МНОГОСЛОЙНЫЙ ТЕПЛОИЗОЛИРУЮЩИЙ МАТЕРИАЛ
MULTI-LAYER HEAT-INSULATING MATERIAL

Изобретение относится к производству теплоизолирующих материалов и может использоваться для одежды специального назначения, мобильных укрытий (палаток, тентов), обеспечивающих камуфляж биологического объекта в ночное время суток и блокирующих возможность обнаружения приборами, детектирующими инфракрасное излучение.
Известно, что теплосберегающие, теплоизоляционные и теплоотражающие материалы находят применение в производстве швейных изделий (мобильных укрытий и одежды) с целью обеспечения комфортных микроклиматических условий человеку для защиты его от холода, от теплового воздействия, в том числе открытого пламени, а также для обеспечения электромагнитного камуфляжа.
Известен пакет материалов для теплозащитной одежды /пат.RU2091097, МПК А62В 17/00; A41D 13/00. Пакет материалов для теплозащитной одежды./ Арефьев Л.Е. и др.; заявитель Акционерное общество закрытого типа «Институт специальных материалов»; патентообладатель Арефьев Л.Е. и др. - №95121931/12; заявл. 25.12.1995; опубл. 27.09.1997/, состоящий из наружной и внутренней частей. Наружная часть пакета имеет слой ткани из кремнийсодержащих волокон, металлизированный с наружной стороны. Далее пакет содержит последовательно размещенные за ним трехслойные системы, образованные двумя слоями ткани из кремнийсодержащих волокон и слоем нетканого материала на основе кремнийорганических волокон между ними, и два слоя полимерной пленки, один из которых расположен между первой и второй трехслойными системами, а другой расположен за второй трехслойной системой и прилегает к внутренней части пакета. Пакет материалов обеспечивает хорошую теплоизоляцию, однако конструкцией материала не предусмотрена возможность отвода тепла из-под одежного пространства, т.е. ослабления теплового излучения. Кроме того, одежда, изготавливаемая из него, будет тяжелой и громоздкой, а полимерная пленка, входящая в состав пакета материалов, ухудшает его гигиенические свойства, так как обладает низкой воздухопроницаемостью.
Известен многослойный пакет материалов /авт. св. SU 1253586, МПК A41D/13, E04C 2/24. Многослойный пакет материалов. / Князева К.В., Князев В.Н. - 3447247/28-12; заявл. 19.04.1982; опубл. 30.08.86, бюл. №32/, предназначенный для специальной одежды, состоящий из наружного, внутреннего слоев и размещенной между ними прокладки, выполненной из расположенных параллельными рядами полос с гофрами прямоугольной формы. Гофры расположены так, что противолежащие вершины соседних рядов обращены навстречу друг другу и соединены одна с другой, полости между полосами образуют в пакете замкнутые ячейки с неподвижным в них воздухом. Наружный и внутренний слои выполнены из ткани, а прокладка представляет собой полосы из поропласта, гофры могут иметь трапециевидную, овальную, зигзагообразную и другие формы. Недостатком изобретения является высокая трудоемкость изготовления, а также жесткость пакета материалов, ограничивающая область его применения.
Известен пакет материалов для теплозащитной одежды /пат. RU 2170048, МПК A41D/13, A41D/27, A41D/31. Облегченный пакет материалов для теплозащитной (теплосберегающей) одежды / Сильников М.В., Петроченков С.А.; заявитель и патентообладатель OOO «НПО специальных материалов». - №2000116419/12; заявл. 22.06.2000; опубл. 10.07.2001/ содержащий два или несколько слоев утеплителя из закрытоячеистого эластичного газонаполненного пенополиэтилена. Материал обеспечивает повышенные теплосберегающие свойства, однако пенополиэтилен, использующийся в материале, вызывает сложности при раскрое и сшивании деталей в промышленных условиях производства швейных изделий, не пропускает воздух, что существенно ухудшает гигиенические свойства одежды, изготавливаемой из такого материала.
Известен многослойный материал /авт. св. SU 1313445, МПК А62В 17/00. Материал для защиты от теплового воздействия. / А.А.Мычко и др. - №3913500/23-12; заявл. 11.06.85; опубл. 30.05.78, бюл. №20/, содержащий внешний термостойкий слой и внутренний слой, на котором выполнены точечные выступы в виде конусов и сфер. Внешний слой выполнен из термостойкого материала в виде навесных деталей различной конфигурации, а точечные покрытия выполнены из силиконового каучука или других термостойких полимеров. К недостаткам изобретения относится маленький объем воздушного пространства между слоями, что не обеспечивает высокого уровня теплоизоляции, а также сложность соединения деталей при изготовлении одежды из такого материала ниточным способом, так как попадание иглы в точечные выступы может привести к забиванию ушка иглы расплавленным полимером и обрыву игольной нитки. Низкий теплоизоляционный эффект не позволяет использовать материал в производстве камуфлирующих швейных изделий.
