Результат интеллектуальной деятельности: КОСТЮМ БОЕВОЙ ОДЕЖДЫ СПАСАТЕЛЯ

Изобретение относится к снаряжению спасателей в сфере чрезвычайных ситуаций.

Известен костюм боевой одежды пожарных спасателей, описанный в обзорной статье авторов: Русецкий Ю.Г., Иванов А.В. Костюм боевой одежды пожарных-спасателей первого уровня защиты. Фирма «Волброк», [1] - сайт http://volbrok.ru/article01.shtml, и состоящий из куртки с отстегивающимся капюшоном и брюк, при этом в качестве ткани для верха боевой одежды была использована разработанная в рамках задания ГНТП «Чрезвычайные ситуации» термостойкая ткань из пряжи из полифениленоксадиазольного волокна и комплексной нити «Русар» (ТУ РБ 300620644.008-2003 «Ткани огнетермостойкие суровые для одежды пожарных-спасателей первого уровня защиты»). Сравнительная характеристика важнейших технико-экономических показателей термостойкой ткани верха костюма боевой одежды пожарного-спасателя представлена в табл.1. Разработаны и утверждены технические условия ТУ РБ 300620644.007-2003 «Костюм боевой одежды пожарных-спасателей первого уровня защиты». В статье описан ход научно-исследовательской работы, проведенной Научно-исследовательским центром (НИЦ) Витебского областного управления МЧС (Республика Беларусь).

Проведены испытания пакета материалов, материала верха полученного образца на соответствие теплофизических и физико-механических показателей требованиям норм пожарной безопасности [1]. Проведенные испытания показали, что изготовленный экспериментальный образец полностью соответствует требованиям норм пожарной безопасности НПБ 29-2000 для боевой одежды пожарных-спасателей I уровня защиты, обеспечивает удобство в динамике при выполнении работ пожарных-спасателей. Разработанный костюм защищает тело человека не только от высокой температуры, тепловых потоков большой интенсивности, но и от возможных выбросов пламени. Расчет технико-экономических показателей позволяет сделать вывод о целесообразности и экономичности изготовления одежды пожарных-спасателей из материала отечественного производства.

Сравнительная характеристика важнейших технико-экономических показателей костюма боевой одежды пожарного-спасателя указана в табл.2.

Недостатком известного костюма боевой одежды спасателей, действующих в условиях горящих объектов при наличии летящих и падающих предметов разрушающегося объекта, является его слабая степень защиты от механического воздействия колющих и режущих предметов разрушающегося объекта.

В настоящее время для защиты от механического воздействия колющих и режущих предметов, летящих и падающих от разрушающегося объекта, известен костюм спасателя с жилетом защитным по патенту РФ №2516842 (прототип), который состоит из тканевой подкладки, в которой закреплены упругие каркасные стойки посредством фиксаторов на поясном ремне, где закреплена защитная оболочка от механического воздействия.

Недостатком известного костюма боевой одежды спасателей, действующих в условиях горящих объектов при наличии летящих и падающих предметов разрушающегося объекта, является его слабая степень защиты от электромагнитного и радиационного излучений, часто имеющих место при ликвидации чрезвычайных ситуаций (ЧС).

Технически достижимый результат - повышение эффективности и надежности конструкции одежды спасателей, действующих в условиях горящих объектов при наличии летящих и падающих предметов разрушающегося объекта, а также при наличии электромагнитного и радиационного излучений.

