МЕТАЛЛИЗИРОВАННАЯ ТКАНЬ ДЛЯ ВЕРХА ТЕПЛОЗАЩИТНОГО И ТЕПЛООТРАЖАТЕЛЬНОГО КОСТЮМА Российский патент 1996 года по МПК D03D15/00 D03D15/12 

Изобретение относится к текстильной промышленности, в частности к тканям для верха теплозащитного и теплоотражательного костюма для работников противопожарной службы в газовой, нефтяной промышленности, для пожарных, а также для работников народного хозяйства, подвергающихся на производстве воздействию экстремальных факторов, таких, как огонь, интенсивное термическое воздействие, инфракрасное излучение.

Исходя из условий эксплуатации теплозащитного и теплоотражательного костюма к его верхнему слою, предъявляют комплекс различных требований, в частности по физико-механическим, теплофизическим и эргономическим показателям. Ткань должна иметь небольшую массу и толщину для обеспечения небольшого веса костюма в целом и удобства при выполнении тяжелых работ в экстремальных условиях. Ткань должна обладать высокой прочностью на разрыв и раздирание, быть формоустойчивой, изгибоустойчивой, износостойкой, обладать не очень высокой жесткостью, низким коэффициентом тангенциального сопротивления, т.е. гладкой поверхностью с изнаночной стороны для обеспечения быстроты снятия и надевания костюма в экстремальных условиях пожара или горящего фонтана. Кроме того, ткань должна быть огнестойкой и стойкой к инфракрасному излучению при воздействии теплового потока интенсивностью около 0,5 кал/см²c, т.е. иметь высокую степень отражения экранирующей поверхности.

Таким образом, следует выделить 11 наиболее важных характеристик, которыми должна обладать металлизированная ткань, чтобы обеспечить высокие эксплуатационные характеристики теплозащитного и теплоотражательного костюма в целом.

1. Поверхностная плотность (масса 1 м²)
2. Толщина
3. Разрывная нагрузка
4. Удлинение при разрыве
5. Раздирающая нагрузка
6. Выносливость при многократных двойных изгибах
7. Стойкость к истиранию
8. Жесткость
9. Коэффициент тангенциального сопротивления с изнаночной стороны
10. Кислородный индекс
11. Стойкость к инфракрасному излучению
Исходя из технических требований, предъявляемых к огнестойким материалам для верхнего слоя теплозащитного и теплоотражательного костюма, наиболее оптимальным типом получения высокой степени отражения экранирующей поверхности является применение металлизированных тканей. Эксплуатационные характеристики металлизированных тканей зависят в первую очередь от высокого качества тканой подложки и способа ее металлизации. Проведенные эксперименты, связанные с методом переноса и дублирования, позволяют сделать вывод о том, что эти методы являются наиболее технологичными.

Известна ткань, обладающая способностью к отражению, используемая для изготовления защитной одежды от пожара. Ткань состоит из нитей, например шерстяных, смешанных с материалом, обладающим отражательной способностью, представленным в виде разрезанных слоистых ленточек, где алюминиевая пленка закрыта с обеих сторон полиэфирной пленкой. На большей части одной из сторон ткани преобладают текстильные нити, тогда как на обратной стороне преобладают отражательные волокна. Данная ткань обладает способностью к отражению, однако она не обладает достаточной формоустойчивостью, прочностью на разрыв и раздирание, износостойкостью и коэффициентом тангенциального сопротивления с изнаночной стороны.

Известен комплект защитный аварийный КЗА для защиты работающих от комплексного воздействия инфракрасного излучения и открытого пламени с использованием в верхнем слое дублированной металлизированной лавсановой пленки асбесто-фенилоновой ткани АФТ-1. Данный комплект обеспечивает защиту от инфракрасного излучения мощностью 0,5 кал/см² с в течение 2,5 мин, защиту от открытого пламени в течение не более 5 мин. Однако ткань не обладает достаточной прочностью и износостойкостью. Кроме того, асбест полностью запрещен ввиду опасности заболевания от него фиброзом легких.

Известна металлизированная ткань для верха теплозащитного и теплоотражательного костюма, содержащая основные и уточные нити на основе ароматических полиамидов и имеющая на лицевой стороне прикрепленную методом клеевого дублирования металлизированную пленку.

