Структура огнезащитного материала - RU2570781C2

Чертежи

Описание

Настоящее изобретение относится к структуре огнезащитного материала, включающего материал, который образуют нити, причем нити изготовлены из смеси волокон, содержащей, по меньшей мере, первый волоконный компонент и второй волоконный компонент, где первый волоконный компонент представляет собой огнестойкие вискозные волокна и второй волоконный компонент представляет собой плавкие волокна. Настоящее изобретение также относится к предмету одежды, включающему такую структуру огнезащитного материала.

Требуются материалы, в частности, для одежды, имеющие огнезащитные свойства. Как правило, их используют, изготавливая так называемые средства индивидуальной защиты (СИЗ), предназначенные для работы в соответствующей среде, например, при пожаротушении. Часто оказывается важным, чтобы рабочая одежда выполняла защитную функцию, такую как защита от огня, чтобы защитить пользователя этой рабочей одежды от опасных условий окружающей среды, таких как огонь и тепло. К сожалению, структура материалов для теплоизоляционной и огнестойкой одежды, изготавливаемой из особых волокон или нитей, таких как арамидные, которые являются особенно подходящими для огнезащитной одежды, часто снижает удобство ношения такой одежды, которую можно окрашивать только с большим трудом, или ее окрашивание оказывается совершенно невозможным с использованием обычных методов окрашивания. Кроме того, существует значительная потребность в предпочтительных для окружающей среды волокнах, имеющих, например, предпочтительную оценку эксплуатационного ресурса (ОЭР).

До настоящего времени для средств индивидуальной защиты использовали только следующие материалы с максимальной степенью огнестойкости (класс защиты III в соответствии со стандартом ISO 15015): (a) смеси инертных огнестойких комбинированных волокон из таких материалов, как арамиды, полибензимидазол (PBI), модакрил и огнестойкая вискоза, например Nomex III, Defender M 2a (Lenzing (огнестойкая вискоза) 65%, пара-арамид 25%, нейлон 10%), арамидно-вискозные смеси, и (b) обработанные огнестойкими материалами целлюлозные смешанные волокна с низким содержанием плавких волокон, например Westex INDURA®, Ultra Soft®.

В международной патентной заявке WO 2009/012266 описан термостойкий трикотажный материал. Авторы этой заявки обнаружили, что трикотажный материал, проявляющий эффективные термостойкие характеристики, в том числе отсутствие плавления или текучести, можно получить, изготавливая материал из однородной смеси целлюлозных и нейлоновых штапельных волокон. Такой материал может иметь особое преимущество в использовании для защиты от воздействия высокой температуры при ношении одежды, изготовленной из такого материала. Этот материал может включать смешанные целлюлозные и нейлоновые штапельные нити, причем массовое соотношение целлюлозы и нейлона в вышеупомянутых нитях составляет от приблизительно 55:45 до приблизительно 85:15. Согласно одному варианту осуществления материал может содержать нити, в которых соотношение целлюлозы и нейлона составляет от приблизительно 60:40 до приблизительно 70:30. Определенные нити, изготовленные из однородных смесей нейлоновых и целлюлозных штапельных волокон, можно использовать в изготовлении трикотажных материалов, особенно подходящих для производства одежды. Целлюлозные волокна образует имеющий длинную линейную цепь полимерный полисахарид, который составляют соединенные звенья бета-глюкозы. Целлюлозные волокна включают встречающиеся в природе волокна таких растений, как хлопок, лен, конопля, джут, китайская крапива (рами), а также синтетически изготовленные волокна, такие как вискоза (регенерированная целлюлоза), огнезащитная (огнестойкая) вискоза, ацетатное волокно (ацетат целлюлозы), триацетатное волокно (триацетат целлюлозы) и т.д. Согласно определенным вариантам осуществления в нити и материале массовая процентная доля целлюлозных волокон превосходит массовую процентную долю нейлоновых волокон.

Известны матерчатые структуры, обеспечивающие максимальную степень защиты (класс защиты III в соответствии со стандартом ISO 15015) и используемые в средствах индивидуальной защиты. Как правило, такие матерчатые структуры изготавливают, используя волокна или смеси волокон, включающие арамиды, PBI или модакриловые материалы, которые трудно окрашиваются и имеют высокую стоимость. В частности, в процессе окрашивания таких волокон/смесей волокон оказывается весьма затруднительным обеспечение того, чтобы красящее вещество покрывало все волоконные компоненты, и чтобы красящее вещество было прочно и постоянно связано с волокнами.

В патентной заявке США US 2012/0270456 A1 описан огнестойкий материал, который используется в средствах индивидуальной защиты, обеспечивает высокий уровень защиты от пламени или других источников тепла и отличается тем, что она изготовлена из смеси первичных нитей, которые содержат сочетание огнестойких целлюлозных волокон и термостойких полимерных волокон, и вторичных нитей, которые представляют собой крученые нити, содержащие непрерывные синтетические волокна. В частности, в качестве материалов для термостойких полимерных волокон выбирают пара-арамид, мета-арамид, полибензимидазол и их смеси, которые трудно окрашиваются и имеют высокую стоимость. Материал изготавливают таким образом, что вторичные нити оказываются в числе основных и уточных нитей с заданной частотой и в результате этого получается грубая сетчатая структура, которую образует вторичная нить.

