НЕТКАНЫЙ УТЕПЛИТЕЛЬНЫЙ ОГНЕСТОЙКИЙ МАТЕРИАЛ

Полезная модель относится к нетканому волокнистому утеплительному материалу с огнестойкими свойствами и используется для формирования подкладочного слоя швейного изделия. Предлагаемый утеплительный материал может быть использован как подкладка для всех видов одежды, изделий специального назначения и аксессуаров, преимущественно в производстве высокотехнологичной верхней одежды для защиты от термических рисков.
Из уровня техники известен нетканый утеплительный огнестойкий материал для формирования подкладочного слоя швейного изделия, включающий смесь полимерных волокон, объединенных в полотно термическим скреплением, содержащий полимерные волокна и бикомпонентное волокно типа «ядро-оболочка» с концентрическим расположением, причем полимерные волокна включают негорючие огнестойкие вискозные волокна (см. RU 34549 U1, 10.12.2003 - выбран за прототип), при этом суммарное массовое содержание негорючих огнестойких вискозных волокон и бикомпонентных волокон в материале составляет не более 50%.
Недостатками известного из прототипа материала является недостаточная огнестойкость, поскольку содержание негорючих огнестойких волокон слишком мало. В таком материале при воздействии пламенем газовой горелки образуются дыры, горение с краю. Поскольку массовое содержание бикомпонентных волокон в материале не обозначено, такой материал может иметь недостаточную скрепляемость волокон, что приведет к уменьшению прочности утеплительного материала, потере его целостности, высокой миграции волокон утеплителя из-за недостаточного количества склеек. Поскольку суммарное массовое содержание негорючих огнестойких вискозных волокон и бикомпонентных волокон в материале составляет не более 50%, то при увеличении содержания негорючих волокон (и повышении огнестойкости) в материале прототипа будет уменьшаться содержание бикомпонентного волокна, т.е. будет снижаться прочность.
Задачей настоящей полезной модели является устранение вышеуказанных недостатков.
Технический результат предлагаемой полезной модели заключается в повышении огнестойкости при сохранении высокой прочности утеплительного материала.
Заявляемый нетканый утеплительный огнестойкий материал для формирования подкладочного слоя швейного изделия включает смесь полимерных волокон, объединенных в полотно термическим скреплением, и содержит полимерные волокна и бикомпонентное волокно типа «ядро-оболочка» с концентрическим расположением.
Согласно полезной модели, бикомпонентное волокно имеет линейную плотность 0,48 текс, а полимерные волокна включают модакриловое волокно с линейной плотностью 0,33 текс, вискозное огнестойкое волокно с линейной плотностью 0,33 текс, метаарамидное волокно с линейной плотностью 0,22 текс, в котором упомянутая смесь содержит, масс. %: бикомпонентное волокно - 32%; модакриловое волокно - 33%; вискозное огнестойкое волокно - 33%; метаарамидное волокно - 2%.
Полезная модель поясняется фигурами. На фиг. 1 показаны: график зависимости индекса ограниченного распространения пламени по ГОСТ ISO 14116 от массового содержания в материале бикомпонентных волокон (в %) и от суммарного массового содержания в материале определенных заявляемых негорючих волокон заданной плотности (в %), а также график зависимости прочности (в сН/текс) от массового содержания в материале бикомпонентных волокон (в %) и от суммарного массового содержания в материале определенных заявляемых негорючих волокон заданной плотности (в %). На фигурах 2-7 показаны различные утеплительные материалы после испытаний согласно приведенным ниже примерам.
Нетканый утеплительный огнестойкий материал для формирования подкладочного слоя швейного изделия включает смесь полимерных волокон, объединенных в полотно термическим скреплением. В качестве неограничивающего примера, в заявляемом уплотнительном материале волокна представляют собой штапельные волокна длиной 51 мм. В качестве еще одного неограничивающего примера, могут использоваться волокна длиной 5-70 мм. Скрепление волокон в холсте (полотне) идет за счет термического скрепления - именно для этого добавляется связующее в виде бикомпонентного волокна в состав смески.
