Результат интеллектуальной деятельности: Термостойкая ткань из полимерных волокон и изделие, выполненное из этой ткани

Настоящее изобретение относится к текстильной промышленности, в частности к производству технических тканей из полимерных волокон и нитей для изготовления защитной одежды специального назначения.

Термостойкие ткани используют в различных применениях, включая производство защитной одежды, которую носит персонал различных производств или профессий, таких как пожарные, работники поисковых и аварийно-спасательных служб, военные, профессии, связанная с электричеством (для защиты от электрической дуги), нефтехимическое производство и ликвидация аварийных ситуаций и т.д. Известные целлюлозные или смешанно-целлюлозные ткани, как правило, являются предпочтительными для таких защитных одежд благодаря относительно простой технологии придания таким тканям свойств огнестойкости и относительному комфорту при ношении таких тканей.

Несмотря на популярность целлюлозных или смешанно-целлюлозных огнестойких тканей, существующие ткани обладают ограничениями. Показатель воспламеняемости многих целлюлозных огнестойких тканей является недостаточным для удовлетворения необходимых требований конкретных производств.

Для того чтобы соответствовать этим требованиям, часто используются ткани с присущей им огнестойкостью (напр., метаарамидные волокна, такие как волокно Номекс (изготовитель фирма "Дюпон"), которые увеличивают стоимость тканей.

Известны параарамидные волокна Кевлар 29 (изготовитель фирма "Дюпон" (США)/ Патент РФ №2041986, кл. D03D 15/00), которые используются для выпуска технических тканей полотняного, 3-слойного, саржевого, атласного и рогожка переплетений. Ткани обладают высокой устойчивостью, упругостью к ударным нагрузкам. Недостатком всех тканей из Кевлара является их низкая изгибоустойчивость и прочность при сжатии.

Известные арамидные волокна Кевлар, Номекс или полибензимидазольные (PBI) обладают более низкой прочностью, разрывным удлинением и огнестойкостью по сравнению, например, с волокнами на основе параарамидов СВМ или русар, что может привести к более быстрому износу изделий.

СВМ - термостойкое сверхпрочное сверхвысокомодульное параарамидное волокно, нить. Волокно, нить СВМ обладает свойствами: высокая прочность, негорючесть, долговечность и высокий модуль упругости (К.Е. Перепелкин. Современные химические волокна и перспективы их применения в текстильной промышленности. Российский химический журнал, №1, 2002, стр. 42).

Русар - термостойкое сверхпрочное, сверхвысокомодульное параарамидное волокно, нить. Волокно, нить СВМ относится к группе гетероциклического ряда и имеет следующий состав: полиамидобензимимидазол на основе гетероциклического п-диамина (45-35 мол.%), п-фенилендиамина (5-15 мол. %) и терефталоилхлорида (50 мол.%). Волокно, нить русар обладает свойствами: высокая прочность, негорючесть, долговечность и высокий модуль упругости (К.Е. Перепелкин. Современные химические волокна и перспективы их применения в текстильной промышленности. Российский химический журнал, №1, 2002, стр. 42).

Из RU 2241082, С1, 27.11.2004 известна смешанная одиночная пряжа, содержащая штапелированные волокна СВМ и русар, объединенных единичными шерстяными волокнами, при следующем соотношении компонентов в пряже, %: шерстяные волокна 10-40, штапелированные волокна СВМ и русар 60-90.

Указанная пряжа обладает повышенной прочностью за счет дополнительной связи волокон со стержнем и огнестойкостью.

Однако указанная пряжа является недостаточно огнестойкой за счет применения шерстяных волокон, что может привести к преждевременному разрушению структуры ткани при ее эксплуатации в открытом пламени.

Следовательно, остается необходимость создания альтернативных огнестойких тканей, которые были бы способны удовлетворить принятые стандарты по огнестойкости и термостойкости, при этом обладали пониженной жесткостью и хорошей эластичностью и драпируемостью при эксплуатации в условиях Крайнего Севера при температуре от минус 60°С.

Технический результат - создание прочной огнестойкой ткани с пониженной жесткостью и хорошей эластичностью и драпируемостью при эксплуатации в условиях Крайнего Севера при температуре от минус 60°С.

