Какая ткань имеет высокие теплозащитные свойства
Теплозащитные свойства характеризуются теплопроводностью – способностью материалов проводить тепло. Степень теплопроводности материалов характеризуется коэффициентом теплопроводности λ[Вт/м•˚С]. Коэффициент теплопроводности зависит от объемной массы материала, влажности, температуры воздуха, воздухопроницаемости, направления теплового потока.
Теплозащитная способность материалов находится в обратной зависимости от коэффициента теплопроводности. По уменьшению теплопроводности волокна можно расположить в следующем порядке: капрон, искусственные волокна, лен, хлопок, натуральный шелк, шерсть. Для материалов одежды λ =0,033 ÷ 0,070 Вт/м•ºС.
Материалы, входящие в пакет теплозащитной одежды, должны отвечать всем требованиям, предъявляемым к ним.
Основные материалы должны обладать износостойкостью, несминаемостью, стойкостью к воздействию света и загрязнению, простотой очистки, определенными защитными свойствами, соответствующими условиям эксплуатации, а также отвечать требованиям моды [5].
Материалом, обеспечивающим теплозащитные свойства одежды, является утепляющая прокладка. Она должна обладать определенной толщиной, малой поверхностной плотностью, стабильностью толщины в процессе эксплуатации, а также малой теплопроводностью и влагопроводностью, достаточной для выведения из пододежного пространства влаги.
Утепляющая прокладка создает воздушную прослойку между слоями одежды. Эта воздушная прослойка и обеспечивает теплоизоляцию, и, следовательно, чем больше воздуха может удержать в себе утепляющий слой, тем лучше будет термоизоляция.
Сравнительно недавно наиболее популярным утеплителем был синтепон – первый синтетический утеплитель, который 30 лет назад стали использовать при изготовлении теплых курток. Однако синтепон плохо «дышит», а после первой стирки теряет до 28 % своих тепловых свойств. Поэтому современные производители, занимающиеся производством одежды, используют такие виды утеплителей, как:
— флисовыематериалы (Polartec, Tetcnopile и др.);
— органические(пух утиный, гусиный, гагачий);
— неорганические (Thinsulate, Thermolite и др.).
Несмотря на большое количество новых синтетических утеплителей, пух по-прежнему остается самым теплым, но одновременно легким утепляющим слоем. Эти свойства можно объяснить структурой пуха, состоящего из отдельных пушинок, которые с одной стороны отталкиваются, а с другой при давлении входят друг в друга, переплетаются.
Очень важно, чтобы в изделии использовался пух водоплавающих птиц, т.к. такой пух имеет природную смазку, препятствует впитыванию влаги. Самым теплым является гагачий пух, но он очень дорог, т.е. добывается не путем ощипывания птиц, а по пушинке вокруг их гнезд. Поэтому в массовом производстве используется гусиный, который также является отличным природным теплоизолятором.
Пуховой утеплитель используется в разных соотношениях пуха и пухового пера. Наиболее популярны два соотношения:
— 80 % пуха, 20 % пухового пера,
— 90 % пуха, 10 % пухового пера.
Первый вариант более ноский, второй – более теплый.
К недостаткам пуха относят то, что он хорошо впитывает влагу и после этого теряет свои свойства и долго сохнет. Поэтому в новых моделях пуховиков предлагается использовать в качестве основного материала ткань, обладающую одновременно свойствами водоотталкивающими и воздухопроницаемостью.
К неорганическим утеплителям относят Thinsulate (тинсулейт). Thinsulate – общее фирменное название для целого семейства утеплителей: сверхлегкий, влагонепроницаемый, эластичный, сверхтеплый. Он состоит из микроволокон, которые в 50-70 раз тоньше человеческого волоса. Вокруг каждого волокна – слой воздуха, который и греет, улавливая тепло тела. Комбинация полиэфирных и полиолефиновых волокон делает структуру максимально приближенной к структуре натурального пуха.
