Развитие новых технологий в области производства нетканых материалов приводит текстильную отрасль к принципиально новому пониманию «утепляющего слоя» в одежде.

В России начали производить синтетические материалы с новыми свойствами, которые раньше в утеплителе даже не анализировались. Если еще недавно (советская текстильная школа) однозначно считалось, что утеплитель обязан быть гигроскопичным (впитывающим), или по другим определениям — гидрофильным, то сегодня с появлением на российском рынке линейки таких материалов, как «Холлофайбер»-софт, «Холлофайбер»-ТЭК, «Холлофайбер»-волюметрик, «Холлофайбер»-медиум, широко применяемых для создания современной одежды различного назначения, эксперты и производители приходят к иному выводу. И вот почему. По мнению руководителя НИЦ «Одежда», к. т. н. Людмилы Кирилловой, заведующей лабораторией ОАО «ЦНИИ швейной промышленности», базовые основы по исследованиям утепляющих материалов были заложены еще в 70-х гг. школой проф. П. А. Колесникова (тогда — директор института). На сегодняшний день они довольно интересны лишь с точки зрения методики получения результатов анализа свойств утеплителей.

 Впрочем, важно учесть, что эта база в 70–80-х гг. была сориентирована на создание утепленной одежды при использовании материалов преимущественно из натуральных волокон. Тогда в ходе исследований было установлено, что необходим определенный устойчивый микроклимат под одеждой, составляющими элементами которого являются температура, влажность, подвижность воздуха и содержание углекислоты. Эти требования могут быть удовлетворены лишь при использовании в одежде материалов с оптимальными характеристиками таких свойств, как воздухопроницаемость, влагопроводность, паропроницаемость, гигроскопичность и термическое сопротивление. Вместе с тем, за основу было взято положение о гигроскопичности натуральных утеплителей. Парадоксально, но от гигроскопичности (!) пытались избавиться различными способами. Даже были проведены экспериментальные работы по снижению эффекта капиллярности в волокнах растительного и животного происхождения. Впервые в 1974 г. прозвучало очень осторожное и сдержанное высказывание: «Высокая гигроскопичность химических волокон не является необходимой».

Несколько десятилетий назад возникли предположения о том, что: утеплитель не должен быть сорбентом и утеплитель с содержанием влаги ведет к потере теплозащиты одежды. Но ограниченный спектр текстильных материалов, сведенный в основном к шерстесодержащим и хлопкосодержащим утеплителям, практически парализовал решение данной проблемы на почти 40 лет!!! В наши дни появилась высокотехнологичная синтетика «Холлофайбер». Имея многочисленные данные исследований этих утеплителей, проведенных в последние годы, можно говорить о том, что отмеченный экспертом Л. Кирилловой «определенный устойчивый микроклимат» в наибольшей степени зависит именно от влажности утеплителя (точнее — его гигроскопичности, сорбционных и капиллярных особенностей). Более того, все прочие отмеченные показатели — воздухопроницаемость, влагопроводность, паропроницаемость, термическое сопротивление и т. п. (см. выше) — находятся в прямой взаимосвязи и взаимозависимости, где основным катализирующим фактором является гигроскопичность.

Но почему же так важна гигроскопичность для утеплителя? Для начала попробуем разобраться в том, что такое гигроскопичность? По наиболее распространенному определению, гигроскопичность — это способность материалов сорбировать (поглощать) на своей поверхности влагу (конвекционные водяные потоки, водяные пары, пот) и передавать ее в окружающую среду или прочим материалам. По другому, более простому определению, гигроскопичность утеплителей — способность материала поглощать влагу в парообразном состоянии. Теплоизоляционные материалы (утеплители) как при хранении, так и при эксплуатации, должны быть защищены от увлажнения. Способность материала увлажняться вследствие его гигроскопичности называется сорбцией. Чем влажнее воздух и ниже его температура, тем выше сорбция.

Теперь становится еще более очевидной и актуальной роль утеплителя с нулевой гигроскопичностью для одежды, эксплуатируемой в особых климатических регионах с «глубоким минусом». Два связанных физико-химических процесса — гигроскопичность и сорбция — делят утеплители на эффективные и неэффективные. И вот почему. Дело в том, что теплообмен гигроскопичных и сорбционных волокон происходит значительно быстрее. На практике это значит, что человек в одежде с утеплителем из таких волокон будет отдавать свое тепло и, следовательно, мерзнуть значительно быстрее.

