МАТЕРИАЛ ДЛЯ ТЕПЛО- И ОГНЕЗАЩИТНОЙ ОДЕЖДЫ И СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АЛЮМИНИЙСОДЕРЖАЩЕГО НАПОЛНИТЕЛЯ ДЛЯ НЕГО Российский патент 1999 года по МПК A41D31/02 A41D13/00 A62B17/00 C09D5/34 

Изобретение относится к области защитных средств, в частности средств защиты - одежды для защиты пожарных, работающих в зоне огня, повышенных температур и др. экстремальных условиях.

Предшествующий уровень техники
Известна теплозащитная одежда с применением материала, выполненного с каналами или карманами для прокачки каких-либо хладоносителей (воздуха, воды и т. п. ) или размещенного в карманах сухого льда, например, а. с. СССР N 1097344, N 1755809 (Мкл ⁶: A 62 B, 17/00) - комбинезоны с каналами для прокачки воды; а. с. СССР NN 476868, 795527 (Мкл⁶: A 41 D, 13/00), патент Великобритании N 2248173 (Мкл⁶: A 62 B, 17/00) - одежда с прокачкой по внутренним каналам воздуха; экономический патент ГДР N 254525 (Мкл⁶: A 62 B, 17/00) - теплозащитная одежда, во внутренних полостях которой размещен сухой лед.

Недостатками подобной одежды являются неэффективность ее в условиях отсутствия или недостаточного количества хладоносителя, дороговизна средств обеспечения прокачки хладоносителя, ее ограниченное применение.

Известны также многослойные материалы с теплозащитными свойствами, при этом материал имеет внутренние слои из хлопчатобумажной ткани, а внешние - из неорганической волоконной ткани, например, по а. с. СССР N 1240416, N 1795892 (Мкл⁶: A 62 B, 17/00); патент Германии N 299702 (Мкл⁶: A 62 B, 17/00); патент Великобритании N2215183 (Мкл⁶: A 62 B, 17/00); заявка Японии N 60-49513 (Мкл⁶: A 62 B, 17/00) и т.п.

Кроме неорганических волокон, применяются также и ткани из органических волокон, каучука, (например, материал по европейскому патенту N 0240248 (Мкл⁶: A 62 B, 17/00), где гибкий листовой материал, применяемый в аэрокосмической технике, содержит силиконовый каучук со слоем керамических волокон на основе алюмоборосиликата. В качестве каучука используют вулканизированный метилвинилсиликон.

Недостатки этого класса материалов заключаются в следующем: их относительно большой вес, а также возможность их прогрева до неэксплуатационных температур из-за накопления тепловой энергии вследствие малой отражающей способности этих материалов.

Более прогрессивным направлением в разработке тепло- и огнезащитной одежды является использование металлизированных материалов.

Например, патент Германии N 4010038 (Мкл⁶: A 62 B, 17/00), где костюм имеет два слоя - внутренний шерстяной с пламягасящими свойствами, а внешний - трикотажный из модифицированного аримида и полибензилметазолена и ламинирован алюминием; патент Германии N 3604726 (Мкл⁶: A 62 B, 17/00), где внешний слой выполнен из металлизированного полимера; патент Германии N 3602392 (Мкл⁶: A 41 D, 13/00) - предложена одежда из полиэтилена и алюминиевой фольги; патент США N 463947 (Мкл⁶: A 41 D, 13/00) - верхний слой одежды из металла; патент Великобритании N 2255707 (Мкл⁶: A 41 D, 13/00), где предлагается полиолефин с одной стороны покрыть полиэтиленом, с другой - алюминием: европейский патент N 0171900 (Мкл⁶: A 62 B, 17/00) - на огнестойкую ткань наносят флюоресцентное покрытие и гибкий отражающий листовой материал; патент Франции N 2489696 (Мкл⁶: A 62 B, 17/00) - по которому предлагается изготавливать комбинезон для пожарных из множества слоев материала с изотермическими прокладками, а верхний слой изготавливать из мягкого металлизированного полотна; патент РФ N 2008044 (Мкл⁶: A 62 B, 17/00), в котором материал состоит из волокнистой основы, на которой нанесено покрытие в виде хромированной полиамидной пленки или напыленного слоя алюминия.

Наиболее близким техническим решением является материал для теплозащитной одежды по патенту РФ N 2082469 (Мкл⁶: A 62 B, 17/00), содержащий волокнистый, теплоотражающий слои, а также дополнительные слои - из наполненного фторкаучука, расположенные по обеим сторонам волокнистого слоя, и слой из ненаполненного фторкаучука, расположенный на наружной поверхности теплоотражающего слоя, контактирующего своей внутренней поверхностью с одним из слоев, выполненных из наполненного фторкаучука и представляющего собой металлизированное покрытие (это решение принято в качестве прототипа).

