Оцінка теплопровідності вовняних текстильних наповнювачів для ковдр

Вступ. Для оптимізації асортименту та конструювання ковдр із заданими властивостями суттєву роль відіграє вибір наповнювача, зокрема його теплофізичні показники, які у різних матеріалів різняться між собою. Проблематика. Теплопровідність ковдр з наповнювачами протеїнового походження, зокрема вовни...

Full description

Saved in:

Bibliographic Details
Date:	2020
Main Authors:	Форостяна, Н.П., Михайлова, Г.М., Осієвська, В.В., Марчук, Н.Б.
Format:	Article
Language:	Ukrainian
Published:	Видавничий дім "Академперіодика" НАН України 2020
Series:	Наука та інновації
Subjects:	Наукові основи інноваційної діяльності
Online Access:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/184859
Tags:	Add Tag No Tags, Be the first to tag this record!
Journal Title:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Cite this:	Оцінка теплопровідності вовняних текстильних наповнювачів для ковдр / Н.П. Форостяна, Г.М. Михайлова, В.В. Осієвська, Н.Б. Марчук // Наука та інновації. — 2020. — Т. 16, № 4. — С. 36-46. — Бібліогр.: 28 назв. — укр.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-184859
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1848592022-07-25T01:26:05Z Оцінка теплопровідності вовняних текстильних наповнювачів для ковдр Форостяна, Н.П. Михайлова, Г.М. Осієвська, В.В. Марчук, Н.Б. Наукові основи інноваційної діяльності Вступ. Для оптимізації асортименту та конструювання ковдр із заданими властивостями суттєву роль відіграє вибір наповнювача, зокрема його теплофізичні показники, які у різних матеріалів різняться між собою. Проблематика. Теплопровідність ковдр з наповнювачами протеїнового походження, зокрема вовни овечої, верблюжої, кашемірової, практично не вивчена. Контроль та вимірювання зазначеного показника дозволить в перспективі оптимізувати вибір матеріалу під час проєктування постільних виробів з об’ємними наповнювачами, зокрема ковдр. Мета. Оцінка теплопровідності текстильних виробів з різними типами наповнювачів. Матеріали й методи. Об’єктом дослідження слугували зразки наповнювачів різного волокнистого складу — овечої, верблюжої, кашемірової вовни. Експериментальні дослідження було проведено в лабораторіях Київського національного торговельно-економічного університету з використанням модуля «Теплота » багатофункціонального вимірювального модульного пристрою «МІG-1.3». Фотографії наповнювачів зроблено на універсальному вимірювальному комп’ютерному приладі із роздільною здатністю 600 пікселів. Результати. Мікроскопічні дослідження волокон показали, що щільність наповнювачів є різною, а отже й маса повітря в них та, відповідно, маса самих волокон наповнювачів різниться між собою, що в результаті впливає на теплопровідність матеріалу. За отриманими даними сформовано ряд наповнювачів за зменшенням їхньої теплопровідністі: вовна верблюжа → вовна овеча → вовна кашемірова → поліефірне волокно. Висновки. Отримані результати показали, що найбільш ефективним щодо теплозбереження є наповнювач з верблюжої вовни, тоді як поліефірне волокно має показник теплопровідності у 2,2 рази нижчий, що варто враховувати при формуванні теплозахисних властивостей постільних виробів з об’ємними наповнювачами, зокрема ковдр, з метою оптимізації асортименту останніх. Introduction. The significant role in optimization of assortment and designing of blankets with given properties belongs to the choice of the filler, in particular to its thermophysical parameters, which differ in different materials. Problems. Thermal conductivity of blankets with fillers of protein origin in particular sheep’s wool, camel wool, cashmere wool has not studied enough. Control and measurement of the specified indicator will optimize the choice of materials during the design of bedding products with volumetric fillers, specifically blankets. Purpose. Estimation of thermal conductivity of different types fillers. Materials and Methods. Samples of fillers of different fiber composition (sheep’s wool, camel wool, cashmere wool) were the objects of the study. Experimental researches were carried out in Kyiv National University of Trade and Economics laboratories using the module “Heat” of the multi-functional measuring module device MIG—1.3. The photos of the fillers were made using universal measuring computer with resolution of 600 pixels. Results. Microscopic studies of the fibers have shown that the density of the fillers is different, and the mass of air in them and, accordingly, the mass of the filler fibers themselves differ, that in a result affect the thermal conductivity of the material. According to the obtained data, a number of fillers were formed according to their thermal conductivity: camel wool → sheep wool → cashmere wool → polyester fiber. Conclusions. The results showed that the most effective in terms of heat saving is a filler made of camel wool, while polyester fiber has a thermal conductivity in 2.2 times lower. It should be taken into account forming the heat-protective properties of bedding with bulky fillers, including blankets, with the aim of optimization of their range. 2020 Article Оцінка теплопровідності вовняних текстильних наповнювачів для ковдр / Н.П. Форостяна, Г.М. Михайлова, В.В. Осієвська, Н.Б. Марчук // Наука та інновації. — 2020. — Т. 16, № 4. — С. 36-46. — Бібліогр.: 28 назв. — укр. 1815-2066 DOI: doi.org/10.15407/scin16.04.036 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/184859 uk Наука та інновації Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Ukrainian
topic	Наукові основи інноваційної діяльності Наукові основи інноваційної діяльності
spellingShingle	Наукові основи інноваційної діяльності Наукові основи інноваційної діяльності Форостяна, Н.П. Михайлова, Г.М. Осієвська, В.В. Марчук, Н.Б. Оцінка теплопровідності вовняних текстильних наповнювачів для ковдр Наука та інновації
description	Вступ. Для оптимізації асортименту та конструювання ковдр із заданими властивостями суттєву роль відіграє вибір наповнювача, зокрема його теплофізичні показники, які у різних матеріалів різняться між собою. Проблематика. Теплопровідність ковдр з наповнювачами протеїнового походження, зокрема вовни овечої, верблюжої, кашемірової, практично не вивчена. Контроль та вимірювання зазначеного показника дозволить в перспективі оптимізувати вибір матеріалу під час проєктування постільних виробів з об’ємними наповнювачами, зокрема ковдр. Мета. Оцінка теплопровідності текстильних виробів з різними типами наповнювачів. Матеріали й методи. Об’єктом дослідження слугували зразки наповнювачів різного волокнистого складу — овечої, верблюжої, кашемірової вовни. Експериментальні дослідження було проведено в лабораторіях Київського національного торговельно-економічного університету з використанням модуля «Теплота » багатофункціонального вимірювального модульного пристрою «МІG-1.3». Фотографії наповнювачів зроблено на універсальному вимірювальному комп’ютерному приладі із роздільною здатністю 600 пікселів. Результати. Мікроскопічні дослідження волокон показали, що щільність наповнювачів є різною, а отже й маса повітря в них та, відповідно, маса самих волокон наповнювачів різниться між собою, що в результаті впливає на теплопровідність матеріалу. За отриманими даними сформовано ряд наповнювачів за зменшенням їхньої теплопровідністі: вовна верблюжа → вовна овеча → вовна кашемірова → поліефірне волокно. Висновки. Отримані результати показали, що найбільш ефективним щодо теплозбереження є наповнювач з верблюжої вовни, тоді як поліефірне волокно має показник теплопровідності у 2,2 рази нижчий, що варто враховувати при формуванні теплозахисних властивостей постільних виробів з об’ємними наповнювачами, зокрема ковдр, з метою оптимізації асортименту останніх.
