СВОЙСТВА МАТЕРИАЛОВ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ФИЗИКО-ГИГИЕНИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ОДЕЖДЫ
Гигиенические требования к одежде реализуются в ней через систему физических свойств материалов, таких, как теплозащитные свойства, сорбционное поглощение, проницаемость, электризуемость, систему некоторых геометрических свойств (толщину, массу, жёсткость одежды) и её конструкцию.
Эти свойства материалов позволяют регулировать микроклимат одежды, который обуславливает самочувствие человека, его настроение и работоспособность.
Сорбционные свойства
Материалы одежды способны к поглощению различных веществ, находящихся в газообразном, парообразном или жидком состоянии. Поглощение в материалах обусловлено их гигроскопическими свойствами, т. е. способностью поглощать влагу из окружающей среды или сорбировать пары воды из воздуха. Количество поглощаемой гигроскопичной влаги зависит от природы волокон, толщины и плотности ткани, её отделки.
Материалы из льна, хлопка поглощают влагу быстро. Медленно и равномерно поглощают влагу материалы из шерсти. Материалы из синтетических волокон влагу почти не поглощают.
Рис. 3. Точки измерения температуры кожи на поверхности тела человека в области лба (1), груди (2), живота (3), лопаток (4), поясницы (5),
плеча (6), кисти (7), бедра (8, 9), голени (10)
Гигроскопичность
Гигроскопичность является положительным свойством текстильных материалов, используемых в качестве внутренних слоев одежды. Быстрое поглощение влаги материалами внутренних слоев одежды приводит к сохранению комфортного пододёжного микроклимата.
Для зимней и демисезонной одежды гигроскопичность материалов не полезна. При их увлажнении повышается теплопроводность и падает тепловое сопротивление пакетов одежды, т. к. теплопроводность воды, находящейся в парах материала, в 20 раз больше теплопроводности воздуха, что приводит к снижению температуры под одеждой и охлаждению человека.
В условиях жаркого сухого климата высокая гигроскопичность при наличии повышенной паропроницаемости способствует испарению пота. Количество гигроскопичной влаги, поглощаемой одеждой из воздуха, может достигать 10% веса одежды.
Капиллярность
При взаимодействии воды с текстильными материалами преобладают физико-механические формы связи (капиллярная и связь смачивания), оцениваемые показателями водопоглощения и капиллярности.
Капиллярность – способность текстильных материалов поглощать и переносить жидкость посредством капиллярной силы.
Капиллярность характеризует способность текстильных материалов отводить влагу из пододёжного пространства и зависит от их пористости, размера и формы пор. Высокая капиллярность тканей может в некоторой степени компенсировать низкий уровень гигроскопичности. Например, синтетические материалы из объёмной нити или пряжи, обладающие высокой пористостью, имеют хорошую капиллярность и вследствие этого в большей степени соответствуют гигиеническим требованиям.
Степень влияния капиллярности материалов одежды на их способность удалять влагу с поверхности тела человека достаточно чётко не выявлена. По-видимому, наибольшее значение это свойство имеет для бельевых материалов, непосредственно соприкасающихся с поверхностью тела человека. Роль последующих слоев пакета материалов одежды в удалении влаги в результате её капиллярного всасывания не столь велика.
Водопоглощение
Рассматривая эти свойства, можно сделать вывод, что возрастает роль строения текстильных материалов по сравнению с их составом и снижаются различия в уровне водопоглощения материалов из гидрофобных и гидрофильных волокон. Показатели водопоглощения имеют наибольшее значение для материалов одежды, близко расположенных к поверхности тела человека. Увеличение водопоглощения этих материалов при условии достаточно высокой их влагоотдачи положительно влияет на микроклимат под одеждой и самочувствие человека. При низкой влагоотдаче материал становится мокрым на ощупь, прилипает к поверхности тела. Оптимальным является такое количество влаги в материале, при котором человек ещё не ощущает её влияние. Эталоном в этом отношении являются волокна шерсти, которые даже при значительном поглощении влаги остаются сухими на ощупь и не вызывают неприятных ощущений.
Водопоглощение имеет значение и для верхних слоев зимней и демисезонной одежды с точки зрения защиты тела человека от воздействия атмосферной влаги. Снижение водопоглощения этих материалов обеспечивается путём повышения их водоупорности в результате обработки гидрофобными смолами, придания материалам гладкой поверхности.
Максимальная влагопоглощаемость (водоёмкость) хлопчатобумажных бельевых тканей 150÷300 г/м, шерстяных – 330÷770 г/м, шерстяного трикотажа с начёсом для верхних изделий – 2540 г/м.
Влагоотдача
Влагоотдача – способность материалов отдавать влагу в окружающую среду. Это свойство связано с высыханием материалов и одежды. Скорость высыхания материалов зависит от свойств волокон, структуры (переплетения) ткани и характера ее поверхности (шероховатая, гладкая).
Различные материалы по-разному поглощают и отдают влагу. Льняные, хлопчатобумажные и шёлковые материалы быстро поглощают и быстро отдают влагу в окружающую среду. Шерстяные ткани медленно поглощают влагу и медленно отдают её в окружающую среду, создавая наиболее устойчивый микроклимат в одежде. Материалы из вискозного штапельного волокна по своим свойствам отличаются от остальных: они быстро поглощают влагу и медленно её отдают, что снижает теплозащитные свойства одежды из таких материалов. Высокая скорость влагоотдачи может привести к чрезмерному охлаждению поверхности тела человека и простудным заболеваниям.
Проницаемость
Способность текстильных материалов пропускать воздух, пар, воду, жидкости, дым, пыль, газы называется проницаемостью.