Недостатками перечисленных выше решений являются их непрочность: из-за малой толщины металлического слоя легко нарушается их целостность и, кроме того, в условиях больших температур и агрессивных сред снижается их работоспособность.

Известны способы получения металлосодержащих покрытий, например, краска на основе смолистого компонента с металлическим порошком (заявка Японии N 55-30554 Мкл⁶: C 09 D, 5/38); покрытие на основе органического связующего и порошкового металла (заявка Франции N 2289584 Мкл⁶: C 09 D, 5/38); теплостойкая краска, содержащая 60% двуокиси титана, 30% тонкоизмельченного алюминия и в качестве связующего по 5% борной и фосфорной кислоты (заявка Японии N 55-50993 Мкл⁶: C 09 D, 5/00).

Наиболее близким предложенному способу получения металлосодержащего наполнителя является решение по заявке Франции N 2333035 (Мкл. C 09 D, 5/02), где защищается тепло- и светоотражающая покровная эмульсия, содержащая не менее 2 вес.% сухого остатка пигмента на основе алюминия и водную эмульсию жирной кислоты, например, стеариновой, олеиновой кислоты или элаина и ланолина в соотношении 1:0,8-1-1,2.

Недостатками указанных способов является тот факт, что покрытие, полученное таким образом, имеет низкий коэффициент отражения (до 0,65).

Раскрытие изобретения
Задачей изобретения является увеличение ресурса материала за счет уменьшения истираемости материала, упрощение технологии изготовления при сохранении высоких тепло- и огнезащитных свойств.

Задача достигается также тем, что в материале для тепло- и огнезащитной одежды, содержащей, по крайней мере, три слоя: волокнистый, герметизирующий и металлосодержащий, причем два последних слоя на основе фторкаучука, металлосодержащий слой имеет алюминийсодержащий наполнитель и слой взят толщиной 10-150 мкм. При этом толщина менее 10 мкм нецелесообразна, т. к. приводит к уменьшению отражающего слоя до величины, при которой происходит резкое падение коэффициента отражения. Увеличение толщины >150 мкм приводит к неоправданному увеличению толщины материала, что ухудшает его изгибающие свойства, усложняется технология изготовления, увеличивается вес одежды и ее цена.

Кроме того, задача достигается тем, что в способе получения алюминийсодержащего наполнителя, включающего смешивание алюминия с жирными кислотами, чистый алюминий в виде фольги толщиной до 100 мкм измельчают, а затем смесь измельченного алюминия с жирными кислотами и растворителем перетирают в шаровой мельнице до получения однородной пастообразной массы, причем состав жидкой фазы: жирные кислоты и уайт-спирит взяты в соотношении 1:(150-300), а содержание алюминия в жидкой фазе составляет 5-15 мас.%, затем смесь высушивают до содержания алюминия в сухом остатке до 55-75%.

Лучший вариант осуществления изобретения
Примером технологии получения материала является следующий способ. На термостойкую основу, например, на стеклоткань ТССН, ТССН-М, прогретую, например, над плитой шпрединг-машины (марки ИВО-3220), наносят герметизирующий подслой.

Герметизирующий подслой может быть, например, изготовлен в виде раствора резиновой смеси в растворителе (этиловый эфир уксусной кислоты-этилацетат) при массовой концентрации 1,3-1:3,5.

Резиновая смесь может быть изготовлена, например, из каучука СКФ-26 N, N'-бис-фурилиден-гексаметилендиамина, магнезии жженой технической марки Б, мела природного обогащенного (например, резиновая смесь марки 51-1712 НИИРП).

Далее осуществляется вулканизация прорезиненной ткани в вулканизационном котле.

После вулканизации на прогретую ткань с герметизирующим подслоем наносят теплосветоотражающий состав-лак на основе жидкого каучука, который получают в виде смеси раствора каучука, например, каучука СКФ-26 в этилацетате с массовым соотношением 1:7-1:7,5 и алюмосодержащего наполнителя, получаемого предложенным способом.

При этом жидкий каучук смешивают с алюминиевым наполнителем в соотношении: жидкий каучук - 90-97 мас. ч., алюминиевый наполнитель - 3-10 мас. ч.

Менее 90 мас. ч. жидкого каучука дает неоднородную массу смеси, т.к. алюминиевый наполнитель в этом случае не растворяется в лаке полностью и происходит его выпадение.

Если взять жидкого каучука более 97 мас. ч. - то будет отсутствовать блеск покрытия (мало алюминия).

Количество алюминиевого наполнителя оптимизировано в пределах 3-10 мас. ч.: при значениях, меньших 3 мас. ч., резко снижается коэффициент отражения; более 10 мас. ч. наполнителя приводит к неоднородности смеси.