Итак, влага проводит тепло — это аксиома. Но почему пока не стал аксиомой принцип отбора утеплителей исключительно по негигроскопичности? Новое поколение синтетических материалов «Холлофайбер», обладающее нулевой гигроскопичностью и сорбцией, предохранит человека от замерзания, т. к. теплообмен фактически конвертируется в теплосбережение. А это уже один из основных показателей теплозащиты, которая характеризуется способностью одежды в целом сохранять тепло, выделяемое телом человека. Речь идет именно о «сухом тепле», условно говоря, влага из которого выводится не в сам утеплитель, а минуя его, оставляет утеплитель сухим.

За счет чего это происходит? Все предельно просто: полые 100%-но поли­эфирные волокна нетканых материалов «Холлофайбер» не впитывают влаги (с точки зрения физики, волокно «Холлофайбер» — это элементарная невпитывающая поверхность). Показатель их гигроскопичности — менее 1%! Для сравнения стоит отметить, что количество поглощаемой влаги зависит от природы волокон (синтетических, растительного или животного происхождения). Так, при температуре 20 °С и относительной влажности воздуха 65% гигроскопичность одежды из хлопчатобумажных тканей составляет 12–18%, льняных — 12%, шерстяных — 17%, шелковых — 11%, вискозных — 12%, капроновых — 3%, ацетатных — 7%, триацетатных — 4,5%. Шерсть мериноса может впитать и удерживать до 30% (!) своего веса.

Увлажнение волоконного утеплителя на 1% ведет к потере теплозащиты до 10–30%! Ещё одна деталь: значительное понижение прочности при набухании в воде (низкая прочность в мокром состоянии) — существенный недостаток гидратцеллюлозных (натуральных) волокон. Вследствие этого снижается прочность изделий при стирке или при использовании во влажном состоянии.

А вот у синтетических гидрофобных волокон удлинение в мокром состоянии не изменяется. Кроме этого, синтетические волокна, не впитывающие влагу, обладают высокой усталостной прочностью, т. е. релаксационные процессы волокна происходят быстрее и более оптимально. Отсюда и более высокие показатели формоустойчивости, устойчивости к многократным деформациям и т. п.

Необходимо отметить, что устойчивость к истиранию одних и тех же волокон сильно зависит от влажности. Например, для вискозного волокна устойчивость к истиранию в мокром состоянии в 20–30 раз ниже, чем в сухом. С другой стороны, у синтетических волокон (например, в «Холлофайбер» это свойство усилено также термическим скреплением) устойчивость к истиранию в сухом и мокром состоянии одинакова. То есть даже если такие волокна будут всё же увлажнены, то произойдет это с сохранением свойств по истиранию, что крайне важно для функционального набора любой утепленной одежды с применением такого материала.

Немного физики: в жидкостях или увлаженных материалах молекулы расположены почти вплотную друг к другу. Поэтому молекула в жидкости ведет себя иначе, чем в газе (например, полые воздушные или газообразные, состояния вещества в утеплителе «Холлофайбер»). Теплопроводность прижатых молекул, разумеется, выше. Соответственно, влажный утеплитель теряет свои основные функции. Другие синтетические утеплители, обладающие более высокой гигроскопичностью по сравнению с «Холлофайбер» (к примеру, популярные зарубежные марки с примитивно разрекламированными микроволокнами), неизбежно провоцируют утепляющий слой на испарение и конденсацию, а также слипание волокон и потерю объема, т. к. влага «связывается» внутри и между волокон.

Обилие микроволокон в таких утеплителях удерживает влагу как за счет своей гигроскопичности, так и за счет гигантского количества дополнительных микроповерхностей, которые для конвекционной влаги становятся ни чем иным, как непреодолимым барьером. И вот как это подтверждается самими производителями «синтетического импорта»: «...с уменьшением толщины волокон существенно возрастает суммарная площадь поверхности волокон, связывающих воздух, на единицу объема. У утеплителя по сравнению с другими материалами эта величина больше почти в 10 раз».

