К вопросу дискретизации металлизированного слоя на поверхности текстильных материалов для повышения эффективности камуфлирующей защиты

ТЕХНОЛОГИИ МАТЕРИАЛОВ И ИЗДЕЛИЙ ТЕКСТИЛЬНОЙ И ЛЕГКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

УДК 677.017: 687.17:623.77

И. Ю. Белова, Н. Л. Печникова, А. Е. Галков, Ю. А. Шаммут

К ВОПРОСУ ДИСКРЕТИЗАЦИИ МЕТАЛЛИЗИРОВАННОГО СЛОЯ НА ПОВЕРХНОСТИ ТЕКСТИЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ

КАМУФЛИРУЮЩЕЙ ЗАЩИТЫ

Ключевые слова: тепловая маскировка, тепловое излучение, камуфлирующая защита, металлизация поверхности текстильных материалов, раппорт рисунка, спектры отражения, теплофизические и оптические свойства материалов.

Исследование относится к области проектирования и изготовления швейных изделий специального назначения, предназначенных для визуально оптической и тепловой маскировки. С целью оценки целесообразности применения дискретной металлизации поверхности текстильных материалов, для изготовления изделий, предназначенных для тепловой маскировки, проведён сравнительный анализ теплофизических и оптических свойств материалов со сплошным и дискретным металлонапылением. Доказано, что для обеспечения эффективной камуфлирующей защиты целесообразно применять материалы со сплошным металлизированным слоем.

Keywords: thermal camouflage, thermal radiation, camouflage protection, plating in surface of textile materials, the report pattern,

reflection spectra, thermal and optical properties of materials.

The study relates to the design and manufacture of garments special purpose designed for visual and thermal optical camouflage. In order to assess the appropriateness of the discrete metallization surface of textile materials for the manufacture ofproducts for thermal masking provides a comparative analysis of the thermal and optical properties of materials with continuous and discrete material on the surface of the metal layer. It is proved, that to ensure the effective protection of camouflage advisable to use materials with a continuous metallic layer.

Введение

В комплексе исследований, направленных на разработку швейных изделий специального назначения, разработка одежды, экранирующей тепловое излучение и предназначенной для тепловой маскировки - одна из наиболее сложных задач, так как её решение лежит в области поиска конструктивного решения пакета материалов, оказывающих влияние на процесс установления термодинамического равновесия биологического объекта с окружающей средой.

При разработке камуфлирующих материалов для тепловой маскировки необходимо учесть, что в зависимости от вида отдачи тепла организмом человека в состоянии покоя (при температуре среды около 20°С) теплоотдача в процентном отношении распределяется следующим образом: конвекция - 31,0%, излучение (радиация) - 43,74%, испарение-21,71%, нагревание пищи-1,55%, нагревание воздуха в легких - 1,30%, потеря тепла с выделениями - 0,70. Таким образом, на долю радиоактивного излучения, которое улавливается приборами детектирующими тепловое излучение приходится около половины общего количества тепла, идущего от человека. Эти данные позволяют говорить о возможности разработки специальных маскировочных материалов с дискретной теплоизоляцией, блокирующих только ту часть теплоотдачи, которая приходится на излучение при сохранении возможности теплоотдачи конвекцией, кондукцией и испарением [1,2,3,4].

Проведённый анализ материалов, используемых в настоящее время в производстве изделий, экранирующих ИК-излучение, т.е. способствующих обеспечению тепловой маскировки, показал, что основная масса разработок лежит в области модификации текстильных материалов металлами. Металлы, обладая характерными металлическими свойствами, такими, как высокая теплопроводность и блеск оказывают существенное влияние на изменение оптических свойств материалов и их способность отражать тепловое излучение, так как и световой и тепловой поток - составляющие электромагнитного излучения.

Модификация текстильного материала частицами металлов способствует отражению теплового излучения. Однако, отражённое тепловое излучение, идущее обратно к источнику излучения, постепенно приведёт к увеличению температуры в межодёжном пространстве (между верхней одеждой человека и маскировкой), и при отсутствии в материале структурных составляющих, позволяющих отводить тепло испарением и конвекцией, плотность теплового потока будет постепенно возрастать. Если в начальный момент времени маскировочная защита (плащ, накидка и т.д.) будет экранировать тепловое излучение, то с течением времени эффективность маскировки будет снижаться [4, 5].

Для решения комплексной задачи обеспечения нормальной терморегуляции и экранирования теплового излучения, т.е. тепловой маскировки, структура пакета материала должна обеспечивать воз-

можность отвода тепла теплопроводностью, конвекцией и испарением, но при этом отражать тепловое излучение полностью или частично его поглощать и (или) обеспечивать возможность усиления теплоотдачи альтернативными формами передачи тепла, исключая излучение [5].

С целью усиления теплоотведения за счёт конвекции и испарения, способствующих улучшению микроклимата в межодёжном пространстве и эффективности тепловой маскировки можно использовать дискретный (не сплошной) слой металлонапы-ления.

