close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

bd000101180

код для вставкиСкачать
На нравах рукописи
i^ —
БЕССОНОВА НАТАЛЬЯ Г Е Н Н А Д Ь Е В Н А
РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ И ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ
СВОЙСТВ Т Е К С Т И Л Ь Н Ы Х МАТЕРИАЛОВ И П А К Е Т О В
ПРИ ДЕЙСТВИИ В Л А Г И И ДАВЛЕНИЯ
Специальность 05 19 01 - Материаловедение производств текстильной и
легкой промышленности
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук
Москва - 2005
Работа выполнена в Московском государственном университете дизай­
на и гехнолоши на кафедре «Материатоведениел
Научный руководитель-
доктор технических наук, профессор
Жихарев Александр Павлович
Официальные оппоненты.
доктор химических наук, профессор
Неверов Анатолий Николаевич,
кандидат технических наук, профессор
Тюменев Юрий Якубович
Ведущая организация
Московский юсударственный текстильный
) ииверситет им А Н Косыгина
Защита состоится " 2 1 " декабря 2005 г в 10 00 часов на заседании ДисcepiauHOimoro совета Д212 144 01 в Московском государственном универси1ете дизайна и технологии, по адресу 115998, г Москва, ул Садовниче­
ская, д 33, ауд 156
С диссертацией можно ознакомиться в бибдиотеке университета
Автореферат разослан " ''^
Ученый секретарь
диссертационного совета
" А-С4^Л^/Ы>1^ 2005 г
i
Костьпева В В
KAJ^AJU
Общая характеристика работы
Актуальность темы
Вслелствие хо юдиого климата тетозащитиая
одежда в России пользуется высоким спросом Поэтому возникает необхо­
димость в разработке методов, позволяющих оценивать теплозащитные
свойства материалов на стадии проектирования одежды
Проблеме создания одежды с высокими теплозащитными свойствами
посвящено много работ, провецепных в ЦНИИШП, Ю Р Г У С ,
МГУДТ,
СПбГУТЛ, МГТУ им А И Косыгина, М Г У Г и других вузах Эти исследова­
ния рассматривают совокупный процесс передачи тепта от тела человека че­
рез пакет одежды к окружающей среде, и позволяют расчетным путем опредетя1ь тепловое сопротивление пакета одежл1>1 в зависимости от условий сре­
ды Однако проведенные исследования не затрагивают основных процессов,
происхочящих в текстильных материалах при переносе гепла. не установлена
jdUHCHMOCTb между тегьюфизическичи свойствами материалов и параметра­
ми их структуры На сегодняшний день отсутствует обобщенная модель тептопроводности текстильных материалов, которая учитывала бы всю сово­
купность процессов теплопередачи через текстильные материалы Кроме ю10, существующие технические методы определения теплопроводности мауериалов не позволяют проводить испытания высокообъемных утепляющих
материалов без изменения исходных характеристик их строения и свойств
Практический интерес для материаловедения представляют исследова­
ния влияния условий эксплуатации одежды на теплозащитные свойства ма­
териалов изделия Как правило, эксплуатация одежды проходит в среде с по­
вышенной влажностью и при силовом давлении.
Отсутствие теоретических и экспериментальных методов определения
характеристик теплофизических свойств текстильных, в том числе, утеп­
ляющих материалов, аналитических закономерностей влияния па них влаги и
силового давления сдерживав! процесс проектирования материа-чов и изде-
(.
РОС НАЦИОНАЛЬНАЯ )
БИБЛИОТЕКА
4^^Й5^
———
~.
1..»
1
i
1ИЙ с требуемыми (еплозатигными свойствами, что снижает качество и
безопасность продукции
Цель работы состоит в рафаботке 1еорстических и экспериментальных
методов исследования тетофизических свойств текстильных магериалов и
пакетов, определении зависимостей покаштелей теплофизических свойств от
воздействия втаги и давления на материалы, разработке рекомендаций по ра­
циональному подбору материалов в пакет тетозащитной одежды для разтичных условий эксплуатации на этапе ее проектирования
Для достижения поставленной цели в работе решались следующие ос­
новные задачи
•
анализ механизмов передачи тепла через текстильные материа 1ы,
•
анализ экспериментальных методов и приборов для определения теп­
лофизических характеристик материалов,
•
разработка теоретического и экспериментального методов определения
теплофизических характеристик текстильных MaTepnajioB с высокой
пористостью,
•
определение теплофизических свойств материалов при увлажнении,
•
определение теплофизических свойств материалов при действии сило­
вого давления,
•
исследование тетофизических свойств материалов при комплексном
воздействии влаги и давления,
•
установление зависимостей теплового сопротивления материалов от
влажности и силового давления;
•
разработка рекомендаций по рациональному подбору материалов в па­
кет одежды, эксплуатирующейся в условиях повышенной влажности и
силовом давлении.