Помимо необходимости защиты существуют также требования в отношении оптических свойств, такие как требования цветовой однородности, искажающих маскировочных рисунков, фирменных цветов и простоты обслуживания, в частности, в отношении материала. В настоящее время большую проблему представляет собой универсальность окрашивания имеющихся вариантов материала. Существующие современные решения имеют следующие недостатки: для широкой универсальности в отношении окрашиваемости и цветовых характеристик (в частности, безопасности и надежности процесса окрашивания) типичное компромиссное решение до настоящего времени заключалось в том, чтобы использовать в смеси легко окрашиваемое волокно из модакрила, но модакрил не способен выдерживать воздействие высокой температуры и имеет неудовлетворительные механические свойства. В качестве альтернативы, по соображениям механических и огнезащитных свойств, ранее использовали имеющиеся смесь огнестойких вискозных и арамидных волокон. Поскольку в такой смеси отсутствуют термопластичные волокна, ее невозможно термостабилизировать и, таким образом, она проявляет недостатки в отношении обслуживания и имеет ограниченную устойчивость размеров. Для окрашивания арамидных смесей необходимо использовать носитель.

Еще один способ изготовления легко окрашиваемого материала представляет собой двухслойная технология, согласно которой легко окрашиваемый волоконный компонент находится, главным образом, на поверхности материала, в то время как армирующие и огнестойкие компоненты находятся во втором слое, например полновариантная смесь Kennel. Такой недостаток преодолевается согласно концепции настоящего изобретения, которое описано ниже более подробно.

Одна задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить огнестойкую матерчатую структуру с улучшенными защитными свойствами, которая обеспечивает улучшенную тугоплавкость, а также предпочтительно хорошую окрашиваемость и качество цвета.

Настоящее изобретение предлагает огнезащитную матерчатую структура по п.1 формулы изобретения, а также включающий такую огнезащитную матерчатую структуру предмет одежды по п. 16 формулы изобретения. Зависимые пункты формулы изобретения описывают варианты осуществления вышеупомянутой матерчатой структуры и одежды.

Согласно первому аспекту предложена огнезащитная матерчатая структура, включающая материал, который образует множество нитей, где каждая из нитей изготовлена из смеси волокон, содержащей, по меньшей мере, первый волоконный компонент и второй волоконный компонент, причем первый волоконный компонент представляет собой огнестойкие вискозные волокна в количестве, составляющем, по меньшей мере, 50% по отношению к массе смеси волокон, и второй волоконный компонент представляет собой плавкие волокна в количестве, составляющем, по меньшей мере, 10% по отношению к массе смеси волокон. Данный материал изготовлен как тканый материал, имеющий суммарный фракционный коэффициент заполнения, составляющий более чем 60% и имеющий способность выдерживать воздействие горизонтального пламени в течение 10 секунд без образования отверстия в соответствии со стандартом ISO 15025/14116 (класс защиты III).

Настоящее изобретение предоставляет преимущество, заключающееся в том, что тканая матерчатая структура на основе смеси волокон, содержащей огнестойкие вискозные волокна и плавкие волокна, может выдерживать высокие температуры, обеспечивая, таким образом, защиту от пламени. Плавкий компонент, в частности плавкий полимерный компонент, армирует волоконную структура вискозных волокон, таким образом, армируя саму матерчатую структуру до тех пор, пока не прекратится воздействие пламени и тепла. Тканая матерчатая структура, у которой суммарный фракционный коэффициент заполнения составляет более чем 60%, обеспечивает требуемую жесткость и плотность матерчатой структуры, чтобы задерживать образование отверстия при воздействии пламени. Таким образом, она обеспечивает в результате определенного сочетания характеристик своего состава и строения способность выдерживать воздействие горизонтального пламени в течение 10 секунд без образования отверстия в соответствии со стандартом ISO 15025/14116 (класс защиты III).

Согласно предшествующему уровню техники, материал, как правило, оценивают по отношению к огнестойкости согласно их плотности, т.е. огнестойкость, как правило, считается выше у тех материалов, которые имеют более высокую плотность по сравнению с материалами, имеющими меньшую плотность. С другой стороны, в рамках настоящего изобретения было обнаружено, что коэффициент заполнения, в частности, суммарный фракционный коэффициент заполнения, представляет собой подходящее средство для достижения и улучшения огнестойкости. Однако увеличение коэффициента заполнения может также увеличивать стоимость материала и производства. Коэффициент заполнения, имеющий такую величину, оказался преимущественным для выполнения требований стандарта ISO 15025, поскольку было обнаружено, что такая плотная тканая структура обеспечивает невозможность сквозного проникновения пламени.

Тканый материал означает матерал, изготовленный посредством ткачества. Ткачество представляет собой способ изготовления материала путем переплетения основных и уточных нитей. Как основные, так и уточные нити проходят практически прямолинейно и параллельно по отношению друг к другу, в продольном направлении (основные нити) или в поперечном направлении (уточные нити). Тканая материал растягивается только диагонально в промежуточных направлениях (между основным и уточным направлениями), если нити не являются эластичными.

Согласно варианту осуществления суммарный фракционный коэффициент заполнения составляет более чем 60% и предпочтительно более чем 65%. Было обнаружено, что такой коэффициент заполнения приводит к получению воспроизводимой огнестойкости для большого числа материала.

За счет использования смеси волокон, имеющей определенное соотношение огнестойких вискозных волокон и плавких волокон в каждой из нитей, можно получить эффективную смесь, которая предотвращает типичное поведение текучести/плавления плавких волокон, таких как полиамидные, у материала, содержащей такую смесь волоконных компонентов в нитях, не проявляется типичное поведение плавления, поскольку плавкий компонент нити захватывается вискозными волокнами нити и не проявляет текучего и клейкого поведения после охлаждения. В частности, огнестойкий вискозный волоконный компонент смеси волокон способен в случае термического воздействия удерживать/сохранять расплавленный волоконный компонент внутри своей волоконной структуры. Степень защиты от пламени у огнестойкого компонента в огнестойком вискозном волокне является достаточной, чтобы прекращать остаточное горение и остаточное тление. В частности, огнестойкие вискозные волокна и плавкие волокна равномерно распределены в объеме смеси нитей, образующих материал.

