Использование перопуховой смеси в качестве теплоизолирующей прокладки в одежде и обуви позволяет расширить ассортимент, существенно снизить вес этих изделий, повысить их теплозащитные свойства и срок эксплуатации. Наиболее высокими показателями эксплуатационных свойств обладает перопуховые смеси водоплавающих птиц.
Упругость, гигроскопичность, объемность, влагопроницаемость, теплоизоляция - наиболее важные свойства перопуховой смеси, изучению которых посвящены научно- исследовательские работы многих зарубежных и отечественных исследователей /3-5,8-10/. В таблице 1 представлена сравнительная характеристика физико-механических свойств теплоизолирующих материалов, из которой видно, что наибольшие значения имеет перопуховая смесь по сравнению с традиционными теплоизолирующими материалами.
Таблица 1- Сравнительная характеристика физико-механических свойств теплоизолирующих материалов / /
| Показатели | Хлопок* | Химическое волокно | Перопуховая смесь |
| Относительная тепловая изоляция | |||
| Восстановление размеров после сжатия | |||
| Объемность | |||
| Влагопроницаемость | 24-27 | 0,9-1,0 | 32-40 |
* за 100 приняты показатели хлопка
Коэффициент теплопроводности –одна из основных теплофизических величин, характеризующих теплозащитные свойства всех материалов. По данным японских исследователей /3/ коэффициент теплопроводности пуха находится в пределах от 0,038 до 0,048 Вт/мК. В работе /3/ изложены результаты сравнительной характеристики теплоизоляции различных утеплителей, которые показывает наибольшую теплоизоляцию пуха относительно хлопка и полиэстера.
Таблица 2-Сравнительная характеристика теплоизоляции наполнителей*
|
|
| Автор | Хлопок, % | Полиэстэр, % | Пух, % |
| Маэкава Тайдзиро | - | 137,5 | |
| Сэнъи Сэйхин Сехи Кагаку | |||
| Симидзу Сиро | - | ||
| Такэнака Харуко | - |
* за 100% принята теплоизоляция хлопка
Соотношением пера и пуха в перопуховой композиции определяются ее основные свойства, а именно теплопроводность, упругость. Пух и перо имеют различную теплоизоляционную способность, обусловленную различием их строения. В таблице 2 представлены показатели теплоизолирующей способности пера и пуха гусей и их композиций по результатам исследований японских ученых/3/.
Таблица 3 – Показатели теплоизолирующих свойств перопуховых
композиций
| Состав композиции (гусиный пух – гусиное перо) | Способность к теплоизоляции, усл. ед. | |
| Пух, % | Перо, % | |
| 87,4 | ||
| 84,4 | ||
| 83,9 | ||
| 84,0 |
Из данных таблицы видно, что наибольшей теплоизолирующей способностью обладает чистый гусиный пух. Чистое гусиное перо и композиция с равным соотношением пера и пуха имеют почти одинаковые показатели теплоизоляции.
По утверждению автора /3/ теплопроводность пуха также зависит от его плотности. На рисунке 3 изображен график зависимости теплопроводности пуховых и перопуховых пакетов от плотности наполнителя, который показывает, что теплопроводность пуха и перопуховой композиции имеет минимальное значение в районе плотностей около 8 кг/м3.
|
 |
|
Рисунок 3 – График зависимость теплопроводности пуха – 1 и перопуховой смеси – 2 от плотности
|
|
Важными характеристиками пуха, определяющими возможность его применения в качестве утеплителя в одежде, являются его объемность и упругость или релаксация (способность восстанавливать свои первоначальные размеры после снятия сжимающей нагрузки). Данные свойства обусловлены упругостью бородок, а объемность мелкому перу придает еще и изогнутость его ости. В таблице 3 представлены данные японских авторов по объемности и релаксации пуха в сравнении с химическим волокном и хлопчатобумажной ватой /3/, из которых следует, что пух обладает наилучшими упругими (релаксационными) свойствами и имеет наибольшую объемность.
