МНОГОСЛОЙНЫЙ ПАКЕТ
MULTILAYER PACKET

Изобретение относится к производству теплозащитных материалов, используемых при изготовлении одежды для защиты от холода, способствующей формированию комфортных микроклиматических условий в пододежном пространстве, что достигается за счет оптимизации интенсивности всех видов теплообмена человека с окружающей средой. Нередко оптимизация сводится к необходимости снижения плотности теплового потока в структуре пакета теплозащитной одежды.
Традиционно, снижение плотности теплового потока достигается путем введения в пакет утепляющего слоя, содержащего в своей структуре небольшие воздушные объемы, заключенные между волокнами или слоями. Такие объемы формируются случайным образом в процессе изготовления полотен, что не позволяет обеспечить высокую изоляцию таких ячеек и, соответственно, иммобилизовать воздух в структуре утеплителя. Это выражается в достаточно низких величинах теплового сопротивления традиционных синтетических утеплителей. Тем не менее, одним из критериев их эффективности выступает низкий объемный вес, свидетельствующий о повышенном содержании воздуха.
Альтернативный подход связан с созданием регулярных структур, в которых формируются иммобилизованные замкнутые воздушные полости. Это позволяет не только обеспечить достаточный уровень изоляции воздушных ячеек, но и задавать их размеры.
Известен многослойный теплоизолирующий пакет, содержащий основной слой, выполненный из текстильного материала, и конструктивные элементы, сформированные в дополнительный слой, размещенный на лицевой стороне основного слоя рядами непрерывно или прерывисто, либо примыкающими друг к другу, либо внахлест. Конструктивные элементы выполнены полыми из несминаемого текстильного материала, а внутренняя сторона конструктивных элементов имеет металлизированное покрытие (патент РФ 2415622, опубл. 10.04.2011 г.).
Недостаток конструкции - не полная герметизация воздушных ячеек, образованных конструктивными элементами, что не позволяет достичь иммобилизации воздуха, необходимой для исключения конвективных потоков. Также в пакете отсутствуют ветрозащитные элементы, что не позволяет снижать интенсивность вынужденной конвекции в структуре пакета в условиях ветра.
Известен многослойный пакет преимущественно для спецодежды, состоящий из наружного, внутреннего слоев и размещенной между ними прокладки с гофрами, расположенными так, что противолежащие вершины соседних рядов обращены навстречу одна другой и соединены одна с другой, а вершины каждого последующего ряда сдвинуты в одном направлении по высоте пакета относительно соединенных с ними вершин гофр предыдущего ряда на величину, не превышающую половины высоты пакета (см. авторское свидетельство СССР №1253586, опубл. 30.08.1986 г.).
Недостаток конструкции - отсутствие элементов, снижающих интенсивность теплового излучения и элементов, препятствующих проникновению воздуха в структуру пакета за счет ветрового напора. Использование поропласта при изготовлении гофр способствует повышению жесткости пакета и его веса, что снижает эргономические показатели пакета.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является многослойный пакет спецодежды, состоящий из наружного и внутреннего слоев и размещенной между ними прокладки, выполненной из уложенных параллельными рядами с интервалами гофрированных элементов, гофры которых расположены перпендикулярно наружному и внутреннему слоям, и связующих элементов, шириной, равной ширине основания гофр, соединенных с наружным и внутренним слоями и гофрированными элементами и расположенных параллельно наружному и внутреннему слоям (патент РФ 2201703, опубл. 10.04.2003).
Недостатки конструкции:
- воздушные ячейки в структуре прокладки сообщаются между собой, что способствует формированию макропрослойки и интенсификации естественно конвективной теплопередачи в структуре пакета одежды;
- в конструкции не предусмотрено элементов, снижающих интенсивность теплопередачи посредством излучения и вынужденной конвекции.
Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в повышении теплозащитных свойств пакета для утепленной одежды за счет снижения интенсивности теплопередачи в структуре пакета конвекцией и тепловым излучением.
