ОРГАНИЧЕСКИЙ НЕТКАНЫЙ УТЕПЛИТЕЛЬ
ORGANIC NONWOVEN INSULATION MATERIAL

Изобретение относится к области легкой промышленности, а именно нетканому материалу, предназначенному для формирования утепляющего слоя в швейном изделии. Предлагаемый материал может быть использован в качестве утеплителя для применения в зимней и демисезонной одежде, аксессуарах, а также в других швейных изделиях, в том числе для сна (одеяла, подушки) и т.д. Нетканый утепляющий композиционный материал отличается тем, что с целью повышения влагоотдачи, за счет увеличения которой изменяется микроклимат в пододежном пространстве и не накапливается излишняя влага внутри утеплителя, а следовательно, теплопроводность материала не изменяется не только  при выполнении человеком физической работы,  но и  в спокойном состоянии, что обеспечивает нормальные условия жизнедеятельности на протяжении длительного времени (8-12 ч).
Из уровня техники известны следующие решения.
Известен нетканый материал для формирования утепляющего слоя швейного изделия, заключающегося в объединении в полотно смеси полимерных волокон посредством термического скрепления, при этом волокна содержат полиэфирное волокно и бикомпонентное волокно (5-25 мас.%) с линейной плотностью 0,22 текс (1,98 ден) и менее типа «ядро-оболочка» с концентрическим расположением, причем полиэфирные волокна силиконизированы (международная публикация заявки WO 2016/118614 А1, публикация 28.07.2016).
Недостатками известного из материала является небольшое (5-25%) массовое содержание бикомпонентного волокна, что хоть и позволяет сформировать полотно термоскреплением, но не позволяет оптимально скрепить все волокна в материале так, чтобы обеспечивались наилучшие теплоизоляционные свойства (наибольшее суммарное тепловое сопротивление), а также возникает необходимость использования плотной подкладки для исключения миграции утеплителя. При этом низкие теплоизоляционные свойства обусловлены малым объемом воздуха между волокнами материала.
Наиболее близким аналогом патентуемого решения является нетканый материал, включающий смесь полимерных волокон, объединенных в полотно термическим скреплением и содержит полиэфирное волокно и бикомпонентное волокно с линейной плотностью не более 0,22 текс типа «ядро-оболочка» с концентрическим расположением, а полиэфирное волокно состоит из волокна с линейной плотностью не более 0,11 текс. Упомянутая смесь содержит 26-34 мас.% бикомпонентного волокна и 66-74 мас.% полиэфирного волокна (патент РФ №193371, опубл. 28.10.2019).
Недостатки известных решений заключаются в необходимости выполнения утеплителя толщиной 14-20 мм для достижения оптимального теплового сопротивления, при этом известные аналоги не обладают гигроскопичностью и влагоотдачей, также имеют высокий показатель напряженности электростатического поля.
Техническая проблема, решаемая заявленным изобретением состоит в подборе оптимального состава, обеспечивающего комфортные условия при использовании швейного изделия с предлагаемым утеплителем.
Поставленная задача решается введением в состав утепляющего материала органических волокон.
Технический результат патентуемого материала состоит в возможности выполнения его меньшей толщины, чем известные аналоги при сохранении теплоизоляционных свойств, при этом обеспечивая высокий уровень влагоотдачи, гигроскопичности, стекание электрического заряда и отсутствия накапливания статического электричества.
Заявленный технический результат обеспечивается за счет состава нетканого волокнистого композиционного материала для формирования утепляющего слоя швейного изделия, включающего смесь льняных волокон и полимерных волокон с добавлением бикомпонентных легкоплавких волокон типа «ядро-оболочка» с концентрическим расположением, объединенных в полотно термическим скреплением, при этом содержание компонентов мас.% в полотне составляет:
- бикомпонентные волокна плотностью от 0,2-0.5 текс - 15-25%
- льняные отбеленные и неотбеленные волокна  плотностью  от 0,4 до 1,0 текс- 55-60%,
- полиэфирные волокна плотностью от 0,3 до 0,7 текс – 15-25%.
Введение в состав утеплителя льняных волокон обеспечивает антистатичность, влагоотдачу, биоцидность, гипоаллергеность материала. Наличие в составе полиэфирных волокон придают материалу стабильность структуры, долговечность, упругость, легкость, Бикомпонентное волокно выступает при термоскреплении в качестве связующего, благодаря тому, что полимер оболочки имеет температуру плавления ниже, чем температура тепловой обработки и температура плавления дополнительных полиэфирных волокон, а также полимера ядра, при этом полимер оболочки расплавляясь, скрепляет смесь волокон и превращает ее в единое полотно (холст).
В частном случае осуществления изобретения ядро бикомпонентного волокна занимает по площади от 50 до 95% от общей площади поперечного сечения бикомпонентного волокна, а оболочка занимает по площади от 5 до 50% от общей площади поперечного сечения бикомпонентного волокна.