Ткань рекомендована для одежды сварщиков и электролизников алюминиевых заводов и обладает достаточной массой, огнестойкостью, жесткостью и стойкостью к ИК-излучению, однако ткань не обладает необходимой прочностью на разрыв и раздирание, формоустойчивостью, изгибоустойчивостью, износостойкостью и коэффициентом тангенциального сопротивления.

Цель изобретения улучшение эксплуатационных и эргономических характеристик путем повышения прочности на разрыв и раздирание, изгибоустойчивости и износостойкости, снижения удлинения при разрыве, жесткости и коэффициента тангенциального сопротивления. Указанная цель достигается тем, что в металлизированной ткани для верха теплозащитного и теплоотражательного костюма, содержащей основные и уточные нити на основе ароматических полиамидов и имеющей на лицевой стороне прикрепленную методом клеевого дублирования металлизированную пленку, плотность ткани по основе и утку составляет соответственно 16-24 и 14-20 нитей на 1 см, коэффициент уплотненности переплетения равен 0,54-1, а опорная поверхность ткани при удельном давлении на образец 1 кгс/см² составляет 6,2-17% Комплексные нити имеют диаметр 0,15-0,40 мм и скручены между собой с шагом 1-3 витка/см.

Указанные отличительные особенности являются существенными, поскольку каждая из них вносит свой вклад в комплекс, направленный на достижение указанной цели, который отсутствует в известных технических решениях и прототипе. Обосновывая данные существенные признаки, следует отметить следующее:
плотность ткани по основе и утку обеспечивает в первую очередь необходимый вес ткани, ее толщину, создает необходимую опорную поверхность. Снижение плотности ниже нижнего предела не обеспечивает необходимой фактуры ткани: она получается рыхлая, редкая, практически расползается в руках. Повышение плотности выше верхнего предела повышает вес ткани, ее жесткость, снижая тем самым эргономические характеристики костюма;
коэффициент уплотненности переплетения в указанных пределах необходим для обеспечения оптимальной связности основных и уточных нитей в ткани, а также для обеспечения необходимого коэффициента тангенциального сопротивления. Снижение коэффициента уплотненности эниже 0,54 приводит к снижению формоустойчивости ткани, повышению раздвигаемости нитей одной системы относительно другой. Повышение коэффициента уплотненности выше 1 невозможно, это верхний предел;
опорная поверхность ткани в указанных пределах необходима для обеспечения коэффициента тангенциального сопротивления, износостойкости, а также для равномерного нанесения клеевого адгезионного слоя и последующего дублирования металлизированной пленки с клеепромазанной тканью. Выход за пределы данных величин ухудшает физико-механические и защитные характеристики металлизированной ткани. Опорная поверхность ткани при удельном давлении на образец 1 кгс/см² рассчитывается по следующей формуле:

где m число пересечений вертикальных и горизонтальных линий делительной сетки, попавших на изображение волокон при увеличении 10 на измеряемой площади 1 см² на приборе ПМ-4
n общее число пересечений делительной сетки;
использование термостойких комплексных нитей, имеющих диаметр 0,15-0,40 мм и скрученных между собой с шагом 1-3 витка/см, обеспечивает необходимую толщину, прочность на разрыв и раздирание, удлинение при разрыве, износостойкость, жесткость, коэффициент тангенциального сопротивления и кислородный индекс. Снижение диаметра нитей ниже 0,15 ухудшает физико-механические характеристики. Снижение величины шага витка меньше 1 нарушает компактность нитей, а повышение величины больше 3 снижает изгибоустойчивость и повышает жесткость ткани. Использование комплексных нитей с величиной диаметра больше 0,40 увеличивает толщину ткани, ее вес, повышает жесткость, снижая тем самым эргономические характеристики теплозащитного и теплоотражательного костюма.

Подробное описание сущности изобретения заключается в следующем. Исходные комплексные нити СВМ, терлон, фенилон, аримид, оксалон, имеющие диаметр 0,15-0,40 мм, скручивали в два сложения с шагом 1-3 витка/см. Ткани вырабатывали на механическом ткацком станке с плотностью по основе и утку (16-24) и (14-20) нитей на 1 см, соответственно, а также с коэффициентом уплотненности переплетения 0,54-1. Полученную таким образом суровую ткань подвергали процессу отделки отварке и сушке. В результате чего получена опорная поверхность ткани при удельном давлении на образец 1 кгс/см² - (6,2-17)% Далее на ткань на шпрединг-машине наносили адгезионный слой клея. Затем на барабанном прессе проводили дублирование металлизированной пленки с клеепромазанной тканью.

