Che cos’è Y-Warm?

Risposta diretta

Y-Warm è un materiale isolante termico polimerico ultrasottile, flessibile e a celle chiuse, progettato per l’abbigliamento, le calzature, l’attrezzatura outdoor e altre applicazioni in cui l’impiego dei tradizionali isolanti voluminosi risulta difficile.

Il materiale presenta generalmente uno spessore compreso tra 0,5 e 1,0 mm e una conducibilità termica di circa 0,018–0,025 W/(m·K), a seconda del metodo e delle condizioni di prova.

A differenza degli isolanti fibrosi tradizionali, come la piuma o le imbottiture sintetiche, che si basano in larga misura sullo spessore e sul volume per intrappolare aria relativamente immobile, Y-Warm utilizza una struttura porosa a celle chiuse con pareti polimeriche su scala nanometrica per ridurre il trasferimento di calore all’interno di uno strato estremamente sottile.

La caratterizzazione tridimensionale mediante Nano-CT mostra che la struttura interna è costituita da celle chiuse discrete con un diametro di circa 30–190 μm, separate da pareti polimeriche con uno spessore di circa 20–280 nm.

Y-Warm è flessibile, leggero, tagliabile e cucibile. Integra inoltre funzionalità di gestione dell’umidità e può quindi essere utilizzato come sottile strato di isolamento termico all’interno di sistemi tessili flessibili.

L’intervallo di temperatura di esercizio specificato è approssimativamente compreso tra −50 °C e 150 °C.

I. Come funziona Y-Warm?

Un materiale isolante termico non genera calore. La sua funzione è ridurre la velocità con cui l’energia termica viene trasferita tra zone a temperature diverse.

Il trasferimento di calore attraverso un sistema isolante può avvenire attraverso tre meccanismi principali:

1. conduzione termica

2. convezione

3. irraggiamento termico

Le prestazioni termiche di Y-Warm derivano dall’effetto combinato della sua struttura polimerica a bassa densità, della configurazione a celle chiuse, del gas intrappolato, delle ridotte dimensioni strutturali e delle caratteristiche superficiali.

1. Come riduce Y-Warm la conduzione termica?

La conduzione termica attraverso un materiale isolante poroso avviene sia attraverso la fase solida sia attraverso la fase gassosa.

Y-Warm contiene un elevato volume di celle chiuse riempite di gas, separate da pareti polimeriche estremamente sottili.

Le misurazioni mediante Nano-CT indicano:

• diametro delle celle: circa 30–190      μm

• spessore delle pareti cellulari:      circa 20–280 nm

La ridotta frazione solida e la sottile struttura polimerica limitano i percorsi continui di conduzione termica attraverso la fase solida, mentre il gas contenuto all’interno delle celle presenta una conducibilità termica molto inferiore rispetto alla maggior parte dei materiali solidi.

La conducibilità termica effettiva di Y-Warm è quindi approssimativamente:

λ ≈ 0,018–0,025 W/(m·K)

Il valore può variare in funzione del metodo di prova, della temperatura, della configurazione del campione e delle condizioni di misurazione.

Questa bassa conducibilità termica consente di ottenere una resistenza termica significativa con uno spessore notevolmente inferiore rispetto a molte strutture isolanti tessili convenzionali.

2. Come limita Y-Warm la convezione interna dei gas?

La convezione naturale richiede uno spazio sufficiente affinché possa svilupparsi una circolazione del gas indotta dalle forze di galleggiamento.

In Y-Warm, la fase gassosa è suddivisa in numerose celle chiuse discrete su scala micrometrica. Poiché le celle sono isolate tra loro, all’interno del materiale non può svilupparsi un flusso d’aria su larga scala.

Questa struttura riduce in modo significativo il trasferimento di calore per convezione attraverso la fase gassosa.

3. Qual è il ruolo dell’irraggiamento termico?

L’irraggiamento termico rappresenta un’altra componente del trasferimento di calore attraverso i materiali isolanti porosi e assume maggiore importanza con l’aumentare delle differenze di temperatura.

Y-Warm presenta una superficie porosa complessa e un’emissività misurata nell’infrarosso lontano superiore a 0,9.

Tuttavia, le prestazioni isolanti complessive del materiale non devono essere attribuite a un singolo meccanismo radiativo.

La conducibilità termica effettiva del materiale rappresenta il risultato combinato di conduzione attraverso la fase solida, trasferimento di calore attraverso la fase gassosa e trasferimento di calore per irraggiamento all’interno della struttura porosa.

Per questo motivo, Y-Warm è più correttamente descritto come un materiale isolante termico progettato strutturalmente, piuttosto che come una semplice barriera riflettente agli infrarossi.

II. In che modo Y-Warm si differenzia dagli isolanti convenzionali?

La differenza fondamentale risiede nel modo in cui viene generata la resistenza termica.

