Дистанцирующее средство для воздухопроницаемой одежды Российский патент 2024 года по МПК A41D27/28 

Изобретение относится к дистанцирующим средствам для воздухопроницаемой одежды и предназначено для обеспечения дополнительного теплосъема с поверхности тела человека в одежде за счет дистанцирования верхнего и нижнего слоев с образованием внутреннего пространства воздухопроницаемой одежды.

Известна воздухопроницаемая одежда (патент РФ 2232536), содержащая внутреннее пространство между двумя плоскими и параллельными полотнами, образованное за счет жесткого волнистого полотна, или множества трубочек, расположенных бок о бок, или Использования в качестве внутреннего слоя материала, подобного ворсовой ткани, или хлопковой ваты или слоя трехмерной сетки.

Воздух участвует в конвективном теплообмене с телом человека, за счет чего во внутреннем пространстве воздухопроницаемой одежды формируется восходящий воздушный поток, который обеспечивает отведение из внутреннего пространства воздухопроницаемой одежды избыточного тепла и водяного пара.

Если движение воздуха во внутреннем пространстве воздухопроницаемой одежды сформировано за счет разности давлений, воздушный поток считается вынужденно-конвективным. Если движение воздуха во внутреннем пространстве воздухопроницаемой одежды формируется за счет разности температур, воздушный поток считается естественно-конвективным.

В условиях нагревающего климата разность температур между воздухом внутреннего пространства воздухопроницаемой одежды и окружающей средой существенно ниже, чем в условиях пониженных температур. Из-за этого интенсивность естественно-конвективного воздушного потока во внутреннем пространстве воздухопроницаемой одежды в условиях нагревающего климата в 2-6 раз ниже, чем во внутреннем пространстве воздухопроницаемой одежды в условиях пониженных температур.

Для обеспечения требуемой интенсивности теплосъема с тела человека в условиях нагревающего климата за счет естественной конвекции необходимо обеспечить стабильную толщину внутреннего пространства воздухопроницаемой одежды и максимально низкое аэродинамическое сопротивление дистанцирующего средства.

Ворсовые ткани, хлопковая вата и трехмерные сетки обладают высоким аэродинамическим сопротивлением, что существенно снижает интенсивность естественно-конвективного воздушного потока во внутреннем пространстве воздухопроницаемой одежды. В условиях нагревающего климата это приведет к потере эффективности воздухопроницаемой одежды.

Дистанцирование слоев воздухопроницаемой одежды с образованием внутреннего пространства полотном волнообразной формы или системой трубочек из текстильного материала отчасти решает эту проблему. Однако задача обеспечения постоянной толщины внутреннего пространства воздухопроницаемой одежды, особенно в области плеч, верхних и нижних конечностей остается не решенной. При постоянной деформации воздухопроницаемой одежды в результате движения человека волнообразное полотно и трубочки из текстильного материала средства будут подвергаться многократному изгибу. Вследствие этого со временем они потеряют исходную форму, что снизит интенсивность естественно-конвективного воздушного потока во внутреннем пространстве воздухопроницаемой одежды.

Известен многослойный пакет преимущественно для спецодежды (патент РФ 2201703), состоящий из наружного и внутреннего слоев и размещенной между ними прокладки, выполненной из уложенных параллельными рядами с интервалами гофрированных элементов, гофры которых расположены перпендикулярно наружному и внутреннему слоям, и связующих элементов, шириной, равной ширине основания гофр, соединенных с наружным и внутренним слоями и гофрированными элементами ниточным, клеевым или сварным способами и расположенных параллельно наружному и внутреннему слоям с наружных сторон оснований гофр.

Систему «Z»-образных или «С»-образных гофр многослойного пакета можно рассматривать в качестве дистанцирующего средства для образования внутреннего пространства воздухопроницаемой одежды. Многослойный пакет рекомендуется использовать при проектировании воздухопроницаемой одежды с вынужденно-конвективным воздушным потоком. В этом случае высокое аэродинамическое сопротивление гофр не окажет существенного влияния на ее качество. Насыщение внутреннего пространства воздухопроницаемой одежды гофрами будет препятствовать развитию естественно-конвективного воздушного потока, в результате чего качество воздухопроницаемой одежды снизится.

