НЕТКАНЫЙ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ С ЭФФЕКТОМ ТЕРМОГЕНЕРАЦИИ Российский патент 2019 года по МПК D04H1/00 

Заявленное решение может быть использовано в теплоизоляционной верхней одежде для, в том числе, зон Арктики и Антарктиды, космического пространства и пр., в различном ассортименте («military», «fashion», «extreme», «outdoor»).

В мировой практике, на примере трикотажных и тканых полотен, известно применение так называемых термогенерационных волокон. Так, в патенте CN 101135084 описана двухслойная интеллектуальная ткань, в состав которой входят специальные волокна, выполняющие функцию термогенерации. Верхний слой ткани состоит из полиуретановых волокон, внутренний слой состоит из интеллектуальной термогенерационной регуляционной пряжи, слои соединены между собой нитью из полиуретановых волокон. Такая ткань обладает высокой прочностью на растяжение, высокой эластичностью, гладкой поверхностью, высокотемпературными регулирующими характеристиками и низкой стоимостью.

Из патента CN 201310695054 известно трикотажное полотно с функцией влагопоглощения и нагрева, представляющее собой смесь хлопковых (80-90%, диаметр 11,5-13,5 мкм, длина 25-35 мм) и специальных модифицированных акриловых (10-20%, диаметр 5,5-8,5 мкм, длина 35-45 мм) волокон. Благодаря добавлению модифицированных акриловых волокон с высоким влагопоглощением, трикотажный материал приобретает более высокую гигроскопичность, функцию нагрева и превосходит свойства обычных трикотажных материалов – например, количество тепла, выделяемое при поглощении влаги, примерно в три раза больше, чем у шерстяных материалов. Такой трикотажный материал имеет высокие показатели дезодорирования, уравновешивания показателя PH, впитывания пота, степени накопления статического электричества, снижения горючести и т.д.

В патенте CN 101922069 A описана технология ткачества и непосредственно получение многослойной ткани с включением волокон, обладающих функцией нагрева. В качестве сырья для получения такой ткани выбраны нити из смешанных волокон. Каждый слой ткани содержит от 3 до 8% специальных термогенерирующих волокон EKS, также в общий состав смеси входит 30-50 % вискозных волокон и 50-60 % акриловых волокон.

В патенте CN 102995260 A описана технология получения тонкой, воздухопроницаемой ткани с функцией нагрева за счет применения в составе 30-60 % волокон EKS. Смесь волокон также включает 40-70% акриловых волокон, причем в смеси содержится как сверхтонкие (микроволокна), так и стандартные волокна. Данный вид ткани, за счет высокой гигроскопичности и способности к нагреву позволяет сохранять сухой и теплый микроклимат внутри одежды.

В патенте CN 105274686 A описана технология получения ткани верха, состоящей из двух слоев, где внутренний слой содержит смесь акриловых и EKS волокон (60/40), за счет чего обеспечивается функция нагрева. Отличительной особенностью такой ткани является наличие воздушного слоя между внутренней и внешней слоями ткани.

С учетом описанного уровня техники, задача, решаемая при создании заявленного изобретения, состоит в создании нетканого теплоизоляционного материала с эффектом термогенерации, т.е. таких материалов, которые генерируют тепло посредством протекающих в них физико-химических процессов, делают комфортным микроклимат в пододежном пространстве. Следует отметить, что, по мнению авторов, такая задача применительно к нетканым материалам решается впервые, отражая переход от методов создания теплоизоляционных материалов – к термогенерационным.

Технический результат, достигаемый при решении такой задачи, заключается в осуществлении возможности самоорганизующейся теплоизоляции, т.е. в повышении адаптивных функций материала к различным динамическим и пассивным внешним условиям как со стороны окружающей среды, так и со стороны пользователя (человека).

Для достижения поставленного результата предлагается нетканый теплоизоляционный материал в виде полотна, содержащего смесь формоустойчивых высокоизвитых полых и/или неполых химических волокон с легкоплавкими волокнами в количестве от 30% до 97% и волокна на основе полиакрилатов (например, волокна EKS^® (http://www.exlanfiber.com/eks.html), имеющих свойство генерации тепла через энтальпию испарения (конденсации), в количестве от 70% до 3%. То есть скрытое тепло водяного пара (теплота испарения) при перспирации передается телу в момент интенсивного поглощения водяного пара волокном (адсорбционное тепло). Быстрое поглощение и испарение влаги приводит к непрерывному процессу расширения и сжатия волокон, этот процесс сопровождается повышением скорости амплитуды колебания молекул, что вызывает повышение температуры внутри волокон.

Содержание легкоплавких волокон может находится в пределах от 15% до 40%.

Линейная плотность всех применяемых для данного материала волокон может находиться в пределах от не менее 0,11 текс до не более 2,22 текс.

Заявленный материал может быть изготовлен методом полученный методом каландрирования или методом термического скрепления волокнистого состава в температурном диапазоне от 110 ⁰С до 220 ⁰С с дополнительной отделкой – каландрированием (при температуре свыше 200 ⁰С) – или без нее или методом равномерного распределения волокнистого состава.

