СПОСОБЫ ФОРМИРОВАНИЯ ЖЕСТКОСТИ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ ТЕПЛОЗАЩИТНОЙ ОДЕЖДЫ ТЕХНОЛОГИЯМИ ЛОКАЛЬНОЙ ПОЛИМЕРИЗАЦИИ

WAYS OF FORMATION OF RIGIDITY OF MATERIALS FOR HEAT-SHIELDING CLOTHES TECHNOLOGIES OF LOCAL POLYMERIZATION

Alyona Kovalyova

the graduate student of Institute of services industry and business (branch) of DSTU to Shakhty,

Russia, Shakhty

Irina Cherunova

the graduate student of Institute of services industry and business (branch) of DSTU to Shakhty,

Russia, Shakhty

АННОТАЦИЯ

Целью статьи является изучение особенностей теплозащитных свойств одежды с объемными утеплителями различных конструкций. Предложен новый метод сохранения теплозащиты путем нанесения на материал гибких полимерных ребер жесткости, позволяющий возвратить исходные параметры пакета материалов.

ABSTRACT

The purpose of article is studying of features of heat-shielding properties of clothes with volume heaters of various designs. The new method of preservation of a heat-shielding by drawing on the material of flexible polymeric stiffening ribs allowing to return initial parameters of a package of materials is offered.

Ключевые слова: теплозащитные свойства, утеплитель, объемный утеплитель, ребра жесткости, ламининование, экструзионный.

Keywords: heat-shielding properties, heater, volume heater, stiffening ribs, lamininovaniye, extrusive.

Особенности теплозащитных свойств одежды с объемными утеплителями в условиях сурового холода показали, что в реальных условиях такая одежда подвергается систематическому механическому давлению со стороны окружающей среды и движений самого человека. Такие воздействия приводят к изменению толщины одежды и, как следствие, потере теплозащиты, что крайне нежелательно при работе в условиях низких температур [7].

Чтобы избежать потерь теплозащиты одежды, необходимо максимально быстро возвращать толщину изделия к первоначальному состоянию за счет увеличения упругости без дополнительной жесткости материала. Способом восстановления исходного состояния является применение различных конструкций одежды: с использованием упругих переборок во внутренних слоях материалов, с упругими элементами в местах скрепления слоев, с двухсторонней асимметрией пакета материалов и другие. Использование переборок позволяет посредством внутренних ребер жесткости поддерживать внутренний объем пакета материалов относительно постоянным [1]. Использование упругого элемента – эластичной тесьмы в местах скрепления слоев решает задачу возвращения пакета материалов к первоначальной форме, но недостатком данного метода является потеря теплозащиты в местах крепления упругого элемента со слоями [4]. Пакеты теплозащитной одежды с двухсторонней асимметрией позволяют получить необходимый уровень теплозащиты за счет стабильности структуры в процессе эксплуатации изделия, которая достигается путем поочередной деформации внешнего и внутреннего слоев оболочки смежных отсеков, но проблема остается – потеря теплозащитных свойств изделия в местах крепления отсеков [3].

Во всех вышеперечисленных случаях происходит потеря теплозащитных свойств пакета материалов. Способом решения данной проблемы может стать повышение упругости верхнего слоя одежды путем нанесения на материал гибких полимерных ребер жесткости, позволяющих возвращать исходные параметры пакета материалов [6]. Покрытие полимером всей поверхности изделия является нерациональным в связи с избыточной жесткостью конструкции и увеличением массы изделия.

Рисунок 1. Опорный эскиз изделия с использованием деталей с упругими свойствами: А – детали конструкции, с нанесенными на них гибкими полимерными ребрами жесткости, Б – детали конструкции без ребер жесткости

Изменение геометрических параметров слоя материала под воздействием внешних факторов и возврат в исходное положение за счет гибких полимерных ребер представлен на рисунке 2.

Рисунок 2. Условная схема деформации и релаксации под воздействием внешнего давления объемного слоя материалов с включением гибких ребер поверхностной жесткости

Для формирования гибких ребер поверхностной жесткости предлагается рассматривать нанесения полимерной пленки по заданной матрице. Для этого может быть использован метод ламинирования. Ламинирование – нанесение пленки на поверхность материала полностью или частично. Покрытие пленкой всей поверхности материала называется полным методом, частичное – выборочным [2]. В связи с тем, что нанесение полимера осуществляется в виде полос, метод ламинирования – выборочный.