Использование плавких волокон, таких как полиамидные, в количестве, составляющем, по меньшей мере, 10%, имеет преимущество обеспечения достаточного армирования вискозных волокон, хорошей окрашиваемости и цветового качества. В частности, когда плавкие волокна плавятся при воздействии пламени, они способствуют стабилизации вискозных волокон и, таким образом, они могут сохранять свои огнестойкие свойства при воздействии пламени в течение более продолжительного времени.

Использование огнестойких вискозных волокон в количестве, составляющем, по меньшей мере, 50% имеет преимущество обеспечения достаточной степени удерживания расплавленного компонента, хорошей огнестойкости и использования влагопоглощающих способностей вискозных волокон.

В частности, текстильные структуры на основе огнестойкой вискозы способны выдерживать высокие температуры до тех пор, пока не начинается разрушение плавких волокон, например полиамидных полимерных волокон, причем плавкий полимер используют для армирования сетчатой структуры огнестойких вискозных волокон и защиты изделия до тех пор, пока не прекратится воздействие тепла и пламени.

Таким образом, может быть предложена термически устойчивая окрашиваемая огнезащитная матерчатая структура для использования в средствах индивидуальной защиты.

В плавкий волоконный компонент или волокна можно вводить огнестойкие добавки для повышения огнестойкости. Хотя введение огнестойких добавок в плавкий волоконный компонент не является обязательным, его можно осуществлять.

Плавкие волокна представляют собой волоконные материалы, которые плавятся при проведении исследования плавления и термической устойчивости. Согласно варианту осуществления при исследовании плавления и термической устойчивости такие плавкие волокна имеют температуру плавления, составляющую менее чем 268°C.

Согласно варианту осуществления настоящего изобретения плавкие волокна изготавливают, используя полиамид (необязательно включающий инертные огнестойкие добавки), предпочтительно полиамид 6.6. В качестве альтернативы можно использовать полипропилен (PP) и/или полиэтилен (PE). Полиамид 6.6 имеет температуру плавления в интервале от 255 до 260°C, полиамид 6 имеет температуру плавления в интервале от 215 до 220°C, полипропилен имеет температуру плавления в интервале от 160 до 175°C и полиэтилен имеет температуру плавления в интервале от 105 до 135°C.

Полиамидные волокна часто используют в составе материала, потому что они легко окрашиваются, имеют высокую стойкость к истиранию и их производство является более простым и дешевым по сравнению с другими волокнами.

Как правило, полиамидные волокна не используют в огнезащитных приложениях, поскольку предельный кислородный индекс (ПКИ) полиамида, составляющий 22, является чрезмерно низким, чтобы он имел собственные свойства огнестойкости, и соответствующие волокна проявляют плавление, текучесть, остаточное тление, остаточное горение и образование отверстий при исследовании их горения. В текстильном производстве существует широкий круг других известных дополнительных или вспомогательных процессов, которые легко приспособить (например, противоусадочная отделка, чистка щетками, каландрирование и т.д.).

Согласно настоящему изобретению после непосредственного воздействия горизонтального пламени в течение 10 секунд в соответствии со стандартом ISO 15025/14116 (класс защиты III) можно предотвратить остаточное горение, плавление и образование отверстий матерчатой структуры согласно настоящему изобретению.

Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения матерчатая структура включает, по меньшей мере, один защитный слой, прилегающий к одной стороне материала. Было обнаружено, что сочетание матерчатой структуры и, по меньшей мере, одного защитного слоя может создавать многослойную конфигурацию, которая обеспечивает защиту от открытого пламени в соответствии со стандартом ISO 15025 в течение 10 секунд (максимальная степень огнестойкости).

Согласно варианту осуществления настоящего изобретения смесь волокон включает огнестойкие вискозные волокна и плавкие волокна в массовом соотношении 80:20.

Согласно варианту осуществления вышеупомянутые преимущества наблюдаются в особенно высокой степени в случае материала, который составляет смешанные волокна, содержащие 80% вискозных огнестойких волокон и 20% полиамидных волокон. Данный материал изготовлен как тканый или текстильный материал, у которого суммарный фракционный коэффициент заполнения составляет более чем 60%. Она проявляет, вследствие определенного сочетания своих характеристик состава и структуры, способность выдерживать воздействие горизонтального пламени в течение 10 секунд без образования отверстия в соответствии со стандартом ISO 15025/14116 (класс защиты III).

Матерчатая структура функционирует как обеспечивающий максимальную степень защиты огнестойкий защитный слой и остается в нерасплавленном состоянии, не проявляя видимых капель расплава после воздействия пламени или воздействия тепла в процессе конвекции.

Согласно варианту осуществления настоящего изобретения у изобретенной матерчатой структуры значение ПКИ достигает уровня, превышающего 25; при сочетании с содержащей микропористый политетрафторэтилен (PTFE) мембраной значение ПКИ может увеличиваться, составляя существенно более чем 27 и наиболее вероятно превышая 30, в зависимости от массового содержания компонента PFTE.

Согласно варианту осуществления настоящего изобретения можно использовать, по меньшей мере, один третий волоконный компонент или следующие дополнительные волоконные компоненты (например, антистатические волокна), которые образуют сочетание в смеси волокон в количестве, составляющем не более чем 3% по отношению к массе смеси волокон. Дополнительные волоконные компоненты могут включать углеродные волокна, стальные волокна, противомикробные и противобактериальные волокна (такие как серебряные волокна или содержащие ионы металлов волокна) и полиэтилентерефталатные волокна.

В частности, нити материала согласно настоящему изобретению не включают волокна или волоконные смеси, включающие арамиды, PBI или модакрил, в частности не включают арамиды, пара-арамид, мета-арамид, PBI, модакрил или их смеси.