format	Article
author	Форостяна, Н.П. Михайлова, Г.М. Осієвська, В.В. Марчук, Н.Б.
author_facet	Форостяна, Н.П. Михайлова, Г.М. Осієвська, В.В. Марчук, Н.Б.
author_sort	Форостяна, Н.П.
title	Оцінка теплопровідності вовняних текстильних наповнювачів для ковдр
title_short	Оцінка теплопровідності вовняних текстильних наповнювачів для ковдр
title_full	Оцінка теплопровідності вовняних текстильних наповнювачів для ковдр
title_fullStr	Оцінка теплопровідності вовняних текстильних наповнювачів для ковдр
title_full_unstemmed	Оцінка теплопровідності вовняних текстильних наповнювачів для ковдр
title_sort	оцінка теплопровідності вовняних текстильних наповнювачів для ковдр
publisher	Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
publishDate	2020
topic_facet	Наукові основи інноваційної діяльності
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/184859
citation_txt	Оцінка теплопровідності вовняних текстильних наповнювачів для ковдр / Н.П. Форостяна, Г.М. Михайлова, В.В. Осієвська, Н.Б. Марчук // Наука та інновації. — 2020. — Т. 16, № 4. — С. 36-46. — Бібліогр.: 28 назв. — укр.
series	Наука та інновації
work_keys_str_mv	AT forostânanp ocínkateploprovídnostívovnânihtekstilʹnihnapovnûvačívdlâkovdr AT mihajlovagm ocínkateploprovídnostívovnânihtekstilʹnihnapovnûvačívdlâkovdr AT osíêvsʹkavv ocínkateploprovídnostívovnânihtekstilʹnihnapovnûvačívdlâkovdr AT marčuknb ocínkateploprovídnostívovnânihtekstilʹnihnapovnûvačívdlâkovdr
first_indexed	2025-07-16T05:21:13Z
last_indexed	2025-07-16T05:21:13Z
_version_	1837779674170654720
fulltext	36 https://doi.org/10.15407/scin16.04.036 н.п. ФОрОстянА, Г.м. михАйлОвА, в.в. ОсІєвсьКА, н.Б. мАрЧуК Київський національний торговельно-економічний університет, вул. Кіото, 19, Київ, 02156, Україна, +380 44 513 8172, ktms@knute.edu.ua оцІнка теплопровІдностІ вовняних текстильних наповнювачІв для ковдр цитування: Форостяна Н.п., михайлова Г.м., Осієвська в.в., марчук Н.Б. Оцінка теплопровідності вовняних текстильних наповнювачів для ковдр. Nauka innov. 2020. т. 16, № 4. с. 36—46. https://doi. org/10.15407/scin16.04.036 Вступ. Для оптимізації асортименту та конструювання ковдр із заданими властивостями суттє- ву роль відіграє вибір наповнювача, зокрема його теплофізичні показники, які у різних матеріалів різ- няться між собою. Проблематика. Теплопровідність ковдр з наповнювачами протеїнового походження, зокрема вовни овечої, верблюжої, кашемірової, практично не вивчена. Контроль та вимірювання зазначеного показника дозволить в перспективі оптимізувати вибір матеріалу під час проєктування постільних виробів з об’ємними наповнювачами, зокрема ковдр. Мета. Оцінка теплопровідності текстильних виробів з різними типами наповнювачів. Матеріали й методи. Об’єктом дослідження слугували зразки наповнювачів різного волокнистого складу — овечої, верблюжої, кашемірової вовни. Експериментальні дослідження було проведено в лабора- торіях Київського національного торговельно-економічного університету з використанням модуля «Теп лота» багатофункціонального вимірювального модульного пристрою «МІG-1.3». Фотографії напо- внювачів зроблено на універсальному вимірювальному комп’ютерному приладі із роздільною здатністю 600 пікселів. Результати. Мікроскопічні дослідження волокон показали, що щільність наповнювачів є різною, а отже й маса повітря в них та, відповідно, маса самих волокон наповнювачів різниться між собою, що в результаті впливає на теплопровідність матеріалу. За отриманими даними сформовано ряд наповню- вачів за зменшенням їхньої теплопровідністі: вовна верблюжа → вовна овеча → вовна кашемірова → по- ліефірне волокно. Висновки. Отримані результати показали, що найбільш ефективним щодо теплозбереження є напов- нювач з верблюжої вовни, тоді як поліефірне волокно має показник теплопровідності у 2,2 рази нижчий, що варто враховувати при формуванні теплозахисних властивостей постільних виробів з об’ємними на- повнювачами, зокрема ковдр, з метою оптимізації асортименту останніх. К л ю ч о в і с л о в а: ковдра, вовна овеча, вовна верблюжа, вовна кашемірова, волокно поліефірне, тепло- провідність. ISSN 1815-2066. Nauka innov. 2020. 16(4) Оцінка теплопровідності вовняних текстильних наповнювачів для ковдр ISSN 1815-2066. Nauka innov. 2020. 16 (4) 37 Організм людини є саморегулюючою систе- мою з внутрішнім джерелом тепла, в якому в нормальних умовах кількість продукованого тепла — теплопродукція — відповідає кількос- ті тепла, що віддається в зовнішнє середови- ще, — тепловіддачі. теплова рівновага між ор- ганізмом людини й навколишнім середови- щем відповідає умовам комфорту [1]. якщо теплопродукція організму дорівнює тепловід- дачі, то температура тіла людини залишається сталою. характерною рисою організму люди- ни, як і всіх теплокровних тварин, є підтримка постійності температури тіла незалежно від температурних умов зовнішнього середовища. сукупність фізіологічних процесів, що під- тримують температуру тіла на постійному рів- ні та обумовлені діяльністю центральної нер- вової системи, називається терморегуляцією [2]. таким чином, організм людини є саморе- гульованою системою, в якій кількість утворе- ного тепла дорівнює кількості тепла відданого в навколишнє середовище. Основним призначенням ковдр у побуті