Осознают ли зарубежные маркетологи, наивно голося о «мировой экспансии», что, рекламируя кажущуюся им броской технологическую особенность, они с потрохами выдают глобальный недостаток такого утеплителя и жирно перечеркивают все его имеющиеся преимущества?.. Вот как об этом пишут противники зарубежных микроволоконных утеплителей: «Существенным недостатком микроволоконных утеплителей, имеющих большую суммарную внутреннюю поверхность, является их способность сорбировать влагу из воздуха. Поэтому, сорбируя влагу, изделие с каждым часом теряет свои теплозащитные свойства...».

Мнение эксперта: Г. К. Мухамеджанов (НИИ нетканых материалов) утверждает, что при одинаковой поверхностной плотности суммарное тепловое сопротивление термоскрепленных утеплителей и зарубежного микроволоконного утеплителя почти одинаковое, а вотвоздухопроницаемость значительно выше.

К чему же ведет такая выпяченная «суммарная площадь поверхности волокон»? Однозначно — к потере тепла, т. к. молекулы жидкости будут «выносить» тепло из утепляющего пакета в атмосферу с большего в 10 раз количества «гигроповерхности»!

Как это работает на практике, можно увидеть на рекламных фотографиях спецодежды с такими вот утеплителями, сделанными в условиях «полярного минуса». Даже сами производители зарубежной синтетики не скрывают (и, как видим, совершенно напрасно), что верхний слой заметно покрывается инеем или обледеневает! Более того, на дорогостоящих fashion-шоу доморощенные кутюрье стилизуют зимний антураж под некий «ультра-минус», посыпая одежду с таким утеплителем белой крошкой, показывая — «как холодно: даже иней выступил!».

Зачем же нужны такие дорогостоящие зарубежные утеплители, если они не выполняют основной утепляющей функции?

Справка по теме

Основой волокна шерсти является белок кератин, который составляет 70–85% массы. Большое содержание в кератине активных групп, взаимодействующих с водой (–NH2, –OH), обуславливает высокую гигроскопичность шерстяного волокна. Оно имеет самое наибольшее влагопоглощение среди всех волокон. Под действием воды шерсть интенсивно набухает, а после высыхания возвращает первоначальный объем. Это свойство натуральных волокон заложено природой. У синтетических волокон такого свойства нет. Они не могут набухать. Влага удерживается лишь на поверхности (оболочке) волокна. И чем больше таких поверхностей (как к примеру, в зарубежном микроволокне, значительно более тонком, чем человеческий волос), тем больше влаги на нем удерживается.

Наименьшей гигроскопичностью, сорбцией и капиллярным эффектом обладают нетканые термоскрепленные материалы из 100%-но полиэфирного волокна.

Гигроскопичность утеплителя — это еще и свойство материала изменять содержание влаги в зависимости от влажности и температуры окружающей среды, а также температуры и влажности тела, в т. ч. при физических нагрузках в критических условиях «минуса». Это крайне важная особенность, ведь если волокна содержат определенное количество влаги, то при увеличении влажности воздуха или повышении его температуры влажность волокон еще более повышается, и наоборот. Если волокно обладает таким свойством, то оно гигроскопично. А если оно гигроскопично, то оно влияет на теплозащитные свойства утеплителя в целом. А это в свою очередь — свойства утепленной одежды. Гигроскопичные волокна в утеплителях — это проводники холода к телу человека и, обратно, проводники ценнейшего тепла в атмосферу. Это парадокс, но именно такие утеплители (в том числе и дорогостоящие импортные) многие годы поставлялись для зимней одежды нефтяникам и газовикам, военным и детям. Вот такая «мировая экспансия»...

Гигроскопичность важна и для сохранения теплового равновесия в системе «человек-одежда». Еще раз отметим, что под влиянием гигроскопичной влаги увеличивается теплопроводность. То есть тепло выводится от человека в окружающую среду. Соответственно, снижаются теплосберегающие характеристики. Это объясняется тем, что коэффициент теплопроводности воды в десятки выше, чем воздуха! В этом смысле очень интересно, что для производства синтетических утеплителей ТМ «Холлофайбер» используются волокна, имеющие «периодически полую воздушную структуру», которая обеспечивает не только теплосберегающие свойства полотен и плит, но и усиливает линейку эксплуатационных качеств (формоустойчивость, восстановление объема, эффект пружины и т. п.). Многоканальные волоконные полости без эффекта капиллярности обладают свойствами повышенной теплоизоляции (т. к. воздух — лучший теплоизолятор).