Цель исследования: Получить сравнительные данные по теплофизическим и оптическим свойствам текстильных материалов со сплошным и дискретным слоем металлонапыления для оценки эффективности их использования в изделиях, предназначенных для визуально-оптической и тепловой маскировки.

Экспериментальная часть и основные результаты

Для реализации технологии дискретного метал-лонапыления были изготовлены экспериментальные трафареты для нанесения металлизированного слоя на текстильный материал от раппорта которых зависит количество осаждаемого (наносимого) на материале металла и, как следствие улучшается отражательная способность материалов, их воздухо и па-ропроницаемость. Из всех существующих способов металлизации текстильных материалов наиболее эффективным, обеспечивающим устойчивость металлизированного покрытия к внешним факторам воздействия окружающей среды (воздухопроницаемость, водонепроницаемость, морозостойкость), а также устойчивость покрытия к действию стирки и (или) химчистки, наиболее эффективным признана технология ионно-плазменного распыления метал-

Таблица 1 - Влияние металлонапыления на изменение физико-механических показателей свойств текстильных материалов

Наименование показателя, ед.изм. Артикул материала, на который наносилось металлизированное покрытие, волокнистый состав

Тайей 190Т, ПЭ - 100% Ро1уРгогей 190А, арт. 80412а, ПЭ - 100% Оксворд 600 ПЭ - 100% Арт. 84473, ПЭ - 67% Вис - 33%

Значение показателя до и после металлизации поверхности сплошным слоем

Поверхностная плотность, г/м2 85/87 185/187 220/223 248/250

Разрывная нагрузка, Н по основе по утку 820/835 790/785 1050/1010 665/700 1350/1355 1220/1230 1300/1350 860/875

Раздирающая нагрузка, Н по основе по утку 40/40 55/60 63/65 70/80 70/75 65/60 40/45 40/45

Паропроницаемость, г/м2-ч 305/272 142/110 128/103 155/92

Воздухопроницаемость, дм3/м2с 30,5/26 40/38 10,5/9,5 18/16

Водоупорность, мм вод. ст. - 335/342 360/370 200/125

Стойкость к истиранию, циклы 2500/2550 5000/5130 6350/6420 10050/10100

лов, реализуемая в глубоком вакууме и позволяющая наносить на ткани тонкие пленки меди, алюминия, титана, латуни, серебра, нержавеющей стали, бронзы и других металлов и их сплавов, а также соединения некоторых металлов с кислородом или азотом [6].

С целью прогнозирования эффективности использования материалов, содержащих частицы металлов в производстве швейных изделий, экранирующих тепловое излучение, проведено исследование показателей свойств материалов, содержащих сплошное и дискретное металлизированное покрытие, дана оценка влияния дискретности металлизации на изменение показателей «отражение», «паро-проницаемость» и «воздухопроницаемость» в привязке к площади заполнения металлизированным покрытием поверхности текстильного материала -80-85% (рис. 1 б, в и е) и 50-55% (рис. 1 а, г и д). Характеристика объектов исследования представлена в табл.1.

г

Рис. 1 - Фотографические избражения материалов с дискретной металлизацией

Теплоёмкость образцов оценивалась в соответствии с ГОСТ Р 55134-2012, воздухо и паропрони-цаемость по методикам подробно изложенным в [7]. Спектры отражения тканевых образцов регистрировались на спектрофотометре SHUMADZUUV-2550 (Япония) с точностью установки длины волны ± 0,1нм, воспроизводимость - 0,05 нм. Спектры снимали методом диффузного отражения, в качестве

Таблица 2 - Влияние дискретности металлонапыл

образца сравнения использовали BaSO4. Изображения спектров оптического отражения материалов при нанесении слоя металлонапыления сплошным и дискретным слоем с металлизацией Sмет. 80-85% (Я=10х10 мм) и Sмет. 50-55% ^=20x20 мм), а в таблице 2, соответственно данные, характеризующие показатель паропроницаемость.

на паропроницаемость материалов

Артикул материала, на который наносилось металлизированное покрытие Материал без металлонапыления Вид металлизации

сплошной слой дискретность металлонапыления

S мет. 80-85% S мет. 50-55%

Паропроницаемость, г/м2-ч

Taffeta 190Т 325 272 290 305

PolyProtect 190А, арт. 80412а 142 110 115 135

Оксворд 600 128 103 110 120

Арт. 84473 155 92 120 138

Рис. 2 - Изменение оптических спектров отражения материалов при нанесении слоя металлонапыления сплошным и дискретным слоем с металлизацией площади поверхности 80-85% и 50-55%

Металлонапыление приводит к снижению результирующего показателя теплоёмкость, так как теплоемкость металлов (Ср=0,46-0,93кДж/кг-К) на порядок ниже теплоёмкости текстильных материалов (Ср = 0,96-2,26кДж/кг-К) [6,8].

