Термостойкий огнестойкий материал Российский патент 2017 года по МПК D03D1/00 D03D15/12 C08L15/02 B32B25/00 B32B25/20 

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.

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/м². 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

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/м². Затем готовят покрытие на основе фторкаучука СКФ-26, которым заливают готовую ткань.

Пример 2

Готовят полутораслойную ткань, как указано в Примере 1, где в качестве параарамидного волокна используют армос (поверхностная плотность ткани соответствует значению 321 г/м²), затем добавляют полимерное покрытие на основе фторкаучуков СКФ-264 В.

Пример 3

Готовят полутораслойную ткань, как указано в Примере 1, где в качестве параарамидного волокна используют кевлар (поверхностная плотность ткани соответствует значению 320 г/м²), затем добавляют полимерное покрытие на основе фторкаучуков СКФ-26/3-6 (Элафтор серии 2000).

Пример 4

Готовят полутораслойную ткань, как указано в Примере 1, где в качестве параарамидного волокна используют армос (поверхностная плотность ткани соответствует значению 323 г/м²), затем добавляют полимерное покрытие на основе силиконового каучука СКТН-Ф.

Пример 5

Готовят полутораслойную ткань, как указано в Примере 1, где в качестве параарамидного волокна используют русар (поверхностная плотность ткани соответствует значению 321 г/м²), затем добавляют полимерное покрытие на основе резиновой смеси ИРП-1265 НТА.

Пример 6

Готовят полутораслойную ткань, как указано в Примере 1, где в качестве параарамидного волокна используют кевлар (поверхностная плотность ткани соответствует значению 320 г/м²), затем добавляют полимерное покрытие на основе резиновой композиции: Elastosil LR 3001/55 А.

Пример 7 (сравнительный)

Готовят полутораслойную ткань, как указано в Примере 1, где в качестве параарамидного волокна используют херакрон (поверхностная плотность материала соответствует значению 318 г/м²), 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.

Существенность признака поверхностной плотности заявленного материала не менее 320 г/м² 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.

Изобретение относится к многослойным теплостойким 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. Описан термостойкий огнестойкий многослойный материал с полимерным покрытием, состоящий из полутораслойной ткани, выполненной из нитей из параарамидного волокна, в котором 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, при этом промежутки между нитями меньше их диаметра при поверхностной плотности материала не менее 320 г/м², а термостойкое полимерное покрытие ткани выполнено на основе фторкаучуков и/или силиконовой композиции. Технический результат: получен огнестойкий многослойный материал на основе параарамидного волокна и полимерного связующего с возможностью эксплуатации в агрессивных средах. 2 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

1. Термостойкий огнестойкий многослойный материал с полимерным покрытием, состоящий из полутораслойной ткани, выполненной из нитей из параарамидного волокна, отличающийся тем, что 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, при этом промежутки между нитями меньше их диаметра при поверхностной плотности материала не менее 320 г/м², а термостойкое полимерное покрытие ткани выполнено на основе фторкаучуков и/или силиконовой композиции.

2. Термостойкий огнестойкий многослойный материал по п. 1, отличающийся тем, что нити представляют собой пряжу из параарамидных волокон, выбранных из группы, состоящей из тварона, кевлара, армоса, русара, херакрона.

3. Термостойкий огнестойкий многослойный материал по п. 1 или 2, отличающийся тем, что 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.