є захист організму людини від впливу неком- фортних низьких температур. саме ковдра створює для людини штучно регульований мік- роклімат, який, знижуючи тепловтрати орга- нізму, забезпечує сприятливі умови для під- тримання постійної температури тіла. ковдра, будучи бар’єром, що ізолює організм людини від нижчих температур середовища, зберігає тепловий баланс організму людини та запобі- гає зайвій тепловтраті. Останнім часом у світі спостерігається тен- денція широкого використання споживачами текстильних виробів із натуральної сировини, яка є екологічною та безпечною для споживача. Для оптимізації асортименту та конструюван- ня ковдр із заданими властивостями основну роль відіграє вибір наповнювача, зокрема його теплофізичні показники. Значну частку реалі- зації на світовому ринку становлять ковдри з наповнювачами з вовни [3, 4]. разом з тим, теп- лофізичні показники різних типів вовни — овечої, верблюжої, кашемірової, відрізняють- ся між собою. Існують роботи щодо теплофізичних влас- тивостей різноструктурних матеріалів для ви- готовлення товарів широкого вжитку. вчені приділяють значну увагу розробці методів оцінки та вимірювання теплофізичних показ- ників нетканих текстильних матеріалів, які використовуються як утеплювачі для готового одягу [5, 6], розробці методів та дослідженню впливу пористості, вологи й тиску на тепло- провідність тканин [7, 8], дослідженню теп- лозахисних властивостей та розрахунку неви- значеності властивостей трикотажних поло- тен [9, 10], теплопровідності голкопробивних нетканих текстильних матеріалів із термостій- ких волокон [11]. Низка вчених застосовують сучасний математичний апарат для моделю- вання температури тіла людини при зовніш- ніх температурних впливах [12], здійснюють моделювання перенесення тепла крізь текс- тильний матеріал [13]. Багато наукових робіт присвячено удосконаленню методів і засобів контролю фізичних параметрів, зокрема й для текстильних матеріалів [14, 15]. Дослідження теплофізичних явищ для шкі- ряних та полімерних матеріалів через оцінку термодеструкції дозволяють встановити струк- турні перетворення та спрогнозувати функціо- нальні властивості готових виробів [16—18], що може бути доречним і для оцінювання влас- тивостей текстильних наповнювачів. Особливої уваги заслуговують досліджен ня щодо термічного опору та теплового розрахун- ку стьобаних ковдр [1] та дослідження дефор- мації, об’ємності волокон наповнювачів по ду- шок, стьобаних ковдр під дією тиску з оцінкою теплозахисних властивостей [19]. є низка пуб - лікацій, присвячених дослідженню теплоза- хисних властивостей ковдр, оцінених за до- помогою сумарного теплового опору [20—22]. поряд з цим, дослідження теплопровіднос- ті ковдр з натуральними наповнювачами тва- ринного походження — вовни овечої, верблю- жої, кашемірової, мають фрагментарний ха- рактер та практично не виконувалися. метою роботи було оцінювання теплопро- відності текстильних наповнювачів з різних н.п. Форостяна, Г.м. михайлова, в.в. Осієвська, н.Б. марчук 38 ISSN 1815-2066. Nauka innov. 2020. 16 (4) типів вовни. контроль та вимірювання цих ха- рактеристик дозволить в перспективі оптимі- зувати вибір матеріалів під час проєктування постільних виробів з об’ємними наповнювача- ми, зокрема ковдр. Об’єктом дослідження слугували зразки на- повнювачів різного волокнистого складу — ове- ча, верблюжа, кашемірова вовна та полі ефір- не волокно. Для порівняльного аналізу було визначено теплофізичні характеристики (тФх) цих зразків. Дослідні зразки було виготовлено на потужностях тОв «Герд Біллербек Гмбх» (київ, Україна). Оскільки температурний режим простору між тілом людини та ковдрою забезпечується рівнем теплозахисних властивостей остан- ньої, на рис. 1 наведено класифікацію влас- тивостей ковдр як елемента зв’язку з навко- лишнім середовищем. Для детальної класифікації теплозахисних властивостей постільних виробів з об’ємними наповнювачами, зокрема ковдр, доцільно по- дати її у вигляді ієрархічної системи підмно- жини. цю систему побудовано з урахуванням закономірних зв’язків та наукових принципів і правил систематики. відомо, що для позначення підмножин, або рівнів класифікації, використовують різні так- сономічні категорії: клас, група, вид тощо, а на- лежність об’єктів класифікації до тієї чи іншої категорії здійснюється за певними ознаками. теплофізичні характеристики є важливими для ковдр, оскільки наповнювачі різного во- локнистого складу характеризуються різними фізичними властивостями, різняться між со- бою не лише структурою природного мате- ріалу (вовни), а й кількістю повітря між його волокнами. кількість останнього впливає на теп лопередачу матеріалу та на його термічний опір вцілому. поверхнева густина, повітропроникність та відносний сумарний тепловий опір наповнюва- чів ковдр визначали в лабораторії аналітичних досліджень і випробувань продукції нау ково- технічного центру підтвердження відповіднос- ті, стандартизації та випробувань продукції легкої промисловості й засобів індивідуально- го захисту Дп «Укрметртестстандарт» (київ, Україна). Фотографії наповнювачів зроблено в лабораторії київського національного торго- вельно-економічного університету (київ, Ук- раї на) фотометричним методом із викорис- танням мікроскопів