Заявляемый материал содержит полимерные волокна и бикомпонентное волокно с линейной плотностью 0,48 текс типа «ядро-оболочка» с концентрическим расположением. В качестве неограничивающего примера, полимер оболочки выбран из низших полиолефинов (например, полиэтилен высокого давления, полипропилен) или сополимеров низших олефинов (например, сополимер полиэтилена или сополиэтилентерефталат) с температурой плавления 110-180°С, а полимер ядра представляет собой полиэтилентерефталат с температурой плавления 230-270°С. Благодаря тому, что полимер оболочки имеет температуру плавления ниже, чем температура плавления полиэфирных волокон и полимера ядра, полимер оболочки расплавляясь, скрепляет смесь волокон и превращает ее в единое полотно (холст). Бикомпонентное волокно выступает при термоскреплении в качестве связующего. Связующее в производстве нетканых материалов используется как для образования связей между волокнами, так и для перераспределения нагрузки между волокнами, то есть обеспечения возможности согласованной работы волокнистых элементов при нагрузках, вызывающих деформацию нетканого материала. В качестве неограничивающего примера, ядро занимает по площади от 50 до 95% от общей площади поперечного сечения бикомпонентного волокна, а оболочка занимает по площади от 5 до 50% от общей площади поперечного сечения бикомпонентного волокна.
Полимерные волокна состоят из модакрилового волокна с линейной плотностью 0,33 текс, вискозного огнестойкого волокна с линейной плотностью 0,33 текс, метаарамидного волокна с линейной плотностью 0,22 текс. Смесь полимерных волокон, представляющая собой заявляемый материал, содержит по массе 32% бикомпонентного волокна, 33% модакрилового волокна, 33% вискозного огнестойкого волокна, 2% метаарамидного волокна.
Было экспериментально выявлено и установлено, что именно при массовом содержании 33-33-2% соответственно модакрилового, вискозного огнестойкого, метаарамидного волокон (всего при 68% огнестойких негорючих волокон) и 32% бикомпонентного волокна от всей массы материала в данной конкретной смеси (с указанными массовым содержанием и линейной плотности всех конкретных компонентов смеси, с указанным термоскреплением в полотно, с указанной конструкцией бикомпонентного волокна) будет достигаться 3 индекс ограниченного распространения пламени по ГОСТ ISO 14116 при сохранении высокой прочности утеплительного материала (что характеризуется отсутствием значительной миграции волокон утеплителя и высокими разрывными характеристиками).
Также экспериментально выявлено, что при массовом содержании 32% бикомпонентного волокна от всей массы материала в данной конкретной смеси оптимально скрепляются волокна, образуются ячейки с воздухом и обеспечивается достаточно высокое суммарное тепловое сопротивление, необходимое по определению для утеплительного материала.
При уменьшении содержания огнестойких негорючих волокон в конкретной смеси волокон менее 68% по массе (и соответствующем увеличении по массе бикомпонентных волокон более 32%) не будет достигаться 3 индекс ограниченного распространения пламени по ГОСТ ISO 14116, хоть и материал будет достаточно прочен (см. фиг. 1, справа от 32% бикомпонентного вещества).
При увеличении содержания огнестойких негорючих волокон в конкретной смеси волокон более 68% по массе (и соответствующем уменьшении по массе бикомпонентных волокон менее 32%) снижается прочность и скрепляемость материала, волокна утеплителя из-за недостаточного количества склеек мигрируют в большом количестве, снижаются разрывные характеристики, хоть и будет при этом достигаться указанный 3 индекс ограниченного распространения пламени (см. фиг. 1, слева от 32% бикомпонентного вещества).
Поэтому именно заявляемое соотношение данной конкретной смеси волокон в заявляемом материале позволит достичь как 3 индекс ограниченного распространения пламени (повышенную огнестойкость утеплительного материала), так и достичь отсутствия значительной миграции волокон утеплителя (сохранить высокую прочность утеплительного материала).
ГОСТ ISO 14116-2016 «Система стандартов безопасности труда. Одежда и материалы для защиты от тепла и пламени. Ограниченное распространение пламени. Требования к огнестойкости» устанавливает требования и методы оценки свойств материалов, пакетов материалов, одежды специальной защитной (спецодежды) в части ограничения распространения пламени. Спецодежда, изготовленная в соответствии с настоящим стандартом, предназначена для защиты работающих от случайного кратковременного контакта с небольшим пламенем при отсутствии существенного риска от тепла другой природы. Система классификации приведена для материалов, пакетов материалов и спецодежды, испытанных в соответствии с ISO 15025, метод А. Указанный стандарт устанавливает технические требования к спецодежде и материалам для ее изготовления при проектировании, постановке на производство и подтверждении соответствия.