Согласно варианту осуществления огнестойкие вискозные волокна представляют собой искусственные целлюлозные волокна, включающие огнестойкие добавки, которые вводят в вискозную матрицу в процессе изготовления волокон.

В частности, согласно варианту осуществления настоящего изобретения материал имеет поверхностную плотность, составляющую от 50 г/м² до 550 г/м², предпочтительно от 90 г/м² до 300 г/м², предпочтительнее 140 г/м² +/- 10 г/м².

Согласно следующему варианту осуществления настоящего изобретения матерчатая структура включает, по меньшей мере, один защитный слой, прилегающий к одной стороне материала. Например, защитный слой представляет собой пористый мембранный слой, изготовленный из расширенного политетрафторэтилена (ePTFE).

Предпочтительно первый волоконный компонент и второй волоконный компонент равномерно распределены в нитях.

Что касается окрашивания, согласно варианту осуществления настоящего изобретения, по меньшей мере, одну поверхность материала окрашивают таким образом, что она имеет прочность окраски, составляющую более чем 4. Согласно еще одному варианту осуществления, по меньшей мере, одну поверхность материала окрашивают не содержащим носителя красителем таким образом, что она имеет прочность окраски, составляющую более чем 4. Предпочтительно не содержащий носителя краситель непосредственно внедряется в материал, по меньшей мере, на одной поверхности материала, у которой прочность окраски составляет более чем 4. Согласно следующему варианту осуществления материал имеет цветную печать, у которой прочность окраски составляет более чем 4, в частности, для камуфляжных применений.

Следующие преимущественные отличительные характеристики и аспекты настоящего изобретения становятся очевидными из зависимых пунктов формулы изобретения.

Далее настоящее изобретение будет описано посредством примеров согласно вариантам осуществления со ссылкой на следующие чертежи, в числе которых:

фиг. 1 представляет схематический вид поперечного сечения нити матерчатой структуры согласно варианту осуществления настоящего изобретения,

фиг. 2 представляет схематический вид сверху части огнезащитной матерчатой структуры согласно варианту осуществления настоящего изобретения,

фиг. 3 представляет схематический вид поперечного сечения огнезащитной матерчатой структуры, которая представляет собой многослойную структуру огнезащитного материала и защитного слоя согласно варианту осуществления настоящего изобретения,

фиг. 4 представляет примерный предмет одежды, который включает огнезащитную матерчатую структуру согласно настоящему изобретению,

фиг. 5 представляет схематический вид в разрезе тканой матерчатой структуры для иллюстрации частичного покрытия, которое используется согласно настоящему изобретению,

фиг. 6 представляет схематический вид элементарной ячейки полотняного материала для иллюстрации суммарного фракционного коэффициента заполнения, который используется согласно настоящему изобретению.

Далее варианты осуществления настоящего изобретения будут разъяснены со ссылкой на фиг. 1-4, причем фиг. 2 представляет схематический вид сверху части тканого огнезащитного материала 10 в огнезащитной матерчатой структуре 1 и фиг. 1 представляет схематический вид поперечного сечения нити 20 материала 10 согласно варианту осуществления настоящего изобретения.

Материал 10 изготовлен как тканый материал с основными и уточными нитями 20, причем каждая нить изготовлена из смеси волокон, содержащей, по меньшей мере, первый волоконный компонент и второй волоконный компонент, как представлено на фиг. 1. В частности, первый волоконный компонент включает огнестойкие вискозные волокна 22, и второй волоконный компонент включает плавкие волокна 24. Более конкретно, огнестойкие вискозные волокна 22 присутствуют в количестве, составляющем, по меньшей мере, 50% по отношению к массе смеси волокон, и плавкие волокна 24 присутствуют в количестве, составляющем, по меньшей мере, 10% по отношению к массе смеси волокон. Вышеупомянутое соотношение обеспечивает требуемую огнестойкость вследствие достаточно высокого содержания огнестойких волокон и требуемую устойчивость вследствие определенного уровня минимального содержания плавких волокон.

Материал 10 представляет собой тканую текстильную структуру, в частности, имеющую вид структуры с полотняным переплетением, как представлено схематически на фиг. 2.

Согласно одному варианту осуществления смесь волокон включает огнестойкие вискозные волокна 22 и плавкие волокна 24 в массовом соотношении 80:20. Согласно варианту осуществления, плавкие волокна 24 составляет полиамид (PA), предпочтительно полиамид 6.6. Предпочтительно первый волоконный компонент, т.е. вискозные волокна 22, и второй волоконный компонент, т.е. плавкие волокна 24, равномерно распределены в нитях 20.

Как ниже разъясняется более подробно, материал 10 изготовлен как тканый или текстильный материал, у которого суммарный фракционный коэффициент заполнения составляет более чем 60%. Плотная и жесткая матерчатая структура является необходимой для огнестойкого материала, чтобы предотвращать образование отверстий в случае воздействия пламени. В частности, что касается тканого материала, можно изготавливать плотные и жесткие матерчатые структуры, которые стабилизируют друг друга внутри матерчатой структуры.

Коэффициент заполнения представляет собой количественную оценку степени плотности и жесткости тканой матерчатой структуры по соотношению, тонине нити, тканого материала и плотности. Как правило, коэффициент заполнения показывает степень, в которой площадь материала покрывает один набор нитей. Фиг. 6 представляет основной аспект суммарного коэффициента заполнения, вид сверху тканого материала с сочетанием фракционного коэффициента заполнения основных и уточных нитей.

Согласно настоящему изобретению в результате определенного сочетания своих отличительных характеристик состава и структуры матерчатая структура обеспечивает способность выдерживать воздействие горизонтального пламени в течение 10 секунд без образования отверстия в соответствии со стандартом ISO 15025/14116 (класс защиты III).

