реализация которых необходима для сохранения работоспособности и здоровья [64].

В настоящее время накоплен большой материал по гигиенической оценке одежды: разработаны методы и критерии;

установлена взаимосвязь между некоторыми техническими параметрами материалов одежды и одежды в целом;

исследовано влияние различной по материалам и конструкции одежды на организм человека;

созданы математические модели теплообмена и терморегуляции человека. Эти данные являются основой для проектирования одежды различного назначения.

Гигиенические требования, предъявляемые к одежде, направлены на обеспечение необходимых показателей тепло- массо- и газообмена организма человека с окружающей средой, уровня температуры тела и кожи, влажности кожи, кожного дыхания. Эти требования могут быть удовлетворены путем использования для одежды материалов с оптимальными показателями таких физико-химических свойств как воздухопроницаемость, влагопроводность, гигроскопичность, термическое сопротивление и др.

Гигиенические требования, предъявляемые к материалам одежды и к одежде в целом, дифференцируются в зависимости от ее функционального назначения (белье, костюм, пальто и др.), метеорологических условий, природно-климатических зон, для использования в которых она предназначена, характера деятельности человека (покой, легкая или тяжелая физическая нагрузка) и т.д. [64].

Проектирование и изготовление одежды в настоящее время осуществляется с учётом климатических условий и её назначения. В обеспечении требований к одежде большую роль играют свойства материалов различного назначения, их рациональные сочетания в пакете.

Традиционный комплект одежды, предназначаемый для защиты человека от охлаждения, включает следующие предметы: белье, сорочка (блузка), костюм (жакет с юбкой, пуловер). Этот комплект обеспечивает тепловой комфорт человеку, находящемуся в покое или выполняющему легкую работу в диапазоне температур воздуха 21 - 24°С. Теплоизоляция такого комплекта одежды составляет 0,155 °С*м^/Вт (1 кло) [11]. В случае понижения или повышения температуры среды, человек регулирует теплоизоляцию комплекта одежды путем уменьшения или увеличения количества слоев, а также их выбора с соответствующими свойствами ("поведенческая" терморегуляция).

Производство изделий с объёмными материалами требует решения вопросов повышения качества и снижения материалоёмкости этих изделий.

Специфика формирования пакетов с объёмными несвязными утеплителями оказывает существенное влияние на расчет теплоизоляционных свойств пакетов и изделий в целом. В случае формирования теплозащитпого пакета с объемными неткаными полотнами или несвязными утеплителями, утепляющие прокладки помещаются между двумя слоями материала оболочки, образуя плоско-параллельный теплозащитный слой (плоскую степку), через который передаётся тепло. При изготовлении одежды плоские пакеты огибаются вокруг частей тела человека, которые можно представить в виде цилиндров. Полученный таким образом теплоизоляционный слой можно представить в виде цилиндрической стенки. Для закрепления объёмного несвязного утеплителя (перо-пуховой массы) плоские пакеты простёгивают параллельными строчками, в результате чего формируются отдельные отсеки.

Для дальнейших расчётов введём понятия плоский и объёмный отсеки.

Плоским назовём отсек, материалы оболочки которого деформированы строчками простегивания в одной плоскости (например - в плоскости чертежа).

Объёмный отсек получается в результате дополнительной деформации плоского отсека в плоскости, перпендикулярной чертежу и параллельной оси абсцисс [28].

2.1.1 Представление пакета в виде плоскопараллельной стенки При использовании в качестве утеплителя объемных нетканых полотен теплозащитный пакет можно представить в виде плоской стенки.

Для плоской стенки (рисунок 2.1) термическое сопротивление передаче тепла за счёт теплопроводности вычисляется по формуле [56, 82, 83, 85, 86, 87, 116, 117] -А ^ ••^пл.пак. ~ ^ ' К где 5 - толщина пакета, А,- коэффициент теплопроводности материала.

