Термостойкий огнестойкий материал
HEAT-RESISTANT FIRE-RESISTANT MATERIAL

Изобретение относится к многослойным теплостойким и огнестойким материалам и может быть использовано при изготовлении защитной одежды, предназначенной для эксплуатации в условиях повышенной опасности и обладающей устойчивостью к воздействию агрессивных сред, в частности к материалу, обеспечивающему защиту от термических рисков, искр и брызг металла, например, для изготовления средств защиты сварщиков.
Из патента RU 2210648 (дата публикации 20.08.2003) известен огнестойкий материал с повышенными прочностными свойствами, который можно использовать в экстремальных условиях тушения пожара, а также длительно хранить в жестких климатических условиях (с широким интервалом изменения температур в диапазоне от -50° до +50°C) без снижения эксплуатационных свойств. Таким образом, обеспечивается возможность использования материала в интервале температур от -50° до +350°C. Способ изготовления данного материала заключается в формировании двухслойного покрытия на тканевой подложке при нанесении композиции на основе кремнийорганического каучука. Ткань подложки выполнена из особо прочных волокон.
Из патента RU 2196194 (дата публикации 10.01.2003) известно решение, относящееся к тканям специального назначения, которые могут быть использованы для изготовления одежды, защищающей от огнетеплотермоизлучения. Описана огнетеплостойкая двухсторонняя ткань, выполненная полутора- или двухслойным переплетением из негорючего и горючего компонента, выбранного из группы шерстяных, хлопковых, льняных волокон, при этом негорючий компонент представляет собой крученую огнезащищенную пряжу из шерстяного волокна, содержащую 1-10% фторцирконата калия от веса пряжи, а горючий компонент выполнен в виде крученой пряжи из шерстяного, или хлопкового, или льняного, или льносмесового волокна, причем негорючий компонент в основе и/или в утке дополнительно содержит крученую пряжу из полиарамидных или полиоксидиазоловых волокон, а ткань выполнена гладкокрашенной или с напечатанным рисунком.
Наиболее близким аналогом (прототипом) заявленного изобретения является решение, известное из патента RU 2201352 (дата публикации 27.03.2003), в котором описан многослойный теплостойкий материал, который может быть использован для изготовления защитной одежды и других изделий, таких как накидки, чехлы, покрывала, требующих повышенной стойкости к тепловому воздействию для работ в зоне интенсивного теплового излучения, а также открытого огня - при тушении пожаров.
Недостатком известных решений является сложность производства и многокомпонентность состава, что влияет на стоимость конечного изделия, а также невозможность использовать известные из уровня техники изделия при длительной эксплуатации.
Технической задачей заявленного изобретения является создание материала, пригодного для эксплуатации в экстремальных условиях при контакте с агрессивными средами. Технический результат заключается в обеспечении длительного срока эксплуатации, превышающего срок эксплуатации используемых в настоящее время изделий.
Технический результат настоящего изобретения достигается созданием огнестойкого многослойного материала на основе параарамидного волокна и полимерного покрытия, в котором параарамидные волокна характеризуются сложным переплетением.
2
Для обеспечения технического результата был получен термостойкий огнестойкий многослойный материал с полимерным покрытием, состоящий из полутораслойной ткани, выполненной из нитей из параарамидного волокна, характеризующейся переплетением с раппортом, по основе равным 4 нитям и по утку равным 8 нитям, для построения которого использовано более одной системы уточных нитей, при этом промежутки между нитями меньше их диаметра при поверхностной плотности материала не менее 320 г/м. Термостойкое полимерное покрытие ткани выполнено на основе фторкаучуков и/или силиконовой композиции.
При этом нити представляют собой пряжу из параарамидных волокон, выбранных из группы, состоящей из тварона, кевлара, армоса, русара, херакрона.
Термостойкое полимерное покрытие выполнено с использованием фторполимеров - фторкаучуков СКФ-26, СКФ-264В, СКФ-26/3-6 (Элафтор серии 2000) или силиконовых каучуков: СКТН, СКТН-Ф, резиновой смеси ИРП-1265 НТА, резиновой композиции: Elastosil LR 3001/55 A, Elastosil LR 3001/55 В.
Изготавливаемая ткань характеризуется переплетением с раппортом, по основе равным 4 нитям и по утку равным 8 нитям, для построения которого использовано более одной системы уточных нитей. Раппорт переплетения ткани приведен на рис. 1:
1, 2, 3, 4 - нити основы (по горизонтали),
1, 5, 2, 6, 3, 7, 4, 8 - нити утка (по вертикали), где
1, 2, 3, 4 - перекрытия верхнего слоя ткани,
5, 6, 7, 8 - перекрытия нижнего слоя ткани.
Переплетение обеспечивает закрепление нитей утка верхнего и нижнего слоя с одними и теми же нитями основы. Поверхностное заполнение ткани пряжей или отношение площади проекций основной и уточной пряжи ко всей площади ткани равно 104%, т.е. промежутки между нитями меньше их диаметра, что, в свою очередь, характеризует ее как полутораслойную плотную ткань. Ткань имеет одинаковую лицевую и изнаночную стороны и относится к двулицевым тканям. В то же время использование специального сложного переплетения позволяет получить ткань с высокой воздухопроницаемостью при поверхностном заполнении ткани пряжей 104%.
Введение дополнительной системы уточных нитей позволило получить ткань с увеличенной толщиной и лучшими теплозащитными и прочностными свойствами.