Под отверстием в указанном стандарте понимается разрушение размером не менее 5x5 мм, вызванное плавлением, нагреванием или горением испытуемого образца. Под индексом ограниченного распространения пламени в указанном стандарте понимается цифра, указывающая, что материал имеет свойства ограничивать распространение пламени в соответствии с установленным уровнем.
Требования, соответствующие индексу ограниченного распространения пламени 1: при распространении пламени ни на одном из образцов граница пламени или отверстия не должны достигать верхней или любой из вертикальных кромок; ни один из образцов не должен выделять горящих остатков; остаточное тление не должно превышать 2 с (≤2 с); тление не должно распространяться с обугленной поверхности на неповрежденную область после воздействия пламени на поверхность пробы по ISO 15025.
Требования, соответствующие индексу ограниченного распространения пламени 2: при распространении пламени ни на одном из образцов граница пламени не должна достигать верхней или любой из вертикальных кромок; ни один из образцов не должен выделять горящих остатков; остаточное тление не должно превышать 2 с (≤2 с); тление не должно распространяться с обугленной поверхности на неповрежденную область после воздействия пламени на поверхность пробы по ISO 15025; ни один из образцов не должен иметь отверстий (сквозных) размером более 5 мм в любом направлении материала, используемого для защиты от пламени.
Требования, соответствующие индексу ограниченного распространения пламени 3: при распространении пламени ни на одном из образцов граница пламени не должна достигать верхней или любой из вертикальных кромок; ни один из образцов не должен выделять горящих остатков; остаточное тление не должно превышать 2 с (≤2 с); тление не должно распространяться с обугленной части на неповрежденную область после воздействия пламени на поверхность пробы по ISO 15025; ни один из образцов не должен иметь отверстий размером более 5 мм в любом направлении материала, используемого для защиты от пламени; время остаточного горения каждого из образцов не должно превышать 2 с (≤2 с). То есть требования, соответствующие индексу ограниченного распространения пламени 3, являются самыми жесткими.
Модакриловое волокно является огнестойким негорючим с хорошими тепловыми характеристиками. Это волокно из полимеров виниловых соединений с массовой долей звеньев акрилонитрила от 35% до 85%, обладает негорючими свойствами.
Вискозное огнестойкое волокно является огнестойким негорючим с хорошими тепловыми характеристиками. Это искусственное целлюлозное волокно с негорючими свойствами.
Метаарамидное волокно является огнестойким негорючим с хорошими тепловыми характеристиками. Арамидные волокна - это высоко функциональные химические волокна с характерными жесткими цепочками полимера. Их молекулы удерживаются сильными водородными связями, которые позволяют эффективно передавать механические нагрузки и дают возможность использовать цепочки с относительно низкой молекулярной массой. Арамиды обладают некоторыми общими характеристиками, дающими им преимущество по сравнению с другими волокнами: высокая прочность, хорошая устойчивость к истиранию, хорошая устойчивость к воздействию органических растворителей, отсутствие электропроводимости, отсутствие точки плавления, низкая воспламеняемость, хорошие показатели сохранения целостности ткани в условиях повышенных температур.
В таблице 1 в качестве неограничивающего примера показаны технические характеристики заявляемого материала определенной толщины.
Заявляемый утеплитель является высокотехнологичным синтетическим теплоизолирующим материалом, разработанным из ультратонких волокон с небольшой указанной линейной плотностью со специальными огнестойкими свойствами. Обеспечивает теплозащиту, сохраняя легкий вес, эффективную воздухопроницаемость, мягкость и объем материала, сохраняет тепло при повышенной влажности, легко стирается и быстро сохнет, обладая при этом защитными огнестойкими характеристиками. При пошиве к швейному изделию, простегивание может производиться на обычном стегальном оборудовании. Рекомендуемый шаг сквозного простегивания - от 10 до 15 см. Необходимо тщательно следить за тем, чтобы шаг простегивания не выходил за пределы указанного интервала.