Данные экспериментальных исследований также показали, что металлизированный слой влияет на оптические свойства материалов. Коэффициент отражения поверхности текстильных материалов при нанесении слоя металла увеличивается в 5-10 раз (рис.2), что объясняет эффект тепловой маскировки при использовании покрытия с изнаночной стороны изделий. На величину коэффициента отражения влияет структура текстильного материала (вид переплетения нитей основы и утка), а также толщина наносимого металлизированного слоя [4]. Проведённые экспериментальные исследования показали, также, что дискретность металлонапыления оказывает влияние на оптические свойства текстильных материалов. Отражение поверхности текстильного материала при нанесении металла сплошным слоем в спектральной области 300-900 нм находится в пределах 55-80%. При заполнении металлизированным слоем 80-85% и 50-55% поверхности текстильного материала процент отражения снижается в среднем на 1015% и 20-25% соответственно. Однако, дискретность металлонапыления не оказывает существенного влияния на изменение показателя паропроницаемость, который увеличивается при Sмет. 80-85% и Sмет. 5055% в среднем на 5-8% соответственно. На изменение показателя воздухопроницаемость дискретность металлонапыления влияния не оказывает.

Проведённые экспериментальные исследования не отрицают, что уменьшение раппорта рисунка металлизации позволит получить требуемый эффект «зеркального» отражения и, как следствие, улучшение маскировочных свойств изготавливаемых изделий.

На основании полученных результатов можно сделать вывод о целесообразности применения в проектируемых швейных изделиях материалов со сплошным металлизированным слоем, так как уменьшение площади металлизации изнаночной

поверхности текстильного материала в маскировочных изделиях приведёт к снижению теплового отражения и, как следствие, снижению эффективности маскировки.

Литература

1. Горберг, Б. Л. Современное состояние и перспективы использования плазмохимической технологии для обработки текстильных материалов/ Б. Л. Горберг // Текстил. химия.- 2001.- №3. -С. 59-68

2. Патент RU 2403328, МПК D03D 11/00. Материал, отражающий инфракрасное излучение / Б.Л. Горберг, В.В. Веселов, И.Ю. Белова, Д.М. Васильев, С.В. Королева, заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО ИГТА, заявл. 12.05.2009; опубл. 10.11.2010.

3. Патент RU 2398045, МПК С23С14/02 и др. Способ модификации поверхности текстильного материала / Б.Л.Горберг и др.; заявитель и патентообладатель Б.Л.Горберг и др., заявл.25.12.2008; опубл. 27.08.2010.

4. Белова, И.Ю. Разработка и исследование экранирующих свойств пакета материалов в изделиях специального назначения / И.Ю. Белова, В.В. Веселов, Б.Л. Горберг // Известия высших учебных заведений. Технология текстильной промышленности. 2011. № 1. С. 96-100.

5. Федосов, С.В. Теоретические основы тепломассопере-носа в перспективных технологиях производства материалов для текстильной и строительной отраслей промышленности/ С.В .Федосов, М.В. Акулова, С.А. Кок-шаров, О.В. Метелёва // Известия высших учебных заведений. Технология текстильной промышленности. 2015. № 6. С. 157.

6. Лившиц Б.Г. Физические свойства металлов и сплавов [Текст]: учебник для студ. металлург. спец. вузов / Б.Г. Лившиц, В.С. Крапошин, Я.Л. Линецки - 2-е изд., пере-раб. и доп. - М. : Металлургия, 1980. - 320 с.

7. Букина, Ю.А. Методы контроля качества текстильных материалов. Определение физико-механических характеристик и поверхностных свойств /Ю.А.Букина, Е.А.Сергеева //Вестник Казанского технологического университета. 2012 г. №11. С.49.

8. Кукин, Г.Н. Учебник для вузов. — 2-е изд., перераб. и доп. Г.Н.Кукин, А.Н. Соловьев, А.И. Кобляков - М.: Легпромбытиздат, 1992. — 272 с.: ил.

© И. Ю. Белова - доцент кафедры технологии швейных изделий Ивановского государственного политехнического университета, кандидат технических наук, e-mail: belovairina2012@mail.ru; Н. Л. Печникова - аспирант Ивановского государственного химико-технологического университета , e-mail: p.g.a.2015@yandex.ru; А. Е. Галков - аспирант Ивановского государственного политехнического университета, e-mail: norman47@mail.ru; Ю. А. Шаммут - доцент кафедры технологии швейных изделий Ивановского государственного политехнического университета, кандидат технических наук, shammut@yandex.ru.

© I. U. Belova - Associate Professor of Technology of garments Ivanovo State Polytechnic University, candidate of technical Sciences, e-mail: belovairina2012@mail.ru; N. L. Pechnikova - graduate student of Ivanovo State University of Chemical Technology, email: p.g.a.2015@yandex.ru; A. E. Galkov - graduate student of Ivanovo State Polytechnic University e-mail: norman47@mail.ru; U. A. Shammut - Associate Professor of Technology of garments Ivanovo State Polytechnic University, candidate of technical Sciences. e-mail: shammut@yandex.ru.