Таким образом, периодически полые воздушные участки в волокне нетканого материала «Холлофайбер» — это огромнейшее количество дополнительных, герметично запаянных термически, воздушных прослоек (слоев), не впитывающих и не удерживающих влагу, которые сокращают теплопроводность и кратно увеличивают теплозащиту. Теплопроводность нетканых материалов ТМ «Холлофайбер» низкая; она тем ниже, чем объемнее и плотнее полотно. Это зависит от разновидности «Холлофайбер»: софт, медиум, волюметрик и т. п.

Итак, важнейшей и наиболее простой характеристикой теплозащитных свойств готовой одежды является тепловое сопротивление, т. е. показатель, обратный теплопроводности. Тепловое сопротивление обусловлено толщиной воздушных прослоек, волокнистым составом материалов и числом слоев. Весь этот «пирог» либо впитывает и удерживает влагу, либо нет. От этого зависит эффективность утеплителя. Увеличение влажности пакета ведет к резкому снижению его воздухопроницаемости. А это глобальная проблема впитывающего влагу утеплителя. Разберемся — почему.

Дело в том, что одежда должна быть воздухопроницаемой, что необходимо для поддержания теплового баланса организма с внешней средой, притока свежего воздуха к телу и удаления углекислоты из пододежного пространства. Излишнее количество углекислоты отрицательно влияет на самочувствие и работоспособность человека. Утепленная спецодежда с углекислотой, удерживаемой в утепляющем слое, становится «целлофановым карцером» для работника!

Предельно простой опыт, который может повторить каждый

Чтобы убедиться в том, как влияет гигроскопичность на теплозащитные свойства утеплителя, проделайте следующий примитивный опыт.

Возьмите два одинаковых утепляющих материала. На один из них слегка распылите влагу. Поместите оба образца в бытовой морозильник. Совершенно очевидно, что влажный образец очень скоро задубеет, станет колом, потеряет эластичность и теплозащитные свойства. Сухой образец может находиться в морозилке бесконечно долго без потери свойств. Еще одна проблема, которая вытекает из высокой гигроскопичности, — электропроводность! При увеличении влажности электропроводность повышается. При механических воздействиях на синтетический утеплитель (к примеру, эксплуатация спецодежды) возникают электростатические заряды. Они могут быть крайне опасны, особенно в тех случаях, если в самом утеплителе содержится большое количество микровлаги.

Гигроскопичность также существенно влияет и на поглощение посторонних запахов (пот, различные масла и т. п.). В процессе носки одежда загрязняется, впитывает выделения потовых и сальных желез. Удержание микровлаги в утеплителе по санитарно-микробиологическим требованиям состоят в том, что одежда не должна способствовать накоплению и развитию микрофлоры. Желательно, чтобы одежные утепляющие материалы обладали антимикробными свойствами или свойствами, ограничивающими распространение паразитов. Поэтому в последнее время утеплители с добавками (шерсть, водоросли, бамбук, очес, пороки текстильных производств и т. п.) элементарно не соответствуют тем требованиям, о которых идет речь в данной публикации.

При очистке от загрязнений одежда не полностью освобождается от микроорганизмов, поэтому она должна быть устойчива к различным видам санитарной обработки, стирке и глажению при высокой температуре, дезинфицирующим препаратам и не впитывать/не удерживать влагу. Опять же — не для всех утеплителей это возможно. Нулевая гигроскопичность утеплителя «Холлофайбер» позволяет ему сохранять пластичность, не «становиться колом», не быть ломким даже при критично низких температурах, отмеченных в самых суровых климатических точках России.

