Инновации меняют мир
Главная задача при занятиях спортом на открытом воздухе — не просто защититься от холода. Не менее важно совместить сохранение тепла с управлением влагой. Поиск этого баланса остаётся актуальным уже около ста лет.
Традиционные утеплители, такие как пух и синтетические волокнистые наполнители, используют толщину слоя, чтобы удерживать неподвижный воздух и сохранять тепло. Однако при физической нагрузке пот и влага могут накапливаться быстрее, чем выводятся наружу. Когда одежда намокает, её теплоизоляционные характеристики могут резко ухудшиться: теплопроводность воды примерно в 23 раза выше теплопроводности воздуха, а полностью промокший пух теряет почти всю свою теплоизолирующую способность.
Y-Warm предлагает другой подход. Один слой материала толщиной всего 0,7 мм рассчитан на одновременное выполнение трёх задач: теплоизоляцию, пропускание водяного пара и быстрое высыхание.
I. От объёмности наполнителя к теплопроводности
Y-Warm — гибкий теплоизоляционный материал с наноразмерными закрытыми ячейками. Принцип его разработки существенно отличается от подхода к традиционным утеплителям. Вместо того чтобы полагаться на большой объём и толщину слоя для удержания неподвижного воздуха, Y-Warm уменьшает передачу тепла благодаря своей чрезвычайно низкой теплопроводности. Её обеспечивает структура, содержащая более 10 000 независимых наноразмерных закрытых ячеек на квадратный сантиметр.
Толщина стенок пор Y-Warm составляет всего 20–280 нм, а диаметр пор — 30–190 мкм. Доля закрытых ячеек превышает 95 %, а эффективная пористость составляет более 96 %. Теплопроводность материала имеет тот же порядок величины, что и теплопроводность аэрогеля.
Теоретические расчёты показывают, что два слоя Y-Warm общей толщиной около 1,40 мм могут обеспечить такую же теплоизоляцию, как пуховый наполнитель с массой 100 г/м².
Технологическая сложность заключается в хрупкости, присущей нанопористым материалам. С момента первого получения аэрогелей в 1931 году они известны как твёрдые материалы с одними из самых низких значений теплопроводности. Однако их механическая хрупкость долгое время оставалась проблемой и для исследователей, и для промышленности. Даже при измельчении аэрогелей в порошок для практического применения повреждение пористой структуры может существенно снизить теплоизоляционные характеристики.
Проект Y-Warm был запущен в 2013 году. Первый успешный результат в лаборатории был получен в 2017 году, техническая валидация завершилась в 2019 году, а официальный выход на рынок состоялся в 2021 году. За восемь лет исследований и разработок команда преодолела трудности с обеспечением гибкости, характерные для нанопористых материалов. В результате Y-Warm приобрёл практические свойства: материал можно прошивать и стирать. Эта разработка стала первой в своём роде в мире.
Модель YW-01 имеет толщину всего 0,7 мм и поверхностную плотность около 46 г/м². Она может повысить ощущаемую температуру при использовании изделия примерно на 10 °C и подходит для применения в диапазоне от −50 °C до 150 °C. В одежде для активного отдыха это означает, что тонкая куртка с Y-Warm потенциально может заменить объёмные теплоизоляционные слои, традиционно необходимые для сохранения тепла.
II. Паропроницаемость и быстрое высыхание: роль гидрофильных групп
Одной теплоизоляции недостаточно. Во время физической активности на открытом воздухе организм может выделять сотни миллилитров пота в час. Если влага задерживается внутри одежды, она не только вызывает неприятное ощущение сырости, но и может ухудшить теплоизоляцию: вода проводит тепло значительно лучше воздуха.
Управление влагой в Y-Warm основано на гидрофильных группах, присутствующих в самом материале. Внутренняя поверхность, непосредственно соприкасающаяся с телом, быстро впитывает влагу с кожи, а наружная способствует её испарению в окружающую среду. Водопоглощающая способность материала примерно вдвое выше, чем у образца сравнения, использованного в испытаниях, а скорость испарения — примерно в 2,5 раза выше. Даже при полном насыщении водой материал может естественным образом высохнуть при комнатной температуре примерно за один час.
После поглощения влаги Y-Warm сохраняет высокие теплоизоляционные характеристики. Это позволяет решать одну из основных проблем традиционного пухового утеплителя — значительную потерю изолирующей способности при намокании.
Такой путь переноса влаги — поглощение с внутренней стороны и испарение с наружной — позволяет уменьшить проникновение холодного воздуха внутрь и одновременно обеспечить выход водяного пара наружу. Иными словами, материал оказывает сопротивление прохождению воздуха, сохраняя паропроницаемость. Это может помочь оставаться сухим во время интенсивных занятий, например пеших походов или скалолазания, и сохранять тепло в периоды отдыха.
Кроме того, материал обладает антибактериальными свойствами класса 3A и антистатическими свойствами, которые помогают ограничивать накопление неприятных запахов во время многодневного активного отдыха.
III. Сравнение с традиционными утеплителями
Сопоставление Y-Warm с распространёнными утеплителями позволяет яснее увидеть различия в их свойствах и принципах работы.
Теплоизоляционные свойства пуха во многом обусловлены его способностью образовывать объёмный слой. Главное преимущество пуха — отличное соотношение теплоизоляции и массы, особенно при сильном морозе. При этом пух чувствителен к влаге и имеет животное происхождение.
Синтетические волокнистые наполнители уменьшают некоторые недостатки пуха, связанные с воздействием влаги. Однако для сохранения тепла им также необходимы объёмная структура и достаточная толщина слоя. Поэтому одежда часто получается более объёмной, а эффективность теплоизоляции обычно уступает пуху.
Аэрогель обеспечивает исключительно высокую теплоизоляцию, но его природная хрупкость затрудняет непосредственное применение в одежде.
Y-Warm ориентирован на другой подход, прежде всего на малую массу конструкции и сочетание нескольких функций. Его задача — не просто превзойти традиционные материалы в рамках привычной схемы, а предложить иной принцип управления теплом: использовать теплопроводность, а не объёмность наполнителя в качестве основного показателя теплоизоляционных характеристик. При этом влага, образующаяся при потоотделении, переносится активно, а не выводится исключительно за счёт пассивного пропускания водяного пара.
Заключение
Ценность Y-Warm заключается не в том, чтобы «вытеснить» какой-либо один традиционный утеплитель, а в новом подходе к теплоизоляции: сосредоточиться на теплопроводности, а не на объёмности наполнителя; управлять влагой от пота посредством её переноса, а не только пассивного пропускания водяного пара; заменить объёмные изолирующие слои сантиметровой толщины структурой, созданной с использованием нанотехнологий и имеющей толщину всего 0,7 мм.
Для индустрии одежды для активного отдыха это конкретный пример применения передовых достижений материаловедения. По мере распространения материалов с наноразмерными закрытыми ячейками в высококлассных изделиях снижение массы и объединение нескольких функций становятся заметными направлениями развития теплоизоляционных технологий.
Часто задаваемые вопросы
1. Какие задачи должен решать Y-Warm в одежде для активного отдыха?
Y-Warm разработан для сочетания теплоизоляции, паропроницаемости и быстрого высыхания. Один слой толщиной 0,7 мм призван одновременно поддерживать сохранение тепла и управление влагой.
2. Чем подход Y-Warm отличается от применения пуха и синтетических наполнителей?
Пух и синтетические волокнистые наполнители в основном используют объём и толщину слоя для удержания неподвижного воздуха. Y-Warm делает акцент на низкой теплопроводности, обусловленной закрытоячеистой структурой, и сочетает её с управлением влагой. Пух при этом сохраняет отличное соотношение теплоизоляции и массы, особенно при сильном морозе.
3. На чём основано сравнение двух слоёв Y-Warm со 100 г/м² пуха?
Сравнение основано на теоретических расчётах. Согласно им, два слоя Y-Warm общей толщиной около 1,40 мм могут обеспечить такую же теплоизоляцию, как пуховый наполнитель с массой 100 г/м².
4. Как Y-Warm управляет влагой и сколько времени требуется для высыхания?
Гидрофильные группы в материале участвуют в поглощении влаги и её испарении в окружающую среду. Даже после полного насыщения водой материал может естественным образом высохнуть при комнатной температуре примерно за один час.
5. Сопротивление прохождению воздуха и паропроницаемость — одно и то же?
Нет. Сопротивление прохождению воздуха ограничивает движение воздуха через материал, а паропроницаемость позволяет проходить водяному пару. Y-Warm рассчитан на уменьшение проникновения холодного воздуха внутрь при сохранении возможности выхода водяного пара наружу.
