Прогнозирование свойств терморегулирующих материалов и проектирование пакетов теплозащитных изделий

Актуальность темы Современное общество предъявляет высокие требования к текстильным материалам: они должны обладать специфичными свойствами, уметь варьировать и приспосабливаться к изменяющимся условиям эксплуатации и обеспечивать комфорт пододежного пространства, работоспособность и хорошее самочувствие человека, быть легкими и надежными. Существенный вклад в изучение вопросов, связанных с теплозащитными материалами и пакетами одежды, внесли такие ученые как: Колесников П.А., Бузов Б.А., Жихарев А.П., Бринк И.Ю., Алейникова О.А, Черунова И.В., Стефанова Е.Б., Михеев М.А., Родичева М.В. и другие ученые. Несмотря на это, некоторые вопросы остаются малоизученными, прежде всего благодаря появлению новых инновационных материалов. Однако создание инновационных текстильных материалов находится на стадии становления и развития, и информация об особенностях структуры и качестве мембранных и терморегулируемых материалов в основном носит рекламный характер. Поэтому комплексное исследование инновационных мембранных тканей и разработанных терморегулируемых обогревающих материалов, формирующих пакеты теплозащитной одежды, прогнозирование свойств материалов, как на стадии проектирования, так и их изменения в процессе эксплуатации изделий, является одним из перспективных направлений текстильного материаловедения и развития отечественной легкой промышленности, что подтверждает актуальность диссертационного исследования на тему «Прогнозирование свойств терморегулирующих материалов и проектирование пакетов теплозащитных изделий». Объекты исследования – инновационные отечественные и импортные мембранные ткани, утепляющие, терморегулирующие материалы и пакеты одежды. Предмет исследования – разработка новых инновационных термообогревающих материалов, оценка качества и прогнозирование их свойств. Целью работы является выявление закономерностей и разработка структуры терморегулируемых обогревающих текстильных материалов и пакетов одежды. Достижение поставленной цели потребовало решения следующих задач: Достижение поставленной цели потребовало решения следующих задач: - анализ ассортимента и разработать классификацию современных утепляющих материалов для одежды; - анализ требований и установить значимые показатели качества мембранных тканей и утеплителей одежды; - разработать терморегулируемый обогревающий текстильный материал для теплозащитной одежды; - установить взаимосвязь структуры и свойств мембранных тканей, термообогревающих и нетканых объемных утеплителей, которая позволит прогнозировать показатели качества, как на стадии проектирования изделий, так и их изменение в процессе эксплуатации изделий; - установить влияние эксплуатационных факторов – низких температур, многократной стирки и деформаций сжатия на структуру и свойства утепляющих материалов, мембранных тканей и пакетов одежды; - оценить кинетику процесса изменения влажности и температуры пододежного пространства изделий из отечественных и импортных мембранных тканей; - разработать термообогревающий чехол для людей с ограниченными возможностями движения, способный обеспечить регулируемый комфорт пододежного пространства и эксплуатацию при минусовых температурах; - получить справочные данные физико-механических, технологических и эксплуатационных свойств исследуемых отечественных и импортных мембранных тканей, нетканых утеплителей одежды и разработанного терморегулируемого текстильного материала. Научная новизна работы состоит в том, что: - получена математическая зависимость паропроницаемости от параметров структуры и свойств мембранных тканей, которая позволяет прогнозировать свойства мембранных тканей на стадии их проектирования и изменения в процессе эксплуатации изделий; - установлена зависимость изменения паропроницаемости и водоупорности от количества циклов криолиза мембранных тканей. Доказана более высокая устойчивость к многократному криолизу тканей с поровыми мембранами, по сравнению с тканями с беспоровыми мембранами; - установлена зависимость теплового сопротивления от основных параметров структуры и свойств объемных нетканых утеплителей одежды, которая позволяет прогнозировать теплозащитные свойства теплозащитных материалов на стадии их проектирования и изменения в процессе эксплуатации