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Y-Warm, le imbottiture in fibre di poliestere e il piumino contribuiscono tutti a ridurre la dispersione di calore. La loro capacità isolante deriva però da strutture fondamentalmente diverse.
Il piumino e le imbottiture sintetiche si basano principalmente sulla capacità di mantenere volume: le loro strutture tridimensionali intrappolano grandi quantità di aria relativamente immobile, formando uno spesso strato isolante.
Y-Warm adotta un approccio diverso: anziché affidarsi al volume dell’imbottitura, limita il trasferimento di calore attraverso una struttura altamente porosa a celle chiuse, concentrata in uno spessore molto ridotto.
Per comprendere questa differenza occorre considerare i tre principali meccanismi di trasferimento del calore: conduzione, convezione e irraggiamento.
1. Conduzione: aria intrappolata e struttura a celle chiuse
Piumino e imbottiture in fibre di poliestere
Il piumino e le imbottiture sintetiche formano reti tridimensionali che contengono numerosi piccoli spazi d’aria.
L’aria immobile ha una bassa conducibilità termica, pari a circa 0,026 W/(m·K) a temperatura ambiente. Trattenerla all’interno di una struttura sufficientemente spessa contribuisce quindi a rallentare il trasferimento di calore per conduzione.
Per questo il volume e lo spessore dell’imbottitura sono determinanti per le prestazioni isolanti dei materiali tradizionali. In generale, un’imbottitura più voluminosa forma uno strato più spesso di aria intrappolata e offre una maggiore resistenza termica, purché il movimento dell’aria al suo interno rimanga limitato.
Y-Warm
Y-Warm non richiede uno strato spesso e voluminoso.
In uno strato di Y-Warm spesso circa 1 mm possono trovarsi oltre 10.000 celle micrometriche distinte per centimetro quadrato, separate da pareti estremamente sottili.
Questa struttura altamente porosa a celle chiuse limita il movimento del gas e riduce i percorsi continui di conduzione del calore nella fase solida. Y-Warm può così presentare una conducibilità termica molto bassa in una struttura assai più sottile.
La differenza principale è la seguente:
Il piumino e le imbottiture in fibre generano resistenza termica soprattutto attraverso lo spessore e l’aria intrappolata. Y-Warm la ottiene mediante una struttura porosa progettata su una scala molto più piccola.
2. Convezione: modi diversi di limitare il movimento dell’aria
Piumino e imbottiture in fibre di poliestere
La convezione si verifica quando un gas si muove trasportando calore da un punto a un altro.
Nel piumino e nelle imbottiture sintetiche, la complessa rete di fibre o fiocchi di piumino suddivide il volume d’aria in numerosi spazi più piccoli, limitando la circolazione dell’aria su larga scala.
Anche il tessuto esterno e la fodera di un capo contribuiscono a regolare il flusso d’aria attraverso l’intero sistema isolante. Se l’imbottitura mantiene un volume sufficiente e il movimento dell’aria resta limitato, il trasferimento di calore per convezione può essere ridotto efficacemente.
Y-Warm
Y-Warm limita il movimento del gas in modo diverso.
La sua struttura a celle chiuse distribuisce il gas in numerosi spazi microscopici separati. Poiché le celle non formano una rete continua, la circolazione del gas su larga scala all’interno del materiale è fortemente limitata.
Le piccole dimensioni delle celle rendono inoltre meno favorevole lo sviluppo della convezione dovuta alla spinta di galleggiamento. Y-Warm limita quindi il movimento interno del gas grazie alla propria struttura cellulare, senza richiedere uno spesso strato d’aria.
3. Irraggiamento: l’influenza delle strutture porose
L’irraggiamento termico trasferisce energia attraverso onde elettromagnetiche e costituisce un’altra componente degli scambi di calore nei sistemi isolanti.
Piumino e imbottiture in fibre di poliestere
Nel piumino e nelle imbottiture sintetiche, la radiazione termica interagisce con le numerose superfici delle fibre e dei fiocchi di piumino.
Queste superfici assorbono, emettono e diffondono la radiazione. Insieme allo spessore dello strato isolante, tali interazioni contribuiscono a ridurre il trasferimento netto di calore per irraggiamento attraverso il sistema.
Y-Warm
Y-Warm possiede una struttura solida altamente porosa, con pareti cellulari spesse circa 20–280 nanometri.
L’ampia superficie interna e le numerose interfacce tra la parte solida e i pori influenzano l’assorbimento, l’emissione e la trasmissione della radiazione termica all’interno del materiale.
In condizioni di prova definite, Y-Warm presenta inoltre un’emissività nell’infrarosso lontano superiore a 0,9.
L’emissività, da sola, non costituisce tuttavia una misura diretta delle prestazioni isolanti. Il trasferimento complessivo di calore dipende dall’azione combinata di conduzione, convezione, irraggiamento, spessore del materiale, struttura e condizioni al contorno. Per valutare l’isolamento restano quindi necessari la misura della conducibilità termica e i test termici sull’intero sistema.
4. Compressione: perché il volume dell’imbottitura conta
Il comportamento sotto compressione rappresenta una differenza pratica importante tra le imbottiture voluminose e gli isolanti a struttura porosa.