Известен многослойный материал /пат. US 5131097, МПК A41D 31/00 C4L; A62B 17/00D; В32В 3/28. Одежда для пожарных с минимальным весом и отличными защитными свойствами. / Grilliot Willam L., Grilliot Mary I.; опубл. 21.07.1992/, который имеет внешний, промежуточный и внутренний слои. Промежуточный слой, сформированный гофрированными элементами, выполненными из пористого материала, создает и поддерживает воздушное пространство между слоями одежды. Конструкция пакета материалов обеспечивает сохранение воздушной прослойки между внешним и внутренним слоями при воздействии на человека внешнего давления. Материал обеспечивает одежде высокие теплоизоляционные свойства, однако технология изготовления гофрированных элементов сложна и трудоемка, требует специального оборудования, а пакет материалов, полученный указанным способом, будет обладать повышенной жесткостью, что ограничивает его применение при изготовлении одежды. Кроме того, конструкцией материала не обеспечивается возможность выведения горячего воздуха, образующегося между слоями материала, в окружающую среду, т.е. при длительном нахождении биологического объекта в изделии из такого материала возможен его перегрев.
Известен материал, обладающий теплоотражающими свойствами /пат. RU 2127194, МПК В32/В 5/18. Материал с покрытием, отражающим инфракрасное излучение. / Куллер Грегори Д.; заявитель и патентообладатель В.Л.Горе и Ассоциэйтс, Инк. (US). - №97118428/12; заявл. 12.10.1995; опубл. 10.03.1999/, содержащий, по меньшей мере, одну металлизированную микропористую мембрану, дублированную, по меньшей мере, с еще одним слоем текстильного материала. В материале металлизированная мембрана выполнена из микропористого вспененного политетрафторэтилена, текстильная основа представляет собой шелк, а металл - алюминий.
К недостаткам изобретения можно отнести высокую стоимость и трудоемкость получения материала методом прессования, а также невозможность полного экранирования (маскировки) человека, покрытого таким материалом, т.е. нейтрализации излучений в ближней, средней и дальней инфракрасной областях спектра, так как конструкцией материала не обеспечивается теплоизоляционный эффект. Кроме того, текстильный материал, который дублируют металлизированной пленкой, не предполагает камуфлирующей раскраски, что ухудшает камуфлирующие свойства изделия в дневное время суток.
Известен многослойный материал /пат. GB 2108822, МПК А41В 9/00; А41В 17/00 и др. Ребристый вентиляционный пододежный материал для защитной одежды./ Gioello Debbie Ann; опубл. 25.05.1983/, используемый в качестве теплоизолятора и обеспечивающий отвод влаги при интенсивном потоотделении, необходимый газообмен, защиту от осадков при сохранении «воздушной подушки». Технология изготовления материала предполагает образование на наружной поверхности материала, из которого изготавливается нательная одежда (белье), продольных, преимущественно вертикальных, гибких валиков, сохраняющих воздушную прослойку между верхней и нижней одеждой. В каналах между валиками может циркулировать воздух. Конструкция материала обеспечивает одежде теплоизоляционные свойства, однако использование такого материала в качестве электромагнитного камуфляжа невозможно, так как гибкие валики не соединены друг с другом, находятся на большом расстоянии друг от друга и между ними осуществляется интенсивная теплоотдача в окружающую среду ввиду отсутствия на этих участках воздушной прослойки, а значит, не исключена возможность обнаружения биологического объекта приборами, детектирующими инфракрасное излучение.