При описании изобретения авторы не поясняют принцип формообразования внутреннего пространства воздухопроницаемой одежды в области плеч и обеспечения его стабильности при многократном изгибе.

При изготовлении многослойного пакета каждую гофру необходимо скреплять с верхними и нижними слоями пакета отдельно. Учитывая плотность их размещения, процесс изготовления будет чрезвычайно трудоемким.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является дистанцирующее средство для дистанцирования внешнего покрытия от тела пользователя для прохода пота в паровой фазе, производимого телом и проходящего во внутреннем пространстве, к внешнему покрытию воздухопроницаемого вкладыша для предметов одежды (патент РФ 2772260).

Дистанцирующее средство состоит из трехмерной ткани, которая удерживает внешнее покрытие воздухопроницаемого вкладыша на некотором расстоянии от тела, формируя внутреннее пространство для прохода пота в паровой фазе, производимого телом и проходящего во внутреннем пространстве, к внешнему покрытию. В прокладочном слое дистанцирующего средства выполнен ряд каналов для прохождения теплого и влажного воздуха, чередующиеся с ребрами из ворсовой ткани для переноса пота.

На начальном этапе эксплуатации воздухопроницаемой одежды эффективность таких воздухопроницаемых вкладышей несомненна. Трехмерная ткань в сухом состоянии будет впитывать пот с поверхности тела человека благодаря высокой капиллярности ворсового слоя и равномерно распределять его по своей структуре. Влага будет испаряться в каналы внутреннего пространства. Однако низкий воздухообмен каналов с окружающей средой не позволит отводить из внутреннего пространства всю испаряющуюся влагу.

В воздухопроницаемом вкладыше для предметов одежды эта проблема отчасти решается за счет отверстий во внешней оболочке. Известны материалы с такими отверстиями, например ткани с мембранным покрытием. Известно, что такая ткань эффективно пропускает пар из области с высокой концентрацией в область с низкой концентрацией. Однако ткани с мембранным покрытием используются в одежде для пониженных температур, но почти не применяются в одежде для нагревающего климата. В то же время традиционные ткани для одежды в нагревающем климате не обеспечат требуемый поток паров влаги из внутреннего пространства воздухопроницаемой одежды.

В процессе эксплуатации воздухопроницаемой одежды, за счет деформации при движении человека, ворс трехмерной ткани будет постепенно утрачивать свою форму, что приведет к уменьшению сечения каналов для движения водяного пара.

Перечисленные недостатки рассмотренных технических решений не позволят воздухопроницаемой одежде эффективно отводить избыточное тепло и пары влаги от тела человека в условиях нагревающего климата. В результате накопления избыточного тепла в организме человека потоотделение будет усиливаться, что сделает процесс накопления влаги во внутреннем пространстве воздухопроницаемой одежды более интенсивным. Это, в свою очередь, будет снижать эффективность и удобство использования воздухопроницаемой одежды.

Задачами заявляемого изобретения являются:

- обеспечение стабильной толщины внутреннего пространства воздухопроницаемой одежды;

- снижение аэродинамического сопротивления дистанцирующего средства для воздухопроницаемой одежды;

- обеспечение интенсивного воздушного потока во внутреннем пространстве воздухопроницаемой одежды в условиях нагревающего климата.

Технический результат изобретения заключается в обеспечении стабильного воздушного потока во внутреннем пространстве воздухопроницаемой одежды для формирования заданного теплосъема с тела человека в условиях нагревающего климата.

Указанная задача и технический результат достигаются за счет того, что дистанцирующее средство для воздухопроницаемой одежды для дистанцирования верхнего и нижнего слоев с образованием внутреннего пространства воздухопроницаемой одежды содержит каркасный элемент прямой, или дугообразной, или кольцеобразной формы и формообразующий элемент волнистой формы, каждый из которых изготовлен из четырехслойного композитного текстильного материала состоящего из двух слоев ткани верха воздухопроницаемой одежды, между которыми расположена основа из нетканого материала и нижнего слоя в виде плоского плетеного шнура из полиэстеровых мононитей и содержащего в своей структуре полиамидную мононить, скрепленных ниточным соединением в точках, совпадающих с подошвами волн формообразующего элемента.

