Исследование теплозащитных свойств изделий из оленьего волоса

Размещено на http://allbest.ru

Исследование теплозащитных свойств изделий из оленьего волоса

С.Н. Солдатов, М.А. Сыромятникова, К.А. Неустроева,

Аннотация

Целью данной работы было экспериментальные исследования теплоизоляционных свойств продукции “Сахабулт” (Россия) содержащих олений волос и сравнение с аналогичными изделиями других производителей.

В ходе экспериментов было выявлено, что олений волос является неплохим теплоизолятором, данный вывод следует из сравнения с синтетическими волокнами, где он показал результаты лучшие чем популярный материал синтепон , но чуть уступил холлофайберу.

Дополнительно были проведены исследования динамики понижения температуры внутри спальных мешков и различных пуховиков.

Ключевые слова: олений волос, синтепон , теплопроводность, тепловой поток, термическое сопротивление, терморезистор.

Abstract

Research of heat-protective properties of products made of deer hair

S. N. Soldatov, M. A. Syromyatnikova, K. A. Neustroeva

The purpose of this work was experimental studies of thermal insulation properties of products “Sahabult " (Russia) containing deer hair and comparison with similar products from other manufacturers. During the experiments, it was revealed that deer hair is a good heat insulator, this conclusion follows from a comparison with synthetic fibers, where it showed better results than the popular material sentipon, but slightly inferior to hollofayber. In addition, the dynamics of temperature decrease inside sleeping bags and various down jackets were studied.

Keywords: Deer hair, sentipon, thermal conductivity, heat flow, thermal resistance, thermistor.

ФАПК "Сахабулт" более 20 лет работает на рынке меховых и кожаных изделий и является одним из крупных производственных предприятий российских товаропроизводителей. В изделиях собственного производства широко используются натуральные меха пушных зверей, оленей, лошадей и крупного рогатого скота, обитающих в Республике Саха (Якутия).

Однако, не имеются никаких сравнительных данных по теплозащитным свойствам продукции АО ФАПК “Сахабулт” c изделиями других производителей. Целью данной работы были экспериментальные исследования теплоизоляционных свойств изделий “Сахабулт” содержащих олений волос и сравнение с аналогичными изделиями других производителей.

Эксперименты проводились на разных приборах и установках. Для измерения коэффициента теплопроводности и термического сопротивления применялся NETZSCH HFM 426 Lambda (рис.1), а для измерения плотности теплового потока - измеритель теплового потока ИТП-МГ4.03Х (рис.2).

Для натурных исследований применялся тепловизор - Testo-881-2. Также был изготовлен манекен с датчиками температуры для мониторинга понижения температуры внутри спальных мешков и верхней одежды.

Рис 3. NETZSCH HFM 426 Lambda

Рис.2 ИТП-МГ4.03Х

Для измерения плотности теплового потока различных материалов была собрана установка показанная на рис. 3.

Рис.3 Установка для исследования тепловых потоков

Эксперименты проводились с помощью измерителя теплового потока ИТП-МГ4.03Х. Хотя прибор больше предназначен для измерения плотности тепловых потоков через стенки зданий, в которых поддерживается стационарный градиент температуры из-за слишком медленного изменения температуры окружающего воздуха, мы создали градиент температур с помощью горячей кастрюли, которая в свою очередь остывает быстрее чем изменение суточной температуры, но все же гораздо дольше чем время измерения. Проблема корректности измерения еще состояла в том, что невозможно наладить надежный контакт и быстроту установления равновесного состояния между датчиками и образцом, поэтому нельзя однозначно сказать, что температура датчиков была равна температуре поверхности ткани.

Все эти возникающие погрешности нами были трактованы как аппаратная погрешность установки и ввиду геометрического и физического подобия проводимых испытаний игнорировалась. Исследуемый образец ткани (2) помещался между двумя терморезисторами (5), которые измеряют температуры верхней и нижней поверхности образца.

На верхнюю поверхность образца помещали кастрюлю (1) с водой нагретой до кипения (100^oС), таким образом возникал тепловой поток обусловленный перепадом температур между нижней и верхней частью образца и измерялся датчиком теплового потока (3), который представлял из себя термобатарею из медь-константановых термопар. Все датчики подключались к измерителю теплового потока ИТП-МГ4.03Х (4).

В случае измерения мягких материалов, таких как пуховики, под кастрюлю подкладывался ограничитель из деревянных брусочков для того чтобы не раздавить слой пуховой набивки из-за которой и возникает термическое сопротивление удерживающее тепло внутри пуховиков.

На рис 4 представлены зависимости тепловых потоков от температурного напора различных готовых изделий АО ФАПК Сахабулт. Исследования проводились с изделиями различных толщин, поэтому при идентичных наполнителях и материалах тепловые потоки зависели в первую очередь от толщины изделия. Видно, что минимальный тепловой поток наблюдается у толстого сидения набитого оленьим волосом, а наибольший у безворсового лежака.

