ネオプレンの細孔内の不活性ガスにより、ウェットスーツの断熱性が向上しました

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ネオプレンの細孔内の不活性ガスにより、ウェットスーツの断熱性が向上しました
ネオプレンの細孔内の不活性ガスにより、ウェットスーツの断熱性が向上しました
Anonim
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アメリカの化学者は、クリプトン、アルゴン、キセノンなどの不活性ガスの分子がネオプレンの細孔に導入されると、その熱伝導率が約半分に低下する可能性があることを発見しました。この材料で作られたウェットスーツは、従来のネオプレンスーツと比較して、摂氏10度未満の温度で水中にとどまることができる時間を3倍にする、とRSCAdvancesの科学者は書いています。

ネオプレンは塩素含有ゴムで、主に断熱材と断熱材の作成に使用されます。ネオプレンの主な体積(最大85%)は、ガスで満たされた閉じた接続されていない細孔で構成されているため、ネオプレンは熱の伝導が非常に悪く、たとえば、冷水にとどまることができるウェットスーツの材料として使用できます。低体温症なしで長い間。熱伝導率の点では、ネオプレンは他のいくつかの材料、特にポリスチレンやポリウレタンよりもわずかに劣りますが、その機械的特性のために、高い断熱特性を備えた衣類を作成するために最も頻繁に使用されます。しかし、ネオプレンには欠点がないわけではありません。第一に、このようなウェットスーツでも1時間以上冷水にとどまることができず、第二に、これらのスーツは十分に厚くする必要があり、移動の自由が制限されます。

マサチューセッツ工科大学のJacopoBuongiornoが率いるアメリカの研究者は、多孔質材料に不活性ガス分子を導入することによってネオプレンの効率を高める方法を提案しました。製造直後、サイズが約100〜200マイクロメートルのネオプレン細孔には窒素または空気が含まれています。しかしながら、多孔質材料が高圧の別のガスの雰囲気に置かれる場合、細孔内のガス混合物の化学組成を変えることができる。窒素と酸素の分子は、ポリマーの壁から浸透して材料の細孔を離れることができ、それらの場所は別のガスの分子によって占められます。

この場合、科学者たちはネオプレン材料を、大気圧の約2.5倍の圧力で、キセノン、アルゴン、またはクリプトンなどの不活性ガスの雰囲気に置きました。その結果、空気が細孔を離れ、不活性ガスが発生しました。 3つのケースのそれぞれで、このような交換により熱伝導率が著しく低下しました。これは、ガス自体の熱伝導率の違いに関連しています(室温での空気の熱伝導率は、温度で1メートルあたり0.026ワットです。 1度の差、アルゴン-0.018ワット/メートル、クリプトン-最大0.0095ワット/メートル、キセノン-0.0055ワット/メートル)。ガス導入の効果は2時間の治療で顕著になり、熱伝導率は施術開始後5日で一定値になります。したがって、従来のネオプレンと比較して、熱伝導率を25〜40パーセント削減できます。最も低い熱伝導係数は、キセノンを含むネオプレンで見つかりました。温度差が1度の場合、0.027ワット/メートルの値に達しました。

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ネオプレンの多孔質構造の顕微鏡写真(左)と、空気からの細孔内のガスのアルゴン、クリプトン、またはキセノンによる置換の図(右)

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細孔内にさまざまなガスがあるネオプレンの熱伝導率(左):実験データは青で、理論モデルデータは赤で示されています。左側には、空気中の時間に応じてガス組成が異なるネオプレンの熱伝導率の依存性が示されています。

このような材料の主な欠点は、空気中で、不活性ガスが時間の経過とともに徐々に細孔を離れ、熱伝導率が増加し、したがって断熱特性が低下することです。しかし、この材料は数十時間後にのみ通常のネオプレンの特性に到達し、その間にはるかに効果的な材料として使用することができます。

科学者たちはまた、10度未満の温度の冷水条件で得られたネオプレン材料の効率をテストしました。所望の状態を得るために、ネオプレンを7日間にわたって不活性ガスによる多段階処理にかけた。このような素材で作られたウェットスーツは、冷水での最大滞在時間を1時間未満から2〜3時間に増やすことができることが判明しました。さらに、科学者は、不活性ガスを使用すると、その特性を失うことなく、材料の厚さを約半分にすることができると述べています。

研究の著者によると、提案された方法の利点の1つは、現在、それを産業技術に導入できることです。既製のネオプレン素材または同様の素材を単純に処理すると、はるかに効果的なウェットスーツが得られます。さらに、同様のアプローチは、熱損失の可能性がある状態でエネルギーを貯蔵する必要性に関連する他のタスクにも使用できます。

高分子材料の断熱特性を向上させるには、細孔内のガスの化学組成だけでなく、材料内の形状、サイズ、位置も監視することが重要です。たとえば、中国の科学者は、フィブロインフィラメントから断熱生地を作ることを提案しました。この生地の細孔システムはホッキョクグマの毛皮の構造に似ており、一定の条件下で空気中と水中の両方で凍結するのを防ぐことができます。寒い。

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