мпБ-2, MG 10085-1А із роздільною здатністю 600 пікселів та програм- ного забезпечення Micro-Measure. мікроско- пічні дослідження зразків текстильних напов- нювачів для ковдр проілюстровано на рис. 2. Довжина текстильних волокон може варію- вати в межах 20—150 мм. Натуральні волокна мають обмежену довжину, наприклад, бавов- на — 6—51 мм, льон — 250—1000 мм, вовна — 10—250 мм, натуральний шовк — 400—1000 мм [23]. Щодо синтетичних волокон, то їх можна отримувати необмеженої довжини у вигляді Рис. 1. класифікація функціональних властивостей ковдр клАс властивості, що задовольняють матеріальні потреби людини пІДклАс властивості ковдр, що задовольняють гігієнічні потреби людини ГрУпА властивості, що задовольняють температурний режим пІДГрУпА тепловий опір — теплопередача виД пІДвиД конвекція повітря теплопровідність ковдр питомий тепловий опір коефіцієнт теплопередачі коефіцієнт теплопровідності сумарний тепловий опір Оцінка теплопровідності вовняних текстильних наповнювачів для ковдр ISSN 1815-2066. Nauka innov. 2020. 16 (4) 39 текстильних ниток або у вигляді штапелю — відрізків ниток завдовжки 40—150 мм [20]. За допомогою мікроскопічних досліджень було визначено товщину волокон. так, волокна вовни кашемірової мають товщину 0,0333 ± ± 0,00202 мм, овечої —0,0506 ± 0,00380 мм, верблюжої — 0,0178 ± 0,00212 мм, поліефірне волокно має товщину 0,0372 ± 0,0015 мм. Для вовни різниця розмірів волокон залежно від походження коливається від 2 до 11 %, а для по ліефірного волокна — від 1 до 4%. мікроскопічний аналіз показує, що для на- повнювачів з верблюжої вовни характерним є щільне упакування волокон. У зразках ковдр наявні волокна різних розмірів, а дрібні та круп- ні проміжки між ними заповнені повітрям. Для зразків з вовни овечої (рис. 2, а), кашемірової (рис. 2, б) та поліефірного волокна (рис. 2, г) характерним є наявність волокон практично ідентичного розміру. Зазначені наповнювачі мають різну щільність, а, відповідно, й різну ма- су утримуваного в них повітря. власне повітря й відіграє ключову роль в теплопровідності та теплоємності досліджуваних зразків. Загаль- новідомо, що повітря є поганим провідником тепла, проте, якщо рухливість повітряної маси є досить значною, то його теплопередача буде вагомою величиною. волокна наповнювача теж мають різний характер теплопередачі, який за лежить від молекулярної будови волокна, а точніше від його молекулярних зв’язків. Адже тепло, як міра середньої кінетичної енергії мо- лекул, характеризує коливальні процеси мо- лекулярної системи. крім того, на швидкість теплопередачі впливає вологість повітряного прошарку, що є змінною величиною та зале- жить від фізіологічного стану людини, її фізич- ного навантаження, вологості навколишнього середовища та інших факторів. визначення теплофізичних характеристик сировини є досить складним та трудомістким процесом. тому актуальним завданням є роз- робка нових чи вдосконалення наявних мето- дів з використанням комп’ютерних технологій, що дозволяють автоматизувати процес прове- дення досліджень зі збереженням цілісності досліджуваних об'єктів, підвищити точність та оперативність обробки експериментальних да- них. До таких пристроїв належить багатофунк- ціональний модульний вимірювальний прист- Рис. 2. структура наповнювачів ковдр, ×600: а — вовна овеча; б — вовна кашемірова; в — вовна верблюжа; г — по- ліефірне волокно а б в г Рис. 3. схема модуля «теплота» в розрізі: 1 — товс то- с тінний циліндр; 1.1 — рухомий поршень; 1.2 — ізо ляція; 1.3 — зовнішній циліндр виготовлений з пластику; 2 — досліджуваний зразок; 3 — динамометр; 4 — система тер- модатчиків; 5 — вимірювальна лінійка заповнення модуля 3 5 1 1.3 1.1 1.2 2 4 н.п. Форостяна, Г.м. михайлова, в.в. Осієвська, н.Б. марчук 40 ISSN 1815-2066. Nauka innov. 2020. 16 (4) рій (БФмвп) MiG—1.3, на якому й було про- ведено експериментальні дослідження тепло- провідності текстильних наповнювачів для ковдр. Дослідження виконували в лабораторіях київського національного торговельно-еконо- мічного університету методом нагрівання (охо- лодження) з використанням модуля «тепло- та» пристрою «мІG—1.3» [24] (рис. 3). Часо- вий інтервал фіксування показників становить 0,01 с, температурний — 0,01 °с, діапазон де- формуючої сили — від 5 мН до 5 Н (визначали за необхідності експерименту). Отримані екс- периментальні дані відображаються на екрані персонального комп’ютера в реальному часі, де під час дослідження можна виконати фото- графування екрану. результуючий масив да- них накопичується в робочих файлах, які екс- портуються до програми MS Excel (рис. 4). модуль «теплота» пристрою «мІG—1.3» можна використовувати для дослідження різ- ноструктурних матеріалів [24]. конструкція модуля передбачає підключення нагрівально- го (охолоджувального) елемента знизу моду- ля, де його дно має з’ємну ізоляцію. Для ви- значення теплофізичних характеристик напо- внювачів ковдр використовували методику «метод двох температурно-часових інтерва- лів» [25]. система датчиків модуля «теплота» в реальному часі в межах одного експеримен- ту знімають покази зміни температури в камері-нагрівнику M1 та теплоприймача В за принципом буферної зони. Для визначення теплофізичних характерис- тик наповнювачів ковдр було проведено серію