Указанная задача достигается тем, что многослойный пакет, преимущественно для спецодежды, состоит из наружного и внутреннего слоев и размещенной между ними прокладки, которая имеет ячеистую структуру, выполненную в виде правильных шестигранников, образованных за счет растягивания в поперечном направлении лавсановых полос, которые скреплены между собой на участках, длина которых равна длине ячейки, чередующихся со свободными участками той же длины, причем на соседних полосах скрепляемый и свободный участки располагаются в шахматном порядке, а к внешней поверхности внутреннего слоя и внутренней поверхности наружного слоя прикреплен отражающий материал.
Сущность изобретения поясняется фиг 1-4.
На фиг. 1 представлен разрез теплозащитного пакета, который содержит внутренний слой 1, наружный слой 2, к которым прикреплен отражающий материал 3, например, за счет ниточного или клеевого соединения, и утепляющую прокладку 4, представленную ячеистой структурой.
На фиг. 2 представлена схема ячеистой структуры утепляющей прокладки 4, образованной за счет растягивания в поперечном направлении лавсановых полос, скрепленных между собой на участках 5, длина которых равна длине ячейки, чередующихся со свободными участками 6 той же длины, причем на соседних полосах склеиваемый и свободный участки располагаются в шахматном порядке.
На фиг. 3 представлены графики зависимости величины теплового сопротивления утепляющих прокладок от их толщины.
На фиг. 4 представлены графики зависимости величины суммарного теплового сопротивления многослойных пакетов для теплозащитной одежды в зависимости от скорости движения воздуха обдувающего их ветра.
Повышение величины суммарного теплового сопротивления многослойного пакета для теплозащитной одежды достигается за счет:
- структурирования утепляющей прокладки на замкнутые воздушные ячейки, что позволяет не только ввести в утеплитель значительные воздушные объемы, но и создать условия для их иммобилизации, что исключает возможность переноса тепла естественной конвекцией;
- наличия отражающего слоя, что позволяет исключить перенос тепла в утепляющей прокладке тепловым излучением и повысить ветростойкость структуры многослойного пакета для теплозащитной одежды.
В
Σ
Σ
2
2
Очевидно, что при исключении возможности конвективного и лучистого переноса тепловой энергии в структуре утепляющей прокладки основным механизмом теплопередачи является теплопроводность воздуха, заключенного в ячейках. Поэтому при толщине ячеистой структуры h=5÷20 мм и величине коэффициента теплопроводности воздуха λ=0,025 Вт/(м·К) расчетное значение теплового сопротивления прокладки составит R=0,2÷0,8 м·К/Вт. Эти данные подтверждаются экспериментальными результатами (фиг. 3). В то же время величина теплового сопротивления традиционных синтетических утеплителей такой же толщины составляет R=0,2÷0,4 м·К/Вт.
В условиях ветра, потеря теплозащитных показателей предлагаемого многослойного пакета для теплозащитной одежды на основе ячеистых структур менее выражена, чем в случае традиционных утеплителей при одинаковой структуре других слоев пакета (фиг. 4).
2
2
2
2
2
Важным показателем утеплителей для одежды является их объемный вес. Величина объемного веса традиционных утеплителей составляет v=100-800 г/м. Например, при толщине структуры 20 мм объемный вес ватина - 350-450 г/м; синтепона - 290 г/м; утеплителя Shelter - 230 г/м; утеплителя Ноllоfiber - 280 г/м.
Величина теплового сопротивления ватина выше, чем у большинства современных синтетических утеплителей при одинаковой толщине. Однако из-за более высокого объемного веса в настоящее время ватин редко используется при производстве теплозащитной одежды.
2
Объемный веса ячеистого утеплителя при толщине структуры 20 мм в совокупности с отражающими слоями составляет 15-150 г/м при толщине лавсановой пленки 0,3-30 мкм.
Таким образом, предлагаемый многослоный пакет позволяет обеспечить достаточно высокие величины суммарного теплового теплозащитной одежды без существенного увеличения ее массы.