Согласно варианту осуществления материал 10 имеет поверхностную плотность, составляющую от 50 г/м² до 550 г/м², предпочтительно 140 г/м² ± 10%.

Как представлено на фиг. 3, огнезащитная матерчатая структура 1 дополнительно включает дополнительный защитный слой 30, прилегающий к одной стороне материала 10, например, ламинированный к материалу 10 посредством клея 40, прерывисто распределенного на одной поверхности материала 10 таким образом, чтобы не нарушать проницаемость матерчатой структуры 1 по отношению к водяному пару. Согласно варианту осуществления защитный слой 30 представляет собой мембранный слой, который может быть водонепроницаемым и/или ветронепроницаемым, причем он может быть проницаемым для водяного пара. Согласно одному варианту осуществления защитный слой 30 образует пористая мембрана, изготовленная из расширенного политетрафторэтилена (ePTFE). Используя сочетание материала 10 с функциональным защитным слоем 30, в частности, содержащей ePTFE мембраной, можно дополнительно повышать уровень термической защиты. В частности, использование микропористого защитного слоя из ePTFE значительно повышает уровень огнестойкости.

В данном контексте можно использовать все известные типы таких функциональных защитных слоев. Используя водонепроницаемый и проницаемый для водяного пара защитный слой 30 можно дополнительно улучшать защитную функцию таким образом, что, в дополнение к вышеупомянутым защитным свойствам, можно также изготавливать водонепроницаемую защитную одежду, которая обеспечивает высокий уровень удобства при ношении вследствие проницаемости по отношению к водяному пару.

Подходящие материалы для водонепроницаемого и проницаемого для водяного пара защитного слоя представляют собой, в частности, полиуретан, полипропилен и сложный полиэфир, в том числе простой полиэфир, содержащий сложноэфирные группы, а также соответствующие многослойные структуры, которые описаны в патентных документах США US-A-4725418 и US-A-4493870. Однако особенно предпочтительным является микропористый расширенный политетрафторэтилен (ePTFE), как описано, например, в патентных документах США US-A-3953566 и US-A-4187390, и расширенный политетрафторэтилен, содержащий гидрофильные пропиточные вещества и/или гидрофильные слои; см., например, патентный документ США US-A-4194041. Термин «микропористый функциональный слой» или «микропористый защитный слой» следует понимать как означающий функциональный слой, в котором средний размер пор составляет от приблизительно 0,2 мкм и приблизительно 0,3 мкм. Размер пор можно измерять, используя поромер Coulter Porometer™, изготавливаемый компанией Coulter Electronics, Inc. (Хайли, штат Флорида, США).

Функциональный или защитный слой и соответствующие многослойные структуры рассматриваются как «водонепроницаемые», необязательно включая швы, находящиеся на защитном слое, если гарантируется входное давление воды, составляющее, по меньшей мере, 1×10⁴ Па. Материал защитного слоя предпочтительно гарантирует давление воды на входе, составляющее более чем 1×10⁵ Па. При этом входное давление воды измеряют, используя метод исследования, в котором дистиллированная вода при температуре 20±2°C поступает на образец, защитный слой площадью 100 см², при увеличении давления. Давление воды увеличивается при скорости 60±3 см вод. ст. (5884±294,2 Па) в минуту. При этом входное давление воды соответствует давлению, при котором вода впервые появляется на другой стороне образца. Подробное описание данной процедуры представляет стандарт ISO 0811 (1981 г.).

При этом функциональный или защитный слой рассматривается как «проницаемый для водяного пара», если он имеет сопротивление пропусканию водяного пара (RET), составляющее менее чем 150 м²Па/Вт. Проницаемость водяного пара можно выразить через сопротивление пропусканию водяного пара (RET). Сопротивление пропусканию водяного пара (RET) представляет собой особое свойство материалов, имеющих слоистые структуры, или композитных материалов, которое определяет поток скрытой теплоты испарения через данную площадь слоистой структуры или композитного материала при постоянном градиенте парциального давления. Значение RET измеряют, используя модель кожи Института физиологии одежды Hohenstein. Модель кожи Hohenstein описывает стандарт ISO 11092 (1993 г.).

Например, защитный слой 30 является водонепроницаемым в том смысле, что он выдерживает давление воды, составляющее, по меньшей мере, 8 кПа, в соответствии со стандартом ISO 811 (1981 г.). Он может иметь сопротивление пропусканию водяного пара (RET), составляющее менее чем 20 м²Па/Вт, в соответствии со стандартом ISO 11092.

Защитный слой может быть воздухонепроницаемым, если его воздухопроницаемость составляет менее чем 1 л/м²/с при 100 см² и 2,5 кПа, в соответствии со стандартом ISO 9237 (1995 г.). Защитный слой может быть ветронепроницаемым, если его воздухопроницаемость составляет менее чем 50 л/м²/с при 100 см² и 2,5 кПа, в соответствии со стандартом ISO 9237 (1995 г.). Например, защитный слой имеет воздухопроницаемость, составляющую не более чем 6 л/м²/с, в соответствии со стандартом ISO 9237.

Согласно варианту осуществления материал 10 образован конструкцией полотняного переплетения. Было обнаружено, что предпочтительная смесь, содержащая 20% полиамида (PA) (в частности, высоковязкий PA 6.6) и 80% огнестойкого волокна Lenzing, представляет собой смесь волокон, имеющую хорошее сочетание предпочтительных свойств, которые определены в настоящем документе, в частности, для такого материала полотняного переплетения, у которого поверхностная плотность составляет 140 г/м². В других категориях поверхностной плотности данное соотношение может изменяться, но должна сохраняться минимальная процентная доля вискозных огнестойких волокон, составляющая 50%.