Технической задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, состоит в создании термостойкой ткани для защитной одежды, используемой при работе в условиях севера, то есть - при отрицательных температурах.

Уникальностью разработки является свойство ткани противостоять высоким температурам с одновременной стойкостью к низким температурам. Изобретение создает стабильный защитный барьер от открытого пламени, при этом ткань обладает высокой прочностью, относительно небольшим весом, низким коэффициентом трения, сохраняя эластичность и драпируемость при высоких и низких (минусовых) температурах эксплуатации.

Технический результат заявленного изобретения обеспечивается выработкой термостойкой ткани, образованной переплетением основных и уточных нитей комбинированным полотняным переплетением, по основе основным репсом и по утку уточным репсом, выполненная из фоновых нитей по основе и утку из смесовой двухниточной пряжи, включающей параарамидное волокно и полиоксидиазольное волокно в соотношении 50×50, с результирующей линейной плотностью 60 Текс, с усилением по основе и утку трощеной комплексной аримидной нитью 29,4 Текс × 2, при этом процентное соотношение пряжа/нить в составе ткани составляет 75/25, а поверхностная плотность ткани - не менее 260 г/м².

Плотность нитей в заправке по основе составляет 241 и утку - 184 при числе нитей основы 3616 и нитей утка 1840 в 1 м с массой основной нити, составляющей 231 г и уточной - 173 г.

Термостойкая ткань дополнительно обработана, по меньшей мере, одним фторорганическим препаратом.

Изделие из термостойкой ткани выполнено в виде предмета одежды.

Пример реализации заявленного изобретения представлен заправочным расчетом заявленной ткани, выполненной на бесчелночном рапирном ткацком станке.

- Ширина ткани, см, Ш=150

- Плотность нитей по основе Ро=241

- Плотность нитей по утку Ру=184

- Вид сырья и структура нитей основы, текс

Пряжа смесовая Т=30*2,

Нить аримид. комплексн. трощеная Т=29.4х 2

- Вид сырья и структура нитей утка, текс

Пряжа смесовая Т=30*2

Нить аримид. комплексн. трощеная Т=29.4х 2

- Число нитей основы

По*Ш/10=241*150.0/10=3615.00,

Фактически нитей в основе По=3616

Из них По1=61616

для фона пробираются по 4 нити в зуб берда и

перевив По2=0

по краям по 2*0=0 нити в зуб берда

- Число нитей утка в 1 м

Пу=Ру*L/10=184*100/10=1840

- Метрический номер берда

Nв=Ро/((1+Ау/100)*Пзф)=241/((1+1.3/100)*4)=56.0

Ро - плотность ткани по основе

Ау - усадка ткани, %

Пзф - число нитей, пробираемых в зубьях берда по фону ткани

- Число нитей в зубьях берда в заправке

Z=По1/Пзф+По2/Пзкр=3616.4+2*0=0/0=851

Ширина проборки по берду, см

Шв=z*10/Nd=851*10/56.0=151.9

- Длина основной нити, см

Lо1=Lтк/(1-Ао1/100)=109.8

Lo2=Lтк/(1-Ао2/100)=109.8

- Длина уточной нити, см

Lу=Шв+2*Lкр=151.9+2*4.0=160.9 (где Lкр=4.0, край изделия зарабатывается уточными нитями вдвойне)

- Масса основной нити, г

Мо1=По*Lо*То1/100*1000=3616*109.8*58.0/100=203.3

Мо2=По2*lо*tо2/100*1000=2*0=0*109.8*59.5/100*1000=27.7

- Масса уточной нити, г

Му1=Lу*Ру*Ту1*Lтк1/100*1000*10=160.9*184*58.0*35.0/100*1000*10=60.1

Mу2=Lу*Pу*Tу2*Lтк21/100*1000*10=160.9*184*58.0*35.0/100*1000*10=60.1

Масса 1 м ткани составляет 395,4 г

Поверхностная плотность ткани составляет 260/м²

Технический результат достигается также изделием из вышеописанной ткани, таким как костюм, защитные предметы одежды.

На фиг. 1 представлена ткань, образованная конструкцией комбинированного полотняного переплетения в соответствии с вариантом осуществления изобретения по п. 1 формулы.