В табл. 1 представлены физико-механические свойства типичных примеров экспериментальных образцов и предлагаемой металлизированной ткани и прототипа.

Пример 1. Экспериментальный образец металлизированной ткани с плотностью по основе и утку 22 и 19 нитей на 1 см, соответственно, с коэффициентом уплотненности переплетения 0,75, имеющий опорную поверхность с лицевой стороны 16,0% с изнаночной стороны 14,0% выработанный на основе комплексных нитей СВМ, имеющих диаметр 0,27 мм и скрученных с шагом 1,5 витка/см с комплексными нитями фенилон, имеющими диаметр 0,33 мм.

Пример 2. Экспериментальный образец металлизированной ткани с плотностью по основе и утку 21 и 15 нитей на 1 см, соответственно, с коэффициентом уплотненности переплетения 1, имеющий опорную поверхность 6,5% с лицевой стороны и 6,0% с изнаночной стороны, выработанный на основе комплексных нитей СВМ, имеющих диаметр 0,22 мм и скрученных с шагом 1,8 витка/см с комплексными нитями фенилон, имеющими диаметр 0,30 мм.

Пример 3. Экспериментальный образец металлизированной ткани с плотностью по основе и утку 22 и 19 нитей на 1 см, соответственно, с коэффициентом уплотненности переплетения 0,75, имеющий опорную поверхность с лицевой стороны 17% с изнаночной стороны 15% выработанный на основе комплексных нитей СВЧ, имеющих диаметр 0,15 мм и скрученных с шагом 1,9 витка/см с комплексными нитями фенилон, имеющими диаметр 0,32 мм.

Пример 4. Экспериментальный образец металлизированной ткани с плотностью по основе и утку 21 и 15 нитей на 1 см, соответственно, с коэффициентом уплотненности переплетения 1, имеющий опорную поверхность с лицевой стороны 6,8% с изнаночной стороны 6,2% выработанный на основе комплексных нитей СВМ, имеющих диаметр 0,17 мм и скрученных с шагом 2,1 витка/см с комплексными нитями фенилон, имеющими диаметр 0,36 мм.

Пример 5. Экспериментальный образец металлизированной ткани плотностью по основе и утку 21 и 17 нитей на 1 см, соответственно, с коэффициентом уплотненности переплетения 0,75, имеющий опорную поверхность с лицевой стороны 15% с изнаночной стороны 12% выработанный на основе комплексных нитей СВМ, имеющих диаметр 0,16 мм и скрученных с шагом 1,6 витка/см с комплексными нитями аримид, имеющими диаметр 0,38 мм.

Пример 6. Экспериментальный образец металлизированной ткани с плотностью по основе и утку 21 и 15 нитей на 1 см, соответственно, с коэффициентом уплотненности переплетения 1, имеющий опорную поверхность с лицевой стороны 7,2% с изнаночной стороны 6,8% выработанный на основе комплексных нитей СВМ, имеющих диаметр 0,17 мм и скрученных с шагом 2,2 витка/см с комплексными нитями аримид, имеющими диаметр 0,40 мм.

Из данных табл. 1 следует, что все показатели в соответствии с целью изобретения улучшились по сравнению с прототипом:
1). Поверхностная плотность (масса 1 м²) снизилась в 1,1-1,2 раза.

2). Толщина ткани снизилась в 1,1 раза.

3). Разрывная нагрузка по основе возросла в 2,7-3,3 раза, по утку в 2,6-4,2 раза.

4). Удлинение при разрыве снизилось по основе в 1,3-1,8 раза, по утку в 3-3,7 раза.

5). Раздирающая нагрузка возросла по основе в 2,4-3,6 раза, по утку в 2,6-4,5 раза.

6). Выносливость при многократных двойных изгибах возросла по основе в 1,4-2,2 раза, по утку в 2,3-2,8 раза.