I materiali isolanti tessili tradizionali, come la piuma e le imbottiture in fibre sintetiche, formano una rete fibrosa tridimensionale che intrappola grandi quantità di aria relativamente immobile.

In questi sistemi, il volume dell’aria intrappolata e lo spessore dello strato contribuiscono in modo significativo alla resistenza termica.

Y-Warm adotta un approccio strutturale differente.

Anziché creare uno spesso strato fibroso, utilizza una struttura polimerica estremamente sottile per suddividere il gas in numerose celle chiuse discrete. In questo modo, il materiale può raggiungere una bassa conducibilità termica effettiva mantenendo uno spessore di circa 0,5–1,0 mm.

In termini semplici:

La piuma e le imbottiture fibrose generano isolamento principalmente grazie al volume di aria intrappolata.

Y-Warm genera isolamento attraverso una struttura porosa a celle chiuse progettata per funzionare con uno spessore minimo.

Ciò non significa che lo spessore sia irrilevante.

Per uno strato isolante omogeneo, la resistenza termica può essere approssimata come:

R ≈ d / λ

dove:

• R = resistenza termica, m²·K/W

• d = spessore del materiale, m

• λ = conducibilità termica, W/(m·K)

Pertanto, sia la conducibilità termica sia lo spessore determinano la resistenza termica di uno strato di materiale.

Il vantaggio di Y-Warm non consiste nel rendere irrilevante lo spessore, ma nel fatto che la sua conducibilità termica relativamente bassa consente di ottenere prestazioni isolanti utili anche con uno spessore molto ridotto.

III. Perché la flessibilità è importante?

Una delle principali sfide ingegneristiche legate ai materiali isolanti porosi ad alte prestazioni consiste nell’ottenere una bassa conducibilità termica senza sacrificare la flessibilità meccanica.

Gli aerogel di silice convenzionali possono offrire una conducibilità termica estremamente bassa, ma gli aerogel monolitici sono generalmente rigidi e fragili.

I blanket in aerogel migliorano la maneggevolezza integrando l’aerogel in supporti fibrosi; tuttavia, la formazione di polvere, la resistenza alla flessione, lo spessore e i requisiti di lavorazione possono continuare a rappresentare fattori rilevanti nelle applicazioni tessili.

Y-Warm utilizza una struttura polimerica flessibile a celle chiuse anziché una tradizionale struttura sol-gel di silice.

Di conseguenza, il materiale può essere:

• piegato e ripiegato;

• tagliato in componenti per capi di abbigliamento;

• cucito seguendo i profili dei cartamodelli;

• inserito tra tessuti esterni e fodere;

• utilizzato nelle calzature e in altri prodotti flessibili.

Questa combinazione di bassa conducibilità termica, struttura ultrasottile e flessibilità meccanica rappresenta uno dei principali motivi per cui Y-Warm può essere considerato un’alternativa agli isolanti a base di aerogel nelle applicazioni in cui flessibilità e lavorabilità tessile sono requisiti importanti.

Y-Warm non è un aerogel, né dal punto di vista chimico né da quello strutturale.

IV. Quali sono i principali dati tecnici di Y-Warm?

Questi valori devono essere interpretati in relazione ai metodi e alle condizioni di prova pertinenti e non come valori prestazionali universali applicabili a qualsiasi prodotto finito.

V. Come si comporta Y-Warm in presenza di umidità?

L’umidità è un fattore particolarmente importante nell’isolamento termico, poiché l’acqua allo stato liquido presenta una conducibilità termica molto più elevata rispetto all’aria immobile.

Gli isolanti tradizionali caratterizzati da elevato volume possono perdere efficienza termica quando l’acqua sostituisce l’aria all’interno della struttura fibrosa.

La piuma è particolarmente sensibile all’umidità, poiché quando si bagna i suoi cluster possono collassare, riducendo il volume e il loft.

Y-Warm si comporta in modo differente perché il suo principale meccanismo di isolamento non dipende dal mantenimento di una struttura fibrosa spessa e voluminosa.

La sua struttura polimerica a celle chiuse rimane fisicamente presente anche in caso di esposizione all’umidità, contribuendo a preservare la base strutturale dello strato isolante.

Tuttavia, ciò non significa che l’umidità non abbia alcun effetto sulle prestazioni termiche.

Il contenuto d’acqua, i tessuti circostanti, la costruzione del capo, la pressione, la temperatura e le condizioni ambientali possono tutti influenzare la resistenza termica effettiva del sistema finito.

Pertanto, una formulazione scientificamente più appropriata è la seguente:

La struttura isolante a celle chiuse di Y-Warm dipende meno dal mantenimento del loft rispetto alla piuma o alle imbottiture fibrose convenzionali e può quindi contribuire a mantenere una maggiore stabilità strutturale in condizioni di umidità.