В частном случае осуществления изобретения волокна из смеси представляют собой штапельные волокна длиной до 64 мм.
В частном случае осуществления изобретения волокна из смеси представляют собой штапельные волокна длиной 5-70 мм.
Скрепление волокон в холсте (полотне) осуществляется за счет термического скрепления. Для осуществления надежного термического скрепления добавляется связующее в виде бикомпонентного волокна в состав смеси. Заявляемый материал содержит целлюлозные волокна и бикомпонентное волокно с линейной плотностью не более 0,5 текс типа «ядро-оболочка» с концентрическим расположением. Материал оболочки скрепляющего волокна выбирают с температурой плавления не более 120-180°С 130°С, а полимер ядра - с температурой плавления от 230°С. Пример материала оболочки: полиэтилен высокого давления, полипропилен, сополимер полиэтилена или сополиэтилентерефталат с температурой плавления 105-137°С. Пример материала ядра: полиэтилентерефталат 250°.
Скрепление волокон выполнено последовательно вертикальным расположением волокон на всю длину и глубину и скреплено тепловой обработкой под воздействием температуры от 130°С-180°С, что обеспечивает устойчивую структуру.
Связующее в производстве нетканых материалов используется как для образования связей между волокнами, так и для перераспределения нагрузки между волокнами, то есть обеспечения возможности согласованной работы волокнистых элементов при нагрузках, вызывающих деформацию нетканого материала. В качестве неограничивающего примера, ядро занимает по площади от 50 до 95% от общей площади поперечного сечения бикомпонентного волокна, а оболочка занимает по площади от 5 до 50% от общей площади поперечного сечения бикомпонентного волокна. Полиэфирное волокно состоит из волокна с линейной плотностью не более 0,7 текс.
За счет содержания в заявляемой смеси волокон с низкой линейной плотностью (льняных волокон - не более 1 текс, а бикомпонентных - не более 0,5 текс), в структуре материала появляются достаточно небольшие ячейки с воздухом (порядка 50 мкм). То есть появляется множество мелких пор, которые равномерно располагаются по всему объему материала и имеют большой объем заполнения (при наличии волокон с большей линейной плотностью пор большего размера было бы меньше и они имели бы меньший суммарный объем), что способствует повышению суммарного теплового сопротивления материала при обеспечении сравнительно небольшой массы материала. Конструкция, термоскрепленная из указанных волокон с указанной плотностью (целлюлозных волокон - не более 1,0 текс, а бикомпонентных - не более 0,5 текс) прекрасно сохраняет тепло и объем, и отводит влагу за счет проводимости льняных волокон, тем самым способствуя повышению теплоизоляционных свойств материала, а именно, суммарного теплового сопротивления материала.
Кроме основного назначения льняного волокна (органического натурального волокна) было экспериментально выявлено и установлено, что именно оно выводит накопившуюся влагу из материала в пакете одежды. При массовом содержании не менее 55% целлюлозного волокна от всей массы материала в данной конкретной смеси будет наблюдаться наименьшая теплопроводность (0,046 – 0,048 Вт/м*К), что обусловлено органическими компонентами состава. Предлагаемый материал (далее – Flyflax) обеспечивает стекание электрического заряда и не бьет током. Показатель напряженности электростатического поля для flyflax 160 гр/м -7,9 Е, кВ/м по сравнению с синтепоном 60 Е, кВ/м.
За счет массового содержания в смеси не менее 60% целлюлозных волокон линейной плотностью не более 1,0 текс в структуре материала появляются микроскопические ячейки с воздухом, а при 20 мас. % бикомпонентного волокна в данной конкретной смеси будет наблюдаться наибольшее суммарное тепловое сопротивление, кроме того наличие воздушного канала внутри льняного полотна дает прекрасные воздухопроницаемые, теплоизоляционные и влагопоглащающие свойства материалам.
Эксперименты показали, что приемлемые показатели суммарного теплового сопротивления наблюдаются в смеси волокон с массовым содержанием 15-20% бикомпонентного волокна и соответствующим остаточным содержанием льняного и полиэфирного волокна (80-85 мас.% соответственно)
При уменьшении содержания бикомпонентных волокон менее 15% указанные микроскопические ячейки сомкнутся не в полной мере и не будут удерживать тепло; будет наблюдаться уменьшение склеек, спаек, структура станет менее пористой, и как результат - экспериментально подтвержденное снижение суммарного теплового сопротивления. При увеличении содержания бикомпонентного волокна более 25 мас.% указанные микроскопические ячейки будут меньше в объеме и хуже будут сохранять тепло; будет наблюдаться уменьшение пор в структуре; переизбыток материала расплавленной оболочки будет заполнять поры, уменьшая их извилистость и объем пустот, что в итоге приведет к снижению суммарного теплового сопротивления.
