часть 1      часть 2      часть 3

Но почему же так важна гигроскопичность для утеплителя?

Для начала выясним, что же такое гигроскопичность. По наиболее распространенному определению, гигроскопичность – это способность материалов сорбировать (поглощать) на своей поверхности влагу (конвекционные водяные потоки, водяные пары, пот) и передавать ее окружающей среде или прочим материалам. Проще говоря, гигроскопичность утеплителей – это способность материала поглощать влагу в парообразном состоянии.

Теплоизоляционные материалы как при хранении, так и при эксплуатации должны быть защищены от увлажнения. Способность материала увлажняться вследствие его гигроскопичности называется сорбцией. Чем влажнее воздух и ниже его температура, тем выше сорбция.

Теперь становится еще более очевидной и актуальной роль утеплителя с нулевой гигроскопичностью для одежды, эксплуатируемой в особых климатических регионах с «глубоким минусом». Два связанных физико-химических процесса – гигроскопичность и сорбция – делят утеплители на эффективные и неэффективные. И вот почему.

Дело в том, что теплообмен гигроскопичных и сорбционных волокон происходит значительно быстрее. На практике это значит, что человек в одежде с утеплителем из таких волокон будет отдавать свое тепло, а следовательно, мерзнуть значительно быстрее.

Итак, влага проводит тепло – это аксиома. Но почему пока не стал аксиомой принцип отбора исключительно негигроскопичных утеплителей? Новое поколение синтетических материалов, обладающее нулевой гигроскопичностью и сорбцией, предохранит человека от замерзания, так как теплообмен фактически конвертируется в теплосбережение. А это уже один из основных показателей теплозащитности, которая характеризуется способностью одежды в целом сохранять тепло, выделяемое телом человека. Речь идет именно о «сухом тепле», условно говоря, влага из которого выводится не в сам утеплитель, а минуя его, оставляя утеплитель сухим!

За счет чего это происходит? Все предельно просто: полые 100%-полиэфирные и другие химические волокна нетканых материалов не впитывают влаги (с точки зрения физики, такое волокно – это элементарная невпитывающая поверхность). Показатель их гигроскопичности – менее 1%!

Количество поглощаемой влаги зависит от природы волокон (синтетических, растительного или животного происхождения). Так, при температуре 20 °С и относительной влажности воздуха 65% гигроскопичность одежды из хлопчатобумажных тканей составляет 12–18%, льняных – 12, шерстяных – 17, шелковых – 11, вискозных – 12, капроновых – 3, ацетатных – 7, триацетатных – 4,5%. Шерсть мериноса может впитать и временно удерживать до 30% своего веса. Вы только вдумайтесь – увлажнение волоконного утеплителя на 1% ведет к потере теплозащиты до 10–30%!

Еще одна деталь: значительное понижение прочности при набухании в воде (низкая прочность в мокром состоянии) – существенный недостаток гидратцеллюлозных (натуральных) волокон. Вследствие этого уменьшается прочность изделий при стирке или при использовании во влажном состоянии. А вот у синтетические гидрофобные волокна при увлажнении не растягиваются. Кроме этого, синтетические волокна, не впитывающие влагу, обладают высокой «усталостной прочностью» – релаксационные процессы происходят быстрее. Отсюда более высокие показатели устойчивости к многократным деформациям, утеплитель лучше держит форму.

Устойчивость к истиранию одних и тех же волокон сильно зависит от влажности. Например, для вискозного волокна устойчивость к истиранию в мокром состоянии в 20–30 раз ниже, чем в сухом. С другой стороны, у синтетических волокон (например, у высокотехнологических утеплителей это свойство усилено также термическим скреплением!) устойчивость к истиранию в сухом и мокром состоянии одинакова. То есть даже если такие волокна будут все же увлажнены, то произойдет это с сохранением свойств по истиранию, что крайне важно для функционального набора любой утепленной одежды с применением такого материала.

Синтетические утеплители, обладающие более высокой гигроскопичностью (к примеру, популярные зарубежные марки с микроволокнами), неизбежно «провоцируют» утепляющий слой на испарение и конденсацию, а также слипание волокон и потерю объема, так как влага «связывается» внутри и между волокон. Микроволокна в утеплителе удерживают влагу как за счет своей гигроскопичности, так и за счет гигантского количества дополнительных микроповерхностей, которые для конвекционной влаги становятся не чем иным, как дополнительным барьером.

По мнению эксперта НИИ нетканых материалов Г. К. Мухамеджанова, при одинаковой поверхностной плотности суммарное тепловое сопротивление термоскрепленных утеплителей и «зарубежного микроволоконного утеплителя» почти одинаковое, а вот воздухопроницаемость значительно выше.

Основа волокна шерсти – белок кератин, который составляет 70–85% его массы. Большое содержание в кератине активных групп, взаимодействующих с водой (–NH2, –OH), обуславливает высокую гигроскопичность шерстяного волокна. Оно имеет самое наибольшее влагопоглощение среди всех волокон. Под действием воды шерсть интенсивно набухает. А после высыхания возвращает свой первоначальный объем. Это свойство натуральных волокон заложено самой природой.

У синтетических волокон такого свойства нет. Они не могут набухать. Влага удерживается лишь на поверхности (оболочке) волокна. Наименьшей гигроскопичностью, сорбцией и капиллярным эффектом обладают нетканые термоскрепленные материалы из 100%-полиэфирного волокна.

Гигроскопичность утеплителя – это еще и свойство материала изменять содержание влаги не только в зависимости от влажности и температуры окружающей среды, но и от температуры и влажности тела при физических нагрузках при минусовых температурах. Это крайне важная особенность, ведь если волокна содержат определенное количество влаги, то при увеличении влажности воздуха или повышении его температуры влажность волокон еще более повышается, и наоборот. Если волокно обладает таким свойством, то оно гигроскопично. А если оно гигроскопично, то оно влияет на теплозащитные свойства утеплителя в целом. Гигроскопичные волокна – это проводники холода к телу человека и проводники ценнейшего тепла в атмосферу.

Гигроскопичность важна и для сохранения теплового равновесия в системе «человек–одежда». Под влиянием влаги тепло быстрее выводится от человека в окружающую среду. Соответственно, снижаются теплосберегающие характеристики. Это объясняется тем, что коэффициент теплопроводности воды в десятки выше, чем воздуха. 

Продолжение следует

Автор: Владислав Иванов,

            директор по развитию заводов «Термопол», (ТМ "Холлофайбер").