Тестирование контактного охлаждения трикотажной одежды

Тестирование контактного охлаждения трикотажной одежды

Введение
В условиях повышения требований к комфорту, особенно в активной и профессиональной среде, способность одежды эффективно отводить тепло от тела становится ключевым свойством. Трикотажные изделия, благодаря своей структуре и разнообразию сырьевого состава, представляют собой перспективную основу для разработки одежды с улучшенным контактным охлаждением. Данный вид тестирования направлен на оценку способности материала или готового изделия непосредственно контактирующего с кожей отводить избыточное тепло, обеспечивая ощущение прохлады. Эта статья фокусируется на методах и подходах к объективной оценке данного свойства.

1. Объекты испытаний

Объектами испытаний на контактное охлаждение являются:

1. Образцы материалов: Плоские трикотажные полотна различного состава и структуры.
   • Состав: Натуральные волокна (хлопок, лен, модал, лиоцелл), синтетические волокна (полиэстер, полиамид, полипропилен), искусственные волокна (вискоза), смесовые волокна (например, полиэстер/хлопок, полиамид/эластан). Особое внимание уделяется материалам с заявленными охлаждающими свойствами, часто содержащим функциональные добавки или волокна специального профиля.
   • Структура: Тип переплетения (кулирная гладь, интерлок, рибана, ластик, ажурные переплетения), плотность вязания (плотность по вертикали и горизонтали), толщина полотна, поверхностная плотность (г/м²).
   • Отделки: Материалы с различными видами финишных отделок, включая малосминаемые, гидрофобные, а также специальные "охлаждающие" отделки (например, основанные на принципе фазового перехода PCM, хотя это уже не чистое контактное охлаждение).
2. Готовые изделия: Трикотажные изделия, непосредственно контактирующие с кожей:
   • Футболки, топы, майки.
   • Спортивные легинсы, шорты.
   • Нижнее белье.
   • Легкие джемперы, водолазки.
   • Носки.
3. Функциональные элементы: Испытаниям могут подвергаться также зоны изделий, сконструированные из специальных материалов для усиления охлаждения в ключевых областях (спина, подмышки).

2. Область испытаний

Основные области применения результатов испытаний контактного охлаждения трикотажа:

1. Спортивная и активная одежда: Оценка способности формы отводить тепло при интенсивных физических нагрузках для предотвращения перегрева, поддержания работоспособности и комфорта спортсменов.
2. Профессиональная одежда: Тестирование спецодежды для работников горячих цехов (металлургия, стекольная промышленность, общественное питание), сотрудников МЧС, где критически важна терморегуляция.
3. Повседневная и летняя одежда: Определение уровня комфорта в условиях жаркого климата или в душных помещениях. Разработка одежды для путешествий.
4. Нижнее белье и базовые слои: Оценка терморегулирующих свойств изделий, прилегающих непосредственно к коже.
5. Контроль качества и входной контроль: Сравнение закупленных материалов с техническими требованиями и эталонными образцами.
6. Научно-исследовательские разработки: Сравнение эффективности новых волокон, структур трикотажа, пряжи и отделочных технологий в улучшении контактного охлаждения.
7. Маркетинг и потребительская информация: Обоснование заявлений об охлаждающих свойствах продукции объективными данными.

3. Методы испытаний

Существует несколько основных групп методов для оценки контактного охлаждения:

1. Физиологические испытания с участием людей:

   • Принцип: Измерение физиологических параметров испытуемых (температура кожи, потоотделение, частота сердечных сокращений, субъективное ощущение теплового комфорта) во время носки тестируемой одежды в контролируемых условиях (климатическая камера) и при выполнении стандартной физической нагрузки (ходьба/бег на беговой дорожке, велоэргометр).
   • Преимущества: Наиболее релевантные данные, отражающие реальное взаимодействие одежды, тела и окружающей среды. Учитывают субъективные ощущения.
   • Недостатки: Высокая стоимость и сложность организации; вариабельность между испытуемыми; сложность контроля всех внешних факторов; длительность.