Таблица 3–Механические характеристики пухового, хлопчатобумажного и синтетического наполнителей
| Характеристика | Хлопчатобумажная вата, % | Химическое волокно, % | Пух, % |
| Релаксация | |||
| Объемность |
Автором /3/ исследовались релаксационные свойства пуха в зависимости от его плотности, и была получена его механическая характеристика. Этот показатель характеризует изменение плотности пуха под воздействием определенных величин давлений, то есть способность пуха сохранять свой объем. Методика получения механической характеристики заключалась в последовательном нагружении и разгружении ячейки с пухом и фиксации изменения ее толщины. На рисунке 4 изображены графики зависимости плотности пуха (с различными значениями первоначальной плотности) от величины давления на ячейку.
| |||||||||||||
 | |||||||||||||
 | |||||||||||||
 | |||||||||||||
 | |||||||||||||
| |||||||||||||
|
|
|
Рисунок 4– График зависимости плотности пуха от величины давления
(начальная плотность пуха 1 – 3,28 кг/м3; 2 – 5 кг/м3;
3 – 10 кг/м3; 4 – 16,37 кг/м3)
На графике петли 1 и 2 разомкнуты, а петли 3 и 4 замкнуты. Это значит, что при малых начальных плотностях пух не может самостоятельно восстановить свой первоначальный объем. При увеличении плотности возрастает упругость массы, и она способна восстановить свой объем и петли графиков замыкаются. Таким образом, плотность пуха, при которой он способен самостоятельно восстанавливать свой объем, соответствует 10-16 кг/м3 /3/.
Способность пуха восстанавливать свой объем определена автором /3/, как коэффициент восстановления объема пуха. Эта величина представляет собой отношение объема пуха после снятия нагрузки к его первоначальному объему:
, (1)
где κв– коэффициент восстановления ячейки;
Vв - объем ячейки после снятия нагрузки;
Vо - объем ячейки до нагружения;
hв – высота ячейки после снятия нагрузки;
hо – высота ячейки до нагружения;
S - площадь торцевой поверхности ячейки.
По утверждению автора /3/ величина коэффициента восстановления объема пуха зависит от его плотности и может служить критерием качества пуха. Соответственно, чем выше коэффициент восстановления, тем лучше пух. Зависимость коэффициента восстановления от плотности изображена на рисунке 5. При малых плотностях пуха коэффициент восстановления является линейной функцией его плотности /3/.
Рисунок 5 – График зависимости коэффициента восстановления объема
пуха от его плотности
Упругие свойства пуха по европейским (IDFL) и американским стандартам оцениваются параметром «Fill Power» (FP) (рисунок 6).
Методика определения FP следующая: унция пуха (образец пуха массой 28,35 грамм) помещается в цилиндрический сосуд диаметром 284мм; на образец пуха опускается плоский диск весом 94,25 грамм (время выдержки груза - 2-3 минуты), затем диск снимают и определяют значение FP, как произведение площади основания цилиндрического сосуда и высоты восстановившейся порции пуха, то есть объем занимаемый пухом, выраженный в кубических сантиметрах или дюймах. Следовательно, чем выше значение показателя FP, тем качественнее пух.
Рисунок 6 – Методика определения FP
Лучшие показатели FP находятся в пределах от 550 до 800 единиц. По данным американской фирмы «Columbia Sportswear Company» значение показателя FP 550 единиц достигается хорошим серым гусиным пухом примерно следующего состава: пух-70%, ворс- 10%, мелкое перо-17%, засоренность-3% /7/.
Особенности строения пера и пуха, их пространственное расположение в объеме перопуховой композиции требуют корректировки существующей методики определения деформационных свойств, которые получают под воздействием достаточно больших по величине давлений (от 100 до 100000 Па). По мнению авторов /10/ основные реологические характеристики (модули упругости Еу, сдвига G, сжимаемости К и коэффициент Пуассона µ) перопухового утеплителя проявляются при слабых величинах давлений (от 50 до 150 Па).
Поэтому в работе /10/ авторами исследованы деформационные свойства современных объемных утеплителей, в то числе перопуховой композиции (пуха –80%), подвергнутых воздействию кратковременных (до 180 с) и небольших по величине давлений (до200 Па). На рисунке 7 представлен график зависимости высотной деформации от давления и времени воздействия нагрузок.