За прототип взят многослойный ребристый материал /пат. RU 2118499, МПК А41В 17/00; A41D 31/00. Способ образования наружной поверхности одежды./ Таланов Б.П.; заявитель и патентообладатель Таланов Б.П. - №97116480/12; заявл. 24.09.1997; опубл. 10.09.1998. Способ позволяет получить многослойный материал, состоящий из внешнего, промежуточного и внутреннего слоев. С внутренней стороны внешнего слоя непромокаемой ткани образуют продольные и преимущественно вертикальные при пошиве одежды гибкие эластичные валики, а к валикам с внутренней стороны крепят высокопористый материал, например марлю. Валики выполняют из многослойного наружного материала, который прострачивают или выполняют путем вложения с наружной стороны шнура из несмачиваемого материала, и прострачивают его края. Использование такого материала в качестве электромагнитного камуфляжа невозможно, так как гибкие эластичные валики не соединены друг с другом, находятся на расстоянии, в несколько раз превышающем их высоту, и между ними осуществляется интенсивная теплоотдача в окружающую среду. Ввиду отсутствия на промежуточных участках воздушной прослойки, материал не снижает интенсивности теплового излучения от биологического объекта.
Техническим результатом заявляемого изобретения является обеспечение высокой степени камуфлирующей защиты биологического объекта в ночное время суток за счет обеспечения высоких теплоизоляционных свойств, ослабляющих тепловое излучение, а также камуфлирующий эффект в дневное время суток.
Указанный технический результат достигается тем, что в многослойном теплоизолирующем материале, содержащем основной слой, выполненный из текстильного материала, и конструктивные элементы, согласно изобретению конструктивные элементы сформированы в дополнительный слой, размещенный на лицевой стороне основного слоя рядами непрерывно или прерывисто либо примыкающими друг к другу, либо размещенными внахлест, при этом конструктивные элементы выполнены полыми из несминаемого текстильного материала и имеют цилиндрообразную, эллипсовидную или каплевидную форму, а внутренняя сторона конструктивных элементов имеет металлизированное покрытие.
На основной слой, выполненный из текстильного материала, нанесены термопластичный полимер и металлизированное покрытие, а дополнительный слой, сформированный конструктивными элементами, соединен с основным слоем ниточным, клеевым, ниточно-клеевым или сварным способом.
Многослойный теплоизолирующий материал содержит маскировочный слой, сформированный маскировочными деталями различной конфигурации и размеров, соединенный с основным и (или) с дополнительным слоем, сформированным конструктивными элементами, при этом маскировочные детали выполнены из текстильного материала, содержащего натуральные и (или) химические волокна с нанесенным на него термопластичным полимером и металлизированным покрытием и имеют камуфлирующую раскраску.
Технический результат достигается совокупностью отличительных признаков заявляемого многослойного материала. Основной слой, выполненный из текстильного материала, в состав которого входят натуральные и (или) химические волокна и нити (полиэфир, полиамид, шелк, хлопок и др.) с нанесением на него термопластичного полимера (полиуретан, поливинилхлорид, каучук, полиэтилен и др.), например материал 4С5-КВ «Грета» (изготовитель ОАО Моготекс) или «Климат-3» (изготовитель ОАО Чайковский текстиль), и металлического покрытия, например алюминия или нитрида титана или их сплавов, служит основой для дополнительного слоя, сформированного конструктивными элементами. За счет теплопроводных свойств основной слой многослойного материала принимает от нагретого тела (биологического или материального объекта) на себя и передает в окружающую объект - среду - тепловую нагрузку. На пути движения теплового потока конструкцией многослойного материала сформирован барьер, выполняющий функцию теплообменника, образованный конструктивными элементами, форма которых и свойства используемого материала задерживают тепловой поток и обеспечивают возможность реализации теплообменных процессов теплого воздуха, поступающего от нагретого тела и холодного воздуха окружающей среды. Третий слой, сформированный маскировочными элементами камуфлирующей раскраски, способствует рассеиванию направленного движения охлаждаемого теплового потока в окружающую среду, а также выполняет функцию маскировки объекта в дневное время суток. Таким образом, конструкцией многослойного материала обеспечивается поэтапное охлаждение теплового потока, поступающего от нагретого тела, в соответствии с чем, приборы, детектирующие инфракрасное излучение, не смогут его обнаружить.
2
В зависимости от разности температур (нагретого тела и окружающей среды, т.е. условий использования многослойного материала в теплый и холодный период времени года) форма и порядок расположения конструктивных элементов на поверхности основного слоя может быть разной. При использовании тяжелых материалов с поверхностной плотностью от 400 г/м и выше, непрерывного и частого расположения конструктивных элементов на основном слое будет обеспечиваться хорошая теплоизоляция в холодное время года. При использовании более легких материалов прерывное и редкое расположение конструктивных элементов на поверхности основного слоя обеспечивают меньшую теплоизоляцию, однако достаточную при условии использования такого материала в теплое время года. Металлизированное покрытие, наносимое на изнаночную сторону текстильного материала, из которого выполнены основной слой и (или) дополнительный слой, сформированный конструктивными элементами и (или) маскировочные элементы выполняют важную функцию, способствуя эффективному теплоотведению, что необходимо для основного слоя многослойного материала, и сохранению (удерживанию) тепла конструктивными и маскировочными элементами по причине того, что теплопроводность металлов значительно выше теплопроводности текстильных материалов, например, теплопроводность алюминия 210 Вт/м°С, серебра - 410 Вт/м°С, а теплопроводность текстильных материалов - 0,02-0,05 Вт/м°С.