2. Испытания с использованием тепловых манекенов:

   • Принцип: Использование сегментированных манекенов, оснащенных нагревательными элементами и датчиками температуры на поверхности, имитирующими теплообмен человеческого тела. Манекен одевают в тестируемое изделие и помещают в контролируемую среду (климатическая камера). Измеряется мощность, необходимая для поддержания заданной температуры "кожи" манекена, или фиксируется распределение температуры по ее поверхности.
   • Преимущества: Объективное измерение теплового потока; высокая воспроизводимость; возможность тестирования в широком диапазоне условий; относительная скорость по сравнению с испытаниями на людях.
   • Недостатки: Не учитывает влияние потоотделения и его испарения на охлаждение (если манекен не "потеющий"); высокая стоимость оборудования; сложность точного моделирования всех аспектов теплообмена человека.

3. Лабораторные методы на образцах материалов:

   • Измерение теплового сопротивления: Использование приборов типа "Охраняемая горячая плита" (Guarded Hot Plate, стандарты ISO 11092, ASTM D1518). Образец материала помещается между горячей плитой (имитация тела) и холодной плитой (имитация окружающей среды). Измеряется тепловой поток через образец и перепад температур для расчета теплового сопротивления (Rct). Низкое тепловое сопротивление указывает на лучшую способность к контактному охлаждению.
   • Измерение коэффициента температуропроводности (a): Определяет скорость распространения тепла через материал. Высокий коэффициент температуропроводности означает быстрое отведение тепла от точки контакта. Может измеряться методом мгновенного точечного источника тепла.
   • Измерение коэффициента теплопроводности (λ): Прямое измерение способности материала проводить тепло. Связано с тепловым сопротивлением и температуропроводностью. Также часто измеряется на приборах типа горячей плиты.
   • Термография (тепловидение): Использование инфракрасной камеры для визуализации распределения температуры на поверхности материала или изделия при контакте с нагретым объектом (например, ладонью или нагретой плитой). Позволяет оценить скорость и однородность охлаждения.
   • Преимущества: Быстрота; высокая повторяемость; низкая стоимость (относительно испытаний на людях/манекенах); возможность тестирования на стадии разработки материала.
   • Недостатки: Измеряют свойства плоского материала в идеализированных условиях, не всегда напрямую отражающие ощущения при носке готового изделия (влияние кроя, слоев, движения).

4. Испытательное оборудование

Для проведения описанных методов испытаний используется следующее оборудование:

1. Климатические камеры: Обеспечивают точный контроль температуры, относительной влажности и скорости движения воздуха во время испытаний (как на людях, так и на манекенах).
2. Терморегуляторные манекены: Сложные антропоморфные системы с подогревом и сетью датчиков температуры по поверхности тела. Могут быть цельными или сегментированными. "Потющие" манекены дополнительно оснащены системами подачи воды через пористую поверхность.
3. Приборы для измерения теплозащитных свойств:
   • Охраняемая горячая плита (аппарат типа "Sweating Guarded Hot Plate"): Основной прибор для измерения теплового сопротивления (Rct) и сопротивления паропроницанию (Ret) плоских материалов согласно стандартам.
4. Тепловизионные камеры (инфракрасные камеры): Используются для бесконтактного измерения распределения температуры на поверхности.
5. Системы сбора физиологических данных: Многоканальные регистраторы для синхронной записи температуры кожи (термопары, терморезисторы), потоотделения (кондуктометрические датчики), частоты сердечных сокращений и др. во время испытаний на людях.
6. Устройства для имитации нагрузки: Беговые дорожки, велоэргометры для создания стандартной физической активности испытуемых.
7. Специализированные датчики: Точечные датчики теплового потока, температуры и влажности для локальных измерений на образцах или изделиях.
8. Системы объективной оценки ощущений: Стандартизированные опросники и шкалы для фиксации субъективных ощущений теплового комфорта, влажности и общего комфорта испытуемых.

Заключение
Тестирование контактного охлаждения трикотажной одежды является комплексной задачей, требующей применения различных взаимодополняющих методов – от точных лабораторных измерений на образцах материалов до сложных физиологических испытаний и испытаний на тепловых манекенах. Выбор конкретной методологии зависит от цели исследований, требуемой точности, доступности ресурсов и стадии разработки продукта. Стандартизированные лабораторные методы обеспечивают воспроизводимую сравнительную оценку материалов, в то время как испытания на людях и манекенах дают наиболее полную картину реального функционирования готового изделия в условиях, имитирующих эксплуатацию. Полученные данные критически важны для разработки комфортной, функциональной одежды, отвечающей современным требованиям терморегуляции.