Ткань выполняют комбинированным полотняным переплетением по основе основным репсом, по утку уточным репсом, выработку ткани производят на 20-ремизных ткацких станках (бердо №56), по 4 и 5 нитей в зуб берда(3 зуба по 4 нити и 4-й зуб по 5 нитей). За счет 5-й нити получают усиление по основе. Станок позволяет регулировать ткацкий зев в процессе создания ткани с возможностью изменения плотности по утку, т.е возможность поочередной прокладки трех нитей вместо одной позволяет получить усиление по утку. Усиление по основе и утку выполняют трощеной комплексной аримидной нитью 29,4 текс × 2.

Аримид - термостойкое волокно на основе ароматических полиимидов имеет низкую теплопроводность, исключительную радиационную стойкость, прекрасные электроизоляционные свойства

Фоновые нити по основе и утку выполнены смесовой пряжей из параарамидных и полиоксидиазольных волокон.

Параарамидные волокна обладают термостойкостью, повышенной жескостью, прочностью и низким удлинением, поэтому используются в основном для армирования резиновых технических изделий, пластических масс и волоконной оптики. Для придания эти волокнам приемлемых текстильных свойств изготовлена смесовая пряжа из параарамидных волокон и полиоксидиазольного волокна в соотношении 50×50, масс. %.

Полиоксидиазольное волокно «Оксалон» (Арсенол) отличается достаточно высокой стойкостью к воздействию химических реагентов, хорошими электроизоляционными свойствами, термостабильностью и пониженной горючестью. Но самое главное - это низкий коэффициент трения, которым обладают данные волокна. Текстильные изделия с применением данных волокон сохраняют эластичность и драпируемость при высоких и низких температурах.

Экспериментально определены и доказаны выбранные параметры:

Изменение характеристик ткани в других интервалах (кроме указанных: аримидной нитью 29,4 текс × 2, параарамидных волокон и полиоксидиазольного волокна в соотношении 50×50, масс. %, линейная плотность 60 Текс, соотношение пряжа/нить в составе ткани составляет 75/25, поверхностная плотность ткани - не менее 260 г/м²) не дает возможность сочетания свойств при повышенных и одновременно пониженных температурах и устойчивость к многократному изгибу (30000 циклов), что не обеспечивает необходимой драпируемости.

Для придания ткани гидрофобных и олефобных свойств на заключительном этапе отделки проводится масловодоотталкивающая обработка хотя бы одним фторорганическим препаратом (могут использоваться латексы полифторалкилакрилатов ПФАА).

Разработанная в соответствии с изобретением термостойкая ткань предназначена для использования в качестве материала верха защитного морозостойкого костюма для пожарных.

В соответствии с другим объектом изобретения разработано изделие, такое как предмет одежды, костюм защитный морозостойкий (КЗМ-60), выполненный из данной термостойкой ткани.

Испытания полученной ткани для использования ее в качестве материала верха костюма проводились на соответствие требованиям ГОСТ Р 53264-2009, п.п. 5.2.1 (табл. 1, строка 2), 5.3.1 (табл. 4б строки 15, 16, 18) по следующим показателям:

- устойчивость материала верха костюма к воздействию теплового потока с поверхностной плотностью:

5,0 кВт/м², не менее 240;

40,0 кВт/м², не менее 5;

- устойчивость материала верха костюма к воздействию температуры окружающей среды 300°С в течение 300 с:

- разрушения материала (сквозной прогар) - не наблюдалось;

- воспламенение - не наблюдалось;

- усадка по основе и утку, %, - 0;

- снижение физико-механических показателей материала от нормативного значения, %

а) разрывная нагрузка:

- по основе - 0(2060 Н);

- по утку - 0(1814 Н);

б) сопротивление раздиранию:

по основе - 0(209 Н);

- по утку - 0(104 Н);

- устойчивость материала верха костюма к контакту с нагретой до 400°С твердой поверхностью в течение 7 с:

- разрушения материала (сквозной прогар) - не наблюдалось;

- воспламенение - не наблюдалось;

- снижение физико-механических показателей материала от нормативного значения, %;

а) разрывная нагрузка:

- по основе - 0(2516 Н);

- по утку - 0(1940 Н);

б) сопротивление раздиранию:

по основе - 0(231 Н);

- по утку - 0(180 Н);

- устойчивость костюма к однократному воздействию открытого пламени в течение 5 с:

- значение температуры в любой точке подкостюмного пространства составляет 31,5°С

- остаточное горение и тление отсутствует.