Методологической и теоретической основой исследований являются
груды российских и зарубежных ученых по теории теплопроводности и мо­
делированию процессов передачи тепла через материалы разных структур,
результаты последних разработок в области текстильного материаловедения
в работе иснотьюваны методы математического моделирование процессов
переноса тента через текстильные материалы, экспериментальные методы
исследования теплофизических свойств материа гов, методы регрессионного
анализа экспериментальных данных
Научная новизна исследований заключается в
•
разработке матемагических моделей переноса 1ег1ла через текстиль[п.1е
материалы волокнистых и сетчатых струк1ур,
•
разработке экспериментального метода определения теплофизических
характеристик высокопорисгых текстильных материалов,
•
определении экспериментальных данных, характеризующих процессы
теплопередачи через текстильные материачы волокнистых и сетчатых
структур,
•
установлении зависимостей теплофишческих характсрисжк текстиль­
ных ма1ериалов и пакетов от их влагосодерлания,
•
определении зависимостей теплового сопротивтения текстильных ма­
териалов от характеристик строения,
•
установлении закономерностей изменения теплового сопротивления
материалов и 1Ыке10В fip" деисгенн вля1н м давления
Практическая значимость работы состоит в том, что пот>ченные в
работе результаты позволяют
•
моделировать геплофизичсские свойства текстильных материалов по
характеристикам их строения;
•
определять теплофизические свойства текстильных материалов новых
структур;
•
проводить расчеты теплофизических характеристик различных тек­
стильных материалов и проектировать пакеты для одежды различного
вида и назначения,
•
повысить безопасность одежды при се зксптуатации в условиях дейст­
вия влаги и силового давления
•
сократить сроки проекпфования тетозащитной
о 1еж^1ы сни^ии,
стоимость затра! на ее соз laiine, повысить безопасное 1ь продукции
Лпробация и реалишиин результаюв иселс шваний ньпю жены на
предприятии пошива одежды ООО "Новый облик" Разработанные рекомен­
дации по рациональному подбору материалов в пакет изделий, сокращение
технологических операций познозили повысить качество теплозащитной
одежды и полечить годовой экономический эффект в 21,7 тысяч рублей Ре­
зультаты работы использованы в учебном процессе М Г У / Ц по направлению
656100 "Техно югия и консфуирование изде тий легкой промышленности"
Публикации По материа шм диссертационной работы опубликованы
четьфе печатных работы в юм числе в двух изданиях, рекомендованных
ВЛК РФ
Структура рабо1ы Диссертация состоит из введения, четырех глав,
зак иочения, списка питерат\ры и притожения Работа изтожена на !51 стра)1ииах, в гом числе содержит 21 рис>нок, 9 таблиц, 9 страниц приложения
Список испотьзуемой литературы включает 149 наименований
Основное содержание р а б о ы
Во введении обоснована актуальность темы исследования, сформули­
рованы цели и задачи работы, ее методологическая и теоретическая база, оп­
ределена научная новизна и практическая значимое гь работы, указана струк­
тура и объем исследования
В первой главе приведен анализ научной и специальной литературы,
рассматривающей различные аспекты передачи тепла через текстильные ма1ериалы, представлены приборы и методы определения 1стофизических ха­
рактеристик.
В резутьтате анатиза литературы установлено, что на тайный момент
недо>.1аточно noiiio пз\чены механизмы передачи тепла через текст1мы1ые
материа.1ы. сушеств^юшие матсм.иическне модети теп тпроводности не со
пасуются с реальным строением материа юв, нет обобщенной математиче­
ской моде 1 и процессов передачи lema через гексти 1ьные материаты раз­
личных Сфчктур Применяющиеся в настоящее время iKcnepHMeHTajibHMe
методы исследования тетопрово шости материалов не пригодны для иссле­
дования теплозащитных свойств высокопорисгых ма1ериалов Огсугс1вую7
аналитические зависимости тетоиого сопротивления высокопористых утеп­
ляющих материалов от влаги и давления
Вторая глава посвящена рафаботке теоретической модели переноса
тепла через текстильные матсриачы различных структур
Теоретические исслелования показали, что тепловой поток, проходя­
щий через текстильный материат, складывается из трех составтяющих кондуктивной, лучистой и конвективной Доля каждого вида теплового гютока
опрелеляется теплофизическими и стр\ктурными характеристиками мате­
риала
Кондуктивная составляющая Я ' ивисит от теплопроводности воздуха,
волокон и структуры материала
Теоретическая модель теплопроводности
материата будет определяться относитетьным расположением структурных
элементов и характером взаимодействия волокон и воздуха с тепловым пото­
ком, прон1едншм через материал
Рассмотрим нетканый волокнистый материал (рис 1, а), в котором во­
локна ориентированы в одном направлении, толщиной h, с объемной долей
волокон в объеме материала / Принимаем, ч ю линии тепловою потока Q
направлены перпендикулярно плоскости холста Тогда перенос тепла через
материал данной структуры осуществляе1ся последова1ельно лежащими
слоями воздуха и волокон
Тепловое сопротивление ijicMCHTapHofi ячейки материата (рис !, б) бу­
дет равно сумме тепловых сопротивтений параллетьно лежащих с юев воло­
кон и воздуха
^^ш^ж.