Это достигается тем, что в костюме боевой одежды спасателей, действующих в условиях горящих объектов при наличии летящих и падающих предметов разрушающегося объекта, содержащем боевую одежду спасателей, обладающую огнезащитными свойствами и состоящую из куртки с рукавами и капюшоном с защитным прозрачным элементом, расположенным в рабочем состоянии на лицевой части головы, а также брюк с подтяжками и жестким ремнем и сапог из огнезащитного и устойчивого к механическим воздействиям сейсмического характера материала, причем в качестве ткани для верха боевой одежды используется термостойкая ткань из пряжи из полифениленоксадиазольного волокна и комплексной нити «Русар», а также содержащий защитный шлем фирмы «Cromwell F600», с высоким уровнем комфортности, и жилет защитный, жилет защитный состоит из тканевой подкладки, соединенной с защитной оболочкой, а в тканевой подкладке закреплены упругие каркасные стойки посредством фиксаторов на поясном ремне брюк, а защитная оболочка крепится на упругих каркасных стойках и содержит внешний и внутренний защитные пакеты, между которыми размещена прокладка, выполненная в виде ленты с зафиксированными складками, размещенными с постоянным шагом со стороны защищаемого объекта, и помещена последовательно в две внешние оболочки, а внешний пакет, обращенный в окружающую оператора среду, выполнен многослойным, причем каждый слой изготовлен в виде связанных между собой колец, в качестве материала которых использована нержавеющая сталь, при этом слои расположены с перекрытием просвета колец их сочленением, а внутренний защитный пакет выполнен трехслойным, при этом слой, контактирующий с внешний оболочкой, и слой, обращенный к телу оператора, выполнены из перфорированного полимерного материала, например арамидного волокна, а промежуточный слой, расположенный между ними, выполнен упругим из упругих сетчатых элементов, при этом плотность сетчатой структуры упруго-эластичных сетчатых элементов находится в оптимальном интервале величин 1,2 г/см³ … 2,0 г/см³, причем материал проволоки упругих сетчатых элементов - сталь марки ЭИ-708, а диаметр ее находится в оптимальном интервале величин 0,09 мм … 0,15 мм, при этом защитная оболочка жилета защитного содержит слои наружной оболочки из, например, арамидной ткани, пропитанной полимерным связующим, твердосплавные криволинейные или плоскопеременные вставки и аналогичные наружным слои внутренней оболочки, а вставки выполнены из элементарных ячеек, скрепленных между собой и с оболочками клеем, химически совместимым со связующим оболочек, при этом вставки выполнены из изотропного материала, например керамики, с минимальным линейным размером ячеек, превышающим их двойную толщину, а для их крепления использован эластичный клей на основе синтетического эластомера, например литьевого полиуретана, при этом ячейки могут быть выполнены квадратными и расположены в шахматном порядке или в форме правильного шестиугольника, а связанные между собой кольца из нержавеющей стали обработаны композиционным материалом с повышенными защитными свойствами от электромагнитного излучения, который состоит из полимерной основы, в которой распределены частицы соединений - (Fe, Si) или - Со с нанокристаллической структурой объемной плотностью (0,6÷1,4)·10^-5 1/нм³, при этом полимерная основа для фиксации положения частиц порошка с нанокристаллической структурой выполнена в виде чередующихся между собой элементов структуры, расположенных под углом 90° друг к другу, а каждый из элементов выполнен в виде расположенных в параллельных рядах частиц вытянутой формы, причем частицы, расположенные слева и справа от нее, сдвинуты на величину, не превышающую половины максимального размера частицы, при этом оптимальным является следующий диапазон значений объемной плотности нанокристаллов в аморфной матрице: больше 0,6·10^-5 1/нм³, но менее 1,4·10^-5 1/нм³.

На фиг. 1 и 2 представлен эскиз модели костюма боевой одежды спасателя (вид спереди и сзади соответственно), на фиг. 3 - общий вид защитного шлема боевой одежды спасателя, на фиг. 4, 5, 6 - технический эскиз соответственно куртки, капюшона и брюк, на фиг. 7 изображена профильная проекция защитного жилета, на фиг. 8 - фронтальная проекция защитного жилета, на фиг. 9 - схема защитной оболочки защитного жилета, на фиг. 10 - вариант защитной оболочки защитного жилета.