С учётом термических сопротивлений теплопереходам, получим ^ п л. сум. ~ "*" ^пл.пак. "*" "^ - "^ ^ ' где aj и а2 - коэффициенты теплоотдачи с внутренней и с внешней поверхностей, соответственно [Вт/(м * С];

Рисунок 2.1 - Модель нлоско-нараллельного пакета ' ^0 " длина и ширина плоско-параллельного пакета) Толщина простёганных пакетов не является постоянной величиной, вычисление термического сопротивления таких пакетов представляет сложную задачу. Анализ литературных источников по этому вопросу [2, 3, 4, 5, 11, 23, 28, 37, 62, 64, 74, 75, 76, 77, 78, 90, 94, 99, 107, 108, ИЗ, 114] показал, что на нрактике расчет термического сопротивления теплозащитных пакетов сложной геометрии выполняют путем определения средневзвешенной толщины. Средневзвешенная толщина равна отношению площади сечения отсека, перпендикулярного строчкам нростегивания, к расстоянию между строчками простегивания (см. рис. 1.1) _ а/2 - sin(a/2)cos(a/2) _ а - sin(a) ''Р'"' ~ 2(a/2)sin(a/2) "2asin(a/2)'. - средневзвешенная толщина;

а - центральный угол, стягивающий где дугу окружности, которой описывается сечение отсека.

В этом случае термическое сопротивление теплопередаче за счёт теплопроводности можно онределить по формуле 1 a-sin(a) (2.1) К. ^^ — X 2asin(a/2) 2.1.2 Представление пакета в виде цилиндрической стенки Теплозащитная одежда является защитным барьером между телом человека и окружающей средой в зимне-осенне-весенний период. Она помогает организму человека через систему терморегуляции обеспечить нормальные или комфортные условия. При изучении процесса перехода тепла, тело человека рассматривается как объект, отдающий тепло. Как показано на рисунке 2.2, тело человека может быть представлено, состоящим из цилиндров различных радиусов.

Рисунок 2.2 - Представление различных участков тела человека в виде цилиндров Для установления характера влияния объемно-пространственной формы на показатели теплопередачи выполнены аналитические исследования взаимосвязи термических сопротивлений плоских и объемных пакетов равной длины Ь|,ак- Расчетные схемы пакетов показаны на рисунке 2.3.

Рассмотрим случай, когда термические сопротивления теплопереходу от среды пододежного пространства к пакету и от пакета в окружающую среду равны нулю, тепловой поток через плоский пакет вычисляется по формуле Qnn = Л,—S, через цилиндрический 4g AT Плотность теплового потока через плоский пакет равна Япл ~ ^ 6' плотность теплового потока через цилиндрический пакет, отнесённая к 2nXioAT ХАТ внешней поверхности - Чц = ~ Рисунок 2.3 - Расчетные схемы пакетов (а - цилиндрический, b - плоский) Термическое сопротивление плоского пакета находится как величина, обратная тепловому потоку К^щ = б/Л.

г, г, (п+5)-ln(r2/ri) В случае цилиндрического пакета - R^Q = —.

Л/ Очевидно, что огибание конкретным плоским пакетом цилиндра приведет к изменению его термического сопротивления. Для практических расчетов, выполняемых нри проектировании теплозащитной одежды представляет интерес характер изменения термического сопротивления R пл Полученное отношение стремится к единице при г^ ^ о о, что показано на рисунке 2.4. Если радиус цилиндра больше толщины нлоско-параллельной стенки в пять и более раз, то такую цилиндрическую стенку можно считать плоской при нахождении термического сопротивления, так как RQQ '^^ип 1, 1, Рисунок 2.4 - Влияние V 1, параметра г^ /5 на соотношение — термических сопротивлений 1n •—• • —.

12 объёмного и плоского пакетов Если учитывать термические сопротивления теплоотдаче на границах поверхностей материалов оболочки и окружающей среды, то тепловой поток Рдд в плоском случае можно выразить тремя равенствами Рпл = -^ Откуда Qпл Ti-Tr Тс,-Тс = ^/ Т 5 ^ О-'^пак о Qпл ^пак - температуры внутренней и внешней новерхностей.

где и соответственно;

Т^ и Т2 - температуры среды с внутренней и внешней сторон соответственно.

Будем считать, что Tj Т2. Сложив три последних равенства, получим 1 5 Т| — Т2 = ~ И а\ X пак Отсюда Dti X an Плотность теплового потока Т1-Т 15 1' — + —+ — C X an Термическое сопротивление плоского пакета равно знаменателю последнего выражения [6, 41, 82, 83, 84] R - — +- + — aj X а Для объёмного пакета _ Ооб.

