3.3 Определение теплозащитных свойств

При длительных воздействиях низких температур в первую очередь охлаждаются конечности, которые играют важную роль в терморегулировании и характеристике теплового состояния организма человека в целом. Для обеспечения нормальной жизнедеятельности человека необходимо защитить стопу от неблагоприятных воздействий внешней среды. Большое значение теплозащитных свойств обуви определяется еще и тем, что в нашей стране имеются обширные территории,' где холодный период продолжается большую часть года (до 280 дней). В этот период население практически всех зон нуждается в теплой обуви.

Все это обусловило проведение исследований с целью обоснования объективных методов оценки тепловых свойств обуви и обувных материалов, а также требований к указанным свойствам в зависимости от назначения и условий эксплуатации обуви.

Известны различные методы оценки теплозащитных свойств обуви, основанные на анализе тепловых сопротивлений систем верха и низа обуви и последующем расчете (расчетные методы), использовании приборов, имитирующих теплопотери стопы и организма (экспериментальные методы), а также на опытной носке.

Методы определения теплозащитных свойств обуви экспериментальным путем в лабораторных условиях предусматривают применение приборов, основанных на принципе бикалориметра (обувь надевают на резиновую или металлическую колодку, нагреваемую изнутри, и определяют изменение температуры теплоносителя или расход электроэнергии на поддержание температуры постоянной). Указанные методы делят на две основные группы, одну из которых составляют методы, основанные на стационарном теплообмене, вторую — методы, предусматривающие выполнение испытаний при нестационарном теплообмене.

При использовании методов, основанных на стационарном теплообмене, в обувь вкладывают колодку (ядро), примерно по форме соответствующую форме обуви, в которую помещают электронагреватель и термопары для измерения температуры. В отдельных методах для лучшего прилегания колодки к внутренней поверхности обуви воздух из пространства между ними отсасывают. Температуру окружающего воздуха поддерживают постоянной, а колодку нагревают до температуры выше температуры окружающей среды; тепло от колодки передается через обувь в окружающую среду. Регулируя мощность подаваемого на нагреватель тока и, следовательно, выделяемого тепла, достигают режима стационарного теплообмена; при этом предполагают, что все тепло, выделяемое нагревателем, проходит через обувь в окружающую среду.

Теплозащитные свойства обуви при этом оценивают путем определения абсолютного количества тепла, передаваемого через обувь в окружающую среду в единицу времени (величину теплопотерь через обувь); определения

относительного охлаждения, которое рассчитывают как отношение в процентах количества тепла, отдаваемого поверхностью обуви в окружающую среду, к количеству тепла, отдаваемого поверхностью колодки без обуви (когда на нее не надета обувь); сопоставления величин количества передаваемого тепла для двух сравниваемых видов обуви, один из которых является эталоном.

К недостаткам методов, основанных на стационарном теплообмене, относятся значительная продолжительность испытаний, а также необходимость строгого соблюдения граничных условий.

При использовании методов, основанных на нестационарном теплообмене, теплозащитные свойства обуви оценивают при регулярном тепловом режиме. Испытания проводят также с применением бикалориметра, в качестве ядра которого используют резиновую пустотелую колодку, а в отдельных случаях—деревянную. Температура ядра бикалориметра выше температуры окружающего воздуха, поэтому тепло от него через обувь передается в окружающую среду.

При испытаниях в регулярном тепловом режиме скорость охлаждения ядра бикалориметра выражают через темп регулярного охлаждения т, с, одинаковый для любой точки ядра бикалориметра и определяемый для двух моментов времени по формуле

где T₁-, и Т₂ — разность температур ядра бикалориметра и окружающего воздуха для двух моментов времени;

—интервал времени между моментами замера температур. Темпы регулярного охлаждения определяют для обуви и ядра бикалориметра без обуви. Отношение в процентах двух указанных темпов регулярного охлаждения используют для характеристики теплозащитных свойств обуви.

Невозможность выразить получаемые результаты в показателях тепловых свойств и применение бикалориметра жесткой формы, исключающего плотное прилегание к поверхности обуви, могут явиться причиной значительных неточностей в оценке изучаемых свойств.

Учитывая важность объективной характеристики теплозащитных свойств обуви и наличие ряда существенных недостатков в методах, применяемых для этой цели, разработан новый метод оценки теплозащитных свойств обуви. Метод основан на теории регулярного теплового режима и предусматривает использование в качестве теплоносителя ядра.

Рис. 3. Схема прибора типа ПТС-0 для определения суммарного теплового сопротивления обуви

с нагретой водой, заполняющей тонкую резиновую оболочку-баллон (с верхней теплоизоляционной прокладкой). В качестве показателя, характеризующего теплозащитные свойства обуви, т. е. способность изолировать организм от лишних теплопотерь, используется полное суммарное тепловое сопротивление. Испытание проводят с применением прибора типа ПТС-О (рис. 3), состоящего из испытательного стенда, на столе / которого смонтированы механизм 2 для закрепления и подъема образца с поворотным устройством 3, следящая система 9, камера спокойного воздуха 10 и аэродинамическая труба 14.

Механизм для закрепления и подъема образца представляет собой узел, состоящий из плиты 5, на которой установлены подвижные кронштейны 6 и регулировочный винт 4, с помощью которых образец фиксируют в заданном положении. Поворотное устройство позволяет поворачивать образец на 180° относительно продольной оси прибора. Следящая система состоит из стойки с площадкой, на которой смонтированы механизм вращения мешалки 7 с электродвигателем, датчик 15 режима работы, термометр 11 для контроля режима работы прибора и настройки автоматического режима испытаний.

Методы оценки теплозащитных свойств обуви в процессе носки применяют при комплексных физико-гигиенических исследованиях, включающих гигиеническую, санитарно-химическую и токсикологическую оценку обуви и материалов, из которых она изготовлена. Испытания проводят носчики, одетые в соответствии с условиями окружающей среды и выполняющие дозированную физическую работу. В процессе испытаний теплозащитных свойств обуви фиксируют показатели окружающей, среды, а также физиологические реакции организма: температуру тела, средневзвешенную температуру кожного покрова стопы и отдельных ее участков, разницу температур отдельных участков тела носчика, продолжительность снижения температуры кожи стопы до предельно допустимой, радиационно-конвективные теплопотери различных участков стопы, электрическое сопротивление кожи, увеличение массы внутренней обуви и др.

Температуру кожи измеряют прикрепляемыми к телу термопарами, радиационно-конвективные теплопотери — комплектом тепломеров, а электрическое сопротивление кожи — приборами типа реодерматометра. До начала опыта снимают фоновые данные, а затем в течение всего опыта через определенные интервалы времени осуществляют периодические замеры перечисленных показателей.

Комплекс показателей, характеризующих тепловое состояние организма носчика в период испытаний, дает достаточна полное представление о теплозащитных свойствах обуви.

Из методов оценки теплозащитных свойств обуви метод, основанный на применении прибора типа ПТС-О, является наиболее совершенным. Он используется не только для сравнительной характеристики указанных свойств, различных видов обуви, но и в качестве критерия при оценке новых лабораторных методов, предлагаемых для характеристики теплозащитных свойств обуви и обувных материалов.