Tekstilni materijali za odeću specijalne namene - TERMIČKA ZAŠTITA

Tekstilni materijali za odeću specijalne namene

TERMIČKA ZAŠTITA

Zaštita od požara i ekstremne toplote, kao i potreba da se radi oko vatre i toplote, ima obezbeđenu dugu potrebu za zaštitnom odećom. Primarni problem su bili vatrogasci, kao i oni koji rade u metalnim industrijama sa tečnim metalom, i u sličnim oblastima koje uključuju visoke temperature kao što su zavarivanje, livnice, proizvodnja keramike itd.

Nezapaljivost materijala se izražava kiseoničnim indeksom:

(OI)=(OI)_m+f(FR)

gde je (OI)_m kiseonični indeks nedirnutog materijala, a f(FR) funkcija nezapaljivosti. Termička svojstva tekstilnih vlakana, koja uključuju OI vrednosti, data su u tabeli 1.

Tabela 1. Termička i svojstva nezapaljivosti nekih vlakana

Vlakno	Tf (oC) Staklasti prelaz	Tm(oC) Topljenje	Tp(oC) Piroliza	Tc(oC) Gorenje	LOI (%)
Vuna	-	-	245	600	25
Pamuk	-	-	350	350	18,4
Viskoza	-	-	350	420	18,9
Triacetat	172	290	305	540	18,4
Najlon 6	50	215	431	450	20-21,5
Najlon 6,6	50	265	403	530	20-21
Poliestar	80-90	255	420-477	480	20-21,5
Akril	100	>320	290	>250	18,2
Polipropilen	-20	165	469	550	18,6
Modakril	<80	>240	273	690	29-30
PVC	<80	>180	>180	450	37-39
PVDC	/17	180-210	>220	532	60
PTFE	126	>327	400	560	95
Oksidisani akril	-	-	>640	-	55
Nomex	275	375	310	500	28,5-30
Kevlar	340	560	590	>550	29
PBI	>400	-	>500	>550	40-42

                   

Vlakana sa visokim tempraturno otpornim svojstvima su: Nomeks, Kevlar, PBI, FR rayon, Kermel, P84, i pred – oksidujući PAN na bazi vlakana; pored ovih, postoji i FR obrada na pamuku i nove mešavine vlakana, koje su učinile mogućim daleko efikasniju odeću. Mnoga od ovih vlakana su razvijena kao zamena azbestnih u visokim toplotnim oblastima. Toplotna zaštita je polazna tačka za razvoj mnogih novih visokih temperatura vlakana.

Nomex: DuPont je razvio vlakno Nomex koje služi da zaštiti radnike koji su izloženi direktnom plamenu i vatri. Nomex vlakno služi kao barijera između vatre i kože, štiteći nosioca od direktnog plamena. Nomex se ne topi kao neke druge tkanine, i kao takav je najbolji u zaštiti jer nema posledice po kožu.

Nalazi primenu u izradi zaštitne odeće za civilne i vojne svrhe, rublja i rukavica za industrijske i vojne potrebe, vozače automobilskih trka i astronaute.

Kevlar: Kevlar vlakna su nezapaljiva i ne tope se, dobri su izolatori, niske gustine, održavaju svoju snagu i otpornost i na niskim temperaturama.

Kevlar vlakna se uglavnom koriste za zaštitnu odeću (policija, vatrogasci, hemijska i vojna industrija). Takodje se koristi i u avio industriji, kao i za sportsku opremu, hemijsku i elektro industriju, gradjevinarstvo, vazduhoplovstvo, s obzirom da ima i akustična svojstva, koristi se i u audio opremama.

Kermel: Rhone-Poulenc proizvodi poliamid-imid vlakno pod nazivom Kermel. Ono je dostupno u dva oblika: 234 AGF i 235 AGF. Tip 234 je štapelno vlakno koje se koristi i u pamučnom i u vunenom sistemu predenja i proizvodi se u pet boja za bojenje pri ispredanju. Tip 235 se primenjuje u netkanim materijalima. Kermel se upotrebljava za vatrogasce i vojsku gde je rizik od vatre povećan. Njegov LOI je 31-32% i postojan je i do 250^oC u dužem izlaganju. Na 250^oC nakon 500sati izlaganja, gubitak mehaničkih svojstava je samo 33%. Kermel vlakno se ne topi ali karbonizuje. U toku karbonizacije stvara veoma malu neprozirnost. Mešavina 25-50% Kermal sa Frviskoze nudi postojanost na ultraljubičasto (UV) zračenje i jeftiniji je u poređenju sa 100% Kermal tkanine. Mešanje sa 30-60% vune takođe proizvodi konformniju tkanu tkaninu sa povećanim naborima. U metalnoj industriji, mešavina 50:50 daje veoma dobre rezultate, ali mešavina 65:35 Kermel/viskoza je pogodnija za takve primene. Na Kermel zasnovane tkanine se koriste i za on-shore i za off-shore od strane petrohemijskih grupacija. Armija, ratna mornarica i vazduhoplovne snage takođe koriste Kermel u tkanim i pletenim oblicima.