а
б
Рис 1 Схема модетн нетканого магери<ыа с ориентированным распотолениеч но ю
кон (а) и эаечентарная ячейка (б) 1 - волокно, ? - воздух
Используя объемные соогнилсния воздуха и волокон в материале и их
коэффициенты теплопроводное ги, получим выражение для определения кондуктивной составляющей Я'коэффициента теплопроводности нетканых ма­
териалов в ориентированным расположением волокон в холсте
Я':
Я,;.,
О /Ui+A '
(1)
где Я| и Лу - коэффициенты теплопроводности во юкип и аоздуха счклвстст-
венно, у- объемная доля волокон в объеме материата
В случае нетканого материала с неориентированным расположением
волокон (рис 2, а), задача определения теплопроводности заключается в учеle распредетения вотокон по углу а относительно линий теплового потока
Бесконечно малая ячейка материала юлщиной dh сосгоит только из одного
волокна и окружающего его воздуха (рис 2, б)
Рис Z СЧема модетн иегканою vaiepna la L хасличиыч распо южением во юкор (а) и
злечеи ирная ячейка матсриа-ы (6) 1 - во юкно 2-RO34VN
Тетовой поток через ячейку представтси в виде суммы потоков, про­
ходящих через волокна и воздух
Из уравнения гешового потока выражаем
кондуктивпую теплопроводность материата, у которого все волокна распо­
ложены под углом «относительно линий теплового потока Затем, используя
представтеиия о хаотичном (равновероятном)
расположении, получаем
плотность распреде11ения волокон по углу а, равную t/3 В итоге кондуктивная составляющая теплопроводноеги материала с хаотичным расположением
волокон имеет вид
Я'
/Я,
(1-/)Ло
(2)
В отличие от нетканых материалов ткань имеет строго упоря;ючснное
сетчатое строение, обустовлснпос числом нитей на единицу длины но основе
и утку, пинейной плотностью нитей, видом переплетения, толщи1ЮЙ, порис­
тостью и другими показателями Элементарная ячейка ткани полотняного
переплетения (рис 3,а), состоит из четырех зон 1 - зона контакта нитей, 2 зона просвета (нора), 3 и 4 - зоны связи нитей и воздуха Принимаем, что
ткань имеет равную плотность по основе и утку, и диаметры нитей основы и
у1ка равны
2 U
п
^
п\_
Г
.
J
*-
3 [2l
1 4
J
J
1
^
d.
^
■♦
а
б
Рис 3 Схематическое изображение ткани
а - вил сверху, б — поперечный срез ткани, 1 - нити основы, 2 пиги утка
Тепловой поток, пропледший через ячейку ткани представляет собой
сумму потоков 1епла. прошедюих через каждую из этих зон Используя для
расчетов структурные показа [ели ткани (диаметр нитей, число нитей по ос-
■о
нове н утку на единицу япины, объемная дотя в о ю ю н )
на>одим тощади
чон, и получаем математическое выражение коидуктивной составляюшей
коэффициента теплопроводности ткани
Л'4'-]
Г
.2
V4
;
И Л о у П -у
i , + Яо
(4)
Кроме кондукции перенос т с т а в текстильных материалах осуществ­
ляется и за счет излучения, вклад которого в обший тепловой поток опреде­
ляется температурой среды и сгруктурными факторами материала (порис­
тость, толщина и диаметр волокон) Плотность потока излучения между дву­
мя серыми телами с температурами 7", и Гт пропорциональна рашице четвер­
тых степеней температуры между ними Но при небольших температурах
уравнение теплового потока линеаризуется и можег быть исно 1ЫОвано д 1Я
определения коэффипиепта излучения текстильных материатов
Поско п,ку текститьные материалы состоят из смеси вопокон и воздуха,
то часть теплового изл)чс!жя попощается вотокнами, а час1ь его рассеива­
ется Доли рассеянной и поглощенной тепловой энергии определяются коэф­
фициентом ослабления излучения Д который зависит от толщины материала,
его плотности, размеров вотокон и степеней черноты поверхностей тел \Ai
уравнения теплового пошка с учетом коэффициента ослабления излучения
получим выражение для расчеы л\ чистой составляющей коэффициента теплопсрсноса Я'Чочстых пористых (5) и тонких плотных (6) текстильных ма­
териалов
r-J-Щ^'У- ,
3
(5)
у
Л" = ЛаТ'кь^б, ,
1де а- постоянная Стефана-Больцмана (а= 5,67 10 " Вт/м^ К""),
(6)
7'= (Г.тГз)/^
- средняя температура тел К, d - диаметр волокон h - толщина материала.