Сущность способа получения алюминиевого наполнителя заключается в следующей технологической последовательности: чистый Al в виде алюминиевой фольги, например, марки А-5, А-99 толщиной до 100 мкм измельчают (для примера конкретной реализации - массой 2,00 кг) и смешивают его со смесью жирных кислот, например, со стеариновой кислотой (или пальметиновой) (0,06 кг), растворенных в уайт-спирите - 18,9кг, затем смесь перетирают до однородной массы и сушат до 55-75 % сухого остатка.

При этом жидкую фазу: жирные кислоты и уайт-спирит берут в соотношении 1: (150-300). Толщину алюминиевой фольги для получения наполнителя берут до 100 мкм, так как при толщине >100 мкм частицы алюминия, полученные после измельчения, не дают в последующем однородного слоя наполнителя из-за их неоптимальной ориентации, что приводит в конечном счете к падению коэффициента отражения.

Соотношение в составе жидкой фазы выбрано указанным, так как меньшее количество уайт-спирита не дает нужной очистки алюминия, а увеличение уайт-спирита выше указанного предела приведет к недостатку жирных кислот, а следовательно, к недостаточной защите алюминия от окисления. Значения содержания алюминия в жидкой фазе выбраны экспериментально, менее 5% алюминия брать невыгодно, так как на стадии сушки резко возрастают энергетические и временные потери, а более 15% - на стадии перемешивания не дают однородной массы и при количестве алюминия свыше 15% он будет окисляться, что приведет к снижению коэффициента отражения.

Сушку пасты до 55-75% сухого остатка рационально осуществлять в указанном диапазоне, так как при сухом остатке алюминия меньше 55% получается более жидкая, маслянистая, горючая смесь, что пожароопасно при хранении и отрицательно влияет на смешивание с каучуком, т.е. при одинаковых значениях коэффициента отражения ухудшает физико-механические свойства покрытия (надо наносить более толстый слой). При более чем 75% сухого остатка выход наполнителя падает, начинается окисление частичек алюминия, что ведет к снижению коэффициента отражения.

Промышленная применимость
Испытания экспериментального образца огнезащитного материала для одежды пожарного показали соответствие материала нижеприведенным показателям:
поверхностная плотность, г/м² - не более 500 (в прототипе 700)
устойчивость к истиранию, циклы - не менее 1000 (в прототипе 300)
устойчивость к многократному изгибу, циклов - не менее 9000 (в прототипе 4500)
толщина, мм - 0,2-0,3 (в прототипе более 1 мм)
стойкость к отрицательным температурам C^o - до -60^oC (в прототипе -60^oC)
устойчивость к воздействию температуры 200^oC - не менее 960 сек (в прототипе 960 сек)
устойчивость к воздействию открытого пламени, с - не менее 20 сек (в прототипе 20 сек)
коэффициент отражения ИК излучения, % - не менее 75% (в прототипе 70%)
устойчивость к воздействию теплового потока 25 кВт/м², с - не менее 240 сек (в прототипе 240 сек)

Материал для тепло- и огнезащитной одежды содержит три слоя: волокнистый, герметизирующий и металлосодержащий, причем два последних слоя на основе фторкаучука. Металлосодержащий слой имеет алюминийсодержащий наполнитель и слой взят толщиной 10-150 мкм. Способ получения алюминийсодержащего наполнителя включает смешивание алюминия с жирными кислотами. Чистый алюминий толщиной до 100 мкм измельчают, затем алюминий перетирают с жирной фазой из жирных кислот и растворителя в шаровой мельнице до получения однородной пастообразной массы, причем состав жидкой фазы: жирные кислоты и растворитель в виде уайт-спирита взяты в соотношении 1:(150-300), а содержание алюминия в жидкой фазе составляет 5-15 мас. %., затем смесь высушивают до содержания алюминия в сухом остатке до 55-75%. Материал, полученный с таким наполнителем, имеет большой ресурс использования, упрощается технология его изготовления при сохранении высоких тепло- и огнезащитных свойств. 2 с.п. ф-лы.

1. Материал для тепло- и огнезащитной одежды, содержащий волокнистый, герметизирующий и металлосодержащий слои, причем два последних слоя на основе фторкаучука, отличающийся тем, что он содержит по крайней мере три слоя, а металлосодержащий слой имеет алюминийсодержащий наполнитель, и слой взят толщиной 10 - 150 мкм. 2. Способ получения алюминийсодержащего наполнителя, включающий смешивание алюминия с жирными кислотами, отличающийся тем, что чистый алюминий толщиной до 100 мкм измельчают, затем алюминий перетирают с жидкой фазой из жирных кислот и растворителя в шаровой мельнице до получения однородной пастообразной массы, причем состав жидкой фазы: жирные кислоты и растворитель в виде уайт-спирита взяты в соотношении 1 - (150 - 300), а содержание алюминия в жидкой фазе составляет 5 - 15 мас.%, затем смесь высушивают до содержания алюминия в сухом остатке до 55 - 75%.