Из графика следует, что время воздействия нагрузок не влияет на деформацию «пуха», поэтому можно сделать вывод о том, что данный утеплителей можно отнести к сжимаемой пористой упругой среде.
Пух деформируясь, формально подчиняется закону Гука и его можно рассматривать как упругоизотропную полимерную систему, в которой деформационные свойства одинаковы во всех направлениях.
Рисунок 7 – График зависимости высотной
деформации от давления и времени воздействия нагрузок
В результате проведенных исследований установлено, что увеличение плотности перопуховой композиции, обусловленное увеличением давлений прикладываемых нагрузок, приводит к значительному изменению реологических параметров объемного утеплителя.
На рисунках 8 и 9 показано изменение основных реологических параметров перопуховой композиции от величины прикладываемых давлений.
Рисунок 8 – график зависимости модуля упругости Еy и коэф. Пуассона μ от давления P.
Рисунок 9 – График зависимости модуля сжимаемости К и модуля сдвига G от давления.
Из графиков следует, что структурное уплотнение пуха за счет нарушения сцепления ворсин при давлении Р< 50 Па обуславливает незначительное уменьшение модуля упругости ЕУ, модулей сдвига G, сжимаемости К, дальнейшее увеличение давлений приводит к монотонному возрастанию этих модулей, так как из пористой структуры пуха вытесняется воздух и происходит вдавливание пушин друг в друга.
При давлении 150 Па для перопуховой композиции характерна некоторая стабилизация модулей сдвига и сжимаемости, которые достигают следующих значений: К= 54,5 ± 3,0 Па; G = 68.5 ± 3.5 Па, что может служить соответствующими реологическими константами для этого утеплителя.
Пористая структура пера и пуха обуславливает его хорошую влагопроницаемость (коэффициент диффузии влаги для пуха - 6,8∙ 10-4 см2/с, хлопчатобумажной ваты – 2,1 ∙10-4 см2/с) / /. Автором /4/ определено изменение влажности пера, пуха и хлопчатобумажной ваты с течением времени. График 4 показывает, что пух и перо имеют большую влагопроницаемость, чем хлопчатобумажная вата.
Рисунок 4 – Зависимость влажности пера и пуха (плотность32 кг/м3) и хлопчатобумажной ваты (плотность10 кг/м3) от времени
(1 – обработанное перо; 2 – необработанное перо;
3 – обработанный пух; 4 – необработанный пух;
5 - хлопчатобумажноя вата).
Значительная влагопроницаемость перопуховой композиции обеспечивает быстрый отвод влаги, выделяемой организмом человека, из пододежного пространства минуя фазу испарения.
В связи с большой износостойкостью перопуховой композиции водоплавающих птиц, а именно гусей появляется возможность ее многократного использования в качестве утеплителя в одежде и обуви, а также наполнителя постельных принадлежностей. Результаты исследований микроструктуры перопухового утеплителя, бывшего в употреблении 15 лет, изложенные в работе /4/, показали незначительное изменение структуры утеплителя (наблюдалось некоторое скомкивание бородок пуха), а, следовательно, пригодного для дальнейшего использования.
В ЮГУЭС проведены ряд исследований по определению термической стойкости перопухового утеплителя, значение которой необходимо учитывать при установлении температурного режима дезинфекции и сушки перопухового сырья. Результаты исследований показали, что перо и пух обладают большей термостойкостью (до 200°С), чем такие волокна, как хлопок, шерсть, лен (до160°с), а увлажнение всей массы перопухового сырья снижает возможность его перегревания. Величина микробной обсемененности после автоклавирования (температура 126°С, давление 0,2 Мпа) в течении 20 минут снижается в сотни тысяч раз /8/.