/ - ооъемная доля вопокон в объеме материата ь - cienenb черноты вопокои,
^1 и а - степени черноты поверхностей прибора
Конвективный перенос Tcnjia через ма1ериал зависит от скорости дви­
жения воздуха, температуры, KOjiHHeciea и расположения пор, их размера и
формы Из теории конвективного геплообмена следует, что при относитель­
но малых раэмерак пор (до 5
10 мм) и неботьшом перепаде температур
(менее 50 С) внутри материала конвективные потоки не возникают Исходя
из ^тото, предполагаем, что в тонких, плотных материалах конвективные по­
токи тепла либо отсутствуют, либо их величина крайне мала Но в случае не­
тканых утепляющих материалов, имеюищх высокую пористость (95
большую толи1Ину (10
99%) и
30 мм) конвективный перс1юс может составлять
онитимую величину
При расчете конвективной составпяюшей коэффициента теплопереноса
/'" в данной работе в качестве \юдели высокопористою материала выступает
стой воздуха той же юлщины Для материала, на 95
99% состоящего из
воздуха, такая модепь может счи1а1ься впотне оправданной По заданному
перепаду температ>р и тотщине возтушной прослойки можно опредечить
верхний предел конвективной состав шюшсй коэффициента тептопроводности
исследуемого
0,5
3,0 мм (что соо1ветствует средней толишм^ тканей) при перепадах тем­
ператур 5
материа.1а
Так
для
прослоек
возл^ча
толщиной
30*'С значения коэффициента конвекции находятся в пределах
0,001 .0,005 Вт/м-К Для воздушных слоев толщиной 10. .30 мм (что соот­
ветствует толщине утепляющих материалов) при той же температурной раз­
нице значения Я ' " составляют 0,003. .0,084 Вт/м К
Для первой группы текстильных материалов, куда входят нетканые высокообъемиые материалы большой толщины с ориентированным или хаоти­
ческим расположением волокон, эффективный коэффициент теплопроводтюсти Я вычисляется по формулам
с ориентированным расположением волокон
12
,
;//-1
,
,
\6(JT
A = i-±^(\-y)^^,+
3
ill
г--
.,„
+//" .
(7)
3/
неориентированным расположением волокон
Я=__^1Л_._
^^t^'^'d^\r,
{\-Г)Я,+гМ
(8)
Зу
для гкапей и трикотажных поло|ен
АЧ1
\~
ГЛ,+\ я--у\ Д .
4
-4(TT'^/;£|i'2-гЯ'"
(9)
L
Таким образом, зная основные характеристики строения текстильною
материата и теплофизичсские характерноiики волокон по предтоленным
формулам можно рассчитать э(|)фектнвн\ю 1е11лопроводность 6ej проведения
•эксперимента Как показали проведенные исс1стования, расхождения мсжд\
теоретическими и зкспсриментатьными значениями для текстильных мате­
риалов разного вида и пакетов лежат в пределах от 4 до 16%
В третьей uiaoe приведено oinicanne исслсд>емых матсриаюв, изло­
жена эксперимен(альная )С1ановка и методика для определения теплофизических характеристик материалов при действии взажности и силового давле­
ния
В качестве объектов исследования представлены .материалы для тепло­
защитной одежды, которые отличались волокнистым составом, сорбционными свойс1вами, структурными характеристиками (таблица!) Пакет Xsl со­
стоял только из гидрофильных материалов (№1-5-6 из таблицы 1), паке! №2 преимущественно из гидрофобных материалов (Хо2-3-6), пакет №3 представ­
ляет собой смешанный вариант (материалы №1-4-6)
Определение структурных параметров матсриаюв проводи юсь как
стандартными методами, так и с помощью современных технических средств
и информационных техно loi ин Предложе1И1ЫИ в работе оптический меюд
измерения толщины высокопористых материалов позво жл зиачитетьно сни­
зить ошибки при опрсде 1ении их 1еплофизических характеристик
Структурные характеристики исследуемых материалов
1№
|п/
п
1
Название материала
1
1
1
1
1 ■>
1"
i 3
1
. 4.