cyм
2
Теплозащитные (теплоизоляционные) свойства материала определялись на приборе МТ-380 с помощью методики определения суммарного теплового сопротивления в соответствии с ГОСТ 20489-75, которая заключается в измерении времени остывания пластины прибора в заданном интервале перепадов температур между поверхностью пластины, изолированным материалом или пакетом материалов и окружающим воздухом. Установленный размер для испытуемых образцов 360×500 мм. Испытания одного образца проводят на двух пробах, которые выдерживаются в атмосферных условиях при температуре 20(±2)°С и относительной влажности воздуха 60(±2)%. Испытания начинают с определения толщины нетканого материала толщиномером при давлении 0,2 КПа в 10 точках, далее вычисляют среднее арифметическое значение результатов измерений. Образец заправляют лицевой стороной к воздушному потоку натяжением, достаточным для фиксации образца. Вводят фактические значения поверхностной плотности и толщины испытуемого образца. Прибор автоматически выдает показатель. Значение показателя суммарного теплового сопротивления R измеряется в м⋅°С/Вт.
Пример 1 (сравнительный, см. фиг. 2). В примерах 1, 2, 4, 5, 7 представлены материалы с повышенным содержанием бикомпонентного волокна (более 32%) и пониженным содержанием негорючих волокон (менее 68%) и отмечается, что такие материалы не имеют индекс ограниченного распространения пламени по ГОСТ ISO 14116 (далее - «индекс») 3, т.е. огнестойкость низкая, а тепловые характеристики остаются примерно на том же уровне.
2
Материал в примере 1 содержит по массе 34% бикомпонентного волокна, 33% модакрилового волокна, 33% вискозного огнестойкого волокна. Линейная плотность бикомпонентного волокна 0,48 текс, модакрилового волокна 0,33 текс, вискозного огнестойкого волокна 0,33 текс. Результат испытаний по ГОСТ ISO 14116: материал не соответствует ни одному индексу, большая площадь охвата пламенем, с края началось горение (фиг. 2). Суммарное тепловое сопротивление материала составляет 0,35 м°С/Вт.
2
Пример 2 (сравнительный, см. фиг. З). Материал в примере 2 содержит по массе 37% бикомпонентного волокна, 13% модакрилового волокна, 50% вискозного огнестойкого волокна. Линейная плотность бикомпонентного волокна 0,48 текс, модакрилового волокна 0,33 текс, вискозного огнестойкого волокна 0,33 текс. Результат испытаний по ГОСТ ISO 14116: материал соответствует индексу 1, образовалась дыра, т.е. большое отверстие (фиг. 3). Суммарное тепловое сопротивление материала составляет 0,46 м°С/Вт.
2
Пример 3 (см. фиг. 4). Материал в примере 3 является заявляемым материалом и содержит по массе 32% бикомпонентного волокна, 33% модакрилового волокна, 33% вискозного огнестойкого волокна, 2% метаарамидного волокна (всего - 68% негорючих волокон). Линейная плотность бикомпонентного волокна 0,48 текс, модакрилового волокна 0,33 текс, вискозного огнестойкого волокна 0,33 текс, метаарамидного волокна 0,22 текс. Результат испытаний по ГОСТ ISO 14116: материал соответствует индексу 3, материал имеет требуемый индекс ограниченного распространения пламени (т.е. обеспечивается высокая огнестойкость), а также хорошие тепловые характеристики (т.е. обеспечивается достаточно высокое суммарное тепловое сопротивление) и обладает высокой прочностью утеплительного материала (фиг. 4). Суммарное тепловое сопротивление материала составляет 0,45 м°С/Вт. Время остаточного горения при контакте с пламенем газовой горелки составило 0 сек, время остаточного тления при контакте с пламенем газовой горелки составило 0 сек. Сквозных отверстий не образуется, горящих остатков не выделяется (по ГОСТ Р 12.4.200).