Данный утеплитель воздухопроницаемый, не отсыревающий, легко стирается в домашних условиях, практически не теряя своих свойств (усадка менее 10 % после 20 стирок).
В отличие от других утеплителей, просто замедляющих процесс потери тепла с помощью создаваемой ими воздушной прослойки, данный материал играет активную роль в этом процессе, поглощая избыточное тепло во время увеличения нагрузки и, отдавая его, когда она заканчивается.
Материал работает по принципу изменения фазового состояния вещества, содержащегося в волокнах этого утеплителя. Мельчайшие частицы этого вещества, подобные воску, при нагреве превращаются в жидкость, а при отдаче тепла переходят в твердое состояние.
Таким образом, при использовании данного утеплителя создается возможность уменьшения объема одежды и получения большей свободы движений.
Основное назначение подкладки – снижение износа и загрязняемости, а также улучшение эстетического вида одежды. Хотя подкладка не играет существенной роли в теплозащитных свойствах одежды, она оказывает влияние на параметры микроклимата в пододежном пространстве.
Для оценки теплозащитных свойств материалов и пакетов одежды служит термическое сопротивление R – величина, обратная коэффициенту теплопроводности. Термическое сопротивление возрастает с увеличением толщины материалов (Rм = 20,2•10-3δ),воздухопроницаемости и влажности.
Для определения теплозащитных свойств материалов расчетным методом используют формулу: R = δ/λ [м2•˚С/Вт].
Наиболее полно теплозащитные свойства материалов характеризует суммарное термическое сопротивление
,
где Rм = δ/λЭ —термическое сопротивление материалов одежды [м2•˚С/Вт];
Rп = 1/α –сопротивление теплоотдачи с наружной поверхности материала во внешнюю среду [м2 •˚С/Вт];
λЭ–эффективный коэффициент теплопроводности (учитывает теплоотдачу путем проведения и конвекции внутри материалов), Вт/м•ºС;
α —коэффициент теплоотдачи с поверхности материала (характеризует теплообмен между поверхностью материала и более холодной внешней средой путем конвекции и излучения), Вт/м•ºС.
В качестве примера в таблице 2.1. приведены граничные значения физиолого-гигиенических свойств сорочечно–платьевых тканей.
Таблица 2.1
Технология, 5 класс
Урок 16. Свойства текстильных материалов
Перечень вопросов, рассматриваемых на уроке:
- Механические свойства тканей: прочность, сминаемость, драпируемость, износостойкость.
- Физические свойства ткани: теплозащитные, пылеёмкость, гигроскопичность.
- Технологические свойства ткани: скольжение, осыпаемость, усадка.
Тезаурус:
Ткацкие переплетения – различные способы взаимных переплетений нитей основы и утка́, использующиеся в ткацком производстве при изготовлении тканей на ткацких станках.
Осно́ва (долевые нити) – продольная (вертикальная) система направления параллельных друг другу нитей в ткани, располагающихся вдоль обеих кромок ткани.
Нить утка (поперечные нити) – это перпендикулярная основе нить.
Кромка – не осыпающиеся края ткани.
Механические свойства тканей
Прочность тканей – это способность противостоять разрыву
Сминаемость – это способность ткани образовывать мелкие морщины и складки.
Драпируемость – это способность ткани образовывать мягкие округлые складки.
Износостойкость – это способность ткани противостоять действию трения, растяжения, сжатия, влаги, света, температуры, пота.
Физические свойства тканей
Теплозащитные свойства – это способностью ткани проводить тепло.
Пылеёмкость – это способность ткани удерживать пыль и другие загрязнения.
Гигроскопичность – это способность ткани впитывать влагу из окружающей среды.
Технологические свойства тканей
Скольжение движение одного слоя ткани относительно другого при раскрое и стачивании тканей.
Осыпаемость ткани заключается в выпадении нитей из среза ткани из-за нарушения закрепления нитей в структуре ткани.