експериментальних досліджень щодо зміни температури охолодження (нагрівання) ковдр з натуральними та синтетичними текстильни- ми наповнювачами (рис. 5). як видно, всі зразки в робочій камері одно- часно починають охолоджуватися. при цьому вони мають рівну питому масу (m/V) та різні початкові температури. У камері під час зни- ження температури теплова рівновага між ка- мерою та зразком порушується й відбувається тепловіддача зразків з градієнтом температур, спрямованим в бік зразка — текстильного на- повнювача. За розрахунками для зниження температури у камері до 0 °с необхідно від системи відвести 258 кДж теплоти; за графі- ком цей процес триває 1000 с. Для оптимізації вибору досліджуваних тек- стильних наповнювачів було побудовано від- повідну гістограму швидкості їхнього охоло- дження (рис. 6). Рис. 4. Зовнішній вигляд БФвмп «MiG—1.3»: 1 — блок управління системою датчиків модуля «теплота»; 2 — термодатчики (підключені на вхід 1, 2, 3, 4); 3 — датчик контролю температури та вологості в робочій камері; 4 — термошафа з датчиками керування температурою й режимами розігріву шафи; 5 — дисплей комп’ютера, що відображає графічні залежності зміни температури в ро- бочій камері та зразках 1 2 3 4 5 Таблиця 1. Математичні рівняння зміни температури тип наповнювача рівняння коефіцієнт кореляції вовна верблюжа Т = –4 × 10–6 t 2 – 0,0055 t + 21,558 R2 = 0,9947 вовна овеча Т = –1 × 10–6 t 2 – 0,0137 t + 22,626 R2 = 0,9946 вовна кашемірова Т = –0,7 × 10–6 t 2 – 0,0151 t + 19,135 R2 = 0,9985 поліефірне волокно Т = –2,2 × 10–6 t 2 – 0,751 t + 13,254 R2 = 0,9874 Оцінка теплопровідності вовняних текстильних наповнювачів для ковдр ISSN 1815-2066. Nauka innov. 2020. 16 (4) 41 швидкість досягнення температури 0 °с для кожного текстильного наповнювача різна. Чим меншою є швидкість охолодження, тим довше текстильний наповнювач тримає тепло всере- дині, чим повільніше він охолоджується, тим повільніше він і нагрівається. плавність тако- го процесу забезпечує комфорт для тіла люди- ни, яка вкривається ковдрою. відповідно до отриманих результатів дослідження, найкра- щим наповнювачем для ковдри є верблюжа вовна, на другому місці — наповнювачі з ове- чої вовни, на третьому — з кашемірової вовна та синентичного волокна. математично цей про цес описується такими рівняннями: де Т — температура, °с; t — час, с (табл. 1). як видно з рівнянь, зміна температури з ча- сом для наповнювачів описується рівняннями другого порядку, тобто характер проникнення теплового поля в зразки, як і їхні теплофізичні характеристики, повинні бути близькими один до одного. З точки зору теплофізики та нульового на- чала термодинаміки, тепло передається від більш нагрітого тіла до менш нагрітого. Для ковдр з різних наповнювачів однією з основ- них теплофізичних властивостей є температу- ропровідність а, яка характеризує швидкість зміни теплового поля в зразку та залежить від коефіцієнту теплопровідності λ, питомої теп- лоємності с та об’ємної маси m матеріалу, а та- кож визначає швидкість та рівномірність про- грівання матеріалів [6]. визначення коефіцієнта температуропро- відності а для наповнювачів виконували ме- тодом двох температурно-часових інтервалів. Рис. 5. Зміна температури в зоні охолодження (І) та в зоні нагрівання (ІІ): вхід 1 — волокно поліефірне; вхід 2 — вовна кашемірова; вхід 3 — вовна верблюжа; вхід 4 — камера Рис. 6. ранжування досліджуваних наповнювачів за швид- кістю їхнього охолодження Ш ви дк іс ть о хо ло дж ен ня , с 0 0,002 0,004 0,006 0,008 0,01 0,012 0,014 0,016 Вовна кашемірова Вовна овеча Вовна верблюжа Вовна поліефірне камера волокно поліефірне вовна кашемірова вовна верблюжа н.п. Форостяна, Г.м. михайлова, в.в. Осієвська, н.Б. марчук 42 ISSN 1815-2066. Nauka innov. 2020. 16 (4) суть методу полягає в тому, що теплота, виді- лена нагрівником М1 (рис. 7) поглинається текстильним матеріалом А і передається теп- лоприймачу В. За швидкістю нагрівання чи охолодження виробів й визначають теплофі- зичні характеристики матеріалів. Фіксування температурно-часових кривих у модулі «теп- лота» виконують чотири термодатчики. За по- треби існує можливість реєстрації зміни тем- ператури в кожному шарі досліджуваного зразка. відповідно до методики досліджува- ний зразок відіграє роль буферної зони, тому для дослідження достатньо двох підключених термодатчиків. За методикою двох температурно-часових інтервалів розрахунок коефіцієнта температу- ропровідності виконано за формулою: a = , (1) де h — товщина зразка, м; y — інтервал темпе- ратури, °с; τ — інтервал часу, с. Інтервали часу й температури визначено за отриманими температурно-часовими криви- ми графічно, як зазначено на рис. 8. Для цього необхідно провести ізотермічну пряму — пряму рівної температури значення рівних температур (наприклад, 15 °с) у кри- вих А1 та А2 відносно кривої М1. На перетині з кривими отримуємо точки, за якими визнача- ємо інтервал часу зміни температури до вказа- них значень. За графічними даними розрахо- вуємо швидкість охолодження та нагрівання наповнювачів ковдр. Отримані значення коефіцієнта температу- ропровідності ковдр з різними текстильними наповнювачами подано в табл. 2. Наступним етапом досліджень було вста- новлення зміни питомої теплоємності матері- алу від