Краткий ответ: теплоизоляционные свойства одного слоя Y-Warm YW-01 толщиной около 0,7 мм в первую очередь связаны с его полимерной структурой с закрытыми ячейками, а не с объёмом пышного волокнистого наполнителя. Диаметр преимущественно закрытых ячеек составляет около 30–190 мкм, толщина полимерных стенок между ними — около 20–280 нм. Множество обособленных полостей ограничивает крупномасштабное перемещение газа внутри материала. Низкая доля твёрдой фазы и геометрия полимерного каркаса также влияют на теплоперенос через твёрдое вещество.

В зависимости от метода и условий испытаний для Y-Warm приводятся значения теплопроводности около 0,018–0,025 Вт/(м·К). В качестве характерного справочного значения используют приблизительно 0,020 Вт/(м·К). По этим цифрам нельзя напрямую судить о том, насколько тёплой будет готовая одежда. Y-Warm — пассивный теплоизоляционный материал: он не вырабатывает тепло, а замедляет его перенос от более тёплой стороны к более холодной.

Условия и ограничения

Толщина и марка: 0,7 мм относится к одному слою YW-01. Указанное повышение субъективно ощущаемого тепла примерно на +10 °C получено в определённых условиях сравнительного испытания. Это не универсальное повышение температуры тела и не гарантированная разница температур при любой погоде, активности или конструкции одежды.

Эксплуатация и переработка: заявленный диапазон рабочих температур составляет примерно от −50 °C до 150 °C. Его нельзя считать допустимым диапазоном температур для всех производственных операций. Следует избегать процессов, в которых при температуре выше примерно 100 °C одновременно действует высокое давление: это может ухудшить способность ячеистой структуры восстанавливать форму.

Гибкость и растяжимость: материал можно сгибать, раскраивать и сшивать, но он не является объёмным или сильно растяжимым утеплителем. Растяжение в направлениях основы и утка ограничено, поэтому материал особенно уместен в качестве промежуточного теплоизоляционного слоя в одежде из тканых полотен.

Сборка изделия: слишком частая стёжка может повысить жёсткость и ухудшить тактильные свойства изделия. Сплошное клеевое ламинирование способно существенно ограничить перенос водяного пара; его следует избегать, если необходимы паропроницаемость и управление влагой.

Как тепло проходит через теплоизоляционный слой?

В сухом теплоизоляционном материале действуют три основных механизма: теплопроводность твёрдой фазы, перенос тепла через газовую фазу и тепловое излучение. В обычных волокнистых утеплителях между волокнами удерживается воздух, а сами волокна образуют твёрдые пути для теплопередачи. Общая теплопроводность зависит от вклада каждой фазы и излучения, плотности материала, пористой структуры и температуры.

Почему традиционным волокнистым утеплителям нужны толщина и объём?

Пух, мех, натуральные волокна и синтетические утепляющие наполнители образуют объёмную трёхмерную структуру с многочисленными воздушными промежутками. Теплопроводность сухого неподвижного воздуха при комнатной температуре составляет примерно 0,026 Вт/(м·К). Поэтому более толстый слой, удерживающий относительно неподвижный воздух, обычно обеспечивает большее тепловое сопротивление. Когда объёмность сильно уменьшается, слой удерживаемого воздуха становится тоньше и тепловое сопротивление всей конструкции снижается.

У Y-Warm другой принцип построения: обособленные газовые полости сформированы непосредственно в очень тонком полимерном слое. Одного этого различия недостаточно, чтобы определить, какое готовое изделие будет теплее.

Как устроена микроструктура Y-Warm?

Трёхмерная нано-КТ и микроскопический анализ показывают ячеистую структуру из гибкого полимера с преимущественно обособленными закрытыми ячейками:

Микрометровый размер относится к диаметру ячеек, а нанометровый — к толщине их стенок. Эффективная теплопроводность определяется не одним геометрическим параметром. На неё совместно влияют размер ячеек и стенок, доля твёрдой фазы, состав заключённого газа, доля закрытых ячеек, химический состав материала и лучистый теплообмен.

Как закрытые ячейки влияют на перенос тепла?

Ограничивают движение газа

Газ переносит тепло за счёт теплопроводности на молекулярном уровне. При достаточном пространстве и температурном градиенте движение газа может сопровождаться конвекцией. В Y-Warm газ распределён по множеству небольших физически отделённых ячеек. Это резко ограничивает его крупномасштабную циркуляцию через материал и подавляет конвективный перенос. Однако молекулярная теплопроводность газа внутри ячеек сохраняется.