изделий; - установлена кинетика процесса изменения влажности и температуры пододежного пространства мембранных тканей отечественного и зарубежного производства; - доказано, что исследуемые утеплители характеризуются высокой устойчивостью к деформациям многократного сжатия после многократного криолиза при температуре -20 градусов Цельсия и после пятикратной мокрой обработки; - разработана иерархическая классификация утепляющих материалов, в которой систематизированы инновационные пассивные и активные утеплители одежды, и учтены не только принципы функционирования, но и способы производства, структура, волокнистый состав, свойства и специальные виды отделки. Классификация позволяет рационально конфекционировать материалы в пакет одежды с учетом назначения изделий и требований нормативно-технической документации. Теоретическая значимость работы заключается в установлении взаимосвязей структуры и свойств инновационных мембранных и утепляющих, в том числе терморегулирующих материалов и пакетов одежды, которые вносят вклад в развитие теории проницаемости и теплового сопротивления, и позволяют прогнозировать свойства материалов, как на стадии их проектирования, так и в результате изменения свойств в процессе эксплуатации. Практическая значимость работы: - разработан термообогревающий текстильный материал, который обеспечивает равномерный регулируемый нагрев поверхности материала до температуры 28-40 градусов Цельсия; - разработан способ производства терморегулируемых текстильных материалов, наработана опытная партия материалов, исследованы свойства и определены области их применения; - разработан пакет материалов и изготовлен чехол для людей с ограниченными возможностями движения. Доказано, что термообогреваемый чехол в режиме нагрева до 34-36 градусов Цельсия, обеспечивает термальный комфорт в течение двух и более часовой прогулки в коляске при температуре до -10 градусов Цельсия и ниже. Опытная носка термообогреваемого чехла подтвердила комфортные термальные условия при эксплуатации ТОЧ; - доказано повреждение мембраны в процессе стачивания деталей одежды, которое через 30 минут приводит к намоканию мембранной ткани, поэтому герметизация швов является обязательной и обеспечивает надежную защиту потребителя более чем на 24 часа; - определена рациональная длина стежка при стачивании деталей одежды из мембранных тканей, при которой образуется надежный прочный шов, обеспечивающий качество изделий; - получены справочные данные физико-механических и эксплуатационных свойств исследуемых отечественных и импортных мембранных тканей и нетканых утеплителей, которые позволяют обоснованно формировать пакеты материалов для утепленной одежды. Разработанные пакеты материалов рекомендуются, как для людей с ограниченными возможностями движения, так и для изготовления спецодежды МЧС, нефтяников и других профессий, а также бытовой одежды для эксплуатации в суровых условиях Крайнего Севера, Заполярья и Сибири. Теоретические и экспериментальные результаты работы внедрены в учебный процесс подготовки магистров по направлению 29.04.02 «Технология и проектирование текстильных изделий». Способ производства термообогревающего текстильного материала внедрен на предприятии ООО «КВН СЕРВИС», что подтверждают акты апробации и внедрения. Основные методы исследования. Исследования выполнялись на базе экспериментально-теоретических подходов с применением теории классификации, теории подобия и анализа размерностей, метода экспертных оценок и системного анализа. Экспериментальные исследования структуры и свойств осуществляли по стандартным и известным методам и методикам. Обработку данных осуществляли с помощью прикладной математики и математической статистики, а также графических, расчетных и аналитических средств MS Windows, MS Excel. Основные положения, выносимые на защиту: 1) новые сведения о свойствах и параметрах структуры инновационных мембранных, терморегулирующих и утепляющих материалов и пакетов одежды; 2) разработанный способ производства и формирования структуры и свойств терморегулирующих материалов; 3) установленные зависимости прогнозирования показателей качества от параметров структуры и свойств материалов; 4) доказанное влияние производственных и эксплуатационных факторов на структуру и свойства исследуемых материалов одежды; 5) разработанные пакеты материалов, их свойства и назначение.