Изобретение иллюстрируется следующими чертежами.
На фиг.1 показан вариант выполнения многослойного теплоизолирующего материала, в котором конструктивные элементы имеют каплевидную форму и расположены рядами внахлест прерывисто и соединены с основным слоем ниточным способом (накладным швом).
На фиг.2 показан вариант выполнения многослойного материала, в котором конструктивные элементы имеют каплевидную форму и расположены рядами внахлест прерывисто (без маскировочного слоя).
На фиг.3 показан вариант выполнения многослойного теплоизолирующего материала, в котором конструктивные элементы скрывают соединительную строчку, имеют каплевидную удлиненную форму и расположены рядами внахлест прерывисто, с большим заходом друг на друга.
На фиг.4 показан вариант выполнения многослойного теплоизолирующего материала, в котором конструктивные элементы, формирующие дополнительный слой, имеют незамкнутую эллипсовидную форму, расположены рядами прерывисто и соединены между собой и с основным слоем.
На фиг.5 показан вариант выполнения многослойного теплоизолирующего материала, в котором конструктивные элементы, формирующие дополнительный слой, имеют цилиндрообразную форму, расположены рядами непрерывно и соединены с основным слоем через промежуточные соединительные элементы.
На фиг.6 представлен факсимильный рисунок, полученный методом фотосъемки, на котором изображен человек, одетый в куртку, изготовленную из заявляемого многослойного теплоизоляционного материала, в соответствии с вариантом выполнения фиг.5.
На фиг.7 представлен факсимильный рисунок, полученный методом фотосъемки, на котором изображен человек, одетый в костюм (куртка с капюшоном и брюки), изготовленный из многослойного теплоизоляционного материала, в соответствии с вариантом выполнения фиг.1.
На фиг.1, фиг.2, фиг.3, фиг.4 и фиг.5 римскими цифрами I, II, III и IV обозначена структура многослойного материала, где I - основной слой, II - конструктивные элементы, сформированные в дополнительный слой, III - маскировочный слой и IV - промежуточные соединительные элементы; арабскими цифрами - порядок выполнения сточек ниточного, ниточного клеевого или сварного соединения конструктивных элементов между собой, с промежуточными соединительными элементами и с основным слоем; буквами А, Б и В обозначены сформированные конструктивными элементами ряды, формирующие дополнительный слой.
Многослойный теплоизолирующий материал (фиг.1, фиг.2 и фиг.3) содержит основной слой I, дополнительный слой, сформированный конструктивными элементами II, и маскировочный слой III. Конструктивные элементы сформированы отдельными прямоугольными деталями и соединены с основным слоем последовательно строчками 1, 2 и 3 таким образом, что конструктивные элементы принимают каплевидную форму и расположены на основном слое прерывисто. Сначала с основным слоем ниточным способом соединяется ряд конструктивных элементов А, затем ряд Б, ряд В и т.д. Одновременно с конструктивными элементами на основной слой настрачиваются маскировочные детали, формирующие маскировочный слой III.
Многослойный материал (фиг.4) содержит основной слой I, дополнительный слой, сформированный конструктивными элементами II, соединенными между собой и маскировочный слой III. Сначала строчками 1, 2 и 3 на конструктивные элементы II, формирующие дополнительный слой, прикрепляются маскировочные детали маскировочного слоя III. Маскировочные детали могут соединяться с конструктивными элементами ниточным, ниточно-клеевым или сварным способом, в зависимости от имеющегося оборудования, а также волокнистого состава используемых материалов. Затем ниточным или сварным способом строчками 4 и 5 конструктивные элементы соединяются друг с другом, после чего конструктивные элементы соединяются с основным слоем I строчками 6, 7, 8 и 9 ниточным или сварным способом.