Согласно варианту осуществления тканый материал имеет суммарный фракционный коэффициент заполнения, составляющий более чем 66%. В частности, она имеет фракционный коэффициент заполнения уточных нитей, составляющий более чем 33%, и/или фракционный коэффициент заполнения основных нитей, составляющий более чем 50%, и в результате сложения суммарный фракционный коэффициент заполнения предпочтительно составляет более чем 66%.

Можно вводить дополнительные смешанные волоконные компоненты в небольших количествах, например, для антистатических свойств, при том условии, что они не изменяют эффективность, которая предусмотрена концепцией настоящего изобретения.

Смесь плавких, например полиамидных и вискозных огнестойких волокон, можно перерабатывать, используя для прядения штапельных волокон традиционные способы, например кольцевое прядение, пневмомеханическое прядение и/или компактное прядение. Например, огнестойкие вискозные волокна и плавкие волокна изготавливают посредством прядения и кручения штапельных волокон.

Процесс окрашивания может быть очень гибким для смеси волокон или матерчатой структуры, выбор волоконных компонентов позволяет окрашивать смесь волокон или матерчатую структуру реакционноспособным красящим веществом. Кроме того, становится возможным высокое качество печати и обеспечение четкой высококонтрастной печати с высокой прочностью окраски реакционноспособным красящим веществом, что может потребоваться для множества однородных применений.

Сама матерчатая структура согласно настоящему изобретению имеет предельный кислородный индекс (ПКИ), составляющий более чем 25, а вместе с содержащей ePTFE микропористой мембраной данное значение может увеличиваться выше 30.

Настоящее изобретение предоставляет преимущество, заключающееся в том, что все волокна в смеси можно выбирать таким образом, чтобы их можно было окрашивать с высоким качеством. Компоненты смеси легко обрабатывать, обеспечивая, таким образом, хорошую воспроизводимость. Является возможным термическое твердение, обеспечивая, таким образом, устойчивое качество и отсутствие маркости, и все компоненты совместно создают высокую термическую устойчивость и очень высокое значение ПКИ.

Далее описаны более подробно возможные волоконные компоненты согласно вариантам осуществления настоящего изобретения.

Огнезащитное или огнестойкое вискозное волокно (далее называется огнестойкое вискозное волокно)

Согласно вариантам осуществления настоящего изобретения можно использовать разнообразные огнестойкие вискозные волокна. Далее описаны примеры соответствующих огнестойких вискозных волокон согласно разнообразным вариантам осуществления.

Согласно варианту осуществления настоящего изобретения огнестойкое вискозное волокно представляет собой искусственное целлюлозное волокно, которое становится огнестойким посредством внедрения соединения фосфора в вискозную матрицу. Огнестойкое соединение фосфора (или любое другое подходящее огнестойкое вещество) вводят на стадии прядения волокон. Огнестойкое вискозное волокно широко используется в смешанных материях, где оно обеспечивает повышенное влагопоглощение и удобство без снижения уровня защиты. Огнестойкое вискозное волокно можно окрашивать, используя широкую гамму цветов, однако прочность окраски по отношению к стирке является различной и аналогичной обычному вискозному волокну; огнестойкое вискозное волокно является устойчивым при воздействии широкого разнообразия кислот и щелочей. Огнестойкое вискозное волокно является устойчивым при воздействии широкого разнообразия отбеливающих веществ и органических растворителей. Как правило, его значение ПКИ составляет 29.

В частности, огнестойкие вискозные волокна, которые можно использовать согласно настоящему изобретению, представляют собой целлюлозные искусственные волокна, содержащие вискозу. Обзор методов, используемых, чтобы делать целлюлозные текстильные материалы огнезащитными (или огнестойкими), и механизмов, используемых для этой цели, представляют A. R. Horrocks и B. K. Kandola в своей публикации «Огнестойкие целлюлозные текстильные материалы» (специальная публикация Королевского химического общества, 1998 г., т. 224, с. 343-362). Описанные методы отличаются в отношении элементов, обеспечивающих огнестойкость (это, главным образом, фосфор, однако можно использовать также азот, бор и серу), места нанесения (главным образом, поверхностная обработка в случае хлопка, добавка при изготовлении волокон в случае искусственных волокон) и устойчивости (степень сохранения огнезащитных свойств после обработки посредством стирки).

Что касается целлюлозных искусственных волокон, было предложено множество веществ для введения в качестве огнезащитных добавок в вискозные волокна при изготовлении волокон.

Патент США № 3266918 предлагает трис(2,3-бромпропил)фосфат в качестве огнезащитного вещества. Волокно с этой добавкой производили в течение некоторого времени в промышленном масштабе.

Класс веществ, используемых в качестве огнезащитных веществ, представляют собой замещенные фосфазены. Огнезащитное вискозное волокно с добавкой этих веществ изготавливали на промышленном (патент США № 3455713). Однако, поскольку такое огнезащитное вещество существует в жидкой форме, его можно вводить при прядении в вискозные волокна с пониженным выходом, составляющим приблизительно 75 мас.%, и оно проявляет тенденцию к выходу из волокон, таким образом, придавая волокну нежелательную липкость.

Помимо вышеупомянутого трис(2,3-бромпропил)фосфата в качестве огнезащитных веществ для вискозных волокон описан ряд других фосфорорганических соединений, в частности амиды и сложные эфиры фосфоновой кислоты (см. патенты ФРГ № 2451802, № 2622569 и № 4128638, патенты США № 4193805 и № 4242138, японский патент № 51-136914).

Из данного класса веществ в настоящее время только такое соединение, как 2,2'-оксибис-[5,5-диметил-1,3,2-диоксафосфоринан]-2,2'-дисульфид, соответствует требованиям в отношении эффективности (необходимое вводимое количество для соблюдения стандарта ISO 15025:2002), количественного выхода в процессе прядения и отсутствия галогенов.