2
Пример 4 (сравнительный, см. фиг. 5). Материал в примере 4 содержит по массе 35% бикомпонентного волокна, 20% модакрилового волокна, 45% вискозного огнестойкого волокна. Линейная плотность бикомпонентного волокна 0,48 текс, модакрилового волокна 0,33 текс, вискозного огнестойкого волокна 0,33 текс. Результат испытаний по ГОСТ ISO 14116: материал соответствует индексу 1, образовалось отверстие (фиг. 5). Суммарное тепловое сопротивление материала составляет 0,39 м°С/Вт.
2
Пример 5 (сравнительный, см. фиг. 6). Материал в примере 5 содержит по массе 38% бикомпонентного волокна, 30% модакрилового волокна, 30% вискозного огнестойкого волокна, 2% метаарамидного волокна. Линейная плотность бикомпонентного волокна 0,48 текс, модакрилового волокна 0,33 текс, вискозного огнестойкого волокна 0,33 текс, метаарамидного волокна 0,22 текс. Результат испытаний по ГОСТ ISO 14116: не соответствует ни одному индексу, большая площадь охвата пламенем, по краям началось горение (фиг. 6). Суммарное тепловое сопротивление материала составляет 0,45 м°С/Вт.
Пример 6 (сравнительный, см. фиг. 7). В примере 6 представлен материал с пониженным содержанием бикомпонентного волокна (менее 32%) и повышенным содержанием негорючих волокон (более 68%). Такой материал имеет индекс 3 (т.е. обеспечивается высокая огнестойкость), но при этом прочностные характеристики, скрепляемость материала резко снижаются (см. например фиг. 1, левее 32% бикомпонентного волокна и правее 68% заявляемых негорючих волокон резко уменьшается прочность на разрыв).
2
Материал в примере 6 содержит по массе 28% бикомпонентного волокна, 34% модакрилового волокна, 34% вискозного огнестойкого волокна, 4% метаарамидного волокна. Линейная плотность бикомпонентного волокна 0,48 текс, модакрилового волокна 0,33 текс, вискозного огнестойкого волокна 0,33 текс, метаарамидного волокна 0,22 текс. Результат испытаний по ГОСТ ISO 14116: материал соответствует индексу 3, материал имеет требуемый индекс ограниченного распространения пламени (т.е. обеспечивается высокая огнестойкость), а также хорошие тепловые характеристики (т.е. обеспечивается достаточно высокое суммарное тепловое сопротивление), однако плохо скреплен материал из-за недостатка бикомпонентных волокон, плохие разрывные характеристики, сильная миграция (фиг. 7). Снижается прочность материала, волокна утеплителя из-за недостаточного количества склеек мигрируют в большом количестве Суммарное тепловое сопротивление материала составляет 0,47 м°С/Вт.
2
Пример 7 (сравнительный). Материал в примере 7 содержит по массе 35% бикомпонентного волокна, 36% модакрилового волокна, 27% вискозного огнестойкого волокна, 2% метаарамидного волокна. Линейная плотность бикомпонентного волокна 0,48 текс, модакрилового волокна 0,33 текс, вискозного огнестойкого волокна 0,33 текс, метаарамидного волокна 0,22 текс. Результат испытаний по ГОСТ ISO 14116: материал не соответствует ни одному индексу, образец прогорел. Суммарное тепловое сопротивление материала составляет 0,42 м°С/Вт.
Представленные примеры подтверждают, что при 68% определенных указанных негорючих волокон (указанного состава, плотности) и при 32% бикомпонентного волокна указанной плотности в материале будет достигаться повышение огнестойкости при сохранении высокой прочности, скрепляемости материала. Экспериментальным путем был подобран состав термоскрепленного материала с определенной плотностью его составляющих волокон для обеспечения указанных свойств нетканого утеплительного огнестойкого материала и найден единственный приемлемый вариант (см. пример 3).
Таким образом, предложенный нетканый волокнистый утеплительный огнестойкий материал для формирования подкладочного слоя швейного изделия обеспечивает повышение огнестойкости при сохранении высокой прочности утеплительного материала.
Специалисту будет понятно и очевидно, что строгое массовое содержание в материале 32% бикомпонентного волокна, 33% модакрилового волокна, 33% вискозного огнестойкого волокна, 2% метаарамидного волокна (при котором достигается повышение огнестойкости при сохранении высокой прочности), по существу, подразумевает некоторые расхождения, например, с округлением до целого числа массового содержания в процентах.