Возможность достижения результата наглядно иллюстрируется фиг.1, на которой показаны графики кривых по результатам термогравиметрического анализа (кривая ТГ), дифференциального термогравиметрического анализа (кривая ДТГ) и дифференциальной сканирующей калориметрии (кривая ДСК), построенных по результатам испытания образцов заявленного нетканого теплоизоляционного материала с эффектом термогенерации.

Указанные испытания проводились на термоанализаторе Q600 фирмы TA Instruments (США) и включали определение потери и скорости потери массы, а также теплоты фазовых переходов в материале при нагревании. Условия проведения испытаний: скорость нагревания – 20 ⁰С/мин; атмосфера - азот–воздух (800 ⁰С).

Результаты испытаний наглядно показывают, что в интервале температур 25...150 ⁰С материал теряет влагу примерно 1.93 % (эндо-эффект), плавление происходит в интервале 245...260 ⁰С (эндо-эффект), а начало деструкции (пиролиз) - после 200 ⁰С (экстраполированная точка – 411 ⁰С), при этом максимальная скорость деструкции при 438 ⁰С составила 29.4 %/мин, а потеря массы в интервале 200 ... 550 ⁰С составила 69.94 %; теплота пиролиза (эндо-эффект) - 54.5 Дж/г. После ввода воздуха происходило окисление кокса (потеря массы - 19.7%). В интервале 550...950 ⁰С потеря массы составляет 25.1 %. Теплота окисления кокса составила 3,463 кДж/г.

Таким образом, заявленный нетканый теплоизоляционный материал с эффектом термогенерации позволяет оптимизировать свойства, качества и эксплуатационные характеристики нетканого полотна путем повышения теплоизоляционных показателей и отведения избыточной влаги от поверхности тела; кроме этого, применение такого материала, исходя из его свойств, позволяет снизить массу и объем теплоизоляционного слоя или слоев и готового изделия, добиться максимального теплоизоляционного эффекта при выделении физиологической влаги в статическом положении и/или в движении. Кроме того, заявленный материал, в отличие от натуральной шерсти (меринос), позволяют добиваться более значительного эффекта термической регуляции при естественном физиологическом увлажнении от тела человека.

Ниже следуют примеры конкретной реализации нетканого теплоизоляционного материала с эффектом термогенерации в заявленных пределах количественно-качественных значений компонентов (волокон).

Пример 1. Нетканый материал в виде полотна из волокнистой смеси 10% первичных высокоизвитых полых полиэфирных волокон 0,78 текс с 20% легкоплавких полиэфирных волокон 0,44 текс и 70% волокон 0,44 текс на основе полиакрилатов EKS с двухсторонним каландрированием поверхностной плотностью 150 г/м², произведенный аэродинамическим способом формирования холста при температуре 220 ⁰С.

Пример 2. Нетканый материал в виде полотна из волокнистой смеси 10% первичных высокоизвитых полых полиэфирных волокон 1,67 текс с 30% легкоплавких полиэфирных волокон 0,44 текс и 60% волокон 0,44 текс на основе полиакрилатов EKS без каландрирования поверхностной плотностью 200 г/м², произведенный горизонтальным способом формирования холста при температуре 110 ⁰С.

Пример 3. Нетканый материал в виде полотна из волокнистой смеси 34% первичных высокоизвитых полых полиэфирных волокон 0,78 текс с 43% первичных полиэфирных волокон 0,33 текс и 20% легкоплавких полиэфирных волокон 0,22 текс, и 3% волокон 0,44 текс на основе полиакрилатов EKS с двухсторонним каландрированием поверхностной плотностью 100 г/м², произведенный аэродинамическим способом формирования холста при температуре 160 ⁰С.

Решение может быть использовано при производстве теплоизоляционной верхней одежды. Нетканый теплоизоляционный материал содержит смесь формоустойчивых высокоизвитых полых и/или неполых химических волокон с легкоплавкими волокнами и волокна на основе полиакрилатов с эффектом термогенерации. Технический результат - повышение адаптивных функций материала к различным динамическим и пассивным внешним условиям. 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Нетканый теплоизоляционный материал, выполненный в виде полотна, содержащего смесь формоустойчивых высокоизвитых полых и/или неполых химических волокон с легкоплавкими волокнами в количестве от 30 до 97% и волокна на основе полиакрилатов с эффектом термогенерации в количестве от 70 до 3%.

2. Материал по п.1, в котором содержание легкоплавких волокон составляет от 15 до 40%.

3. Материал по п.1, в котором линейная плотность волокон находится в пределах от не менее 0,11 текс до не более 2,22 текс.

4. Материал по любому из пп.1-3, полученный методом каландрирования.

5. Материал по любому из пп.1-3, полученный методом термического скрепления волокнистого состава в температурном диапазоне от 110 до 220°С.

6. Материал по любому из пп.1-3, полученный методом равномерного распределения волокнистого состава.