'
,^
1
6
1
' Волокнистый
1
состав,
%
Драп артикул 3614
Ткань плащевая
артикул 3179
Материалы верха
шерсть - 100
хлопок - 45,
лавсан - 55
Табтица 1
1
1 Средняя
Толщи­
Порис- i
плотна,
гость, i
' носгь,
мм
1
КГ/м''
%
j
j
2 26
284
78 45 1
0.55
440
70 30 1
У генляющие материалы
Объемный утеплитель
полиэфирное
(синтепон) ар1икул
волокно 100
21 84
СК 150/300
Нетканое холстополиэфирное
прошивное полотно ар­ волокно - 100
4 36
тикул С 170/200
Ватин холстошерсть - 85,
прошивной артикул
лавсан 15
6 28
927622
Подкладочные материалы
Ткань подкладочная
вискоза - 100
0 10
артикул 200155005
1
1
'
13
99 01
47
96 59 I
37
97 21 i
571
62 68 1
1
1
1
1
Для исследования теплофизических характеристик материалов и паке­
тов разработана экспериментальная установка (рис 4), в основу действия ко­
торой положен принцип нестационарной теплопроводности - метод мгно­
венного источника тепла, который позволяет исследовать свойства воздуш­
но-сухих и увлажненных текстильных материалов В конструкции установки
реализован мегод пластины с двухсторонним расположением образцов, что
дает возможность сократить время проведения измерений
Для оценки втияния силовою давления на теплофизические свойства
высокопористых, тегкодеформируемых утепляющих материалов экспери­
ментальная установка топотняется полимерными опорами в форме колец
1
paiiHHHOH ВЫС01Ы, олаю 1аря к о ю р ь л ' ветичина давтсния на материат изме
няе1ся OI О до 1 7 кПа
Put 4 ( \ема ^ксиернмсша 1Ы10Й NciaiKiuMi 11Я омрс ic 11;1П1я гспмофшическчч свомсги
lehtrn 11,1111\ чатсрн!-!™!
1 - опорная ч una, 2 9 - резиновые ш laiini 3 - потсмциочстр. 4 пробы материалов 5iiaipcBaicib 6 верхний и ни/кпнн \о loimi иики 7 - пектросскчнтомср 8-нС10чни1,
тока 10 - ч u.ipaiepMociai 11 нisiepiiа п,ный микроскоп
Методика проведения исспедований включает в себя опретеление тепюфизических характеристик текстильных материапов разтичныч структур
при нормальных условиях, а также получение экспериментальных данных
теплопроводности материалов при действии на них влаги и давления Разра­
ботанный метод исспедований дает возможность усыновить закономерности
изменения генлофичических параметров влажных материалов при действии
силового давления
В четвертой главе представлены резу штаты георе[ических и эксперимептатьных исследований геп юфизических свойспз |екстильных мате­
риалов, приведень! зависимости показагс 1сй зтич свойств от втажности и сиювого давления
Рсмутьтаты исстедованпя len lonpoBOjHocTH материатов при норматьных устовиях (таблица 2) пока?ати, что наибо ibiin-iM гепловмм сопротив leнием обладают материа'п>1 с высокой пористостью и то нциной, т е
утеп­
ляющие материалы Наименьшее тепловое сопротивление наблюдается у ма­
териалов верха и подкладки, имеющих повышенное значение средней плот­
ности Следовательно, средняя нютносгь материала является одним из ос­
новных факторов, определяющих теплозащитные свойства одежды
I аблица 2
Тептофизические характеристики материалов при нормальных условиях
Тепловое
Тол­
Материал
щи­
на,
мм
Драп
Ткань
плащевая
Синтепон
hOH,i>K
тивная
1
'
|> ЧИ-
1 стая
конвек­
тивная
теоре­
тиче­
ская
оксперименг»ъ;ы1ая
м' ■С/Вт
leopc- 1 экспе1 римен1иче1 тальное
ское
0 047
0 047
2 26
0 0464
0 0013
0 003
0 0477
0 55
0 0779
0 0003
0 001
0 0782
0 0657
0 007
0 008
21 84
0 0262
0 0380
0 026
0 0642
0 0615
0 340
0 355
4 36
0.0267
0.0074
0 004
0 0341
0 0415
0 128
0 105
6 28
0 0271
00113
0 004
0 0383
0 0452
0 157
0 140
0 10
0 0431
0 0001
0 001
0 0432
0 0339
0 001
0 003
7.89
-
-
-
-
0 0459
0 0601
0 205
0,172
0 0476
Холстопрошив-
ное по­
лотно
Ватин
Ткань
подкла­
дочная
Пакет 1
Пакет 2
23.49
]
сопротивление.
Теплопроводност ь, Вт/м К
0 363
0 391
0 152
0.0481
0.176
Пакет 3
7.31
Примечание В графе теоретической теплопроводности значения даны без учета конвек­
тивной составляющей
Сжатие материалов приводит к уменьшению их толщины и увеличе­
нию средней плотности, что снижает пористость материала и его теплоза­
щитные свойства Так, например, при уветичении тавления от О до 1 7 кПа
толщина синтепона у м е н ь ш и ' ы с ь в 4.6 раза (с 21,8 м м до 4,7 мм), а его теп-
товое сопро1Ивленис cimiHiOLb в ^Opajd (с О ^^т \ r K B i до 0,120 м К В т )
Стсловатетьно если при нроекифовании одежды не учитывать в (ияиие давтения на матсри.и1ы, ю при э к с т } . а т а ц и и олежды pea п>ное (иачение ее теп­
лового сопротивления будет в нсско п>ко раз ниже требуемого
При умень­
шении толщины материала снижается пористость, и, как следствие, возраста­
ет его средняя плотность
М е ж д у средней плотностью материала р и его (сптовым сопротивле­
нием R (рис 5) установлена эмштрическая зависимость, коюрая описывается
регрессионным уравношем
/?=/?