Усадка – это уменьшение размеров ткани при стирке или утюжке.
Основная и дополнительная литература по теме урока:
1. Технология. 5 класс: учеб. пособие для общеобразовательных организаций / [В.М. Казакевич, Г.В. Пичугина, Г.Ю. Семенова и др.]; под ред. В.М. Казакевича. — М.: Просвещение, 2017.
2. Чернякова В.Н. Методика преподавания курса «Технология обработки ткани»: 5-9 кл. М.: Просвещение, 2003. – 125с.
Теоретический материал для самостоятельного изучения
На уроках технологии вы познакомились с тканями из натуральных волокон растительного и животного происхождения.
Свойства тканей напрямую зависят от её состава, из какого сырья произведена ткань: из растений, шерсти, шёлка, химических волокон.
Так, ткани, вырабатываемые из хлопка, мягкие, мнущиеся, хорошо впитывают влагу и быстро сохнут, сгорают, образуя пепел.
Из хлопчатобумажных тканей шьют, как правило, одежду для детей, нижнее и постельное белье, летнюю одежду.
Льняные ткани прочные, имеют мягкий блеск, очень сильно мнутся, впитывают влагу, быстро сохнут. И, также как и хлопок, хорошо горят. Из прочных волокон льна делают ткани технического назначения (чехлы, холсты для живописи, мешки, парусину), ткани для мебели, портьер, постельного белья, скатертей и салфеток. Тонкие ткани используют для пошива летних платьев, костюмов.
Ткани из шерстяных волокон ценятся за то, что хорошо держат тепло, достаточно прочные, воздухопроницаемые, хорошо впитывают влагу, отталкивают грязь, почти не сминаются.
При горении волокна спекаются, при вынесении из пламени горение прекращается, а на конце нити образуется спекшийся шарик. При этом ощущается запах жжёного пера.
Шёлковые ткани почти не сминаются, хорошо драпируются, приятны на ощупь, создают ощущение прохлады.
Они также как и шерстяные хорошо впитывают и испаряют влагу, пропускают воздух. Шёлковые ткани довольно прочные, но во влажном состоянии прочность снижается, могут давать значительную усадку при неправильном уходе.
При поджигании выделяют запах жжёного пера, не горят, спекаются.
Ткацкие переплетения разнообразны и делятся на простые (их четыре группы: полотняные, саржевые, сатиновые и атласные), мелкоузорчатые, сложные и крупноузорчатые.
Ткань получают путём переплетения нитей. От вида переплетений зависят: внешний вид ткани (рельефность, блеск, рисунок), её механические, гигиенические и технологические свойства.
Вид переплетения зависит от того, как расположены нити основы и утка.
Места перекрещивания основы с утком называют перекрытием. На свойства ткани влияют длина и сдвиг перекрытия. В каждом ряду основные и уточные перекрытия расположены таким образом, что через какое-то число нитей порядок их расположения повторяется. Такой повторяющийся рисунок переплетения называется раппортом переплетения.
Переплетения подразделяют на четыре класса: простые (главные), мелкоузорчатые, крупноузорчатые (жаккардовые) и сложные.
Простые (главные) – это переплетения полотняное, саржевое, атласное (сатиновое).
Полотняное переплетение – самое простое и распространенное, при котором лицевая сторона и изнанка ткани получаются одинаковыми. Полотняным переплетением вырабатывают бельевые, платьевые и другие ткани.
Саржевое переплетение характеризуется наличием на ткани диагоналевых полос, идущих снизу вверх направо. Ткань саржевого переплетения более плотная и растяжимая. Применяют такое переплетение при выработке платьевых, костюмных и подкладочных тканей.
Атласное (сатиновое) переплетение придает тканям гладкую блестящую поверхность, стойкую к истиранию. Лицевой застил может быть образован нитями основы (атласное) или утка (сатиновое переплетение).