Оценка устойчивости к многократному изгибу 30000 циклов на разрушение материала (сквозные разрушения и трещины нитей основы и утка) показала отсутствие на всех образцах.

* Нормативные значения физико-механических показателей для БОП составляют:

- разрывная нагрузка:

по основе не менее 1000 Н

по утку не менее 800 Н

- сопротивление раздиранию:

по основе не менее 80 Н

по утку не менее 60 Н

Результаты испытаний физико-механических исследований полученной ткани для и использования ее в качестве материала верха костюма в соответствии с ГОСТ 53264-2009 свидетельствуют о том, что заявленная ткань полностью соответствует предъявляемым стандартам.

Конструктивное исполнение КЗМ-60, материалы и ткани, применяемые для его изготовления, соответствуют требованиям ГОСТ Р 53264 и техническим условиям.

КЗМ-60, многослойная защитная одежда, состоит из куртки и полукомбинезона (брюк) с теплоизоляционными подкладками.

КЗМ-60 в зависимости от климатического исполнения и применяемого материала верха изготавливается в соответствии с таблицей 1.

По принадлежности КЗМ-60 подразделяется для начальствующего состава (А) и рядового состава (Б).

Масса КЗМ-60 составляет: 5,0 кг.

Пакет материалов для изготовления защитного костюма КЗМ-60: морозостойкий материал верха, водонепроницаемый слой, теплоизоляционная подкладка, подкладочная ткань.

Конструкция брюк и полукомбинезона обеспечивает надевание их без снятия обуви.

Фурнитура, скрепленная с верхом костюма, не соприкасается с внутренним теплоизоляционным слоем.

Куртка закрывает брюки на длине не менее 30 см.

Костюм имеет флуоресцентные и люминесцентные накладки в виде полос шириной не менее 50 см². Площадь накладок на куртке не менее 0,2 м², в области груди и спины не менее 0,08 м², а на брюках не менее 0,052 м². Площади люминесцентного и флуоресцентного покрытий одинаковые.

Рукава куртки имеют напульсники.

Костюм имеет воротник-стойку высотой 100 мм, с внутренней его стороны настрочена ткань, не раздражающая кожу человека.

На куртке есть шлевки для пожарного спасательного пояса, а также карман для радиостанции. Все карманы имеют застегивающиеся клапаны и отверстия для стока воды.

Время самостоятельного подсвечивания накладок 30 минут.

Время остаточного горения или тления наружной поверхности - не более 2 с после воздействия открытого пламени в течение 5 секунд.

Материал верха костюма имеет устойчивую окраску как в условиях штатной эксплуатации, так и в процессе стирки.

Усадка после намокания и нагревания - менее 5%.

Конструкция обеспечивает отсутствие следов или капель воды после нахождения ткани верха костюма под воздействием водяного столба высотой 1000 мм в течении одной минуты.

Костюм имеет параметры и характеристики в соответствии с требованиями технического задания, приведенными в таблице 2:

Конструкция костюма и всех его элементов устойчива к воздействию механических нагрузок, которые могут возникнуть при транспортировании в составе пожарных автомобилей; обеспечивает возможность транспортирования всеми видами транспорта.

Показатели надежности изделия соответствуют следующим значениям:

- Срок службы до списания - 3 года;

- Средний срок сохраняемости - 5 лет.

Конструкция костюма и его деталей обеспечивает безопасность персонала в процессе производства, испытаний, а также при эксплуатации, техническом обслуживании и ремонтах.

Материалы и фурнитура тканей, швы, конструктивное оформление деталей костюма не оказывают раздражающего и вредного воздействия на организм человека.

Испытания заявленной ткани и костюма с использования этой ткани в качестве материала верха костюма успешно прошли в испытательной лаборатории НИИ Центра Пожарной Техники и Систем пожаротушения ФГБУ ВНИИПО МЧС Росси, ИЛ НИЦ и СП ФГБУ ВНИИПО МЧС России и рекомендуются для комплектования сотрудников пожарных служб и МЧС.