     

                            

P84: Ovo vlakno se ne topi ali postaje karbonizovano na temperaturama iznad 500^oC i ima vrednost LOI od 36-38%. Osnovno vlakno je zlatno žuto, ali Lenzing AG ga nudi kao ispredeni materijal bojen u ograničenim bojama. P84 vlakna imaju neregularni poprečni presek, koji obezbeđuje viši faktor pokrivanja pri nižoj masi tkanine načinjene od ovog vlakna. Njegova rastegljivost je >30% sa dobrom jačinom u čvoru i zamci. Vlakno P84 visokih performansi se primenjuje za zaštitnu odeću, kao materijal za jedra i pakovanje, za filtraciju vrelih gasova i u avio i kosmičkoj oblasti, uključujući presvlake za sedišta u avionu. Mitsui Toatsu Chemical Co. je razvio na toploti postojanije aramidno vlakno načinjeno od aromatičnog izocijanata i aromatične karboksilne kiseline.

PBI, negorivo organsko vlakno, razvio je Celanese. Njegov LOI je 41% i ono emituje malo dima pri izlaganju plamenu. PBI može da podnese temperature i do 600^oC u kratkom vremenu (3-5s) izlaganja a pri dužem izlaganju temperature do 300-350^oC. Ono obezbeđuje izvesnu zaštitu kao azbest ali je upola lakše. Takođe, apsorbuje mnogo više vlage od pamuka. Trenutno se koristi kao zamena za azbestom ojačane gume primenjene u raketnim motorima i nosačima raketa radi kontrole paljenja. Njegove druge primene uključuju tkanine koje blokiraju vartu u sedištima aviona, vatrogasnu odeću i odeću vozača trkaćih automobila. Ova vlakna pokazuju komfor kao 100% pamuka.

Ballyclear Special Products, UK je nedavno razvio na vatru otporan komplet odeće za bezbednost vatrogasaca. Spoljašnja tkanina je napravljena od PBI Gord, a tkanina otporna na plamen od Hoehst Celanese. Ova tkanina, koja je izvorno razvijena za US Apollo svemirski program, kombinuje komfor, toplotnu i hemijsku postojanost polibenzimidazoa (PBI) sa jačinom aramidnog vlakna. PBI Gold je stabilan čak i pod simuliranim uslovima usijanja na 950^oC. Tkanina je takođe otporna na bušenje, kidanje i cepanje.

                                                                                    

Poluugljenična / Panox vlakna: ova vlakna su proizvedena termičkim tretmanom (termo-oksidaciona stabilizacija) od viskoznih ili akrilnih vlakana. Asgard i Firotex su proizvedena od viskoze, dok su Panox, Pyromex, Fortasil, Sigratex i dr. napravljena od akrilnih prekursora. Akrilna vlakna mogu se oksidisati u obliku vlakna, filamenta ili tkanine na 220-270^oC u vazduhu, ali viskozna vlakna su delimično karbonizovana u obliku tkanine u atmosferi azota.

Ova poluugljenična vlakna imaju odličnu otpornost na toplotu, ne gore u vazduhu, ne tope se i imaju postojanu otpornost na prskanje rastopljenih metala. Nakon izlaganja plamenu, ne postoji naknadni sjaj i tkanina ostaje savitljiva. U pogledu svojstava postojanosti, Panotex tkanine (Universal Carbon Fibers) napravljene od Panox (RD Textiles), npr. idealne su za primenu u zaštitnoj odeći gde se zahteva zaštita od otvorenog plamena. Trenutno, ovaj opseg tkanina je verovatno najuobičajeniji i najmnogostraniji materijal zasnovan na oksidisanom akrilu. Panotex tkanine mogu da izdrže temperature plamena i preko 1000^oC, pokazuju veoma malo skupljanje i liče na dišljivu vunu. Međutim, tkanine imaju relativno slabu otpornost na abraziju. Zbog toga, mešavina oksidisanog akrilnog vlakna i aramida upotrebljena u saće tkanini smatra se idealnim materijalom kao blokatora za sedišta u avionima i posade tenkova.  Saće tkanje, koje je naizmenično zategnuto i labavo u konstrukciji, obezbeđuje sunđerastu streč tkaninu, koja se lako seče i naleže oko složenih oblika.

Mešavine Panox/vuna su pogodne za odela padobranaca. Međutim, Panox tkanine imaju visoku toplotnu provodljivost i nisu reflektujuće. Neophodno je zbog toga imati pogadan donji veš da bi se koža zaštitila u toku upotrebe Panox u spoljašnjem sloju zaštitne odeće. Za ovu namenu preporučuje se dvostruka žersej tkanina od 60% Panox/40% modakrilnog vlakna i 60% vune/40%  Panox vlakno sa jezgrom. U nekim slučajevima, provođenje toplote Panox tkanina može biti prednost u konstrukciji presvlaka za avio sedišta; tkanina sa Zirpro-tretiranim vunenim licem i Panox podlogom će verovatno raširiti toplotu od lokalizovanog izvora paljenja, čime odlaže paljenje pene podupirača.