Q Тг Qo Qo6 f 1, Info/ri) J j - 12 = 1 I ajr^ A, 2i Отсюда _ Плотность теплового потока равна Термическое сопротивление нлоского пакета равно знаменателю последнего выражения Отношение термических сопротивлений объемного и плоского пакетов будет иметь вид J а^ А, Следовательно, Л ^ 5)ln 1 + — + a2?t(ri + 5) I 4) ^ ii 2(i )^Y^, V XX X rjai a2.

I оT XXX X Данное отношение также стремится к единице нри rj /5 - оо, оставаясь больше неё.

Рассмотрим тенлопередачу через отсек пакета объёмно пространственной формы, показанный на рисунке 2.5.

Рисунок 2.5 - Отсек объёмного пакета Найдем аналитические выражения для вычисления площадей внутренней (Si) и внешней (S2) поверхностей отсека. Эти поверхности образованы вращением вокруг оси Оу дуги окружности ( X - X Q ) +у =г между точками у = -а и у = а.

Если дуга окружности не пересекает оси Оу, то при вращении её вокруг этой оси образуется поверхность вращения, называемая сферическим поясом.

Продифференцируем по переменной «у» обе части уравнения окружности 2 ( х - х о ) х Ч 2 у = О -^ ( х - х о ) х ' = -у у х' = — Г^-У^' Из уравнения окружности выразим х(у) И подставим в формулу для нахождения площади вращения = = у -а |dy = -а у — 27i;

ry = 271ГХ0 arcsin — + arcsin — + 47гга = -а -а = 271;

гхоФ + 471га = 2пг[2а + Выразим S2 через ф и R (где R - радиус цилиндра;

ф - центральный угол, опирающийся на дугу iQ=l, 0ф71).

Полагая, что iQ=l-r = —, а.- г81п(ф/2) = — получим Ф Ф Ф Ф где 5 - половина толщины заполненного отсека пакета.

R + Ф 7 f?

ф5 - со8(ф/2) — — Площадь внешней поверхности S2 может быть также рассчитана с использованием первой теоремы Пауля Гульдина - как произведение длины дуги iQ=l на длину окружности, описываемой центром тяжести этой дуги.

Координаты центра тяжести (х^.;

Ус) однородной дуги плоской кривой Г Гх = x(t) л 1, заданной параметрически,,, titt2, можно найти по \ следующим формулам:

Ус = 1 Введём систему координат (рис. 2.6). Параметрические уравнения \х-г cos(t) окружности:,.. Если О t ф, то это дуга окружности [у = г sin (t j 271Гф 2п Рисунок 2.6 - Расчетная схема для нахождения центра тяжести дуги окружности радиуса г, стягивающей центральный угол ф = - r s i n t, у'^ =rcost, д/(х') +(у') =л/г sin t + r cos t = г,тогда ф 1 ф rsmф If, г.

= — Ircost-r dt = —sint Ф о гфп Ф Ф r(l-cosф) 1 г = — jrsint -г dt = — c o s t ф О Гф А ф Если плоская кривая симметрична относительно какой-нибудь оси, лежащей в этой плоскости, то центр тяжести её лежит на этой оси.

Найдём расстояние от центра окружности до центра тяжести дуги:

-—•\jsm l-2cosф + cos ф = Ф = —д/2- co sф) = —д/2 • 2sin ф = — s i n —, ф ф ф Учитывая, что / = ^о = 1, получим So = 271 — 81п(ф/2) - г со8(ф/2) + R + 5 = ) 1Ф — ( Я ф + 5ф + 2г 81п(ф/2) - гф со8(ф/2)) = Ф = — Яф + бф + — 8т(ф/2) - со8(ф/2), ) ФI Ф Выразим 6 через ф „ 1-СО8(ф/2) Ф Подставив выражение 5 в формулу для S2, получим +1 - С08(ф/2) + -81п(ф/2) - со8(ф/2) = Ф ;

= — Яф +1 + - • 8т(ф/2) - 2 • со8(ф/2).

фV Ф ;

Зная S2 и 6, найдём площадь Si внутренней поверхности отсека объёмного пакета.