Кроме этого, текстильные эксперты отмечают, что меньшее влагопоглощение способствует лучшему сохранению форм и силуэта швейного изделия, уменьшению его деформации (выше уже отмечался эффект слипания «влажных» волокон). Переувлажнение утеплителя не только увеличивает теплопотери, но часто является причиной сильной сминаемости (в зависимости от степени набухания впитывающего влагу волокна), порчи ткани и всего изделия, а также грибкового заражения, коррозии металлической фурнитуры.

Как известно, жидкое состояние обычно считают промежуточным между твердым телом и газом: газ не сохраняет ни объем, ни форму, а твердое тело сохраняет и то, и другое. При критично низких температурах (минус 30–45 оС), при которых выполняют производственные задачи специалисты IV климатического пояса, переход жидкости, удерживаемой в гигроскопичном синтетическом утеплителе, от газообразно-жидкого состояния к твердому очевиден. Чем это оборачивается? Однозначно — потерей теплозащитных свойств, снижением эластичности (такая одежда просто «дубеет», «становится колом», ограничивает и стесняет движение сотрудника). Вес комплекта зимней одежды составляет иногда 1/8–1/10 массы тела, что вызывает дополнительные затраты энергии при носке, поэтому необходимо снижение массы одежды за счет применения более легких основных, вспомогательных и утепляющих материалов. И, разумеется, негигроскопичных, т. к. только вес впитанной влаги может составить в специальной одежде (куртка + комбинезон) более 1 кг!!! Задумывались ли вы над этим?..

На сегодняшний день весь мир использует передовые научно-технические разработки в области создания СИЗ, в т. ч. высокотехнологичные утеплители для защитной одежды от пониженных температур с низкими показателями гигроскопичности. По сути, именно этот показатель прямо или косвенно влияет на целую цепочку эксплуатационных свойств и качеств утепляющих материалов (формоустойчивость, суммарное тепловое сопротивление и т. п.). Передовые разработки СИЗ связаны с использованием высокотехнологичных синтетических утеплителей, не только не уступающих, но и по ряду позиций превосходящих по своим физико-механическим показателям натуральные утеплители. Страны НАТО используют в утепленной военной форменной одежде синтетические утеплители. Ведущие нефтяные компании в северных регионах «погружают» своих сотрудников в «синтетический утепляющий слой».

Сегодня в Национальном стандарте «Одежда специальная для защиты от пониженных температур» требования к утеплителю справедливо приведены к «Требованиям к подкладочным тканям». То есть основная гигроскопическая функция совершенно справедливо возложена на подклад утепленной спецодежды. Именно тканый подклад и ткань верха должны, соответственно, впитать и отвести (за счет конвекционных воздухопроводных свойств) излишнюю влагу и обеспечить сохранение теплого воздуха в абсолютно сухом утеплителе для получения максимального теплосберегающего эффекта.

Итак, гигроскопичным должен быть не утеплитель! Утеплитель должен быть сухим и теплым. Влага из пододежного воздуха должна не впитываться и удерживаться в утеплителе, а выводиться. Именно для этой цели и был создан известный и зарекомендовавший себя утеплитель «Холлофайбер».

Схема неправильного утеплителя предельно проста.

Волокно впитало и/или удерживает влагу.

Влага проводит тепло или выводит его из утепляющего пакета, который должен это тепло удерживать.

Гигроскопичность волокна или утеплителя приводит к тому, что человек мерзнет.

Такой утеплитель даже с громким импортным именем и такая утепленная одежда никому не нужны.

Схема работы утеплителя «Холлофайбер».

100% первичное полиэфирное полое волокно с нулевой гигроскопичностью не впитывает и не удерживает влаги.

Абсолютно сухой утеплитель «Холлофайбер» удерживает накопленное тепло в утепляющем слое.

Естественная влага человеческого тела отводится через паропроницаемый утеплитель «Холлофайбер» подкладом и конвекционно выводится в окружающую среду через мембранную (дышащую) ткань верха. Теплозащитные функции такого утеплителя максимальны, свойства утепленной одежды идеальны для выполнения физических нагрузок в суровых климатических условиях с критично низкими температурами.

Александр БОНАЧЁВ, генеральный директор, Сергей Махов, технический директор, Игорь Немцов, главный инженер. Завод нетканых материалов ООО «Термопол»

Источник: Журнал «Директор»