Диаметр ячеек Y-Warm, 30–190 мкм, при нормальных атмосферных условиях намного больше средней длины свободного пробега молекул воздуха. Поэтому неправильно объяснять теплоизоляцию материала главным образом классическим эффектом Кнудсена, который связывают с нанометровыми порами некоторых аэрогелей.

Изменяют пути теплопередачи через твёрдый каркас

Твёрдый полимерный каркас тоже проводит тепло. В Y-Warm тонкие стенки формируют ячеистую структуру с низкой долей твёрдого вещества. По сравнению с плотным полимерным слоем той же общей толщины здесь меньше непрерывного твёрдого материала, через который может проходить тепло. Вклад твёрдой фазы также зависит от теплопроводности самого полимера, объёмной доли твёрдого вещества, формы и связности стенок и фактических путей теплопереноса.

Тепловое излучение остаётся частью общего баланса

Y-Warm имеет микроскопически текстурированную поверхность; для него также измерена высокая излучательная способность в дальнем инфракрасном диапазоне. Радиационные свойства зависят, в частности, от состава материала, формы поверхности, длины волны и температуры. Их следует учитывать в общем балансе теплопередачи, но нельзя считать единственным объяснением низкой теплопроводности. Высокая излучательная способность не означает, что материал вырабатывает тепло.

Как гибкость сочетается с низкой теплопроводностью?

Теплопроводность во многом определяется путями переноса тепла, а механическая гибкость — химическим составом, формой, толщиной и поведением твёрдого каркаса при деформации. Традиционный кремнезёмный аэрогель имеет высокопористую неорганическую сеть с наноразмерными порами. Без армирования или включения в композит его кремнезёмный каркас обычно хрупок.

Каркас Y-Warm образован гибким полимером. Поэтому материал может сгибаться, восстанавливать форму, раскраиваться и сшиваться, сохраняя при этом закрытоячеистую структуру низкой плотности. Y-Warm не является кремнезёмным аэрогелем.

Какие технические данные приведены для Y-Warm YW-01?

Об измерении теплопроводности: Y-Warm очень тонкий, лёгкий, сжимаемый и имеет текстурированную поверхность. Поэтому измерение его теплопроводности связано с большей неопределённостью, чем измерение толстых, жёстких и однородных утеплителей. На результат могут влиять методика, подготовка образца, контактное тепловое сопротивление, давление, температура и конфигурация прибора. По возможности конкретные показатели следует публиковать вместе с методом и условиями испытаний.

Что показывает сравнение с пухом и аэрогелем?

Приведённые ниже приблизительные значения теплопроводности при комнатной температуре иллюстрируют разные типы структуры. Они не составляют рейтинг теплозащиты готовой одежды.

Для пуха и волокнистых структур значения могут заметно меняться в зависимости от плотности, объёмности, влажности, методики измерения и конструкции материала.

Теплопроводность материала и тепловое сопротивление слоя — разные величины. Для упрощённой однородной прослойки справедлива приблизительная зависимость:

R ≈ d / λ

Здесь R — тепловое сопротивление в м²·К/Вт, d — толщина в метрах, λ — теплопроводность в Вт/(м·К). Поэтому толстый слой пуха или синтетического утеплителя может обеспечивать гораздо большее суммарное тепловое сопротивление, чем один слой Y-Warm толщиной 0,7 мм, даже если его теплопроводность выше. Y-Warm представляет особый интерес там, где жёстко ограничены толщина, масса, гибкость или доступное пространство.

Почему показателей CLO и Rct недостаточно по отдельности?

CLO и Rct полезны для оценки теплового сопротивления одежды и текстильных систем. Однако тепловое сопротивление зависит от толщины. Для упрощённого однородного слоя и пересчёта, принятого в английском оригинале:

R ≈ d / λ

CLO = R / 0,155

CLO ≈ d / (λ × 0,155)

В этих выражениях R указывают в м²·К/Вт. Даже при низкой теплопроводности абсолютное тепловое сопротивление слоя толщиной 0,7 мм ограничено по сравнению с гораздо более толстым утеплителем. CLO и Rct остаются полезными показателями, но оценивать ультратонкий материал следует также по теплопроводности, толщине, конструкции готового изделия и результатам испытаний в конкретном применении.

Как связаны водопоглощение, высыхание и теплоизоляция?

Полимерная система Y-Warm обладает гидрофильной функциональностью. В английском оригинале со ссылкой на GB/T 21655.1-2023 приведено водопоглощение около 280 % до стирки и 279 % после неё. В сравнительном испытании материал возвращался к сухому состоянию примерно за 60 минут, несмотря на относительно большое количество поглощённой влаги.