Ряд свойств тканей: прочность, износостойкость, отсутствие сминаемости, особенно важно учесть при пошиве спортивной одежды, одежды для активного отдыха, для работы.
Эти свойства относятся к механическим.
Прочность тканей – это способность противостоять разрыву, она является важным свойством, влияющим на качество ткани.
Сминаемость – это способность ткани во время сжатия и давления на неё образовывать мелкие морщины и складки.
Драпируемость – это способность ткани образовывать мягкие округлые складки.
Износостойкость – это способность ткани противостоять действию трения, растяжения, сжатия, влаги, света, температуры, пота.
К группе физических свойств тканей относят свойства, влияющие на комфортность при носке.
Теплозащитные свойства определяются способностью ткани проводить тепло. Теплозащитные свойства зависят от теплопроводности образующих ткань волокон, плотности, толщины и отделки ткани. Самым холодным волокном считается лён, так как он имеет высокие показатели теплопроводности.
Пылеёмкость – это способность ткани удерживать пыль и другие загрязнения. Наибольшей пылеёмкостью обладают ткани из рыхлых пушистых нитей (бархат, велюр, вельвет).
Гигроскопичность – это способность ткани впитывать влагу из окружающей среды.
Технологические свойства учитываются при раскрое и пошиве изделий. От того насколько ткань может посесть при влажно-тепловой обработке, насколько края ткани могут осыпаться зависит величина припусков на швы и свободу облегания.
Скольжение одного слоя ткани относительно другого может происходить при раскрое и стачивании тканей. Скольжение зависит от гладкости использованных при ткачестве нитей и от вида их переплетения.
Осыпаемость ткани заключается в выпадении нитей из среза ткани из-за нарушения закрепления нитей в структуре ткани. Степень осыпаемости зависит от вида пряжи и плотности переплетения.
Усадка – это уменьшение размеров ткани при стирке или утюжке. Большая усадка ткани приводит к уменьшению размеров изделия и даже к его непригодности для дальнейшей носки.
Свойства тканей зависят от их волокнистого состава, вида переплетений нитей и особенностей отделки. Знание этих свойств помогает в подборе тканей при пошиве изделия.
Примеры и разбор решения заданий тренировочного модуля
Задание 1. Какое свойство хлопчатобумажной ткани относится к гигроскопичности?
Выберите один верный ответ.
Варианты ответа:
1. Мягкая
2. Хорошо впитывает влагу
3. Мнётся
4. Горит, образуя пепел
Правильный вариант ответа:
2 (хорошо впитывает влагу)
Пояснение: Гигроскопичность (от др.-греч. ὑγρός «влажный» + σκοπέω «наблюдаю») – свойство ткани хорошо впитывать влагу.
Задание 2. Установите соответствие между названием тканей и описанием свойств.
Правильный вариант ответа:
Пояснение: Ткани, получаемые из волокон растительного происхождения, обладают свойствами растений, из которых их получили: хорошо горят, быстро сохнут, мнутся, впитывают влагу.
Ткани, получаемые из волокон животного происхождения, представляют собой белковые соединения, поэтому не горят, издают запах жженого белка (пера), хорошо впитывают влагу, почти не мнутся.
При подборе тканей, трикотажа или нетканых материалов для тех или иных видов одежды и в процессах их влажно-тепловой обработки имеют особое значение теплозащитные свойства (теплоемкость, температуропроводность и теплостойкость), которые характеризуют отношение этих материалов к действию на них тепловой энергии.
Через материалы для одежды тепло передается главным образом теплопроводностью. Теплопроводностью называется способность любого вещества проводить тепло:
Степень теплопроводности материала численно характеризуется коэффициентом теплопроводности %:
Коэффициент теплопроводности показывает количество тепла, которое проходит за 1 ч через 1 м2 однородного слоя толщиной в 1 м при разности температур на ее поверхностях в 1°С.