Многослойный материал (фиг.5) содержит основной слой I, дополнительный слой, сформированный конструктивными элементами II, маскировочный слой III и промежуточные соединительные элементы IV. Конструктивные элементы сформированы деталями прямоугольной формы и соединены сначала с промежуточными соединительными элементами ниточным способом строчками 1, 2 и 3, затем друг с другом строчками 4, 5 и 6, после чего с основным слоем строчками 7, 8 и 9 таким образом, что в результате принимают цилиндрообразную форму и располагаются на основном слое непрерывными рядами плотно примыкающими друг к другу.
Из заявляемого многослойного материала, выполненного в соответствии с вариантом, представленным на фиг.5, была изготовлена маскировочная куртка с капюшоном, а в соответствии с вариантом, представленным на фиг.1, изготовлен маскировочный костюм, содержащий куртку с капюшоном и брюки. Факсимильные рисунки, представленные на фиг.6 и фиг.7, подтверждают достижение технического результата заявляемого многослойного материала.
Факсимильный рисунок (фиг.6) выполнен с использованием программного обеспечения, сопровождающего тепловизор марки Nec ТН 7100 на улице, при температуре окружающей среды - 15°С. На рисунке ярко выражена разница температур поверхности человека, зафиксированная тепловизором. Более светлым тоном определяются не покрытые теплоизоляционным материалом участки поверхности тела человека (ноги и лицо). Туловище и голова биологического объекта, покрытые многослойным материалом, практически сливаются с окружающей средой, что подтверждает теплоизоляционный эффект, обеспечивающий существенное ослабление теплового излучения заявляемого материала, из которого изготовлена куртка. Факсимильный рисунок (фиг.7) выполнен с использованием программного обеспечения, сопровождающего тепловизор марки Nec ТН 9100. Тональная разница между покрытыми (туловище, ноги, руки и голова) и непокрытыми частями (кисти рук и лицо) очевидна, что обеспечивается теплоизоляционным эффектом многослойного материала, ослабляющего тепловое излучение биологического объекта.
Температура биологического объекта поддерживается на относительно постоянном уровне. Это достигается с помощью процессов эндогенной терморегуляции, результатом которой является устойчивое равновесие между количеством продуцируемого в организме в единицу времени тепла и количеством тепла, рассеиваемого организмом за то же время в окружающую среду. В процессе движения скорость обменных процессов в организме биологического объекта возрастает, что влечет за собой повышение температуры тела, усиление теплоотдачи в окружающую среду и, как следствие, увеличение интенсивности теплового излучения.
Основной слой многослойного материала I, прилегающий к телу биологического объекта, принимает на себя основной «тепловой удар» и благодаря его теплопроводным свойствам, слоистой структуре, содержащей металлизированное покрытие, удерживает (аккумулирует на себя) тепло, уменьшая скорость теплоотдачи в окружающую среду. Для обеспечения невидимости биологического объекта приборами, детектирующими инфракрасное (тепловое) излучение, конструкцией многослойного материала предусматривается возможность рассеяния тепла конвекцией, так как формой и порядком расположения конструктивных элементов, сформированных в дополнительный слой II, предусмотрена возможность обтекания поверхности биологического объекта воздушной массой более низкой температуры. Движение биологического объекта способствует увеличению скорости движения окружающих его воздушных потоков и росту интенсивности теплоотдачи, что сопровождается усилением процессов теплообмена, в ограниченном рамками дополнительного слоя II пространстве, сформированном конструктивными элементами. Наличием металлизированного покрытия, формой и прерывистым порядком расположения конструктивных элементов обеспечивается возможность беспрепятственного смешивания, движения воздушных масс и выравнивания температуры теплового потока, двигающегося от биологического объекта с температурой воздуха окружающей среды. Тепловое равновесие обеспечивает невозможность обнаружения биологического объекта приборами, детектирующими тепловое излучение. Маскировочный слой III, сформированный маскировочными элементами, становится барьером направленного движения теплового потока в окружающую среду и способствует его рассеиванию в том случае, когда температурное равновесие полностью не достигнуто. Чем интенсивнее воздушный поток, тем быстрее и хаотичнее двигаются маскировочные элементы, рассеивая направленный тепловой поток. Кроме того, маскировочный слой III обеспечивает хороший камуфляж объекта в дневное время суток.
Таким образом, в динамике, интенсивность движения теплового потока, передаваемого в окружающую среду от нагретого тела (биологического или физического объекта), увеличивается, однако, благодаря конструкции многослойного теплоизолирующего материала, поток воздушных масс усиливает колебательное движение конструктивных II и маскировочных элементов III, что способствует ускорению теплообменных процессов.