VI. Y-Warm è traspirante?

Una struttura a celle chiuse non implica necessariamente che il materiale sia completamente impermeabile al vapore acqueo.

Y-Warm incorpora gruppi funzionali idrofili che consentono all’umidità di essere assorbita da un lato del materiale e successivamente trasferita, rilasciata ed evaporata dall’altro lato.

Test effettuati da enti terzi hanno misurato, nelle condizioni di prova specificate, una trasmissione del vapore acqueo pari a circa:

3.800 g/(m²·24 h)

L’assorbimento di umidità è stato misurato a circa il 280% del campione standard di riferimento, mentre la velocità di asciugatura è risultata pari a circa 2,5 volte quella del campione di riferimento nelle corrispondenti condizioni di prova.

Poiché il trasferimento dell’umidità attraverso Y-Warm avviene mediante assorbimento, diffusione ed evaporazione, anziché attraverso un semplice flusso d’aria libero all’interno di pori interconnessi, il suo meccanismo di gestione dell’umidità è diverso da quello delle tradizionali membrane microporose impermeabili e traspiranti.

Il comfort effettivo di un capo dipende dall’intero sistema di abbigliamento, inclusi il tessuto esterno, la fodera, gli adesivi, le cuciture, la ventilazione, la vestibilità, il livello di attività, la temperatura e l’umidità.

VII. In quali applicazioni può essere utilizzato Y-Warm?

Y-Warm è particolarmente adatto alle applicazioni in cui è necessario ottenere isolamento termico rispettando rigidi vincoli di spessore o peso.

Tra le applicazioni tipiche rientra l’abbigliamento, dove Y-Warm può essere inserito tra il tessuto esterno e la fodera di giacche, cappotti, guanti, cappelli e altri capi destinati alle basse temperature.

Nelle calzature, può essere integrato nella tomaia, nella fodera interna e in altre zone in cui è richiesta una funzione termica.

Nell’attrezzatura outdoor, può essere utilizzato in sistemi per il riposo, tende, coperture termiche e altre attrezzature leggere.

Il suo intervallo di temperatura di esercizio e la sua configurazione sottile e flessibile ne consentono inoltre l’impiego in applicazioni selezionate nel settore degli interni automobilistici, dell’edilizia, del trasporto ferroviario, dell’aviazione, dei sistemi della catena del freddo, dei dispositivi di protezione individuale (DPI) e della gestione termica industriale, a condizione che il materiale e il sistema assemblato siano convalidati per le specifiche condizioni operative.

Y-Warm dovrebbe essere generalmente utilizzato come strato funzionale interno, anziché come strato superficiale direttamente esposto, poiché la sua resistenza all’abrasione superficiale è inferiore a quella dei tradizionali tessuti di rivestimento.

VIII. Quali aspetti devono essere considerati durante la lavorazione di Y-Warm?

Y-Warm può essere tagliato e cucito utilizzando comuni metodi di lavorazione tessile, ma durante il processo produttivo è necessario proteggere la sua struttura porosa.

Nell’abbigliamento viene generalmente posizionato tra il tessuto esterno e la fodera e fissato lungo il perimetro dei singoli pezzi tagliati.

Per le calzature e altre applicazioni è possibile utilizzare cucitura, laminazione con PUR o processi con reti adesive a bassa temperatura opportunamente controllati.

È tuttavia importante tenere conto di alcune limitazioni di lavorazione.

La temperatura massima di esercizio specificata del materiale, pari a circa 150 °C, non deve essere interpretata come indicazione che Y-Warm possa essere lavorato a 150 °C sotto pressione. La resistenza alla temperatura durante l’uso e la tolleranza alle condizioni del processo produttivo sono parametri ingegneristici distinti.

• Evitare l’applicazione simultanea di temperature superiori a      circa 100 °C e di elevate pressioni meccaniche, poiché calore e      compressione eccessivi possono ridurre la capacità di recupero della      struttura porosa.

• Evitare trapuntature inutilmente fitte, che possono aumentare      la rigidità e ridurre la morbidezza al tatto del capo.

• La laminazione adesiva sull’intera superficie può ridurre in      modo significativo la trasmissione del vapore acqueo.

• Le condizioni di lavorazione devono quindi essere convalidate      in funzione del tessuto, dell’adesivo, della pressione, della temperatura      e dello specifico metodo produttivo.

IX. Domande frequenti su Y-Warm

D1. Y-Warm è un aerogel?

No.

Y-Warm non è un aerogel e non utilizza la tradizionale struttura sol-gel di silice associata alla maggior parte degli isolanti in aerogel.

Entrambe le tecnologie mirano a ottenere una conducibilità termica molto bassa attraverso strutture altamente porose, ma differiscono per composizione chimica, architettura dei pori, comportamento meccanico e processo produttivo.