температури, оскільки теплоємність є однією з основних тФх матеріалу, яка вказує скільки енергії (теплоти) потрібно надати ма- теріалу масою 1 кг, щоб змінити його темпера- туру на 1 °с. визначення питомої теплоємності викона- но відповідно до рівняння теплового балансу. кількість тепла, що надходить від нагрівника Таблиця 2. Розрахований коефіцієнт температуропровідності наповнювачів для ковдр тип наповнювача коефіцієнт температуропровідності, а, · 10–8 м2/с поверхнева густина, г/м2 повітропро- никність, дм3/м2 с відносний сумарний тепловий опір, м2 °с/вт вовна верблюжа 3,535 ± 0,287 540 27,7 0,327 вовна овеча 3,828 ± 0,122 477 28,7 0,321 вовна кашемірова 4,105 ± 0,305 527 27,5 0,292 поліефірне волокно 7,031 ± 0,036 536 31,7 0,278 Рис. 7. схема процесу фіксування двох температурно- часових інтервалів: М1 — нагрівач; А — досліджуваний зразок; В — теплоприймач; t1 — термодатчик 1; t2 — тер- модатчик 2 модуля «теплота» B А t2 Зчитуючий пристрій БФмвп MiG–1.3 t1M1 Рис. 8. температурно-часові інтервали для визначення коефіцієнта температуропровідності наповнювачів: М1 — нагрівник; А1 — поліефірне волокно; А2 — вовна верблюжа Те мп ер ат ур а, °С –5 0 0 5 10 15 20 200 400 600 800 1000 1200 1400 Час охолодження, с 25 М1 А1 А2 h2 4y2 τ Оцінка теплопровідності вовняних текстильних наповнювачів для ковдр ISSN 1815-2066. Nauka innov. 2020. 16 (4) 43 повністю передається досліджуваному зразку (завдяки конструкційному рішенню MiG—1.3). кількість теплоти, виділену нагрівником, ви- значаємо за законом Джоуля-ленца — IU∆t, вона нагріває текстильний наповнювач (cm∆t′); з іншого боку, процес нагрівання залежить від теплофізичних характеристик зразків, що опи- сується законом Фур’є (l/s (tст1 — tст2)), тобто маємо відповідне рівняння: IU∆t = cm∆t′ = l/s (tст1 — tст2), (2) де I — струм, А; U — напруга, в; ∆t — час робо- ти нагрівача, с; с — питома теплоємність мате- ріалу, Дж/кг · °с; m — маса досліджуваного зразка, кг; ∆t’= (tст1 — tст2) — зміна температури зразка, °с; tст1 — температура у стику нагрівач- зразок (М1А), °с; tст1 — температура у зоні сти- кання зразок-теплоприймач (АВ), °с. За літературними даними [26] питомі теп- лоємності чистої овечої та кашемірової вовни знаходиться в межах 2600 ± 352 Дж/(кг · °с). експериментальними дослідженнями вказа- них зразків отримано функціональні залеж- ності зміни питомої теплоємності від темпе- ратури: совеча = —68,775t +3478,1, R2 = 0,94, скашемірова = —96,54t +3583,5, R2 = 0,95. (3) Отримані залежності є лінійними. при низь- ких температурах (нижче 0 °с) теплоємність зрос- тає, а з підвищенням температури — знижуєть- ся. Наприклад, при 0 °с теплоємність напов ню- вача з вовни овечої становить 3478,1 Дж/кг · °с, вовни кашемірової — 3583,5 Дж/кг · °с. при збіль- шенні температури до 20 °с теплоєм ність на- повнювачів становить 3340,6 та 3390,4 Дж/кг · °с відповідно. Отримані значення теплоємності для наповнювачів було використано для роз- рахунку їхніх коефіцієнтів теплопровідності. Значення питомої теплоємності наповнювачів та її залежність від температури середовища є важливим фактором для розрахунку геомет- ричних параметрів ковдр, товщини наповню- вача, його термічного опору, повітро- та водо- проникності. маючи експериментальні дані зміни темпе- ратури в камері та в зразку, можемо розраху- вати коефіцієнт теплопровідності матеріалу. він є важливою теплофізичною характеристи- кою текстильного матеріалу. Значення тепло- провідності порівнювалися з табличними да- ними, що наведені в різних літературних дже- релах [27, 28]. варто зазначити, що ці дані наведено для власне текстильного волокна або для тканих полотен. Для текстильних матеріалів величина теплопровідності знаходиться в межах 0,033— — 0,040 вт/м · °с, а для повітря — 0,020 вт/м · °с. коефіцієнти теплопровідності різних видів на- повнювачів для ковдр наведено в табл. 3. Оскільки ковдра з об’ємним наповнюва- чем не є однорідним матеріалом, а являє со- бою сис тему зі значної кількості волокон, від- далених один від одного порами різної форми та розмі рів, що заповнені повітрям. саме тому експериментально визначене значення кое фі- цієн та теплопровідності є дещо вищим за таб- личні дані. За допомогою математичного моделювання доцільно спроєктувати необхідні властивості текстильних наповнювачів ковдр, а саме підіб- рати товщину виробу, склад наповнювача для необхідного температурного режиму. Наприк- лад, графічну залежність коефіцієнта тепло- провідності наповнювача вовни овечої від тем- ператури під час охолодження (з високим кое- фіцієнтом достовірності) показано на рис. 9. як видно з графіка, при температурі 11—13 °с спостерігається стабілізація теплопровідності Таблиця 3. Теплопровідність текстильних наповнювачів для ковдр тип наповнювача коефіцієнт теплопровідності, λ, вт/(м·°с) (експеримен- тальний) коефіцієнт теплопровідності, λ, вт/(м·°с ) (табличний) вовна верблюжа 0,04140 – вовна овеча 0,05708 0,03–0,05 вовна кашемірова 0,08640 – поліефірне волокно 0,09130 0,05 н.п. Форостяна, Г.м. михайлова, в.в. Осієвська, н.Б. марчук 44 ISSN 1815-2066. Nauka innov. 2020. 