При уменьшении содержания льняных волокон менее 60% вывод влаги будет минимален и суммарное тепловое сопротивление снизится, а при содержании более 60% ухудшаются прочностные характеристики, устойчивость к многократному сжатию, увеличивается миграция волокон, теряется объем и ухудшается структура материала.
Пример 1 осуществления изобретения
Для получения нетканого утепляющего композиционного материала использована смесь волокон, представляющая собой заявляемый материал, содержащая по массе 20% бикомпонентного волокна плотностью до 0,5 текс (в качестве материала оболочки взят полиэтилен высокого давления с температурой плавления 137°С, а в качестве материала ядра - полиэтилентерефталат с температурой плавления 250°С) и 60% льняного волокна плотностью до 1 текс (смесь льняных отбеленных и неотбеленных волокон разной плотности до 1 текс), а также дополнительно полиэфирных формоустойчивых полиэфирных  волокон (смесь волокон разной плотности 0,3-0,7 текс) 20% в общей массе. Указанные волокна укладывались последовательно вертикальным расположением волокон на всю длину и глубину и скреплены тепловой обработкой под воздействием температуры 150°С. При этом получено два вида полотна толщиной 12 мм и 19 мм. Физические свойства, выявленные экспериментально приведены в таблице 1 (наименование полученных материала обозначены здесь и далее «Flyflax»).
Таблица 1. Свойства образцов полотен.
№ п.п.
Состав
Наименование образцов
Поверхностная плотность, г/м<sup>2</sup>
Толщина, мм
Теплопроводность, Вт/(м·К)
Гигроскопичность, %
Влагоотдача, %
Сопротивление к многократному сжатию%
Электризуемость, кВт/м
1
2
3
4
5
6
7
8
9
1
60% целлюлозные волокна40% смешанных полиэфирных  и бикомпонентных волокон
Flyflax
160
12
0,046
32
100
95
4,62
2
60% целлюлозные волокна 40% смешанных полиэфирных  и бикомпанентных волокон
Flyflax
250
19
0,048
24
83
95
3,82
Пример 2 (сравнительный)
Предлагаемый материал «Flyflax» получен при тепловой обработке в 145°С уложенных вертикально 20% полиэфирных волокон плотностью от 0,3 до 0,7 текс, 60% смеси льняных отбеленных и неотбеленных волокон, а также 25% смеси бикомпонентных волокон (полиэтиленовая оболочка и полиэтилентерефталатовое ядро) разной плотности до 05,5 текс.
Для сравнения свойств предлагаемого материала с известными аналогами были взяты образцы материалов следующих марок: Холлофайбер ПРОФИ Р 35198, Холлофайбер Волюметрик Н, Холлофайбер ТЭК, Termofinn и «Флайтекс».. Образцы материалов испытывали при одинаковых условиях на одном оборудовании по методике определения суммарного теплового сопротивления в соответствии с ГОСТ 20489-75, которая заключается в измерении времени остывания пластины прибора в заданном интервале перепадов температур между поверхностью пластины, изолированным материалом или пакетом материалов и окружающим воздухом. Также определены показатели гигроскопичности и влагоотдачи по ГОСТ 3816. Результаты сравнительного анализа разработанного утеплителя «Flyflax» с синтетическими аналогами приведены в таблице 2.
Таблица 2 - Физико-механические свойства нетканых утеплителей
№ п/п
Наименование образцов
Поверхностная плотность, г/м2
Тепловое сопротивление, Вт/(м·К
Толщина, мм
Разрывная нагрузка, даН, дл./шир.
Удлинение разрывное, %, дл./шир.
Гигроскопичность, %
Влагоотдача,%
1
2
3
4
5
6
7
«Холлофайбер»
1
Холлофайбер ПРОФИ Р 35198
200
0,0562
20,00
1,2/0,8
3,6/3,9
0
0
2
Холлофайбер Волюметрик Н
200
0,069
24,10
11,5/6
5,2/5,4
0
0
3
Холлофайбер ТЭК
200
0,0496
15,50
1,6/1,2
4,85/5,5
0
0
«Termofinn»
4
Termofinn
200
0,0487
14,0
5,0/3,0
6,8/8,7
0
0
«Флайтекс»
5
ST нетканое объемное
200
0,0569
16,10
6,25/5,0
6,05/4,2
0
0
Предлагаемый материал <b>Flyflax</b>
7
<b>Flyflax</b>
160
<b>0,0457</b>
8,65
10,0/11,0
6,2/4,85
<b>32,0</b>
<b>100</b>
8
<b>Flyflax</b>
200
<b>0,0480</b>
10,63
15,34/16,9
7,4/6,7
<b>24,0</b>
<b>83</b>
Таким образом, предложенный нетканый материал для формирования утепляющего слоя швейного изделия обеспечивает комфорт при эксплуатации швейного изделия за счет высоких теплоизоляционных свойств в течение длительного времени, обладает меньшей толщиной и лучшими гигиеническими свойствами по сравнению с аналогами, при этом не теряет форму при нагрузке, не накапливает статическое электричество.