О теплозащитных свойствах материалов при их фактической толщине судят по коэффициенту теплопередачи К, определяемого по формуле :
Материалы для одежды не являются однородными слоями, а представляют собой систему из большого количества волокон, отделенных друг от друга порами различной формы и размеров, заполненных воздухом.
Рис. 11-63. Зависимость теплопроводности от числа слоев в одежде
Передача тепла в таких материалах слагается из передачи тепла теплопроводностью через порообразующий волокнистый слой, теплопроводностью и конвекцией через поры и излучением между стенками пор. Количество тепловой энергии, передающейся любым из этих способов, приблизительно пропорционально разности температур (t1—t2) двух прилегающих изотермических поверхностей.Для материалов одежды, величина коэффициента теплопроводности К изменяется приблизительно в пределах 0,033—0,070 ккал/м ч град, а для воздуха составляет 0,020 ккал/м — ч-град. Величина коэффициента теплопроводности для одного и того же материала не является постоянной, а. может изменяться в зависимости от объемного веса материала, влажности, температуры, воздухопроницаемости и направления теплового потока.
Из графика видно, что с увеличением количества слоев одежды теплопроводность снижается и повышаются ее теплозащитные свойства.
Чем больше тепловое сопротивление материала, тем выше его теплоизоляционные свойства. Тепловое сопротивление сложного слоя равно сумме сопротивлений каждого из составляющих слоев, т. е.
Ткани, трикотаж и нетканые материалы представляют собой дисперсную систему, в которой волокна относительно равномерно распределены в дисперсной среде (воздухе). Основной особенностью структуры этих материалов является высокая пористость и сравнительно малая величина контактных площадей между отдельными волокнами в материале. Поэтому теплопередача в материалах одежды осуществляется в значительной степени через слой сравнительно неподвижного воздуха, заключенного в материале.
Таблица 11-15. Коэффициент теплопроводности различных материалов при различном объемном весе.
Материалы | Объемный вес В кг/см3 | Коэффициент теплопроводности в ккал/м-ч-град |
Сукно | 0,25 | 0,045 |
Шерстяной войлок | 0,15 | 0,050 |
Хлопчатобумажный войлок | 0,30 | 0,050 |
Вата хлопчатобумажная | 0,05 | 0,046 |
Пух гагачий | 0,02 | 0,056 |
Тепловое сопротивление текстильных материалов представляет собой некоторую среднюю величину от теплового сопротивления волокна и воздуха, находящегося в порах. В табл. 11-15 представлены данные о коэффициенте теплопроводности различных материалов при разном объемном весе
Как видно из таблицы, различные материалы при резко отличающемся объемном весе имеют близкий по значению коэффициент теплопроводности. Однако объемный вес материалов для одежды не оказывает существенного влияния на их тепловое сопротивление только в определенном интервале значений. При дальнейшем увеличении объемного веса и уменьшении пористости тепловое сопротивление уменьшается, а теплопроводность увеличивается. Так, при увеличении объемного веса ткани (бобрика) в 2,5 раза ее тепловое сопротивление снизилось более чем на 45%.
Рис. 11-64. Зависимость теплового сопротивления тканей от их толщины (в условиях спокойного воздуха)
Рис. 11-65. Влияние избыточной влажности пакета одежды на его тепловое сопротивление
Исходя из этого, сделаны выводы: 1) ткани с меньшим объемным весом являются более теплозащитными; 2) структура ткани при заданной толщине в условиях неподвижного воздуха непосредственно не влияет на тепловое сопротивление. Зато структура ткани оказывает существенное влияние на ее толщину и воздухопроницаемость, которые тоже непосредственно влияют на тепловое сопротивление материалов для одежды. Толщина ткани является одним из главных факторов, влияющих на тепловое сопротивление одежды независимо от ее волокнистого состава и плотности (рис. 11-64). С увеличением толщины материалов одежды пропорционально возрастает и их тепловое сопротивление. С повышением влажности материалов для одежды резко падает их тепловое сопротивление. На рис. 11-65 представлена зависимость теплового сопротивления материалов одежды от их влажности.