В качестве подходящих огнестойких вискозных волокон можно использовать огнестойкие вискозные волокна Lenzing.

Подходящие плавкие волокна, которые можно использовать согласно настоящему изобретению, представляют собой полиамид (PA), полипропилен (PP) и/или полиэтилен (PE).

Полиамидное волокно, в частности полиамидное штапельное волокно

Наиболее важные в техническом отношении типы полиамидов (PA) представляют собой частично кристаллические термопластичные полимеры, которые отличаются высокой твердостью, жесткостью и прочностью, а также обладают хорошей химической устойчивостью и пригодностью к обработке. До настоящего времени полиамидное волокно, как правило, не использовали в огнестойких приложениях, поскольку его значение ПКИ, составляющее 22, является чрезмерно низким для проявления собственных огнестойких свойств и материал из этого волокна проявляет плавление и образование отверстий при исследованиях горения. В смесях его использовали только вместе с хлопком при дополнительной огнезащитной обработке (в испытательных целях).

Возможные полиамидные волокна изготавливают, используя полиамид (PA), такой как PA 6, PA 6.4, PA 6.12 и/или PA 6.6.

Окрашиваемость

Термин «окрашивание» при использовании в настоящем документе следует понимать как обозначение процесса введения красителя в текстильный компонент. Можно использовать такие процессы, как, например, цветная печать, переводная пленочная печать и все известные процессы окрашивания в ванне.

Примеры

Согласно примерному варианту осуществления настоящего изобретения матерчатая структура имеет однородное распределение волокон в смеси, содержащей 20% волокон Cordura® (PA 6.6), поставляемых на продажу компанией Invista, и 80% огнезащитных вискозных волокон Lenzing FR®, поставляемых на продажу компанией Lenzing и изготовленных посредством кольцевого прядения и кручения, причем данный материал изготовлен как тканый материал с полотняным переплетением, имеющий суммарный коэффициент заполнения 66,6% и поверхностную плотность 140 г/м² ±10%, и выдерживает исследование горения с горизонтальным пламенем. Материал может содержать фторуглеродное покрытие.

Пример 1

Пример 2

Фиг. 4 представляет пример верхней одежды 70 в форме защитной куртки, которая предназначена, например, для пожарных и изготовлена из описанной выше матерчатой структуры 1 согласно настоящему изобретению. В частности, материал 10 предназначен в качестве внешнего материала 71 предмета одежды 70, и защитный слой 30 может представлять собой часть двухслойной или трехслойной структуры, прикрепленной к внутренней стороне материала 10, как представлено на фиг. 3, причем многослойная структура образует внутренний материал 72 одежды 70.

Несколько преимуществ согласно аспектам настоящего изобретения представляют собой следующие:

- хорошая окрашиваемость, качество цвета и процесс окрашивания изделия реакционноспособным красителем,

- тугоплавкость, отсутствие видимого плавления или хрупкости плавкого волоконного компонента, определяемое посредством исследования в печи при температуре 260°C,

- хорошие защитные характеристики материала, такие как устойчивость к истиранию, устойчивость размеров, необязательность дополнительной обработки для придания огнестойкости.

Согласно варианту осуществления можно получить матерчатую структуру, в которой материал сочетается с термостойкой пленкой (например, PTFE) в многослойной структуре, имеющей очень высокое значение ПКИ, превышающее 27.

Согласно вариантам осуществления настоящего изобретения можно получить следующие усовершенствования по сравнению с существующими решениями.

Матерчатая структура согласно настоящему изобретению образует имеющий меньшую плотность текстильный материал, чем матерчатая структура, изготовленная, например, из смеси модакрила и хлопка или вискозы и модакрила.

Образец матерчатой структуры согласно настоящему изобретению, имеющий поверхностную плотность 140 г/м², может соответствовать требованиям вышеупомянутого стандарта ISO 15025. По сравнению с ним материал из смеси модакрила и хлопка должен иметь минимальную поверхностную плотность, составляющую 230 г/м², чтобы выдерживать испытание согласно вышеупомянутому стандарту ISO 15025. Можно получить одноцветное окрашивание более высокой прочности по сравнению со смесью арамидных волокон (достигаемая прочность окраски превышает 4 согласно стандарту ISO105-B02, -X12).

Не требуется последующая огнезащитная обработка, в отличие от смесей хлопка и полиамида, таких как IN-DURA® SOFT.

Термины и методы исследований

Термин «огнезащитный» или «огнестойкий» в контексте настоящего изобретения означает, что матерчатая структура допускает лишь ограниченное распространение пламени и своим действием защищает от огня, не образуя сквозных отверстий при воздействии пламени. Европейский стандарт EN 533 (1997 г.) устанавливает требования к характеристикам ограниченного распространения пламени в материалах на основе результатов исследований согласно стандарту EN 532 (соответствует стандарту ISO 15025 (2003)/14116).

Исследование плавления и термической устойчивости

Данное исследование использовали для определения термической устойчивости текстильных материалов. Данное исследование осуществляли на основе исследования термической устойчивости согласно описанию в разделе 8.3 руководства 1975 Национального агентства пожарной безопасности (NFPA) в редакции 2004 г. Печь для исследования представляла собой печь с циркуляцией горячего воздуха согласно требованиям стандарта ISO 17493. Исследование осуществляли в соответствии со стандартом ASTM D 751 «Стандартные методы исследования покрытых материалов», используя процедуры блокирования сопротивления при повышенных температурах (разделы 89-93) со следующими изменениями.

- Использовали боросиликатные стеклянные пластинки, имеющие размеры 100 мм × 100 мм × 3 мм (4 дюйма × 4 дюйма × 1/8 дюйма).

- Исследование проводили при температуре 265°C+3/-0°C (510°F +5/-0°F).