Авторами /9/ определена химической стойкости перопухового утеплителя к действию минеральных кислот и щелочей, что имеет большое практическое значение при рассмотрении вопроса об использовании перопуховой композиции в качестве утеплителя в одежде и снаряжении специального назначения. Установлено, что пух менее стоек к действию кислот и щелочей (химическая стойкость к действию кислот К=95,22%; щелочей К=90,87%), чем утеплители химической природы: синтепон, thinsulate, hollowfibre.
Отмечая, перечисленные выше положительные свойства перопухового наполнителя, следует также отметить, что хорошая влагопроницаемость и высокая гигроскопичность пуха ограничивают его применение в условиях большой влажности. Излишнее накопление влаги приводит к уменьшению теплозащитных и релаксационных способностей перопухового утеплителя.
В работе автора /4/ отмечается, что при 100 %-ном увлажнении релаксационные свойства пуха снижаются до нуля. По этой причине рекомендуемый способ ухода за изделиями с пуховым утеплителем – химическая чистка, которая способствует повышению объемности перопухового наполнителя, а ухудшение релаксационной способности пуха происходит после четырех химических чисток /4.
Основные достоинства перопуховой композиции – малый вес и большая парусность определяют ряд проблем на протяжении всего технологического процесса переработки сырья и изготовлении изделий с этим наполнителем. С целью ограничения подвижности пуховой массы были проведены ряд исследований. Разработан теплоизолирующий материал, состоящий из штапельных волокон с добавлением пухового утеплителя. Смесь подвергается антистатической обработке силиконосодержащим раствором для ее «связывания». Также разработан способ изготовления теплоизолирующего материала с использованием пуха птиц по принципу создания искусственного меха на трикотажной основе /5/.
Скрепление компонентов перопуховой смеси снижает его летучесть и дальнейшую миграцию, но вместе с тем снижается его объемность и релаксационные способности. По этой причине разработанные теплоизолирующие материалы не имеют широкого применения при изготовлении одежды.
В настоящее время существуют и другие направления применения гусиного пера и пуха. Благодаря высокой гигроскопичности, перо и пух, обработанные специальными растворами приобретают способность поглощать различные вредные газы, а также адсорбировать жиры и нефтепродукты, поэтому могут применяться в качестве фильтров для сточных вод с предприятий. Перопуховое сырье, непригодное для использования в легкой промышленности, перерабатывают в кормовую муку, а также изготавливают кератиновый клей. Крупное гусиное перо идет на изготовление зубочисток, мундштуков для папирос.
Литература:
1. Гасанова З.Г. Товароведение и технология перопухового сырья. Лекция. М., МГАВМиБ им. Скрябина, 1988. –20с.
2. Никитин Б.И., Никитина Н.Б. Производство перопуховых изделий. М., Агропромиздат, 1985. – 240 с.
3. Бринк И.Ю. Методологические основы проектирования одежды с пуховым наполнителем: Дисс. на соиск. уч. степ. д.т.н. – М., 1995. – 306с.
4. Пятницкова Е.Е. Исследование и разработка рационального пакета одежды с перопуховым утеплителем: Автореф. дисс. на соиск. уч. степ. к.т.н., М., 1994. – 24с.
5. Бекмурзаев Л.А. Проектирование изделий с объемными материалами: Монография. Шахты: ЮРГУЭС, 2001. –200с.
6. Ковацкий Н.С., Мамаев В.В. Разведите гусей.- М.:ВО Агропромиздат,1991.- 48с.
7. Богданов В.Ф. Пух // Спортивный туризм. – 2000.-№3-С.11-13
8. Бринк И.Ю., Яковлева Е.В., Лопатченко Т.П. Исследование влияния температурного режима обработки на термическую стойкость птичьего пуха// Сб. науч. трудов ДГАС «Совершенствование техники и технологии изделий сервиса». Вып.32- Шахты, 1999.- С.64-66
9. Лопатченко Т.П., Яковлева Е.В., Руденко Е.Е. К вопросу об использовании современных теплоизолирующих материалов в одежде специального назначения // Сб.
10. Бринк И.Ю., Сергеенко С.Н., Лопатченко Т.П. К вопросу о деформации объемных теплоизоляционных материалов при сжатии // Материаловедение. – 2002.-№ 4.-С.