Ученые из Донского государственного технического университета (ДГТУ) и Университета Ростока разработали материал для изготовления тонкой, но функциональной защитной одежды от холода. Новый композитный материал состоит из полиэфирных волокон, которые образуют объемную комплексную структуру с интегрированными компонентами из волокнистых частиц, инкапсулированных равномерно распределенными теплоаккумулирующими материалами.
В исследовании, проведенном группой ученых из ДГТУ и Университета Ростока, представлены методы формирования новой структуры многокомпонентных утеплителей с использованием теплосберегающих компонент, изучены их структурные и теплофизические свойства.
– В настоящее время в качестве теплосберегающих компонент используются различные соли и химические соединения, – рассказала аспирант кафедры конструирования, технологии и дизайна Шахтинского института ДГТУ Екатерина Лукьянова. – Для использования в одежде такие материалы должны быть безопасны для человека, совместимы с волокнистыми компонентами и защищены от потери объема активного вещества, чтобы теплоизоляционные свойства изделия сохранялись длительное время. Между тем, композиционные материалы, содержащие в своей структуре две или более компонент, имеют собственную сложную структуру и теплофизические свойства, требующие дополнительных исследований.
Материал, разработанный учеными ДГТУ совместно с коллегами из Университета Ростока, представляет собой комбинированный объемный волокнистый материал, содержащий специальные капсулы со свойствами фазового перехода, который совместил высокие теплоизоляционные свойства с малым удельным объемом. Это позволяет изготавливать удобную одежду для защиты от холода из волокнистого теплоизоляционного материала уменьшенной толщины без снижения ее эксплуатационного качества.
Ранее инкапсулированные материалы в текстиле использовались в относительно тонких трикотажных полотнах, которые применялись чаще всего в качестве бельевых. Теперь благодаря новой технологии использование инкапсулированных материалов стало возможно и для изготовления непосредственно основной теплоизоляционной оболочки верхней теплой одежды.
Исследователи использовали для композиционного текстильного материала текстиль на основе полиэфирного флиса с включением функциональных компонент Outlast и Termofiber (полиэфирный объемный волокнистый материал), где Outlast – специальный инкапсулированный волокнистый материал, обладающий свойствами фазового перехода.
Волокнистые материалы на основе синтетических волокон формируют высокую пористость внутри своего объема, что способствует удержанию тепла в одежде. Кроме того, композиционные материалы влияют и на износостойкость одежды, при этом важно, что структура созданного нового материала хорошо сохраняется и после того, как она во время эксплуатации подверглась механическим и физическим воздействиям со стороны человека и природы.
– Одежда, изготавливаемая из представленного нового композиционного материала, защищающая от холода, имеет дополнительный ресурс тепла, накопленного самим материалом. Теплоаккумулирующие полимерные материалы по сравнению с другими материалами для защитной одежды от холода обладают возможностью задержать тепло, когда оно поступает, и отдавать его человеку при охлаждении, – пояснила профессор кафедры конструирования, технологии и дизайна ИСОиП (филиала) ДГТУ в г. Шахты Ирина Черунова.
На основе проведенных в различных температурных режимах исследований (от +25 до -15 ℃) ученые установили, что оптимальная доля текстильной компоненты Outlast должна составлять не более чем 40% для текстильных оболочек в одежде, которые эксплуатируются при температуре +5 °C и ниже.
Для исследований нового композиционного материала было использовано специальное оборудование для экспериментальных исследований теплофизических свойств текстильных материалов научно-исследовательской лаборатории «Компьютерное моделирование и исследования полимерных конструкций в системе экологии человека» Института сферы обслуживания и предпринимательства (филиала) ДГТУ в г. Шахты, а также уникальное оборудование для микроструктурных исследований НОЦ «Материалы» ДГТУ под руководством Валерия Варавки.
Представленное исследование проведено с участием финансовой поддержки РФФИ (проект № 19-38-90324).По материалам научной статьи под названием Development and Study of the Structure and Properties of a Composite Textile Material with Encapsulated Heat-Preserving Components for Heat-Protective Clothing, опубликованной швейцарским издательством MDPI в журнале Applied Sciences (Switzerland), том 11, выпуск 11, от 4 июня 2021 г. Текст написан при поддержке авторов – ученых из ДГТУ. С полным текстом научной публикации можно ознакомиться, пройдя по ссылке.