RU2690573C1 - Nonwoven heat-insulating material with thermal generation effect - Google Patents

Abstract

FIELD: satisfaction of vital human requirements.

SUBSTANCE: solution can be used in production of heat insulation outerwear. Nonwoven heat-insulating material contains a mixture of shape-resistant high-twisted hollow and / or non-white chemical fibers with low-melting fibers and fibers based on polyacrylates with thermal generation effect.

EFFECT: high adaptive material functions to different dynamic and passive external conditions.

6 cl, 1 dwg

Description

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»).The claimed solution can be used in insulating outerwear for, inter alia, the zones of the Arctic and Antarctica, outer space, etc., in various assortments (“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. In world practice, using the example of knitted and woven fabrics, the use of so-called thermogeneration fibers is known. Thus, CN 101135084 describes a two-layer intelligent fabric, which consists of special fibers that perform the function of thermogeneration. The top layer of fabric consists of polyurethane fibers, the inner layer consists of intelligent thermo-generation regulatory yarn, the layers are interconnected by a thread of polyurethane fibers. This fabric has high tensile strength, high elasticity, smooth surface, high-temperature regulatory characteristics and low cost.

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. Knitted knit fabric with moisture absorption and heating function is known from CN 201310695054; it is a mixture of cotton (80-90%, diameter 11.5-13.5 μm, length 25-35 mm) and special modified acrylic (10-20%, diameter 5.5-8.5 microns, length 35-45 mm) of fibers. Thanks to the addition of modified acrylic fibers with high moisture absorption, knitted material acquires a higher hygroscopicity, heating function and surpasses the properties of conventional knitted materials - for example, the amount of heat generated by absorbing moisture is about three times greater than that of woolen materials. Such knitted material has high rates of deodorization, balancing PH, sweat absorption, the degree of accumulation of static electricity, reduced flammability, etc.

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. CN 101922069 A describes the weaving technology and the direct production of a multi-layer fabric with the inclusion of fibers having a heating function. As a raw material for the production of such a fabric, yarns of mixed fibers were selected. Each layer of fabric contains from 3 to 8% of special thermal-generating fibers EKS, also 30-50% of viscose fibers and 50-60% acrylic fibers are included in the overall composition of the mixture.

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. CN 102995260 A describes a technology for producing thin, air-permeable fabric with heating function due to the use of 30-60% EKS fibers in the composition. The mixture of fibers also includes 40-70% acrylic fibers, and the mixture contains both ultrafine (microfibers) and standard fibers. This type of fabric, due to its high hygroscopicity and ability to heat, allows to keep dry and warm microclimate inside the clothes.

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. CN 105274686 A describes a technology for producing upper fabric consisting of two layers, where the inner layer contains a mixture of acrylic and EKS fibers (60/40) at the expense of what function of heating is provided. A distinctive feature of such a fabric is the presence of an air layer between the inner and outer layers of the fabric.

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. Taking into account the described prior art, the problem to be solved when creating the claimed invention is to create a nonwoven insulating material with the effect of thermal generation, i.e. such materials, which generate heat through the physicochemical processes occurring in them, make a comfortable microclimate in the sub-space. It should be noted that, in the opinion of the authors, this problem is applied to non-woven materials for the first time, reflecting the transition from the methods of creating heat-insulating materials to thermo-generating ones.

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).The technical result achieved in solving this problem is to realize the possibility of self-organizing insulation, i.e. in enhancing the adaptive functions of the material to different dynamic and passive external conditions both from the environment and from the user (person).

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. To achieve the set result, a nonwoven heat-insulating material is offered in the form of a cloth containing a mixture of form-resistant highly-wavy hollow and / or incomplete chemical fibers with low-melting fibers in an amount from 30% to 97% and polyacrylate-based fibers (for example, EKS ^® fibers (http: // www.exlanfiber.com/eks.html), which have the property of generating heat through the enthalpy of evaporation (condensation), in an amount from 70% to 3%. That is, the latent heat of water vapor (heat of evaporation) during perspiration is transferred to the body at the moment of intense absorption Single pair of fiber (adsorption heat). Rapid absorption and evaporation of moisture leads to a continuous process of expansion and contraction of fibers, this process is accompanied by an increase in the amplitude of the oscillation of molecules, which causes an increase in temperature inside the fibers.

Содержание легкоплавких волокон может находится в пределах от 15% до 40%.The content of low-melting fibers can range from 15% to 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.The linear density of all fibers used for a given material may range from at least 0.11 tex to not more than 2.22 tex.

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.The declared material can be made by the method obtained by the method of calendering or by the method of thermal bonding of the fibrous composition in the temperature range from 110 ⁰ С to 220 ⁰ С with additional finishing - by calendering (at temperatures above 200 ⁰ С) - with or without it or by the method of uniform distribution of the fibrous composition.