Y-Warm utilizza una struttura polimerica flessibile a celle chiuse con pareti cellulari su scala nanometrica, mentre gli aerogel di silice convenzionali sono costituiti prevalentemente da reti nanoporose inorganiche.

Y-Warm può quindi essere descritto come un’alternativa agli isolanti a base di aerogel nelle applicazioni che richiedono flessibilità, spessore ridotto e lavorabilità tessile, piuttosto che come un tipo di aerogel.

D2. Un materiale spesso solo 0,7 mm può fornire un isolamento termico significativo?

Sì, ma è necessario considerare insieme lo spessore e la conducibilità termica.

Per uno strato omogeneo:

R ≈ d / λ

Un materiale con una conducibilità termica inferiore può fornire una maggiore resistenza termica, a parità di spessore, rispetto a un materiale con una conducibilità termica più elevata.

Y-Warm combina una struttura ultrasottile con una conducibilità termica di circa 0,018–0,025 W/(m·K).

Pertanto, anche uno strato di circa 0,7 mm può contribuire con una resistenza termica misurabile all’interno di un capo di abbigliamento o di un sistema di equipaggiamento.

Tuttavia, non si deve presumere automaticamente che uno strato di Y-Warm da 0,7 mm fornisca la stessa resistenza termica totale di uno strato di piuma o di isolante sintetico di qualsiasi spessore. Le prestazioni del prodotto finito dipendono dall’intero sistema di isolamento.

D3. Y-Warm fa sudare?

Non necessariamente.

Y-Warm è progettato per funzionare come strato isolante termico offrendo al contempo assorbimento dell’umidità, trasferimento del vapore acqueo e rapida asciugatura.

Tuttavia, la percezione di caldo, freddo, asciutto o sudorazione dipende dall’intero sistema di abbigliamento, dal livello di attività, dalla temperatura ambiente, dall’umidità, dalla ventilazione, dalla permeabilità dello strato esterno e dalla vestibilità del capo.

La traspirabilità deve quindi essere valutata a livello dell’intero sistema di abbigliamento, e non considerando esclusivamente lo strato isolante.

D4. Y-Warm può essere utilizzato ad alte temperature?

L’intervallo di temperatura di esercizio specificato per Y-Warm è approssimativamente compreso tra −50 °C e 150 °C.

Questo intervallo indica le temperature che il materiale può sopportare nelle condizioni specificate e non deve essere confuso con le temperature ammissibili durante la lavorazione.

In particolare, si dovrebbe evitare l’applicazione simultanea di temperature superiori a circa 100 °C e di elevate pressioni meccaniche, poiché tali condizioni possono compromettere la capacità di recupero e l’integrità della struttura porosa.

D5. Y-Warm è più caldo della piuma?

Non esiste una risposta universale scientificamente valida senza specificare spessore, massa, struttura, condizioni di umidità, grado di compressione e condizioni di prova.

La piuma è un isolante leggero ed estremamente efficace quando può mantenere un volume e un loft sufficienti.

Y-Warm risponde a un’esigenza ingegneristica differente: ottenere un isolamento termico utile nelle applicazioni in cui spessore estremamente ridotto, massa contenuta, flessibilità e stabilità strutturale rappresentano priorità progettuali.

Le due tecnologie possono quindi rappresentare alternative in alcune applicazioni e risultare complementari in altre.

In ambienti estremamente freddi, Y-Warm può anche essere combinato con piuma o isolanti sintetici per realizzare sistemi ibridi nei quali lo strato a celle chiuse e l’isolante voluminoso svolgono funzioni termiche differenti.

X. Riepilogo: quali sono le principali caratteristiche di Y-Warm?

Y-Warm è un materiale isolante termico polimerico ultrasottile e flessibile, basato su una struttura porosa a celle chiuse con pareti polimeriche su scala nanometrica.

Le sue principali caratteristiche includono:

• spessore tipico di circa 0,5–1,0 mm

• conducibilità termica di circa 0,018–0,025 W/(m·K)

• celle chiuse con diametro di circa 30–190 μm

• pareti cellulari polimeriche con spessore di circa 20–280 nm

• intervallo di temperatura di esercizio di circa −50 °C~150 °C

• struttura flessibile, tagliabile e cucibile

• funzionalità di gestione dell’umidità e asciugatura rapida

Il principale valore tecnico di Y-Warm non consiste nel rendere irrilevante lo spessore, ma nel fornire una conducibilità termica relativamente bassa in una struttura estremamente sottile e flessibile.

Queste caratteristiche rendono Y-Warm particolarmente adatto all’abbigliamento, alle calzature, all’attrezzatura outdoor e ad altre applicazioni in cui i tradizionali isolanti voluminosi comportano limitazioni in termini di spessore, peso, flessibilità o design del prodotto.