16 (4) і ця зміна є незначною. Отже, охолодження, а відповідно й нагрівання зразка, відбувається плавно, людина відчуває більший комфорт, ніж тоді, коли наповнювачем є поліефірне тек- стильне волокно (рис. 10). Нерівномірність графіка, стрибкоподібне від- творення зміни коефіцієнта теплопровідності говорить про нестабільні теплофізичні харак- теристики теплового поля, про його неодно- рідність, що воно має момент накопичення теп- лової енергії в середині наповнювача і дуже складний характер теплопровідності. Накопи- чення додаткової теплової енергії та вологи в зразку приводить до дискомфорту. З графіків видно, що при зниженні темпе- ратури коефіцієнт теплопровідності для вов- ни становить 0,116 вт/(м·°с), а при темпера- турі 20 °с становить 0,0375 вт/(м · °с). Для поліефірного волокна при низьких темпера- турах коефіцієнт теплопровідності становить 0,150 вт/(м · °с), а при температурі 20 °с — 0,278 вт/(м · °с). Беззаперечним є те, що теплопровідність текстильного наповнювача є однією з основ- них функціональних властивостей ковдр, які призначені для захисту організму людини від впливу навколишнього середовища. Отже, контроль та вимірювання теплопро- відності текстильних наповнювачів дозволить в перспективі оптимізувати вибір їх під час проєктування постільних виробів з об’ємними наповнювачами, зокрема ковдр. результати оцінки теплопровідності тек- стильних наповнювачів, що використовують- ся для виготовлення ковдр, дозволяє з висо- ким ступенем достовірності констатувати низ- ку тверджень. 1. в умовах відносно спокійного повітря з невисокою відносною вологістю визначаль- ним фактором теплопровідності натуральних та хімічних текстильних наповнювачів для ковдр є волокнистий склад, мікроструктура текстильного наповнювача та характер утри- мання повітря. 2. враховуючи експериментально отримані дані, можна сформувати ряд за теплопровід- ністю натуральних білкових та хімічних тек- стильних наповнювачів: вовна верблюжа → вов- на овеча → вовна кашемірова → поліефірне волокно. 3. Найменше значення серед натуральних протеїнових текстильних наповнювачів має во лок но вовни верблюжої із значенням тепло- провідності 0,04140 ккал/м год град. Отримані дані теплопровідності натураль- них білкових волокон необхідно враховувати при формування теплозахисних властивостей постільних виробів з об’ємними наповнювача- ми, зокрема ковдр, для оптимізації асорти- менту та задоволення потреб споживачів. Рис. 9. Залежність коефіцієнта теплопровідності вовни овечої від зміни температури під час охолодження Ко еф іц іє нт те пл оп ро ві дн ос ті , В т/ (м *С ) 0 0,01 0 0,02 0,03 0,04 0,05 7 9 11 13 15 17 19 21 Температура камери, °С 0,06 0,07 Рис. 10. Залежність коефіцієнта теплопровідності полі- ефірного волокна від зміни температури під час охо- лодження Ко еф іц іє нт т еп ло пр ов ід но ст і, В т/ мк 0 0,05 0,1 0,15 0,02 0,25 –5 0 5 10 15 20 Температура в камері, °С 0,03 0,35 y = 4e-07x6 — 3e-05x3 + 0.0011x4 — 0.019x2 + + 0.1747x2 — 0.831x + 1.6016 y = 1e-07x6 — 5e-06x3 +7e-05x4 — 9e-05x3 — — 0.0028x2 + 0.009x — 0.2108 R2 = 0.95 R2 = 0.8572 Оцінка теплопровідності вовняних текстильних наповнювачів для ковдр ISSN 1815-2066. Nauka innov. 2020. 16 (4) 45 списОк лІтерАтУри 1. разбродин А.в. исследование термического сопротивления и тепловой расчет стеганных одеял с различными наполнителями: дис. канд. техн. наук: 05.19.02. москва, 2006. 265 с. 2. склянников в.п. Потребительные свойства текстильных товаров. москва: Экономика, 1982. 160 с. 3. Галько с., михайлова Г., Осієвська в. світовий ринок товарів: ковдри і пледи. Легка промисловість. 2017. № 1. с. 45—47. 4. Галько с., михайлова Г., Осієвська в. світовий ринок ковдр і пледів. Товари і ринки. 2017. № 1. с. 5—15. 5. Боева-кашлова Г. исследование теплофизических характеристик двухкомпонентных нетканых материалов. То- вари і ринки. 2009. № 1. с. 104—109. 6. соколовская т.с. разработка методов оценки и измерения теплофизических показателей нетканых текстильных материалов: автореф. дис. канд. техн. наук: 05.19.01. москва, 2008. 16 с. 7. суходольский м.А., исаев в.в. исследование влияния пористости на теплопроводность тканей. Текстильная промышленность. 2007. с. 43—47. 8. Бессонова Н.Г. разработка методов и исследование теплофизических свойств текстильных материалов и пакетов при действии влаги и давления: автореф. дис. канд. техн. наук: 05.19.01. москва, 2005. 151 с. 9. колесников Н.в., Давыдов А.Ф. исследование теплозащитных свойств функциональных трикотажных полотен бельевого назначения. Текстильная промышленность. 2011. № 3. с. 32—33. 10. Абдукаюмов А.А., Джаббаров р.р., хакимов О.ш. Неопределенность методики измерения теплопроводности влажных трикотажных полотен. Системи обробки інформації. 2012. вип. 1. с. 97—99. 11. мурашова в.е., курочкин и.А., волощик т.е. исследование теплопроводности иглопробивных нетканых мате- риалов из термостойких волокон. Технология текстильной промышленности. 2007. № 3 (298). с. 85—87. 12. стасевич с., казимира І., плавайка м. моделювання тіла людини при зовнішніх температурних впливах. Мате- ріали міжнародного наукового симпозіуму SVED’2018 «Сталий розвиток — стан та перспективи». Львів. Славське. 28 лютого-3 березня 2018 р. с. 163—164. 13. Галавська л.є. математичне моделювання перенесення тепла крізь текстильний матеріал. Вісник КНУТД. 2012. № 1. с. 105—109. 14. яненко О.п., ваганов О.