Костюм боевой одежды спасателей, действующих в условиях горящих объектов при наличии летящих и падающих предметов разрушающегося объекта, является комплектом из следующих объектов. Боевая одежда спасателей (фиг. 1, 2, 4, 5, 6), обладающая огнезащитными свойствами и состоящая из куртки 1 с рукавами 2 и капюшоном 6 с защитным прозрачным элементом 3, расположенным в рабочем состоянии на лицевой части головы, а также брюк 4 с подтяжками и жестким ремнем и сапог 5 из огнезащитного и устойчивого к механическим воздействиям (в том числе сейсмического характера) материала (на чертеже не показано). В качестве ткани для верха боевой одежды используется термостойкая ткань из пряжи из полифениленоксадиазольного волокна и комплексной нити «Русар» (ТУ РБ 300620644.008-2003 «Ткани огнетермостойкие суровые для одежды пожарных-спасателей первого уровня защиты»).

Следующим элементом защиты, используемым в условиях горящих объектов при наличии летящих и падающих предметов разрушающегося объекта, является защитный шлем (фиг. 3) фирмы «Cromwell F600», используемый большинством пожарных в Великобритании и имеющий репутацию шлема с высоким уровнем комфортности (двойная сертификация СЕ как шлема, так и визора, обеспечивающая максимальную защиту головы и лица). Материал наружной оболочки 7 шлема - стекловолокно с покрытием огнестойкой краской, имеющей стойкость к воздействию открытого пламени корпуса каски 7 с верхней налобной защитной частью 8, не менее 15 сек, а лицевого щитка 9-10 сек. Легко заменяемая верхняя налобная защитная часть 8 предохраняет визор 9 и переднюю часть шлема, где происходит больше всего повреждений. Визор выполнен из поликарбоната и защищает самую важную часть шлема и легко заменяется при повреждении; обеспечивает широкий обзор, оптически правильный для защиты от искажений. Комфортную температуру поддерживает внутренний изолирующий слой. Шлем совместим со всеми видами дыхательных аппаратов. Имеется простая четырехпозиционная регулировка для всех размеров головы (52÷63 см) с помощью специального механизма. Шлем может быть подвинут вперед или назад на голове посредством ободка над бровями. Ободок вокруг бровей очень мягкий - для оптимального комфорта. Высота посадки регулируется натяжением или ослаблением подбородочного ремешка 10. Огнестойкий, быстро отстегивающийся подбородочный ремешок выдерживает статическую нагрузку 500 Н. Угол шлема регулируется поворотом ободка над бровями (также обеспечивается совместимость с дыхательным аппаратом).

Технические характеристики: вес - 1320 грамм, каска выдерживает вертикальный удар тупого предмета с энергией 80 Дж; при вертикальном ударе острым предметом с энергией 30 Дж исключено его касание поверхности головы; визор выдерживает одиночные удары груза с энергией 1,2 Дж с сохранением работоспособности поворотно-фиксирующего устройства; соединение деталей внутренней оснастки с корпусом каски в каждой точке прикрепления выдерживает нагрузку 80 Н. Корпус каски защищает от поражения электрическим током напряжением 400 В.

Шлем может быть выполнен с защитной оболочкой, которая содержит слои наружной оболочки из, например, арамидной ткани, пропитанной полимерным связующим, твердосплавные криволинейные или плоскопеременные вставки и, аналогичные наружным, слои внутренней оболочки, а вставки выполнены из элементарных ячеек, скрепленных между собой и с оболочками клеем, химически совместимым со связующим оболочек, при этом вставки выполнены из изотропного материала, например керамики, с минимальным линейным размером ячеек, превышающим их двойную толщину, а для их крепления использован эластичный клей на основе синтетического эластомера, например литьевого полиуретана, при этом ячейки могут быть выполнены квадратными и расположены в шахматном порядке или в форме правильного шестиугольника (см. фиг. 10).