Piumino e imbottiture in fibre di poliestere
Le prestazioni isolanti del piumino e delle imbottiture sintetiche sono strettamente legate al volume che riescono a mantenere. Quando vengono compressi:
lo strato isolante diventa più sottile;
diminuisce il volume dell’aria intrappolata;
le fibre o i fiocchi di piumino si avvicinano;
la resistenza termica generalmente diminuisce.
Le prestazioni termiche di queste imbottiture possono quindi variare sensibilmente sotto pressione. L’effetto è particolarmente rilevante per calzature, guanti, sedute, dispositivi di protezione e indumenti aderenti, nei quali l’isolante può subire compressioni ripetute o prolungate.
Y-Warm
Y-Warm non dipende da un’imbottitura macroscopicamente voluminosa per formare la propria struttura isolante. Le sue proprietà termiche si basano soprattutto su una struttura porosa progettata per contenere un gran numero di celle chiuse microscopiche.
Poiché tale struttura è interna al materiale e non richiede uno spesso strato rigonfio, Y-Warm può sfruttare il proprio meccanismo di isolamento strutturale anche quando lo spazio disponibile è molto limitato.
La sua struttura porosa e flessibile è inoltre progettata per recuperare la forma dopo normali flessioni e compressioni. Le prestazioni sotto carichi specifici devono comunque essere valutate in base ai requisiti del prodotto finale.
5. Perché lo spessore resta importante
Per uno strato di materiale omogeneo, la resistenza termica può essere stimata con la formula:
R = d / λ
dove:
R è la resistenza termica, espressa in m²·K/W;
d è lo spessore del materiale, espresso in m;
λ è la conducibilità termica, espressa in W/(m·K).
Questa relazione mette in evidenza la differenza tra le imbottiture tradizionali e i materiali isolanti ultrasottili.
Il piumino e le imbottiture sintetiche aumentano generalmente la resistenza termica aumentando d, cioè lo spessore dello strato isolante. Y-Warm è invece progettato per avere un basso valore di λ, la conducibilità termica del materiale.
Nella progettazione dei prodotti, ciò porta a due approcci:
Imbottiture tradizionali: maggiore volume → maggiore spessore → maggiore resistenza termica
Y-Warm: minore conducibilità termica → maggiore resistenza termica a parità di spessore
Questo non rende irrilevante lo spessore: la resistenza termica dipende sempre sia dallo spessore sia dalla conducibilità termica. In condizioni comparabili, un materiale con una conducibilità termica più bassa può però raggiungere una determinata resistenza termica con uno spessore minore.
Y-Warm, piumino e fibre di poliestere a confronto
Proprietà | Piumino | Imbottitura in fibre di poliestere | Y-Warm |
Struttura isolante principale | Fiocchi di piumino voluminosi | Rete voluminosa di fibre | Struttura porosa a celle chiuse progettata a tale scopo |
Principio di isolamento principale | Intrappola aria relativamente immobile | Intrappola aria relativamente immobile | Limita il trasferimento di calore all’interno di una struttura porosa |
Dipendenza dal volume dell’imbottitura | Elevata | Elevata | Bassa |
Importanza dello spessore | Elevata | Elevata | La bassa conducibilità termica ne consente l’uso con uno spessore minore |
Struttura interna contenente il gas | Spazi d’aria interconnessi | Spazi d’aria interconnessi | Celle microscopiche separate |
Effetto della compressione | La resistenza termica generalmente diminuisce quando si riduce il volume | La resistenza termica generalmente diminuisce quando si riduce il volume | Non dipende da un volume macroscopico dell’imbottitura |
Flessibilità | Eccellente | Eccellente | Eccellente |
Comportamento in presenza di umidità | Dipende in particolare dal trattamento del piumino e dalla costruzione del prodotto | Dipende dalle fibre e dalla costruzione del prodotto | Permeabile al vapore acqueo e ad asciugatura rapida |
Approccio progettuale tipico | Imbottitura leggera e voluminosa | Imbottitura sintetica voluminosa | Isolamento strutturale ultrasottile |
Conclusione: due approcci all’isolamento termico
Il piumino e le imbottiture in fibre di poliestere sono isolanti efficaci perché le loro strutture tridimensionali intrappolano grandi volumi di aria relativamente immobile.
Le loro prestazioni dipendono quindi in larga misura da volume dell’imbottitura, spessore, struttura delle fibre o del piumino, compressione, condizioni di umidità e costruzione del prodotto.
Y-Warm agisce a una scala strutturale diversa. Anziché formare uno spesso strato d’aria intrappolata, utilizza una struttura porosa a celle chiuse appositamente progettata. Con uno spessore di circa 1 mm, può contenere oltre 10.000 celle micrometriche distinte per centimetro quadrato.
Le sue proprietà termiche dipendono quindi, tra gli altri fattori, da conducibilità termica, porosità, struttura delle celle, spessore delle pareti cellulari, percentuale di celle chiuse, spessore del materiale e condizioni ambientali.
La differenza fondamentale si può riassumere così:
Il piumino e le imbottiture in fibre isolano principalmente grazie al loro volume. Y-Warm utilizza celle chiuse con pareti nanometriche per fornire isolamento termico con uno spessore molto ridotto.
Per abbigliamento, calzature, guanti, attrezzature per attività all’aperto e altri prodotti che devono combinare isolamento termico, spessore ridotto, leggerezza, flessibilità e libertà progettuale, questo offre un diverso approccio alla progettazione dell’isolamento.