На фиг. 1 представлен общий вид дистанцирующего средства для воздухопроницаемой одежды для формирования внутреннего пространства воздухопроницаемой одежды на прямолинейных участках воздухопроницаемой одежды, а также схема композитного текстильного материала.

На фиг. 2 представлен плоский плетеный шнур для дистанцирующего средства для воздухопроницаемой одежды.

На фиг. 3 представлен общий вид дистанцирующего средства для воздухопроницаемой одежды для формирования внутреннего пространства на участках дугообразной формы, например в области плеч.

На фиг. 4 представляет общий вид дистанцирующего средства для воздухопроницаемой одежды для формирования внутреннего пространства на участках кольцеобразной формы, например в области конечностей.

На фиг. 5 представлен график для определения конструктивных параметров дистанцирующего средства для воздухопроницаемой одежды.

На фиг. 6 представлены детали каркасного и формообразующего элементов дистанцирующего средства для воздухопроницаемой одежды.

Дистанцирующее средство для воздухопроницаемой одежды для дистанцирования верхнего и нижнего слоев с образованием внутреннего пространства воздухопроницаемой одежды содержит каркасный элемент (1, фиг. 1) прямой, или дугообразной, или кольцеобразной формы и формообразующий элемент (2, фиг. 1)волнистой формы, каждый из которых изготовлен из четырехслойного композитного текстильного материала состоящего из двух слоев ткани верха воздухопроницаемой одежды (4, фиг. 1), между которыми расположена основа (5, фиг. 1) из нетканого материала и нижнего слоя в виде плоского плетеного шнура (6, фиг. 1) из полиэстеровых мононитей (8, фиг. 2) и содержащего в своей структуре полиамидную мононить(9, фиг. 2), скрепленных ниточным соединением (7, фиг. 1) в точках, совпадающих с подошвами волн формообразующего элемента (3, фиг. 1).

Плоский плетеный шнур содержит полиэстеровую мононить (8, фиг. 2) диаметром 0,2 или 0,3 мм, полиамидную мононить (9, фиг. 2) диаметром 0,4 мм, переплетенные между собой, причем поверхностная плотность плоского плетеного шнура составляет 300-400 г/м².

Структура композитного текстильного материала позволяет дистанцирующему средству для воздухопроницаемой одежды восстанавливать форму после снятия деформирующих нагрузок, возникающих в воздухопроницаемой одежде при движении человека.

Длину плоского плетеного шнура выбирают исходя из формы сечения внутреннего пространства воздухопроницаемой одежды на рассматриваемом участке.

При формировании внутреннего пространства на прямолинейных участках воздухопроницаемой одежды длину плоского плетеного шнура композитного текстильного материала детали каркасного элемента дистанцирующего средства для воздухопроницаемой одежды принимают на 5-10% больше длины остальных слоев. В процессе скрепления структуры композитного текстильного материала все слои подсаживают относительно плоского плетеного шнура. За счет этого композитный текстильный материал детали каркасного элемента дистанцирующего средства для воздухопроницаемой одежды изгибается на лицевую сторону. Слои композитного текстильного материала детали формообразующего элемента дистанцирующего средства для воздухопроницаемой одежды имеют одинаковую длину. При изготовлении дистанцирующего средства для воздухопроницаемой одежды изгиб детали каркасного элемента дистанцирующего средства для воздухопроницаемой одежды компенсируется давлением волн формообразующего элемента и дистанцирующее средство для воздухопроницаемой одежды принимает прямолинейную форму, как показано на фиг. 1.

При формировании внутреннего пространства воздухопроницаемой одежды на участках дугообразной формы длины всех слоев композитного текстильного материала для каркасного элемента дистанцирующего средства для воздухопроницаемой одежды принимают одинаковой. В процессе скрепления слоев композитный текстильный материал приобретает прямую форму. Длины всех слоев композитного текстильного материала для формообразующего элемента дистанцирующего средства для воздухопроницаемой одежды также принимаются одинаковыми. При изготовлении дистанцирующего средства для воздухопроницаемой одежды, за счет давления волн формообразующего элемента, дистанцирующее средство для воздухопроницаемой одежды приобретает дугообразную форму, как показано на фиг. 3.