Рис. 4. Зависимость плотности потока от температурного напора изделия

Рис. 5 Сравнение тепловых потоков сквозь материал спальных мешков

На рис. 5 показаны экспериментальные данные по сравнению тепловых потоков сквозь материал спальных мешков. Как видно из рисунка наилучшие теплоизоляционные показатели оказались у безымянного спального мешка, наихудшие у монгольского верблюжьего спального мешка, чуть уступает ему по теплоизоляции спальный мешок продукции AO ФАПК “Сахабулт”. Безымянный спальный мешок занял лидирующие позиции не из-за того что материал и наполнители обладали хорошими теплоизоляционными качествами, а вследствие толщины самого изделия потому как в данном случае исследуется именно готовая продукция и чем толще материал, тем меньше тепла пропускает.

Рис. 6 Зависимость плотности теплового потока от температурного напора при одинаковой толщине материала

Исследования тепловых потоков (рис. 6) которые пропускают материалы показали, что лучшим теплоизолятором опять же служит холлофайбер софт100, на втором месте олений волос и хуже всех показал себя синтепон, что соответствует результатам полученным по измерению теплопроводности (рис. 7).

Рис. 7. Зависимость коэффициента теплопроводности оленьего волоса и синтетических волокон от температуры

Результаты измерения коэффициента теплопроводности оленьего волоса и сравнение с синтетическими волокнами и натуральной ватой показали, что олений волос обладает меньшей теплопроводностью чем синтепон и вата, но большей чем холлофайбер - Софт100. Из чего следует, что лучшим современным теплоизолятором служит все-таки холлофайбер.

Таблица 1. Сравнение коэффициента теплопроводности и термического сопротивления оленьего волоса с синтетическими волокнами и натуральной ватой.

Из таблицы видно, что термическое сопротивление больше всех у натуральной ваты. Термическое сопротивление оленьего волоса больше чем у синтетических волокон, но гораздо меньше чем у натуральной ваты. Для мониторинга температуры внутри исследуемых спальных мешков и пуховиков был изготовлен манекен (рис. 8) длиной 1,6 м и повторяющий конституцию человека[1].

Рис 8 Манекен с датчиками температуры DHT22

Манекен был изготовлен из скотча и набит тканью. В характерных точках манекена изображенных на рис. 8 прикреплялись датчики температуры DHT22 (рис.9), который через плату управления термодатчиком подключался через USB порт к компьютеру.

Мониторинг проводился на персональном компьютере посредством программы Arduino Mega. Манекен с датчиками одетый в пуховик или в спальном мешке помещался в морозильную ларь и охлаждался. По мере охлаждения манекена фиксировалась динамика понижения температуры под курткой. теплоизоляционный синтепон холлофайбер пуховик

Рис 9. Датчик температуры и влажности DHT22

Результаты исследований представлены на рис. 10. К недостаткам метода можно отнести то что манекен с одеждой сам обладает большой теплоемкостью и эта теплоемкость разная в зависимости от надетой куртки и вносит возмущение в температуру холодильной камеры.

За температуру манекена внутри спального мешка принимались показания датчика номер 2, как наиболее удаленного от краев спального мешка и точек соприкосновения с холодной поверхностью морозильной камеры.

Рис 10. Динамика понижения температуры внутри спального мешка

Рис. 11 Динамика уменьшения температуры под куртками у различных производителей

На рис. 11 представлены результаты исследования пуховиков надетых на манекен и помещенных в морозильную камеру Орск. Как видно из графика наиболее лучшие результаты показали пуховики Canada Goose модель Expedition и Bask Antarctica, а наихудший показатель у синтепоновой куртки Alpha N-3b Parka.

Нами были проведены также натурные испытания спального мешка. В спальный мешок продукции АО ФАПК Сахабулт был помещен молодой человек 16 лет, ростом 186см и весом 94 кг.

Молодой человек был одет в синтепоновые зимние штаны и шерстяной свитер. Температура воздуха была -35^оС. Тепловизор Testo-881-2. Коэффициент излучения - 0,95. Испытания закончились тем, что через 15 минут молодой человек начал чувствовать дискомфорт от холода и был вынужден покинуть спальный мешок (рис.12).

Рис. 12 Натурные испытания спального мешка АО ФАПК Сахабулт

Как и предполагалось, значительная потеря тепла происходит через швы спального мешка, о чем свидетельствует термограмма. Термограмма показывает, что температура в области швов выше(-11,5^оС), чем в основной толще материала (-22^оС).

Выводы

Олений волос является неплохим теплоизолятором, данный вывод следует из результатов экспериментов по сравнению с синтетическими волокнами, где он показал результаты лучшие чем популярный материал синтепон , но чуть уступил холлофайберу.

Натурные испытания спального мешка из оленьего волоса показали, что сильная потеря тепла идет через швы. Дополнительно был проведены исследования понижения температуры внутри спальных мешков и различных пуховиков.

Использованная литература

1. К. Kuklane, V. Dejke Testing Sleeping Bags According to EN 13537:2002: Details That Make the Difference, International Journal of Occupational Safety and Ergonomics (JOSE) 2010, Vol. 16, No. 2, 199-216.

Размещено на Allbest.ru