Воздухопроницаемость
Воздухопроницаемость – способность материала пропускать воздух. Она необходима для поддержания теплового баланса организма с внешней средой и удаления из пододёжного пространства углекислоты, влаги и потоотделений.
Чем выше воздухопроницаемость, тем ниже теплозащитные свойства одежды. Воздухопроницаемость зависит в основном от строения (структуры), толщины, количества и величины пор текстильных материалов в пакете одежды. Циркуляция воздуха через такие материалы и одежду происходит под влиянием конвекции, связанной с нагревом воздуха у поверхности тела, с движением человека, а также разности давлений наружного и пододёжного воздуха при ветре. Все эти факторы действуют в сочетании друг с другом, и поэтому трудно учесть влияние каждого из них в отдельности.
Чтобы осуществить вентиляцию пододёжного воздуха за счёт конвекции, необходимо иметь между телом и тканью достаточной толщины слой воздуха (около 5 мм).
Воздухопроницаемость одежды во многом зависит и определяется воздухопроницаемостью материалов, из которых она изготовлена. Швейные материалы обычно обладают воздухопроницаемостью от 3,5 до 500 дм3/(м2с) и выше.
Значения показателей воздухопроницаемости материалов одного и того же назначения варьируют в очень широких пределах. Вследствие этого решающее значение в проектировании и создании рациональной одежды имеет выявление оптимальных значений воздухопроницаемости материалов с учётом интенсивной деятельности человека, особенностей конструкции одежды, параметров окружающей физической среды.
Для создания комфортных условий воздухопроницаемость материалов должна быть тем выше, чем меньше вентиляционные возможности одежды.
С изменением конструктивных особенностей одежды (наличия пояса), с повышением степени открытости, прилегания изменяются вентиляционные возможности одежды и требования к материалам для нее.
При недостаточной воздухопроницаемости материалов и пакетов одежды влага и углекислота задерживаются в пододёжном пространстве, и человек теряет чувство комфорта. Для изделий из таких материалов необходимо предусматривать конструктивные средства для вентиляции. С этой целью делаются вентиляционные отверстия в различных (преимущественно на невидимых) деталях одежды. Применяют также воздухопроницаемые материалы в этих же местах. Используют также прострочку деталей толстыми нитками, что создаёт дополнительные отверстия от игл.
С увеличением влажности воздухопроницаемость пакета одежды резко падает, что объясняется заполнением пор влагой и набуханием волокон.
Влагопроницаемость
Влагопроницаемость – способность материалов одежды перемещать водяные пары от поверхности тела в окружающую среду.
Способность материалов удалять влагу из среды с повышенной влажностью в значительной степени зависит от свойств самого материала, уровня влажности под слоем материала, условий окружающей среды, влажности одежды. При низкой влажности воздуха окружающей среды материалы одежды способны эффективно удалять с поверхности тела человека выделяющуюся влагу. При высоком уровне потоотделения, высокой влажности окружающего воздуха и самих материалов одежды их способность к выведению влаги из пододёжного пространства весьма ограничена.
В этих условиях, большую роль играет рациональный подбор материалов в пакетах многослойной одежды и конструкция одежды.
Теплозащитные свойства
Под теплозащитными свойствами подразумевается способность одежды сохранять тепло в пододёжном пространстве. Это свойство зависит от тепловых показателей, составляющих оценку материалов, плотности прилегания одежды к телу, количества слоев в одежде и воздушных прослоек, определяемых покроем и конструкцией одежды.
Теплопроводность является важнейшим показателем материалов, определяющим тепловое сопротивление одежды. Для материалов одежды величина изменяется в ограниченных пределах от 0,033 до 0,07 Вт/(м2с).
Теплозащитные свойства одежды определяются величиной теплового сопротивления пакета, а также наличием в нём многослойных воздушных прослоек. Значение каждого из этих элементов при различных условиях эксплуатации одежды неодинаково. В состоянии покоя основная часть суммарного теплового сопротивления создаётся благодаря воздушным прослойкам. При движении человека и ветре значение их снижается, а роль материалов и пакета одежды возрастает.
Огромное влияние на некоторые свойства одежды оказывает толщина её пакета . С увеличением толщины пакета тепловое сопротивление возрастает, но данная зависимость носит сложный характер.
Толщина пакетов, равная 23 мм, является предельной для повышения теплозащитных свойств одежды. Дальнейшее увеличение не приводит к росту теплоизоляции, но значительно увеличивает её толщину и вес, что делает одежду неудобной для эксплуатации. Такая одежда затрудняет движения человека, снижает его работоспособность и может служить причиной возникновения производственных травм.
На тепловое сопротивление одежды серьёзное влияние оказывает наличие в структуре пакета воздушных прослоек. Теплопроводность воздушных прослоек зависит от их толщины, температуры воздуха в них, разности температур на поверхностях прослойки и от места расположения её в одежде. Сопротивление воздушных прослоек в одежде свыше 5 мм такое же, как у ватных прокладок, а при толщине свыше 10мм – меньше.
Время пребывания человека в условиях холода оказывает существенное влияние на тепловое сопротивление одежды. По исследованиям ЦНИИШП, время пребывания человека на холоде не должно превышать 4-х часов, а при температуре ниже 30°С это время желательно сократить до 2-х часов. Это вызвано тем, что из существующих материалов практически не удаётся изготовить одежду, тепловое сопротивление, R, которой было бы свыше 0,9 м2°С/Вт.
При оценке теплозащитных свойств пакетов и готовой одежды наиболее наглядной и простой величиной принято считать величину, обратную теплопроводности – тепловое сопротивление R. Чем больше тепловое сопротивление одежды, тем выше его теплозащитные свойства.
Тепловое сопротивление одежды у различных её видов неодинаково и зависит от толщины воздушных прослоек, количества слоев, волокнистого материала.
Лекция 4