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.The possibility of achieving the result is clearly illustrated in FIG. 1, which shows the graphs of the curves based on the results of thermogravimetric analysis (TG curve), differential thermogravimetric analysis (DTG curve), and differential scanning calorimetry (DSC curve), built on the results of testing samples of the declared nonwoven insulation material with the effect thermal generation.

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). These tests were carried out on a thermal analyzer Q600 firm TA Instruments (USA) and included the determination of the loss and rate of mass loss, as well as the heat of phase transitions in the material when heated. Test conditions: heating rate - 20 ⁰ C / min; atmosphere - nitrogen – air (800 ⁰ С).

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.The test results clearly show that in the temperature range 25 ... 150 ⁰ С the material loses moisture approximately 1.93% (endo effect), melting occurs in the interval 245 ... 260 ⁰ С (endo effect), and the onset of destruction (pyrolysis ) - after 200 ⁰ С (extrapolated point - 411 ⁰ С), while the maximum rate of destruction at 438 ⁰ С was 29.4% / min, and the mass loss in the range 200 ... 550 ⁰ С was 69.94%; pyrolysis heat (endo effect) - 54.5 J / g. After the introduction of air, coke was oxidized (mass loss was 19.7%). In the range of 550 ... 950 ⁰ С the mass loss is 25.1%. The heat of oxidation of coke was 3.463 kJ / g.

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. Thus, the claimed non-woven heat-insulating material with the effect of thermal generation allows you to optimize the properties, qualities and performance characteristics of the non-woven fabric by increasing the heat-insulating performance and diverting excess moisture from the surface of the body; in addition, the use of such material, based on its properties, allows to reduce the mass and volume of the insulating layer or layers and the finished product, to achieve the maximum insulating effect in the allocation of physiological moisture in a static position and / or in motion. In addition, the claimed material, in contrast to natural wool (merino), allows us to achieve a more significant effect of thermal regulation with natural physiological moisture from the human body.

Ниже следуют примеры конкретной реализации нетканого теплоизоляционного материала с эффектом термогенерации в заявленных пределах количественно-качественных значений компонентов (волокон).The following are examples of the specific implementation of non-woven insulation material with the effect of thermal generation in the stated limits of quantitative and qualitative values of the components (fibers).

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.Example 1. Nonwoven material in the form of a web of a fiber blend of 10% primary high-aged hollow polyester fibers of 0.78 tex with 20% low-melting polyester fibers of 0.44 tex and 70% of electronic fibers of 0.44 tex based on polyacrylate EKS with double-sided calendering with a surface density of 150 g / m ² , produced by aerodynamic method of forming the canvas at a temperature of 220 ⁰ C.

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.Example 2. Nonwoven material in the form of a web of a fiber blend of 10% primary highly developed hollow polyester fibers 1.67 Tex with 30% low-melting polyester 0.44 Tex and 60% Fiber 0.44 tex based on EKS polyacrylate with a surface density of 200 g / m ² , produced by the horizontal method of forming the canvas at a temperature of 110 ⁰ C.

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.Example 3. Non-woven material in the form of a web of a fibrous mixture of 34% of primary highly-wavy hollow polyester fibers of 0.78 tex with 43% of primary polyester fibers of 0.33 tex and 20% of low-melting polyester fibers of 0.22 tex, and 3% of fibers of 0.44 EKS polyacrylate-based tex with double-sided calendering with a surface density of 100 g / m ² , produced by aerodynamic formation of a canvas at a temperature of 160 ⁰ C.

Claims (6)

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%.1. Non-woven heat-insulating material made in the form of a cloth containing a mixture of form-resistant highly curved hollow and / or incomplete chemical fibers with low-melting fibers in an amount of from 30 to 97% and fibers based on polyacrylates with an effect of thermal generation in an amount of from 70 to 3%. 2. Материал по п.1, в котором содержание легкоплавких волокон составляет от 15 до 40%.2. The material according to claim 1, in which the content of fusible fibers is from 15 to 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.3. The material according to claim 1, in which the linear density of the fibers ranges from at least 0.11 tex to not more than 2.22 tex. 4. Материал по любому из пп.1-3, полученный методом каландрирования.4. Material according to any one of claims 1 to 3, obtained by the method of calendering. 5. Материал по любому из пп.1-3, полученный методом термического скрепления волокнистого состава в температурном диапазоне от 110 до 220°С.5. Material according to any one of claims 1 to 3, obtained by the method of thermal bonding of the fibrous composition in the temperature range from 110 up to 220 ° C. 6. Материал по любому из пп.1-3, полученный методом равномерного распределения волокнистого состава.6. Material according to any one of claims 1 to 3, obtained by the method of uniform distribution of the fibrous composition.

Images