Следующим элементом защиты, используемым в условиях горящих объектов при наличии летящих и падающих предметов разрушающегося объекта, является жилет защитный (фиг. 7, 8, 9), который осуществляет защиту человека-оператора от внезапных ударов механического воздействия со стороны окружающей горящей среды и который одевается под куртку 1. Выполнение из упругого материала каркасных стоек 12, соединенных с ремнем брюк 4, позволяет сдемпфировать удар (сделать его упругим), а защитная оболочка 13 предотвращает ранение кожного покрова спасателя.

Жилет защитный состоит из тканевой подкладки 11, в которой закреплены упругие каркасные стойки 12 посредством фиксаторов 14 на жестком поясном ремне брюк 4. Защитная оболочка 13 крепится на упругих каркасных стойках 12. Защитная оболочка 13 может быть закреплена на каркасных стойках 12 по всей площади торса спасателя, включая и плечевые суставы и кисти рук (на чертеже не показано).

Защитная оболочка 13 (фиг. 9) содержит внешний 15 и внутренний защитные пакеты, между которыми находится прокладка 17 со складками 18, помещенными в оболочку 19. Прокладка 17 выполнена в виде ленты с зафиксированными складками 18, размещенными с постоянным шагом со стороны защищаемого объекта, и помещена последовательно в две внешние оболочки 19. Внешний пакет 15, обращенный в окружающую среду, выполнен многослойным, причем каждый слой изготовлен в виде связанных между собой колец, в качестве материала которых использована нержавеющая сталь. При этом слои расположены с перекрытием просвета колец их сочленением. Внутренний защитный пакет выполнен трехслойным, при этом слой 16, контактирующий с внешний оболочкой 19, и слой 21, обращенный к телу оператора, выполнены из перфорированного полимерного материала, например арамидного волокна, а промежуточный слой 20, расположенный между ними, выполнен упругим из упруго-эластичных сетчатых элементов, при этом плотность сетчатой структуры упругих сетчатых элементов находится в оптимальном интервале величин 1,2 г/см³ … 2,0 г/см³, причем материал проволоки упругих сетчатых элементов - сталь марки ЭИ-708, а диаметр ее находится в оптимальном интервале величин 0,09 мм … 0,15 мм.

Вариант защитной оболочки защитного жилета (фиг. 10) содержит слои наружной оболочки 22 из, например, арамидной ткани, пропитанной полимерным связующим, твердосплавные криволинейные или плоскопеременные вставки 23 и аналогичные наружным слои внутренней оболочки 24. Вставки 23 выполнены из элементарных ячеек, скрепленных между собой и с оболочками 22 и 24 клеем 25, химически совместимым со связующим оболочек 22 и 24, а каждая ячейка выполнена с минимальным линейным размером 26, превышающим двойную ее толщину 27. Для оболочек 22 и 24 использовано эпоксисодержащее связующее, а для крепления ячеек использован эластичный клей 25 на основе синтетического эластомера, например полиуретана СКУ ПФЛ. Ячейки могут быть выполнены квадратными и расположены в шахматном порядке или в форме правильного шестиугольника (на чертеже не показано).

Возможен вариант исполнения, который заключается в том, что наружная оболочка 22 является несущей, на которой крепятся все вставки 23, а внутренняя оболочка 24 является подпором для вставок 23, выполненных из изотропного материала, например керамических, постоянной кривизны и квадратной конфигурации ячеек, и также выполняет несущие функции (на чертеже не показано). Толщина 27 ячеек соответствует размеру основного поражающего фактора, а линейный размер 26 превышает двойную толщину 27 в 1,5÷1,7 раза. Для облегчения защитного жилета ячейки могут быть расположены в зонах его наиболее вероятного поражения.

Костюм боевой одежды спасателей, действующих в условиях горящих объектов при наличии летящих и падающих предметов разрушающегося объекта, работает следующим образом.