Для этого рассмотрим функцию х =-f(у) + 2f(а) (где f(a) = R + 5;

f (у) - уравнение внешней дуги).

-a a -а -а = 47rf(аУ о - 27rSi = 47r(R + б) - Sj.

К +1 + 8ш(ф/2)-2со8(ф/2) ФI Ф — 2Rф + 2бф - Rф - 1 - - 8т(ф/2) + 2 со8(ф/2) ФI Ф ) ^^ I + 25ф - 1 - - 5т(ф/2) + 2 • со8(ф/2) I = J Ф — Яф + 2 - 2 со5(ф/2) - 1 - - 81п(ф/2) + 2 со8(ф/2) = V Ф Ф ФV Ф Зависимость отношения S2/S1 от величин ф и R, показанная на рисунке 2.7, характеризует соотношение термических сопротивлений теплопереходам от пододежного пространства к внутренней поверхности пакета и от внешней поверхности пакета в окружаюшую среду.

1. R, I'TH ед ' Рисунок 2.7 - Зависимость отношения S2/S1 от величин ф и R Как видно из рисунка 2.7, увеличение угла ф и уменьшение радиуса R ведет к увеличению отношения S2/S1, что снижает термическое сопротивление за счет увеличения теплоотдачи с внешней поверхности пакета.

2.2 Аналитическое исследование термического сонротивления накетов на основе объемных несвязных утенлителей Сохранение тепла - главная задача одежды, которую мы носим в холодное время года. Эффективность ее теплоизоляционных свойств зависит не только от используемого в ней материала утеплителя, но и от конструктивного решения утепляющих пакетов.

Производство изделий с объёмными несвязными утеплителями требует пересмотра и улучшения качества выпускаемой продукции, соответствия условиям, в которых живут и работают люди. Применение таких материалов предполагает разработку специальных научно обоснованных методов проектирования, предопределяюш,их качество готовой продукции, рациональное использование сырья, расширение ассортимента одежды.

На качество теплозаш;

итной одежды с объёмными утеплителями значительное влияние оказывает формирование теплозап];

итного пакета, правильный подбор материалов, конструкция и технология обработки этого пакета.

В структуре показателей качества изделий с объёмными несвязными утеплителями на одном из первых уровней нотребительских гигиенических свойств стоит способность теплозаш,итной одежды сопротивляться тепловому потоку, т.е. термическое сопротивление пакета. [28].

Ни один наполнитель не греет самостоятельно. Задача утенлителей для одежды, одеял, спальных, мешков - не позволять телу расходовать тепло, не пускать его наружу, не давать телу сонрикасаться с холодным воздухом.

Наилучшим утенлителем с наибольшими теплоизоляционными свойствами является неподвижный воздух, не передаюш;

ий тепло в процессе конвекции.

Для того чтобы удерживать воздух, утенлитель должен быть объемным.

Испытания показывают, что пустотелые волокна в утеплителе применять предпочтительнее, чем не нустотелые. Преимущество первых в том, что они имеют меньший вес, потому их в определенном объеме утеплителя содержится больше, чем обычных волокон. Каждое волокно удерживает вокруг себя тончайший воздушный слой. Этот слой называют пограничным, он и является изолятором, не позволяющим теплу проникать наружу. Чем больше волокон содержится в утеплителе, тем больше их суммарная поверхность, тем лучше наполнитель сохраняет тепло.

Однако, при значительном увеличении объема воздуха в утеплителе, возникающие конвекционные потоки воздуха приводят к снижению теплоизолирующих свойств материала, а при увеличении плотности утеплителя снижение его эффективности обусловлено тем, что в суммарной эффективной теплопроводности материала начинает возрастать составляющая теплопроводности самих волокон, которая больше воздуха в десятки раз.

Как уже говорилось в первой главе, характеристикой теплозащитных свойств утеплителей, использующихся в различном ассортименте швейных изделий, является суммарное тепловое сопротивление (RCVM )• Эффективность теплоизоляционных свойств зимней одежды зависит от используемых материалов, от конструкции теплозащитного пакета, конструктивных особенностей швейных изделий. Определенное влияние на показатели теплозащитных свойств оказывает также и технология обработки.



Pages:   || 2 | 3 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.