7). Стойкость к истиранию возросла в 1,1-2,5 раза.

8). Жесткость снизилась в 1,2-1,3 раза.

9). Коэффициент тангенциального сопротивления снизился по основе в 1,6-2,1 раза, по утку в 1,7-2,4 раза.

10). Кислородный индекс повысился в 1,1-1,5 раза.

В табл. 2 представлены результаты испытаний защитных свойств пакетов материалов с использованием примеров предлагаемой ткани и прототипа при воздействии ИК-излучения интенсивностью 0,5 кал/см²c до достижения критериальной температуры за пакетом 50^oС. Из данных табл. 2 следует, что стойкость к инфракрасному излучению предлагаемой ткани возросла в 1,2-2,1 раза по сравнению с прототипом. Следует отметить следующие факты, что, используя более жесткие и менее изгибоустойчивые исходные комплексные нити по сравнению с фенилоновой пряжей прототипа, тем не менее получена новая металлизированная ткань с меньшей жесткостью и более изгибоустойчивая. Таким образом, используя определенные рецептуры сочетаний и структур в предлагаемой полимерной композиции, нити и ткани проявляют свои новые качества. Кроме того, металлизированные ткани обладают в среднем на 10-25% большей прочностью на разрыв и раздирание, на 25-40% большей изгибоустойчивостью и на 10-15% меньшим коэффициентом тангенциального сопротивления с изнаночной стороны по сравнению с аналогичными показателями ткани подложки, хотя из практики и литературных данных известно, что прочность металлизированных тканей снижается на 5-8% по сравнению с тканью подложки. По-видимому, оптимальные структуры нити и тканей, а также высокая адгезионная прочность и миграция клеевой смеси в поры ткани способствует повышению данных показателей и созданию монолитной малодефектной структуры металлизированной ткани.

Проведение камерных испытаний теплозащитных и теплоотражательных костюмов, а также испытаний в реальных условиях показало, что комплект с использованием для верха предлагаемой металлизированной ткани, предназначенной для защиты работников аварийной службы газоконденсатных месторождений, соответствует условиям труда при выполнении аварийных работ военизированных служб. Комплект полностью герметичен по газу. Комплекты могут быть использованы при аварийно-спасательных работах в сероводородсодержащей газоопасной среде и при наличии горящего газового фонтана. Таким образом, использование в верхнем слое предлагаемой металлизированной ткани позволяет существенно повысить эксплуатационную надежность теплозащитного и теплоотражательного костюма, улучшить условия труда, повысить его безопасность и производительность в среднем в 3-4 раза. Комплекс после 15 дней работы пригоден для дальнейшей эксплуатации.

Использование: в качестве верха теплозащитного и теплоотражательного костюма для работников противофонтанной службы в газовой, нефтяной промышленности. Сущность изобретения: ткань содержит комплексные основные и уточные нити на основе ароматических полиамидов и имеет на лицевой стороне прикрепленную методом клеевого дублирования металлизированную пленку. Плотность ткани по основе и утку составляет соответственно 16-24 и 14-20 нитей на 1 см. Коэффициент уплотненности переплетения равен 0,54-1. Опорная поверхность ткани при удельном давлении на образец 1 кгс/см² составляет 6,2-17%. Комплексные нити имеют диаметр 0,15-0,40 см и скручены между собой с шагом 1-3 витка/см. Ткань позволяет повысить прочность на разрыв и на раздирание, изгибоустойчивость, изностойкость, снизить удлинение при разрыве, жесткость и коэффициент тангенциального сопротивления. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.

1. Металлизированная ткань для верха теплозащитного и теплоотражательного костюма, содержащая комплексные основные и уточные нити на основе ароматических полиамидов и имеющая на лицевой стороне прикрепленную методом клеевого дублирования металлизированную пленку, отличающаяся тем, что плотность ткани по основе и утку составляет соответственно 16 24 и 14 20 нитей на 1 см, коэффициент уплотненности переплетения равен 0,54 1, а опорная поверхность ткани при удельном давлении на образец 1 кгс/см² составляет 6,2 17,0%
2. Ткань по п.1, отличающаяся тем, что комплексные нити имеют диаметр 0,15 0,40 мм и скручены между собой с шагом 1 3 витка/см.