Для одежды и обуви накопление влаги важно, поскольку оно способно влиять на тепловой комфорт и ощущение холода. Однако водопоглощение, скорость высыхания и теплоизоляционные свойства — разные характеристики. Из приведённых цифр нельзя вывести теплопроводность или теплозащиту во влажном состоянии. Их необходимо измерять отдельно с учётом содержания влаги, температуры, конструкции изделия и условий испытаний.

Где можно применять Y-Warm?

Одежда: в качестве промежуточного слоя между внешней тканью и подкладкой, в том числе с закреплением по краям раскроенных деталей.

Обувь: между материалом верха, подкладкой и другими конструктивными слоями с применением подобранного ламинирования или шитья.

Перчатки и головные уборы: в изделиях, где важны небольшая толщина утеплителя и свобода движений.

Снаряжение для активного отдыха: когда нужен компактный теплоизоляционный слой с минимальным увеличением объёма.

Автомобильные и промышленные изделия: как промежуточный слой при ограничениях по толщине и массе; конкретную конструкцию требуется проверять для предполагаемого применения.

Помимо YW-01, в английском оригинале упомянуты марки YW-02, YW-03, YW-04 и FR-02 для разных механических и прикладных требований. Показатели слоя YW-01 толщиной 0,7 мм нельзя автоматически переносить на остальные марки.

При изготовлении изделий слишком частая стёжка может повысить жёсткость, а сплошное клеевое ламинирование — ограничить перенос водяного пара. В оригинале также указаны ручная или машинная стирка в холодной воде и сушка при низкой температуре. Рекомендации по уходу за готовым изделием должны учитывать и другие его материалы и соединения.

Заключение

Теплоизоляционные свойства одного слоя Y-Warm толщиной 0,7 мм связаны с сочетанием особенностей структуры: микрометровые закрытые ячейки ограничивают крупномасштабное движение газа, а тонкие полимерные стенки и низкая доля твёрдой фазы влияют на теплопроводность каркаса. При этом перенос тепла через газ и тепловое излучение также остаются частью общего баланса.

Такая структура позволяет использовать гибкий и очень тонкий теплоизоляционный слой в изделиях с ограниченным пространством. Теплозащиту готового изделия необходимо оценивать с учётом всей его конструкции и предполагаемых условий эксплуатации.

6. Часто задаваемые вопросы

1. Может ли один слой Y-Warm толщиной 0,7 мм заменить пуховую куртку?

Универсального соответствия нет. Тепловое сопротивление пуховой куртки во многом связано с толстым объёмным слоем, удерживающим воздух. Y-Warm использует тонкую полимерную структуру с закрытыми ячейками для достижения низкой теплопроводности. Один слой YW-01 нельзя без испытаний готового изделия считать равнозначным целой системе утепления пуховой куртки.

2. Является ли Y-Warm аэрогелем?

Нет. Y-Warm — гибкий полимерный теплоизоляционный материал с закрытыми ячейками диаметром около 30–190 мкм и стенками толщиной около 20–280 нм. Традиционный кремнезёмный аэрогель представляет собой неорганическую сеть с нанометровыми порами. При некоторых условиях испытаний диапазоны их теплопроводности могут пересекаться, но состав и строение материалов различаются.

3. Правда ли, что диаметр ячеек Y-Warm меньше 70 нм?

Нет. Диаметр ячеек составляет около 30–190 мкм. Размер 20–280 нм относится к толщине полимерных стенок. Поэтому классический эффект Кнудсена для нанопористых аэрогелей не следует считать основным объяснением низкой теплопроводности Y-Warm.

4. Как Y-Warm изолирует после поглощения влаги?

Y-Warm сочетает закрытоячеистую структуру с гидрофильной функциональностью. Однако показатели водопоглощения около 280 % до и 279 % после стирки, а также указанное время высыхания не измеряют его теплоизоляцию во влажном состоянии. Для этого нужны отдельные тепловые испытания при заданном содержании влаги и условиях применения.

5. Совпадает ли рабочий температурный диапазон с условиями переработки?

Нет. Заявленный рабочий диапазон составляет примерно от −50 °C до 150 °C. Это не означает допустимость всех способов обработки при таких температурах. Следует избегать одновременного воздействия давления и температуры выше примерно 100 °C, поскольку оно может ухудшить восстановление ячеистой структуры.

6. Почему при оценке Y-Warm нельзя ориентироваться только на CLO?

CLO характеризует тепловое сопротивление, которое зависит в том числе от толщины. Абсолютное тепловое сопротивление одного слоя толщиной 0,7 мм ограничено даже при низкой теплопроводности. Оценка должна учитывать также толщину, конструкцию изделия и результаты испытаний для конкретного применения.