Образцы оставляли для охлаждения в течение, как минимум, одного часа после извлечения стеклянных пластинок из печи.

Любую сторону образца, которая прилипала к стеклянной пластинке, прилипала к самой себе при развертывании или проявляла признаки плавления или текучести, рассматривали как плавкую. Любую сторону образца, которая не проявляла признаков плавкости, рассматривали как термически устойчивую.

Для цели настоящего изобретения изготавливали и исследовали на основе представленного выше описания текстильный материал, состоящий из плавких волокон согласно варианту осуществления настоящего изобретения.

Исследование при воздействии горизонтального пламени

Измерение огнестойкости осуществляли в соответствии с международным стандартом ISO 15025 (2003 г.) при воздействии пламени на поверхность в течение 10 секунд. На внешнюю текстильную сторону образца пламя воздействовал в течение 10 секунд. После этого измеряли время остаточного горения. Образцы, для которых время остаточного горения составляло более чем 10 секунд, рассматривали как воспламеняющиеся. Образцы, для которых время остаточного горения составляло 2 секунды или менее, рассматривали как невоспламеняющиеся. Предпочтительные образцы показывали время остаточного тления, составляющее 2 секунды или менее. Наиболее предпочтительные образцы не проявляли остаточного горения, остаточного тления и образования отверстий.

Огнестойкость выражал показатель ограниченного распространения пламени в соответствии со стандартом ISO 14116. В отношении огнестойкости материалов установлены три класса защиты:

- В материалах класса защиты I не происходит распространения пламени, но в процессе контакта с пламенем возможно образование отверстий.

- В материалах класса защиты II не происходит распространения пламени и в процессе контакта с пламенем невозможно образование отверстий.

- В материалах класса защиты III не происходит распространения пламени и в процессе контакта с пламенем невозможно образование отверстий; происходит только ограниченное остаточное горение.

Одежда класса защиты III соответствует требованиям защитной одежды для пожарных и другой теплозащитной и огнезащитной одежды.

В отношении вычислений параметров тканого материала, в частности в отношении коэффициента заполнения, применяются следующие определения:

Коэффициент заполнения

Коэффициент заполнения показывает степень, в которой площадь материала покрывает один набор нитей.

Для любого материала существуют два коэффициента заполнения: коэффициент заполнения основных нитей и коэффициент заполнения уточных нитей. Коэффициент заполнения материала получают путем сложения коэффициентов заполнения основных и уточных нитей.

Вычисление

Коэффициент заполнения в единицах СИ вычисляют следующим образом:

коэффициент заполнения (СИ): (число нитей/см)/10×√текс.

Термин «текс» означает стандартную единицу измерения линейной плотности волокон и определяется как масса в граммах на 1000 метров.

Пример: линейная плотность составляет 20 текс, и число нитей на 1 см составляет 28.

Коэффициент заполнения (СИ)=(28×√20)/10=12,5.

Коэффициент заполнения (Pierce)=n/√N, где n представляет собой число нитей на 1 дюйм и N представляет собой номер хлопковой нити.

Фракционный коэффициент заполнения

В материале, состоящем из нитей, коэффициент заполнения можно рассматривать как долю суммарной площади материала, которую покрывают составляющие материал нити. Предельно упрощенная иллюстрация структуры тканого материала представлена на фиг. 5.

Нить имеет круглое поперечное сечение, имеющее диаметр d, и соседние нити разделяет расстояние s. Тогда коэффициент заполнения составляет d/s.

Согласно идеальной модели s равняется 1/n, где n представляет собой число нитей на единицу длины. Коэффициент заполнения можно выразить через d и n.

Фракционный коэффициент заполнения=d×n.

Фракционный коэффициент заполнения:

C₁ =4,44√(текс/плотность волокна)×(число нитей/см)×10^-3.

Суммарный коэффициент заполнения

Суммарная площадь, покрытая материалом, имеющей полотняное переплетение, представляет собой прямоугольник ABCD. Заштрихованная площадь на фиг. 6 представляет собой часть суммарной площади, которая покрыта обеими нитями, и вследствие этого было бы не строго точным вычисление суммарного коэффициента заполнения в виде простой суммы коэффициентов заполнения основных и уточных нитей.

Каждая из заштрихованных площадей на фиг. 6 составляет d₁×d₂, и суммарная площадь ячейки составляет s₁×s₂. По определению фракционный коэффициент заполнения C=d/s. Следовательно:

d₁=C₁s₁,

d₂=C₂s₂,

d₁ d₂=C₁s₁C₂s₂.

Выраженная как доля суммарной площади s₁·s₂, заштрихованная площадь составляет d₁ d₂=C₁s₁ C₂s₂/s₁×s₂=C₁C₂.

Произведение C₁ C₂необходимо вычесть из суммы C₁+C₂, и, таким образом, суммарный фракционный коэффициент заполнения составляет C₁+C₂-C₁ C₂.

Материал согласно примеру 1 проявляет следующий суммарный фракционный коэффициент заполнения:

Реферат

Структура (1) огнезащитного материала включает материал, состоящий из множества нитей (20), причем каждая нить (20) изготовлена из смеси волокон, содержащей, по меньшей мере, первый волоконный компонент и второй волоконный компонент. Первый волоконный компонент включает огнестойкие вискозные волокна (22) в количестве, составляющем, по меньшей мере, 50% по отношению к массе смеси волокон, и второй волоконный компонент включает плавкие волокна (24) в количестве, составляющем, по меньшей мере, 10% по отношению к массе смеси волокон. Материал (10) изготовлен как тканый материал, имеющий суммарный фракционный коэффициент заполнения, составляющий более 60%, и способность выдерживать воздействие горизонтального пламени в течение 10 секунд без образования отверстия в соответствии со стандартом ISO 15025/14116 (класс защиты III). 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 6 ил.

Формула