Увеличение многослойности (толщины ткани) и плотности ткани, изготовленной из параарамидной пряжи, позволило получить материал с высокой стойкостью к прожиганию, к действию капель расплавленного металла, т.е. ткань, которая не прогорает и не прогревается при попадании капель расплава на ее поверхность, за счет чего увеличивается срок эксплуатации материала.
Разработанная структура переплетения пряжи из параарамидной пряжи также обеспечивает получение ткани с высокими показателями прочности на разрыв и прочности на раздир, которые более чем в 2 раза превосходят нормативные значения.
Тонкое полимерное покрытие наносится ракельным способом на поверхность ткани с последующей термофиксацией. Покрытие устойчиво к многократным стиркам, химическим чисткам, не истирается и не разрушается при эксплуатации, при температуре до минус 40°C, не трескается, выдерживая многократные деформации. Полимерное покрытие на ткани специальной структуры с гладкой поверхностью увеличивает устойчивость материала к прожиганию и обеспечивает скатывание капель расплава с его поверхности без разрушения.
Заявленное изобретение характеризуется следующими примерами.
Пример 1
2
Готовят полутораслойную ткань на основе параарамидных волокон - тварона, плетение которых характеризуется переплетением с раппортом, по основе равным 4 нитям, и по утку, равным 8 нитям, при этом используют более одной системы уточных нитей, а промежутки между нитями меньше их диаметра. Поверхностная плотность ткани соответствует значению 320 г/м. Затем готовят покрытие на основе фторкаучука СКФ-26, которым заливают готовую ткань.
Пример 2
2
Готовят полутораслойную ткань, как указано в Примере 1, где в качестве параарамидного волокна используют армос (поверхностная плотность ткани соответствует значению 321 г/м), затем добавляют полимерное покрытие на основе фторкаучуков СКФ-264 В.
Пример 3
2
Готовят полутораслойную ткань, как указано в Примере 1, где в качестве параарамидного волокна используют кевлар (поверхностная плотность ткани соответствует значению 320 г/м), затем добавляют полимерное покрытие на основе фторкаучуков СКФ-26/3-6 (Элафтор серии 2000).
Пример 4
2
Готовят полутораслойную ткань, как указано в Примере 1, где в качестве параарамидного волокна используют армос (поверхностная плотность ткани соответствует значению 323 г/м), затем добавляют полимерное покрытие на основе силиконового каучука СКТН-Ф.
Пример 5
2
Готовят полутораслойную ткань, как указано в Примере 1, где в качестве параарамидного волокна используют русар (поверхностная плотность ткани соответствует значению 321 г/м), затем добавляют полимерное покрытие на основе резиновой смеси ИРП-1265 НТА.
Пример 6
2
Готовят полутораслойную ткань, как указано в Примере 1, где в качестве параарамидного волокна используют кевлар (поверхностная плотность ткани соответствует значению 320 г/м), затем добавляют полимерное покрытие на основе резиновой композиции: Elastosil LR 3001/55 А.
Пример 7 (сравнительный)
2
Готовят полутораслойную ткань, как указано в Примере 1, где в качестве параарамидного волокна используют херакрон (поверхностная плотность материала соответствует значению 318 г/м), затем добавляют полимерное покрытие на основе резиновой композиции Elastosil LR 3001/55 В.
Так как процесс сварки является одним из наиболее травмоопасных видов деятельности, поскольку сопряжен с такими рисками, как: искры и брызги расплавленного металла (температура капель около 1 800 град.), излучение сварочной дуги, вероятность возникновения открытого пламени (сварка вблизи легковоспламеняемых материалов), устойчивость материала спецодежды сварщика к действию нагретого до температуры 800°C прожигающего элемента должна составлять не менее 50 секунд (ГОСТ 12.4.184). Для проверки такой устойчивости материал подвергается воздействию прожигающего элемента (нихромовой проволоки), нагретого до 800°C. Нагретая проволока опускается на материал, который не должен разрушиться в течение 50 секунд. Если время прожигания составляет более 50 секунд, материал считается пригодным по своим защитным свойствам для изготовления спецодежды сварщика.
В соответствии с ГОСТ Р 12.4.234-2007 проводилась оценка защитной способности материалов при воздействии мелких брызг расплавленного металла, которые возникают при выполнении сварочных и аналогичных работ. При проведении испытаний фиксируется количество капель расплавленного металла, которое приводит к повышению температуры внутренней поверхности испытуемого образца на 40 градусов. Нормативное значение составляет не менее 30 капель.
Материал по примерам 1-7 испытывался по указанным ГОСТ и дополнительно оценивался результат воздействия капель расплавленного металла на поверхность материала. Кроме того, спецодежда, изготовленная из указанных материалов, подвергалась опытной носке в режиме интенсивной эксплуатации. Результаты испытаний приведены в таблице 1.
Как видно из таблицы, свойства предлагаемого материала превосходят нормативные требования к времени воздействия прожигающего элемента до разрушения (50 сек), капель расплавленного металла (более 30 капель), эксплуатации изделия (12 месяцев), кроме того, предлагаемый материал обеспечивает скатывание капель расплавленного металла с его поверхности без разрушения, что также выходит за рамки нормативных требований.
2
Существенность признака поверхностной плотности заявленного материала не менее 320 г/м подтверждена сравнительным примером 7.
Предлагаемый материал соответствует самому травмоопасному 3 классу защиты и может иметь широкое применение, в частности может быть использован для изготовления спецодежды, средств защиты рук (перчатки, краги), головы (шлемы), а также для изготовления нарукавников, фартуков, укрывных материалов и др.