где R
/РГ
(10)
и р' - тепловое сопрошвление и средняя плотность материала при
нормальных >словиях соответсгвенио. п
показатель степени (для синтепона
и ватина п = -0,67, для холсто-проишвного материала п = -0.76)
^ 0 35
"^
~_ 0 30-
0 25.
0 20
0 15.
010'
0 05
О
20
60
80
100
120
/1, кг/м'
Рис i Зависимое гь rcmoBoi о сопрогивлсния материалов от и средней п ютности
1-син1епон 2 - хо юго-прошивное пототно 1 - вттин
Исследования в 1ияния вчажности на тепловое сопротивление R материа 10В показа |и что i. ^ зе"ичеч1|с\' члагосодерлания (Гч'атернала е ю гепловое сопротив 1сние монотонно сбывает
Д 1я описания )ти\ зависимостей
получены уравнения peipeccnn в линейном (1 I j и логарифмическом (12) масiniaGax
R = R^-aW
.
(11)
(12)
\nR~\nR(,-blV
где W~ влажность материала, Л , - тепловое сопротивление при W= О, а b коэффициенты пропорциональности
В результате анализа зависимостей R~JIH^, ирелсгавленных в лога­
рифмическом масштабе на рис 6, установлено, что но углу наклона прямых,
который показывает степень снижения тепловою сопротивпения, все иссле­
дуемые материалы можно обьетинить в тве группы
""
'^'-^ -Л v - Я
^'^^^m.^tt^^
.•/"
о
10
20
30
40
50
60
70
80
90
П %
Рис 6 Зависичос1ь геп'ювого сопротивпеиня нес 1ед>ечы\ чатериатов от их втажности
1 - арап 2 - плащевая ткань 3 - сишепон 4 - чолсто-прошнвное поютпо, 5 - вагин
6 - подкладочная ткань
Первая группа включает в себя только ткани (материалы № 1,2, 6), а
вторая - нетканые материалы (Ха 3,4, 5) Внутри каждой группы изменения
теплового сопротивления подчиняются единому закону
Выделенные две
фуппы материалов существенно отличаются средней плотностью эта разни­
ца составляет 10 20 раз Следовательно, средняя плотность материала влия­
ет на динамику изменения теплового сопротивления влажного материала
При исследовании совместного влияния втагн и силовою давтения на
теплозащитные свойства материалов установлено, что эти зависимости име-
Ю1 не шнейпый характер
шапаюне 0,01
Гак
например, л \'л синтепона (рис 7) давление в
0 31 кПа не о к л ы в а е ! существенного втияния на характер
мвисимости R=/liV), но при бо lee высоких давлениях ( o i 0,65 до !,72 кПа)
такая зависимость появтяется Аналогич1п.1е резутьтаты наблюдатись у паке­
тов материатов (см рис 8)
На характер зависимости т е т о в о г о сопротивления материала от впажности и
величины давления оказывает втияние волокнистый состав и пористость ма­
териала Установлено, что более интенсивное снижение теплового сопрогивтения наблюдаются у синтетических высокопористых материалов, это объ­
ясняется формой связи влаги в материатс Добавтение к утепляющим Maieриатам гидрофилыюй ткани верха приводит к ботее редкому снил<ению теп­
лового сопротивтения пакета Если в качестве материата верха испотьзуется
гидрофобная ткань, то да илтейшего снижения т е т о в о г о сопротивтения не
происходит
Приведенные факты свицететьстауют
о нетесообртзтюсти ис­
пользования синтетических тканей в качестве покровных материалов для тегпозащитной оде/кты
;.10j
"'-1 2-14-16-18-2 022'
-19-
■•
— ■ - . , ,
^
\
.
-21-
•-•»••-,.
■■-,1
.2 2-2 3'
-2 4-
с.