При формировании внутреннего пространства воздухопроницаемой одежды на участках кольцеобразной формы длину плоского плетеного шнура композитного текстильного материала для детали каркасного элемента дистанцирующего средства для воздухопроницаемой одежды принимают на 5-10% меньше длины остальных слоев. В процессе скрепления структуры композитного текстильного материала плоский плетеный шнур подсаживают Относительно остальных слоев. Композитный текстильный материал детали каркасного элемента дистанцирующего средства для воздухопроницаемой одежды изгибается на изнаночную сторону. Длины всех слоев композитного текстильного материала для формообразующего элемента дистанцирующего средства для воздухопроницаемой одежды принимаются одинаковыми. При изготовлении дистанцирующего средства для воздухопроницаемой одежды давление волн формообразующего элемента дистанцирующего средства для воздухопроницаемой одежды усиливают изгиб каркасного элемента дистанцирующего средства для воздухопроницаемой одежды. В результате дистанцирующее средство для воздухопроницаемой одежды приобретает кольцеобразную форму, как показано на фиг. 4.

При изготовлении дистанцирующего средства для воздухопроницаемой одежды выбирают структуру композитного текстильного материала. Причем деталь формообразующего элемента дистанцирующего средства для воздухопроницаемой одежды выкраивают из композитного текстильного материала прямой формы. Композитный текстильный материал для изготовления каркасного элемента дистанцирующего средства для воздухопроницаемой одежды выбирают в зависимости от места расположения дистанцирующего средства для воздухопроницаемой одежды. Причем:

- при изготовлении дистанцирующего средства для воздухопроницаемой одежды для размещения на прямолинейных участках внутреннего пространства воздухопроницаемой одежды выбирают композитный текстильный материал с изгибом на лицевую сторону;

- при изготовлении дистанцирующего средства для воздухопроницаемой одежды для размещения на участках внутреннего пространства дугообразной формы, например в области плеч выбирают композитный текстильный материал прямой формы;

- при изготовлении дистанцирующего средства для воздухопроницаемой одежды для размещения на участках кольцеобразной формы внутреннего пространства, например в области конечностей, выбирают композитный текстильный материал с изгибом на изнаночную сторону.

Далее из композитных текстильных материалов для каркасного и формообразующего элементов дистанцирующего средства для воздухопроницаемой одежды выкраивают детали в виде прямоугольника одинаковой ширины а_1-2, величина которой составляет:

- 20 мм при длине дистанцирующего средства для воздухопроницаемой одежды от 200 до 300 мм;

- 25 мм при длине дистанцирующего средства для воздухопроницаемой одежды от 300 до 400 мм;

- 30 мм при длине дистанцирующего средства для воздухопроницаемой одежды от 400 до 500 мм.

Длину детали каркасного элемента дистанцирующего средства (h_I мм) для воздухопроницаемой одежды принимают равной 200-500 мм, исходя из кривизны изделия в области его размещения, конструктивных особенностей воздухопроницаемой одежды. Причем:

- на прямолинейных участках промежуточного слоя воздухопроницаемой одежды и участках дугообразной формы промежуточного слоя воздухопроницаемой одежды величина h_I составляет 200 мм - 500 мм;

- на участках кольцеобразной формы сечения промежуточного слоя воздухопроницаемой одежды, например в области верхних и нижних конечностей hi составляет 200 мм - 300 мм.

Далее на детали каркасного элемента дистанцирующего средства для воздухопроницаемой одежды намечают линии крепления на расстоянии h₁ мм друг от друга. Причем величина h₁ определяется по величине избыточного тепла (I, Вт) в организме человека, которая рассчитывается по соотношению между теплопродукцией организма (М, Вт) и общей теплоотдачей тела (Q_∑, Вт) / Причем теплопродукцию организма человека определяют по величинам основного и дополнительного метаболизма, в зависимости от вида физической работы, например, по методу, описанному в учебном пособии (Гигиена одежды: учебное пособие для вузов / Делль Р.А., Афанасьева Р.Ф., Чубарова З.С. // М.: Легпромбытиздат, 1991. 160 с. (стр. 12)).