Ламинат на поверхность материала может наноситься тремя способами: клеевым, бесклеевым и экструзионным [2]. При клевом способе полимерная пленка присоединяется к материалу при помощи специального клея, что в нашем случае является негативным фактором, поскольку клей увеличивает вес изделия, токсичен и сохнет несколько часов. При бесклеевом методе используется дублирующий слой более плавкого полимера, который служит термоклеем при присоединении пленки. Однако и при этом способе происходит значительное увеличение массы изделия. Оба эти способа служат для нанесения полимерной пленки на всю поверхность материала, что не подходит в связи с поставленной задачей – увеличение упругости без излишней жесткости материала.

Третьим методом является экструзионный, подразумевающий под собой нанесение расплава полимера на материал. Этот способ более удобен в связи с тем, что отсутствуют дополнительные средства для присоединения полимера к поверхности материала, кроме того, регулируя размер отверстия экструдера можно наносить полимер в виде полос различной толщины.

Для определения вида полимера и способа его нанесения на материал методом ламинирования были рассмотрены основные характеристики полимеров, представленные в таблице 1.

Таблица 1.

Основные характеристики полимеров, применяемых для ламинирования

Из таблицы 1 видно, что полипропилен и полиэтилен как низкого, так и высокого давления обладают наибольшей морозоустойчивостью. Кроме того, полиэтилен имеет наибольшее разрушающее напряжение при продольном и поперечном направлении и обладает высоким относительным удлинением по сравнению с другими полимерными пленками.

На основании анализа способов несения полимеров и видов полимеров разработана матрица соответствия вида полимерных пленок и способов их нанесения (таблица 2).

Таблица 2.

Матрица соответствия способов нанесения ламината и вида полимерных пленок

Из таблицы видно, что экструзионный метод является наиболее приемлемым и дешевым, поскольку используются простейшие полимеры, в отличие от бесклеевого метода (дорогие дублирующие пленки). При клеевом методе используется большее количество пленок, однако после нанесения данным методом клей должен сохнуть несколько часов. Кроме того, происходит увеличение массы за счет клея.

Таким образом, повышение теплозащитных свойств одежды достигается за счет увеличения упругости без избыточной жесткости материала методом нанесения на поверхность материала гибких полимерных ребер жесткости из полиэтилена, обладающего большей плотностью и относительным удлинением и способным сохранять свои свойства при температурах до -70⁰С. Полимер будет наноситься экструзионным способом, так как при данном методе не происходит больших затрат материала или использования дорогих материалов. Быстрое восстановление исходного состояния пакета материалов теплозащитной одежды позволяет увеличить время теплового комфорта человека [5].

Список литературы:

1. Бекмурзаев Л.А. Трансформируемая конструкция теплозащитного пакета как средство оператиного реглирования условий теплового комфорта // Современные проблемы науки и образования. 2014. № 3. С. 270–276.
2. Бобров В.И. Технология и оборудование отделочных процессов / В.И. Бобров, Л.Ю. Сенаторов. – М.: МГУП, 2008. – 434 с.
3. Патент RU № 2286073 С2 МПК A4/D31/02 A41D13/00. Конструкция пакета теплозащитной одежды с двусторонней асимметрией [Текст] / Л.А. Бекмурзаев, Е.В. Назаренко, О.А. Алейникова. – Опубл. 27.10.2006. – № 30.
4. Патент RU № 2286701, С1 МПК A41/D31/02 A41D27/24. Конструкция теплозащитного пакета с упругим элементом в местах скрепления слоев [Текст] / Л.А. Бекмурзаев, Е.В. Назаренко, О.А. Алейникова. – Опубл. 10.11.2006. – Бюл. № 31.
5. Черунова И.В Новые технологии расчета конструкций теплозащитной одежды / И.В. Черунова / Известия высших учебных заведений. Технология легкой промышленности. – 2009. Т. 4. № 2. С. 51–54.
6. Черунова И.В. Обоснование развития термоупругих конструкций в проектировании защитной одежды / Черунова И.В., Ковалева А.А. Современные материалы, техника и технологии. 2015. № 3 (3). С. 265–268.
7. Черунова И.В. Теоретические основы комплексного проектирования специальной теплозащитной одежды / Автореф. дис. докт. техн. наук: 05.19.04 / Черунова Ирина Викторовна; ЮРГУЭС. Шахты, 2008. 42 с. Библиогр.: С. 36–41.