-2 J
-2 4-
-27-
2 8-
10
20
30
40
50
Ж'Х,
Рис 7 Зависимость тетового сопротивле
ния синтепона от втажности при давтснии
(кПа) 1
0,01,2-0.11,3-0,31.4-0.65
5-1.72
20
•■•2
'Ч
-2 6н
-2 6^
О
■
2 0-
% 3
23
30
35
40
45,
Г-К,
Рис 8 Зависимость тетового сопротивле­
ния пакета 1 от влажности при давпении
(кПа) 1 - 0 0 1 , 2 - I 02, 3- 1.72
Комп.тексное нозтействие влаги и давления приводит к снижению пор и с ю с т и материата
%вепичению т о щ а д и контакта между
стр\кт\рными
пе\к>нтами
м н о 1нению пор ш и о й
ч ю L I U K O O ^ iB>ei повышению геи ю-
провоцности материалов Так например возлействие и в 1ения в 1 7 к11а на
обраиды, содержащие 4 0 % в л а ш привохшг к снижению и\ т е т о в о г о сопро­
тивления в 1,8
6,1 раза (см табл 3)
По результатам
исследований
ра?рабо1аны рскоментапии
по опти­
мальному подбору ма1ериалов в пакеты одежты л к с т у а 1 а ц и я которой про­
ходит в условиях повышенной в ia/кности и при натичии силового
тавлсния
Табтииа 3
Влияния влажности и силового тав 1ения на геп ювое сопрогивление
магериатов и пакетов
Теп ювое с опротивтспис, м' К'Вт
влагосодер жание, %
Материал
коиди- '
нионное '
0.355
Си1!тепон
Холстопрошивное
по­
10
20
40
'
1
CL"'44
60
70
0 323
0_2_85
0 092
0 04S
~0'246^
0 025
" 0 226 '
0 120
0 109
0 106
0 105
0 101
0 091
0 081
0 075
0 065
0 063
0 062
0 059
0 055
0 053
0 139
0 112
0 106
0 094
0 083
0 077
0 062
0 053
0 049
0 042
0 035
0 032
0 184
0 172
0 158
0 106
0 054
0 126
0 108
0 048
-
0 028
0 138
0 391
0 385
0 345
0 263
0 140
0.093
0 085
0 068
0 182
0 152
0 133
0 121
0.113
0 105
0 089
0018
лотно
Важн
Паке! 1
Пакет 2
Паке! 3
_
0141
0.051
0 042
0 095
0 069
0 057
0 064
0 040
0 027
Примечание В чистите ic %Kaiaiu,i ■чичеиия lemoBon соиротип lemi» \iaTcpiia.ioi' при си
товом давлении 0.01 кПа, в знаменаle le - при 1 72 кПа
Ит pcKOMenaaiiHil ciC4\ei
что наиболее нред!!очги1е 1ьнь!ми явтяются
покровные ткани и ! синтетических в о ю к о н и Ч1 Maiepnaibi с i илрофобнои
пропиткой в ьачсствс
топ (яющич ппоь \л ючных матсриатоп пе i^cooopai-
но исполыовап, син1е1ичсские нысокообъемпые \тсп imcin поскольку они
обладают высокой тето?ап|нгнон способностью и lynnie сохраняют ее в
сжаюм состоянии Толщина утеплите ICH подбирается для каждой климатическ'ой зоны
Для повьшюиия безопасности гетозашитпой способности одежды ре­
комендуется ииотавливать ее с хщнима.тьным количеством швов или приме­
нять клеевые методы соединения деталей
ОБЩИЬ В Ы В О Д Ы ПО Р Д Б О И
1 На основании ана uua пиературы \с(анов leno, что меха1Н13МЫ пе­
редачи тепы через текстильные материалы Hi\4ein,i нслостаточно полно
Существующие ма]емагпчсские мо 1ети теп юпроводности не coi тасуются с
реальным строением материалов, нет обоботенной мотели процессов теплопереноса через текстильные материалы различных структур Существутощие
методы не позволяют исследовать тетыофтиические свойства высокообъем­
ных утепляющих материалов Отсутствуют аналитические зависимости теп­
лового coпpoтивJIeния материалов при действии влаги и дав тения
2 Установлены механизмы ттередачи тепла через текстильные материа­
лы различных структур Перенос теттла в таких материалам осуществляется за
счет теплопроводности воздуха и волокон, конвекцией и тептовым излучени­
ем Вклад каждого вида теплопереноса во многом определяется средней
плотностью материала Установлено, что в материалах со средней плотно­
стью 6ojiee 100 KI/M'* основная роль принадлежит коттдукции воздуха и воло­
кон а в материалах, имеющих среднюю плотность менее 50 кг/м , - коттдук­
ции воздуха и волокон и теп ювому излучению
3 Разработаны ма1ема1т<1'сские модели переноса тепла конлукнией и
,Ч1\ lOiiiie-" S тсткань.ч Ma.^fnaiix с opneHTi!poBaHHbi\i и хаотическим рас-
полол^ением во юкон в матсрпачач cernaibix ^ipvKivp 11ол\ченные молети
110!воляют проводить расчеи,! len 1()(|)изически\ характеристик текстильных
материалов названных структур без пр()В1Чснпя жсисрименюв с пофсшиостыо, не превышающей 4
16%
4 Предложенный в работе оптический метоа опрелеления тотнщны
высокообьемных нетканых Mdiepna юв позвотяет снизить погрешность из­
мерений исходной толин1ны материапов, чю способствует потучению ботее
достоверной информации о теплофизических харак1ери(.тиках названных ма­
териалов
5 Разработан экспериментальный мего;1 исследования теплопроводно­
сти текстильных материалов раззичных cTpvKiyp Принцип действия экспери\1ен1альной \с1ановки основан чл нес1ационарном len ювом режиме, ч ю
позволяет получать достоверные тайные по теп'юпровотности втажных ма­
териалов Предложенная методика проведения испытаний дает возможность
проводить исследования len юнроводнос1и ма1ериа'юв в условиях coBviecTного воздействия на них влаги и силовою давления
6
Экспериментально vcTanoBjieHO. что наименьшей тетопроводно-
стью обладают материалы, имеющие среднюю и ю1нос1ь 10
ристость 90
50 кг/м"' и по­
99% Увеличение сиювою давления на материалы от 0 01 до
1,72 кПа приводит к увеличению их средней плотности и снижению теплово­
го сопротивления в 1,2
3,0 раза Полученные аналитические зависимости
между средней плотностью материала и его тепловым сопротивлением позвотяют учитывать степень снил<ения теплового сопротивпения при сжатии
материалов.