Общую теплоотдачу от тела человека определяют по сумме величин радиационного теплообмена, конвективного теплообмена, кондукционного теплообмена, теплоотдачи испарением, теплоотдачи при дыхании (Гигиена одежды: учебное пособие для вузов / Делль Р.А., Афанасьева Р.Ф., Чубарова З.С. // М.: Легпромбытиздат, 1991. 160 с. (стр. 12-19)). Расчеты проводятся для наиболее неблагоприятной температуры окружающей среды (t_окр-max, °С) в рассматриваемых эксплуатационных условиях.

Определяют разность температур между поверхностью кожи человека (t_СВТК, °С) и этим значением (t_окр-max, °С):

По полученному значению и величине избытка тепла в организме человека по графику на фиг. 5 определяют требуемую толщину внутреннего пространства воздухопроницаемой одежды (h_п, мм). При этом считают, что оптимальная толщина внутреннего пространства воздухопроницаемой одежды составляет от 20 до 30 мм (на фиг. 5 выделено цветом). Если требуемое значение толщины внутреннего пространства воздухопроницаемой одежды выходит за пределы этого диапазона, в процессе проектирования воздухопроницаемой одежды уделяют повышенное внимание эргономическим аспектам конструкции.

Расстояние между линиями крепления на каркасном элементе дистанцирующего средства для воздухопроницаемой одежды (h₁ мм) принимают равным величине h_п, мм. Далее эти линии наносят на деталь каркасного элемента дистанцирующего средства для воздухопроницаемой одежды, как это показано на фиг. 6 (деталь I). Длина детали каркасного элемента дистанцирующего средства для воздухопроницаемой одежды принимается равной длине дистанцирующего средства для воздухопроницаемой одежды

Расстояние между линиями крепления на детали формообразующего элемента дистанцирующего средства для воздухопроницаемой одежды (h₂, мм) принимают в соответствии с величинами h₁ мм и h_п, мм, например, по таблице 1. Далее вычисляют общую длину детали формообразующего элемента дистанцирующего средства для воздухопроницаемой одежды таким образом, чтобы на ней было такое же количество линий крепления, что и на детали каркасного элемента дистанцирующего средства для воздухопроницаемой одежды (например, как показано в таблице 1). На деталь формообразующего элемента дистанцирующего средства для воздухопроницаемой одежды наносят линии крепления, как это показано для детали II на фиг. 6.

Дистанцирующее средство для воздухопроницаемой одежды получают путем ниточного соединения деталей формообразующего и каркасного элементов по намеченным линиям. В зависимости от варианта изготовления композитного текстильного материала получают дистанцирующее средство для воздухопроницаемой одежды прямолинейной (фиг. 1), дугообразной формы (фиг. 3) или кольцеобразной формы (фиг. 4).

Дистанцирующее средство для воздухопроницаемой одежды располагают между ее нижним и верхним слоями, благодаря чему формируется внутреннее пространство воздухопроницаемой одежды. Причем:

- при формировании внутреннего пространства воздухопроницаемой одежды на прямолинейных участках дистанцирующиеся средства для воздухопроницаемой одежды располагаются в области стана изделия как минимум на двух высотах - в области груди и живота;

- при формировании внутреннего пространства воздухопроницаемой одежды на участках дугообразной формы дистанцирующие средства для воздухопроницаемой одежды располагаются в области плеч симметрично с обеих сторон;

- при формировании внутреннего пространства воздухопроницаемой одежды на участках кольцеобразной формы дистанцирующие средства для воздухопроницаемой одежды располагаются: в рукавах как минимум на двух высотах в области плеча и предплечья; в брючинах брюк как минимум на двух высотах - в области бедер и голеней симметрично с обеих сторон.

Таким образом в конструкцию воздухопроницаемой одежды закладывается система дистанцирующих средств для воздухопроницаемой одежды различной формы, что позволяет обеспечить стабильную толщину внутреннего пространства.

Более конкретно места размещения дистанцирующих средств для воздухопроницаемой одежды обосновываются в процессе проектирования воздухопроницаемой одежды в зависимости от конструкции изделий, антропометрических признаков тела человека и применяемых материалов.