Резкое падение теплового сопротивления материалов одежды от их влажности объясняется тем, что коэффициент теплопроводности воды, проникающей в поры материала, равен 0,5 ккал/м-ч-град (в 20 раз больше, чем воздуха в порах среднего размера). Кроме того, наличие воды в порах материала увеличивает размеры контактных площадок между волокнами материала, что также оказывает влияние на снижение теплового сопротивления.
Рядом исследователей установлено, что увеличение коэффициента теплопроводности прямо пропорционально увеличению влажности. Степень влияния влажности текстильных материаллов на их теплопроводность неодинакова для различных тканей и зависит от рода волокон и объемного веса тканей. Так, теплопроводность тканей хлопчатобумажных более резко увеличивается с увеличением влажности, чем шерстяных тканей. Зависимость коэффициента теплопроводности тканей от их влажности может быть выражена следующей формулой:
где λвл — коэффициент теплопроводности влажной ткани; λСух — коэффициент абсолютно сухой ткани; W — объемная влажность ткани в %;
а —постоянный коэффициент, равный, приблизительно, для шерстяных тканей 0,0024 и для хлопчатобумажных — 0,0039. Зависимость теплового сопротивления от вида и объемного веса волокнистого материала приведена в табл. 11-16.
Таблица 11-16. Зависимость теплового сопротивления от вида и объемного веса материала
Материалы | Суммарное тепловое сопротивление в м2Ч-град1ккал при объемном весе в г/см3 | ||||||
0,0055 | 0,011 | 0,002 | 0,044 | 0,066 | 0,088 | 0,110 | |
Шерсть | 0,4340 | 0,462 | 0,636 | 0,647 | 0,646 | 0,618 | 0,623 |
Хлопок | 0,4590 | 0,475 | 0,538 | 0,546 | 0,556 | 0,548 | 0,467 |
Хлорин | 0,5990 | 0,603 | 0,628 | 0,635 | 0,614 | 0,601 | 0,603 |
Капрон | 0,5000 | 0,501 | 0,601 | 0,617 | 0,536 | 0,537 | 0,536 |
Натуральный шелк | 0,4920 | 0,466 | 0,503 | 0,505 | 0,493 | 0,505 | 0,500 |
При оценке теплозащитных свойств одежды ее воздухопроницаемость является одним из решающих факторов. При большой воздухопроницаемости одежда не может быть теплой независимо от ее толщины и веса. В условиях умеренного климата температура окружающего воздуха обычно ниже температуры человеческого тела. Ткань со стороны тела согревается, а с внешней охлаждается. При этом, если ткань имеет незначительную плотность, и особенно, если она выработана из гладких крученых нитей, которые не создают в ткани замкнутые воздушные прослойки, конвекционный поток устремляется наружу и в результате происходит непрерывная смена воздушных прослоек. Теплозащитные свойства таких тканей меньше, чем более плотных и подвергавшихся валке или начесу, и не имеющих открытых пор. Скорость проникания воздуха через материал зависит не только от величины отверстий между нитями, образующими материал, и разности температур его противоположных поверхностей, но и от скорости движения окружающего воздуха. С увеличением скорости воздушного потока тепловое сопротивление тканей резко снижается. При этом интенсивность снижения теплового сопротивления зависит от степени воздухопроницаемости ткани (табл. II-17).
Из таблицы ясно, что в условиях подвижного воздуха тепловое сопротивление более толстого материала при большей воздухопроницаемости меньше по сравнению с более тонким и менее воздухопроницаемым материалом. Известно, что в условиях неподвижного воздуха воздушная прослойка в пределах определенной толщины между телом и материалом увеличивает общее тепловое сопротивление ткани. Однако в условиях подвижного воздуха в результате усиления конвекционного теплообмена под образцом ткани общее тепловое сопротивление снижается и тем больше, чем больше воздухопроницаемость ткани.