7 Установлено, что увеличение влагосодержания мaтepиaJla приводит
к снижению его теплового сопротивления Определена аналитическая зави­
симость теплового сопротивления ма1ериалов от их влажности, позволяющая
па стадии проектирования одежды проводить расчеты теплового сопротив­
ления материала в зависимости от содержания в нем в lai и
8 Oripcie icHo, что комм leKtiioc вопействие в lai и и шв 1е11ия на мате­
риалы и пакеты способствует \1!етичеш11о и\ 1е11лопровол1!ОСТИ Характер
этих зависимостей онре 1еляе1ся срслней тотностью и сорбнионными свойС1вамн магериатов Наибо1ьн|ее снижение т е т о в о ю сопротивпения наблю­
дается у синте1ических утеп 1ЯЮ1цих материалов с низкими значениями сред­
ней п ютности При лобавтении к гаким ма1ериалам гидрофобного материала
верха замедляет эффект снижения их теплового сопротивления
9 Определены основные направ |ения повып:епия качества и надежноС1И тетозашилиой 01еАды э^cm\aгиpvющeйcя в условиях комтсксного
во!1ейсгвия в 1аги и си юво1 о jaB 1ения Исно 1ьзовапие синтетических высо­
кообъемных \тепляю1ци\ малериа IOB и тк1ней верха из гиарофобных во юкон, уменьшение количества швов в одежде или применение клеевых мето­
дов соединения деталей ипе Н1я cHocuociBMOi повышению качества одежды
Зональное распрелеление \теп iqioninx материалов с разной срелней плотносгью позволит повысить надел носль и безопасность теплозащитной одежды
10 Практическая реализация разработок, полученных в ходе (иссертационного исс le юва1П1я способс1вуст повышению качества теплозащитной
одежды За cnei рациона п>ного подбора материалов и сокращения техноло­
гических операций в 0 0 0 "Новый облик" по 1учен экономический эффект в
сумме 21.7 тысяч р\блей в год Результаты работы испо нлованы в учебном
процессе МГУДТ по направлению 656100 "Технология и конструирование
изделий легкой промыш шнности"
Основные по'юження iHccepiniinoHiioil ряГхпы отряжены
в iivu.iiiKainiflv:
1 Жихарев Л И , Бессонова 111, VleiHKOB Е X
Космачевская I I А Оценка
влияния СИЛ0В01 о дав 1ения на lenuoBoe сопротивление накеы одежды //
Вестник научных трудов МГУДТ М 2003 Xi;U43) С 189-194
2 Бессонова Н Г , Жихарев Л П Исс 1едование впияния силового давления на
тепчофизические с вой с i ва v len 1Я10щих магериаюв /' Teuicbi lOKiaioR к наJ
учной конференции «Дни на^ки 2004» С-П1 УТД 2004
3 Бессонова Я Г . Жихарев А П 'Ген 1оироволнос1ь rekcin ibiiux материаюв
Л
" 11а\ка и образование Новые юхно ;oi ни -М
И11ЦМ1УДГ 2004 .М>6
С 19-36
4 Бессонова 11 Г Жихарев А II В 1иянио кш 1ения на юпловое сопрошвлемио ; Г(»1па1лти\ Niaiepna IOB 11я о 1еАды / Швейная нромыныеннооь 2005
№1 С 41-42
V
: f.' .}
РНБ Русский фонд
2006-4
20120
1
у
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
701 Кб
Теги
bd000101180
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа