Анализ инновационных разработок в области вспененных материалов

Хью Бреднер Американский физик и доктор наук из Технологического института в Пасадене, участвовал в разработке первой атомной бомбы, по долгу службы совершал серию погружений в воду. Во время погружения возникала проблема быстрой теплоотдачи под водой, это подтолкнуло Бреднера к экспериментам с вспененным материалом: в 1952 году физик создал первый прототип современного гидрокостюма под названием "гидрик" [1].

Чуть позднее спортсмен и фанат по водным видам спорта Джек О’нилл, начал свои разработки в области совершенствования гидрокостюмов. Его костюмы очень популярны вплоть до сегодняшнего дня. Спортсмен очень много проводил времени в воде, и именно это подтолкнуло его усовершенствовать существующие гидрокостюмы, все разработки и идеи были направлены на борьбу с холодной водой. Брэнд под его именем O’Neill создан 65 лет назад, за это время компания прошла большой инновационный процесс по созданию уникальных технологий, чтобы обеспечить комфортное пребывание в воде даже при низких температурах.

Проведя аналитический метод и изучив экипировку созданную О’нилл, можно отметить, что гидрокостюм разработан из высококачественного неопрена. Он легкий, приятен к телу, главный его плюс он не сковывает движения и не натирает кожу.

Материалы и методы исследований.

Объектом исследования является совокупность моделей (образцов) гидрокостюмов, которые представлены в коллекциях специализированных фирмах-производителей на показах моды и отражают тенденции. Предмет исследования – надежность и безопасность жизнеобеспечения и перспективность новых разработок.

В последних разработках компании используются разные сочетания неопрена, среди которых передовыми считаются:

Неопрен под названием «Techno butter 3», этот неопрен является самым продвинутым среди всех ранее разработанных. Новый сердечник ENVY RUBBER CORE, отделка TB3 JERSEY на внешней стороне и TB3X INTERIOR JERSEY на внутренней имеет на 20% более легкий вес и на 30% меньшее по водопоглощаемости. Быстросохнущие свойства обеспечивают быстрое время высыхания гидрокостюма. TECHNOBUTTER 3 позволяет дольше оставаться в холодной воде и чувствовать себя свободнее, чем когда-либо прежде. Коэффициент растяжения: 160-180% (рис. 1).

Следующий неопрен под названием Technobutter 3X является самым технологичным из каких-либо существующих. Благодаря сердечнику ENVY FOAM RUBBER CORE, робединения внешней и внутренней отделок TB3X Exterior Jersey, O’Neill создал самый лёгкий и гибкий неопрен. Коэффициент растяжения 180-220%

а                      б

Рисунок. 1. а) Techno butter 3 – самый продвинутый неопрен; б)-Technobutter 3X – самый технологичный неопрен.

Как говорилось ранее, главной причи-ной создания гидрокостюмов являлась быстрая теплоотдача в холодной воде. Первые идеи мнрогих разработчиков основывались на технологии водолазных костюмов, изготавливаливаемых из тонкой резины, которые изолировали воздух между телом и материалом. Таким образом, создавалась теплоизоляция, но даже это не спасало ныряльщиков от сильных волн и проникновения холодной воды под костюм.

Выше были описаны хорошие варианты двух- и трехслойного неопрена, который позволяет не переохлаждаться в холодной воде долгое время, но разработчики на этом не останавливаюся. Благодаря современным технологиям ученые пошли дальше и разработали технологию Air, создали трехслойный неопреновый костюм, но теперь между слоями имеется воздушная прослойка. Это как двойные окна, чем больше воздуха, тем больше тепла. Данный неопрен под именем Techno Butter 3 Air Firewall уникален за счет своей лёгкости и меньшим поглощением воды, в результате чего является очень тёплым, очень лёгким и быстросохнущим видом неопрена (рис. 2).

Также был сделан расчет - какой же костюм стоит носить в той или иной температурной шкале.

Над проблемами теплоизоляции также усиленно работают американские химики J.L.Moran и его команда. Они предложили идею ввести молекулы инертных газов, таких как криптон, аргон или ксенон. Эта операция позволит увеличить теплопроводность в два раза. Костюм с таким химическим составом позволит находиться ныряльщику в воде при температуре ниже 100 С по сравнению с обычным гидрокостюмом. После изготовления водолазного костюма в поры неопрена заключается азот. Также если вспененный материал поместить в атмос-феру другого вида газа повышенного дав-ления, то можно менять химический состав газовой смеси. Молекулы азота и кислорода имеют свойство просачиваться сквозь неопрен, а вместо них занимают прос-транство молекулы другого газа (рис.3) [3].

Рис. 2. Гидрокостюмы по температурной шкале

а)

в)

Рис. 3. Микрофотография пористой структуры неопрена (а) и схема замены газа в порах с воздуха на аргон, криптон или ксенон (в).

Фирма O'Neill работает не только в области теплопроводности, но и с каждой отдельной частью гидрокостюма. O'Neill отвечает за разработку самых надёжных и инновационных застёжек в отрасли. Ниже приведены наиболее часто используемые системы входа, используемые в гидрокостюмах O'Neill (рис.4 и 5).

Данная инновационная система заднего входа запатентована и является самой имитируемой застёжкой в мире. Уникальность этой застёжки в том, что свободно плавающая внешняя панель с короткой молнией даёт ощущение полного отсутствия застёжки и предотвращает попадание воды в гидрокостюм. Также стоит отметить, что воротник на шее под молнией увеличивает комфорт и предотвращает возможность защемления кожи. Барьер блокирует попадание наружной воды и служит основанием для конструкции плавающей застёжки. Кроме этого, имеются дренажные отверстия, которые выводят любую воду.

Рис. 4. Запатентованная плавающая задняя застёжка от производителя O’Neill.

Рис. 5. Запатентованная плавающая передняя застёжка от производителя O’Neill.

Запатентованная плавающая передняя застёжка от производителя O’Neill является эксклюзивной и даёт альтернативу заднему входу. Для воротника подобран очень гладкий и мягкий неопрен, он позволяет увеличить комфорт и предотвращает вероятность попадания воды внутрь. Застёжка такая же короткая, как и задняя плавающая панель, имеет водонепроницаемую основу и гибкая. 360˚ барьер блокирует попадание воды снаружи и служит основанием для конструкции плавающего элемента. Костюм также оснащен дренажными отверстиями, благодаря которым выводится вся вода, попадающая через панель с молнией со спины или из-под рук.

O`Neill ставит высокую планку перед собой для разработки своих костюмов, он гарантирует высокое качество произведенной экипировки, а технологично проработанные швы являются этому доказательством.

Даже самый маленький шов должен отвечать за прочность и гибкость неопрена. При изучении было выявлено несколько видов швов:

–Бесшовная технология.

–Спайка силиконовой лентой.

–Спайка tb3x лентой.

–Слепой gbs шов со спайкой в критических местах.

–Плоский шов flatlock.

Каждый шов уникален по своим свойствам. Бесшовная технология благодаря тому, что спаивается и проклеивается трижды без стежков, выводит данный вид на новый уровень, это оставит дайвера абсолютно сухим, плоская гладкая поверхность исключит раздражение кожи, отсутствие сшитых швов не имеет возможности распуститься, костюм при этом очень эластичный и очень прочный на разрыв.

Спайка силиконовой лентой. Этот шов также трижды проклеен, но в данном случает имеется прошитый шов, он является революционной конструкцией благодаря использованию высококачественного мягкого уретана на основе силикона, наносится он в жидкой форме на внешнюю часть шва. Такой шов исключает натирание и полностью блокирует попадание воды в гидрокостюм (рис.6).

Далее слепой шов GBS со спайкой. Этот вид соединительного шва называется слепым за счет того, что прошивка производится только по внешней части неопрена, так игла не протыкает всю ткань насквозь. Дополнительное склеивание деталей для усиления прочности шва наносится только в критических областях водолазного костюма [4].

Рис. 6. «Слепой» соединительный шов.

Во время проведения анализа были изучены не только неопреновые гидрокостюмы, но и новейшие разработки в области эко-костюмов. Классический неопреновый костюм представляет собой вспененное соединение синтетического каучука, называемого полимером. Неопрен создается с помощью химических процессов, вызываемых свободными радикалами полимеризации chloroprene - где жидкие соединения комбинируются так, что они меняют химическую структуру для более длинных цепей полимера. После этого процесса будущий неопрен расплавляют вместе с пенообразователями и другими соединениями.

В процессе создания неопренового материала используют связующие между хлоропреном и другими химическими элементами. Данный процесс приводит к созданию основы для неопрена. А если рассмат- ривать неопрен, состоящий из известняка, то он производится во многом по той же системе, за исключением того, что в эко-гидрокостюмах связующим веществом является известняк [5].

Разработчики The Fair Cottage начали исследовать альтернативу против добывания неопрена химическим путем. Неопрен из-за своего химического состава требует высоких энергозатрат при добыче нефти, а также большой проблемой остаётся утилизация неопренового костюма после окончания срока годности.

В ходе разработок появились экогидрокостюмы. Это не первая компания, которая работает над разработками эко-костюмов. Компания Sooruz совместно с технологиями GURU PRO попыталась с помощью использования бамбуковых волокон или переработанного полиэстера создать эко-гидрокостюм (рис.7)

Рис. 7. Модель эко- гидрокостюма.

Также разработчики Wilduits, разработали модель эко-гидрокостюма из известняка, и использовали экологичный неопрен Limestone. Данный вспененный материал производится из известняка. Так как этот материал природного происхождения, что позволяет этим гидрокостюмам уменьшать отрицательное воздействие на окружающую среду.

Также были изучены разработки Xcel. Мимо этих инновационных разработок пройти невозможно. Эта компания усовершенствовала свою теплую и технологичную линейку гидрокостюмов Drylock, эти костюмы можно надевать даже в ледяной воде.

В костюмах нового поколения был обновлен внутренний слой TDC (Thermo Dry Celliant). Данный слой одобрен со стороны Министерства здравоохранения США. В этот слой в процессе прядения волокна добавили новый минерал, позволяющий телу сохранять тепло, выделяемое в процессе инфракрасного излучения. Также высокое содержание минералов в волокне обеспечивает наименьшее влагопоглощение и позволяет ускорить процесс высыхания. Так гидрокостюм становится еще и легче.

Гидрокостюмы линейки Drylock утеплены с головы до ног и имеют два варианта подкладки с новейшей формулой Xcel Celliant Black. Это красный жаккард с высоким ворсом Red Celliant Black практически по всему гидрокостюму и чернобелый принт Celliant Black для лучшего утепления критических зон.

Данный вспененный материал Japanese Limestone Neoprene в серии Drylock – это ультраэластичный японский хлоропрен на основе известняка. Вместо нефтяных продуктов для его создания используется добытый в шахтах известняк, что делает его гораздо менее вредным для экологии. Нанопрен – более плотный и эластичный неопрен в сравнении с материалами предыдущих поколений, который обеспечивает максимальное тепло, эластичность, сохраняя при этом форму.

Разработчики обратили внимание не только на теплопроводность материала, но и обеспечили костюм водонепроницаемой молнией на магнитной застёжке, блокирующие попадание воды манжеты и специально разработанный дизайн для идеальной посадки, и даже экологичное окрашивание Dope dye, предотвращающее выцветание [6].

Заключение, выводы

Делая вывод, можно сказать, что компания О'neill на протяжении многих лет внесла большой вклад в мир гидрокостюмов. Каждый год ученые, технологи и инженеры работают над новыми концепциями, усовершенствуя предыдущие модели гидрокостюмов. Благодаря трудам, экспериментам и разработкам многих ученых рождаются новые более качественные, отвечающие необходимым требованиям костюмы. При этом дизайнеры предлагают для них новые варианты дизайна костюма, чтоб качество соответствовало стилю.

Однако, предложенные ведущими фирмами гидрокостюмы не в полной мере отвечают функциональным требованиям при проведении работ в глубоководных условиях.

В связи с этим, наши дальнейшие исследования будут направлены на решение вопросов по минимизации соединений деталей гидрокостюмов, повышение износостойкости, а также обеспечение защитных свойств от холода и давления путем разработки эффективных компонентов пакетов гидрокостюма и применением в локальных участках изделия [7-9].