При большой кинетической энергии механического воздействия или поражающего элемента может быть пробит внешний защитный пакет 15 с потерей в определенной степени этой энергии. Но к внутреннему защитному пакету поражающий фрагмент подходит с меньшей скоростью и, как следствие, с меньшей энергией, что обеспечивает непробитие жестких слоев 16 и 21 материала этого слоя. При этом упруго-эластичный материал 20 работает как амортизатор, снижая ударный импульс до безопасного уровня.

Связанные между собой кольца из нержавеющей стали обработаны композиционным материалом с повышенными защитными свойствами от электромагнитного излучения, который состоит из полимерной основы, в которой распределены частицы соединений - (Fe, Si) или - Со с нанокристаллической структурой объемной плотностью (0,6÷1,4)·10^-5 1/нм³, при этом полимерная основа для фиксации положения частиц порошка с нанокристаллической структурой выполнена в виде чередующихся между собой элементов структуры, расположенных под углом 90° друг к другу, а каждый из элементов выполнен в виде расположенных в параллельных рядах частиц вытянутой формы, причем частицы, расположенные слева и справа от нее, сдвинуты на величину, не превышающую половины максимального размера частицы, при этом оптимальным является следующий диапазон значений объемной плотности нанокристаллов в аморфной матрице: больше 0,6·10^-5 1/нм³, но менее 1,4·10^-5 1/нм³.

В качестве композиционного материала с повышенными защитными свойствами от электромагнитного излучения используется порошкообразный наполнитель на основе феррита и полимерное связующее, а в качестве порошкообразного наполнителя выбран материал, содержащий смесь бариевого гексагонального феррита, легированного ионами скандия, с дисперсностью от 5 до 50 мкм с добавлением углеродных нанотрубок, при следующем содержании компонентов, мас. %:

Бариевый гексагональный феррит,

В качестве материала, поглощающего радиоактивное излучение, применяется материал, который содержит в качестве наполнителя окислы свинца (оксид свинца II, IY) и связующего - поливинилбутираль, этилацетат, ди-(алкилполиэтиленгликолевый) эфир фосфорной кислоты формулы

где n=6, R - алкильная группа, содержащая 8-10 атомов углерода и этилцеллюлозы при следующем соотношении компонентов, мас. %: оксид свинца II, IY 30,6-56,8; поливинилбутираль 3,8-10,2; этилацетат 14,3-26,5; ди-(алкилполиэтиленгликолевый эфир фосфорной кислоты) 0,2-0,4; этилцеллюлозы остальное.

Если внешний слой 15 не пробит, прокладка 17 начинает работать как средство снижения ударного импульса. В этом случае происходит частичное поглощение энергии за счет смыкания складок и одновременное рассеивание ударного импульса по большей площади за счет воздуха, имеющегося между складками. При этом воздух постепенно выходит из-за нагрузки из оболочек, что позволяет растянуть ударный импульс во времени. Дальнейшее снятие ударного импульса происходит за счет внутреннего защитного пакета.

Работает защитная оболочка защитного жилета (фиг. 10) следующим образом. При взаимодействии поражающего фактора с элементами защиты преодолевается наружная оболочка 22, защитная вставка 23 получает повреждения в зоне действия прямой волны критичных деформаций. При этом действие отраженной волны значительно ослабляется за счет оптимизации материала подпора (внутренней оболочки 24) и клеевого соединения 25. Поражающий фактор при прохождении массива ячейки защитной вставки 23 разбивается на фрагменты, теряет значительную часть своей энергии и останавливается в слоях подпора 24. Вместе с тем за счет демпфирования волн материалом клеевых соединений 25 повреждения получает только одна ячейка и, возможно, несколько соседних, а основной массив вставки остается без повреждений, что подтверждает высокую живучесть защитного жилета.

Использование предлагаемого устройства существенно повысит безопасность спасателей при ликвидации чрезвычайных ситуаций и их последствий.