А. методи та засоби контролю фізичних параметрів текстильних матеріалів. Вісник НТУУ «КПІ». 2009. вип. 38. с. 107—111. 15. Mokrousova e., Dzyazko Y., Volfkovich Y., nikolskaya n. hierarchical structure of the derma affected by chemical treatment and filling with bentonite: Diagnostics with a method of standard contact porosimetry. Nanophysics, Nanophotonics, Surface Studies, and Applications. SpringerProceedings in Physics. 2016. V. 183. P. 277—290. 16. kovtunenko o., Travinskaya T., Mokrousova o. Thermal properties of anionic polyurethane composition for leather finishing. Material science. 2016. V. 22, no. 3. P. 394—399. 17. паламар в.А., мокроусова О.р., Охмат О.А. термостійкі властивості шкір, отриманих з використанням моди- фікованого монтморилоніту. Вісник Хмельницького національного університету. Технічні науки. 2016. № 3. с. 237—244. 18. Maruhlenko M.o., Palamar V.A., Mokrousova o.r. stabilizing derma collagen structure with modified dispersions of montmorillonite. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2016. V. 111, no. 1. р. 1—8. 19. Юдин Б.в. исследование деформаций, объёмности при сжатии волокон наполнителей подушек, стёганных одеял с оценкой их теплозащитных свойств: дис. канд. техн. наук: 05.19.02. москва. 2009. 316 с. 20. михайлова Г.м., Форостяна Н.п. теплозахисні властивості ковдр з об’ємними наповнювачами. Товари і ринки. 2016. №1 (21). C. 96—105. 21. михайлова Г.м., Осієвська в.в., Галько с.в. теплові властивості ковдр з целюлозними текстильними наповнюва- чами. Матеріали IV міжнародної науково-практичної конференції «Інновації в управлінні асортиментом, якістю та безпечністю товарів та послуг». ЛТЕУ. 24 листопада 2016 р. львів. с. 179—181. 22. Mykhailova G., osiievska V., Bulenok s. Thermalphysic Characteristics of Bedding Products are a source of a Person’s sound sleep. 20th IGWT Symposium «Commoditi Science in a Chientific Works». September 12 th -16 th 2016. Varna. Bulgaria. р. 702—708. 23. пугачевський Г.Ф., семак Б.Д. Товарознавство непродовольчих товарів. Ч. 1. Текстильне товарознавство: під- ручник. київ: Нмц «Укоопспілка», 1999. 596 с. 24. шаповал с.л., романенко р.п., Форостяна Н.п. Діагностика фізичних властивостей харчових продуктів: моно- графія. київ: київ. нац. торг.-екон. ун-т, 2017. 192 с. 25. волькенштейн в.с. Скоростной метод определения теплофизических характеристик материалов. ленинград: «Энергия», 1971. 145 с. н.п. Форостяна, Г.м. михайлова, в.в. Осієвська, н.Б. марчук 46 ISSN 1815-2066. Nauka innov. 2020. 16 (4) 26. кирюхин с.м., шустов Ю.с. Текстильное материаловедение. москва: колосс, 2011. 360 с. 27. колесников п.А. Теплозащитные свойства одежды. москва: издательство «легкая индустрия», 1965. 346. 28. мирошников е.А. Тепловые свойства материалов и изделий. киев: ктЭи, 1974. 30 с. Стаття надійшла до редакції / Received 23.01.19 Статтю прорецензовано / Revised 17.02.19 Статтю підписано до друку / Accepted 15.05.19 Forostyana, N., Mykhailova, H., Osiievska, V., and Marchuk, N. kyiv national university of Trade and economics, 19, kyoto st., kyiv, 02156, ukraine, +380 44 513 8172, ktms@knute.edu.ua sTuDY oF TherMAl ConDuCTiViTY oF nATurAl AnD CheMiCAl TeXTile Fillers For BlAnkeTs Introduction. The significant role in optimization of assortment and designing of blankets with given properties belongs to the choice of the filler, in particular to its thermophysical parameters, which differ in different materials. Problems. Thermal conductivity of blankets with fillers of protein origin in particular sheep’s wool, camel wool, cashmere wool has not studied enough. Control and measurement of the specified indicator will optimize the choice of materials during the design of bedding products with volumetric fillers, specifically blankets. Purpose. estimation of thermal conductivity of different types fillers. Materials and Methods. samples of fillers of different fiber composition (sheep’s wool, camel wool, cashmere wool) were the objects of the study. experimental researches were carried out in kyiv national university of Trade and economics laboratories using the module “heat” of the multi-functional measuring module device MiG—1.3. The photos of the fillers were made using universal measuring computer with resolution of 600 pixels. Results. Microscopic studies of the fibers have shown that the density of the fillers is different, and the mass of air in them and, accordingly, the mass of the filler fibers themselves differ, that in a result affect the thermal conductivity of the material. According to the obtained data, a number of fillers were formed according to their thermal conductivity: camel wool → sheep wool → cashmere wool → polyester fiber. Conclusions. The results showed that the most effective in terms of heat saving is a filler made of camel wool, while polyester fiber has a thermal conductivity in 2.2 times lower. it should be taken into account forming the heat-protective properties of bedding with bulky fillers, including blankets, with the aim of optimization of their range. Keywords : blanket, sheep’s wool, camel wool, cashmere wool, polyester fiber, and thermal conductivity.

Оцінка теплопровідності вовняних текстильних наповнювачів для ковдр

Institution

Similar Items