Изобретение работает следующим образом. При надевании воздухопроницаемой одежды на тело человека система дистанцирующих средств для воздухопроницаемой одежды образует внутренне пространство воздухопроницаемой одежды стабильной толщины. Причем толщина внутреннего пространства соответствует высоте волны формообразующего элемента.

При статичной позе человека, за счет разности температур между кожей и воздухом внутреннего пространства воздухопроницаемой одежды в нем формируется естественно-конвективный воздушный поток, который Обеспечивает дополнительный теплосъем с тела человека. За счет равномерной толщины промежуточного слоя воздухопроницаемой одежды и низкого аэродинамического сопротивления формообразующего элемента дистанцирующего средства для воздухопроницаемой одежды интенсивность воздушного потока во внутреннем пространстве будет выше, чем при использовании рассмотренных выше технических решений дистанцирующих средств для воздухопроницаемой одежды.

Естественно-конвективный воздушный поток будет подниматься вверх во внутреннем пространстве воздухопроницаемой одежды и выходить в окружающую среду, вынося из-под одежды избыточное тепло и парообразную влагу в окружающую среду. За счет волнообразной формы и незначительной толщины композитного текстильного материала формообразующий элемент дистанцирующего средства для воздухопроницаемой одежды будет оказывать меньшее аэродинамическое сопротивление воздушному потоку.

По закону сохранения расхода, более холодный и сухой воздух извне будет поступать во внутреннее пространство воздухопроницаемой одежды, где примет участие в теплообмене и будет вовлечен в естественно-конвективный воздушный поток. Таким образом процесс отвода тепла из внутреннего пространства воздухопроницаемой одежды будет протекать непрерывно.

При движении человека воздухопроницаемая одежда будет деформироваться на отдельных участках, что создаст разность давлений воздуха в различных точках внутреннего пространства воздухопроницаемой одежды. При равномерной толщине внутреннего пространства на недеформированных участках, это будет способствовать ускорению воздушного потока. При изменении позы человека, за счет механических свойств плоского плетеного шнура (7) дистанцирующее средство для воздухопроницаемой одежды будет восстанавливать исходную форму, вновь обеспечивая заданную толщину внутреннего пространства воздухопроницаемой одежды на этом участке.

Изобретение относится к дистанцирующим средствам воздухопроницаемой одежды и предназначено для обеспечения дополнительного теплосъема с поверхности тела человека в одежде за счет дистанцирования верхнего и нижнего слоев с образованием внутреннего пространства воздухопроницаемой одежды. Технический результат изобретения заключается в обеспечении стабильного воздушного потока во внутреннем пространстве воздухопроницаемой одежды для формирования заданного теплосъема с тела человека в условиях нагревающего климата. Указанный технический результат достигается за счет того, что дистанцирующее средство для воздухопроницаемой одежды для дистанцирования верхнего и нижнего слоев с образованием внутреннего пространства воздухопроницаемой одежды содержит каркасный элемент прямой, или дугообразной, или кольцеобразной формы и формообразующий элемент волнистой формы, каждый из которых изготовлен из четырехслойного композитного текстильного материала, состоящего из двух слоев ткани верха воздухопроницаемой одежды, между которыми расположена основа из нетканого материала, и нижнего слоя в виде плоского плетеного шнура из полиэстеровых мононитей и содержащего в своей структуре полиамидную мононить, скрепленных ниточным соединением в точках, совпадающих с подошвами волн формообразующего элемента. 6 ил., 1 табл.

Дистанцирующее средство для воздухопроницаемой одежды, предназначенное для дистанцирования верхнего и нижнего слоев с образованием внутреннего пространства воздухопроницаемой одежды, отличающееся тем, что оно содержит каркасный элемент прямой, или дугообразной, или кольцеобразной формы и формообразующий элемент волнистой формы, изготовленные из композитного текстильного материала, состоящего из двух слоев ткани верха воздухопроницаемой одежды, между которыми расположена основа из нетканого материала, и нижнего слоя в виде плоского плетеного шнура из полиэстеровых мононитей и содержащего в своей структуре полиамидную мононить, скрепленных ниточным соединением в точках, совпадающих с подошвами волн формообразующего элемента.