Da bi se sprečio prelaz toplote zračenja, Panotex tkanine se mogu aluminizirati. Aluminizirana Panox tkanina je pogodna za rad blizu vatre ali ne za pristup vatri. Pokazano je da će se pri fluksu toplote od 3W/cm², obloga aluminijua zapaliti, ali obloga od nerđajućeg čelika može odoleti takvoj situaciji za neko produženo vreme. Višestruki slojevi Panox tkanine teže da zaštite polivinilhloridom (PVC) simuliranom kožom od zračenja od 170W/cm² u toku 2s.

Fenolna vlakna: Kynol je dobro poznato vlakno otporno na toplotu koje je proizvedeno ispredanjem, a zatim sečenjem prekondenzata fenol formaldehidne smole. Vlakno je mekano i zlatno obojeno sa povraćajem vlage od 6%. Kada se jako zagreva, Kynol tkanina je slabo karbonizovana sa malim razvojem ili bez toksičnih gasova ili dima. Međutim, njihova mala jačina i slaba abraziona svojstva sprečavaju njihovu primenu u izradi odeće. Da bi se unapredila njihova mehanička svojstva, Kylon vlakna se mogu mešati sa Nomex ili FR viskozom da bi se proizvela odeća za zaštitu od plamena.

Drugo fenolno vlakno je Philene, npr. Philen 206 (0,9 den) i Philen 244 (2,1 den). Povraćaj vlage vlkna je 7,3% i može se reći da je negorivo i samo gaseće, sa LOI 39%. Ne pokazuje bilo kakvu promenu svojstava naprezanja nakon zagrevanja u toku 24 sata na 140^oC (ili u toku 6 sati na 200^oC). Ugljenisana Philen tkanina ima za cilj da formira izolacionu toplotnu barijeru koja zadržava svoj početni oblik.

BASF je razvio Basfol melamin štapel vlakna od 2,2 dtex sa jačinom od 2-4 cN/dtex i izduženjem od 15-20%. Ima LOI vrednosti od 31-33 i povraćaj vlage oko 4%. Basofil se može upotrebiti u kontinuitetu na 200^oC. Iznad 370^oC, toplotna degradacija rezultira pre formiranjem žara nego kapi rastopa. Za zaštitnu odeću, ispredeno je DREF-2 predivo sastavljeno od 34 tex staklenog vlakna kao jezgra u Nm 12/2 (83 tex/2), obloženog mešavinom Basofil i para-aramida (80/20) da bi se proizvela tkanina 400g/cm² ili 580 g/cm² koje se zahtevaju za livnice gde je stalna opasnost od prskanja rastopljenih metala i varnica. Takvi materijali mogu se upotrebiti i za odeće za zaštitu od intenzivnog zračenja.

Odeća vatrogasaca je višeslojna odeća, učešće spoljašnjeg kaputa i pantalona, kao i generišućih vlakana i tkanina omogućavaju razvoj odeće. Spoljni deo je obično Nomeks, Kevlar ili Kevlar / PBI - spoj utkan u 7,5 oz/yd² keper tkanine. Ova „štit“ pruža primarnu zaštitu od požara i pravi otpor prema abraziji. Obično sadrži svetlo reflektujuće trake za vidljivost i identifikaciju.

Ispod spoljašnjeg dela se nalazi barijera koja sprečava vodu da uđe i napravi toplu paru unutar odeće, kada je u blizini vatra. Napravljena je od jeftinog neoprena presvučenim tkaninom za nepropustljivost, a membrana od PTFE dišućeg vlakana, omogućava prenos vlage (znoja, pare) od tela kako bi se smanjio toplotni stres.

Iza barijere za paru je termalna obloga koja služi da obezbedi povećani vazdušni prostor, dodajući višeslojne izolacione osobine odeći. Materijal koji se najčešće koristi je tkani Nomeks ili jako vazdušasti materijali, često od prerađenih vlakana, prošiveni sa tkanom Nomeks tkaninom. Sekundarni toplotni prsluk se može nositi za dodatnu zaštitu. Toplotna obloga od materijala se takođe koristi za pantalone i drugu opremu. Vlakna otporna na plamen (FR Fiber) se koriste za svu odeću, naročito Nomex kao predstavnik. Celina je završena sa odgovarajućim rukavicama, čizmama, kacigama i drugim predmetima, koji su otporni na plamen.

Uniforma vatrogasaca se uglavnom sastoji od majice i pantalona, od treniranog pamuka na plamen, ili poli / pamuk materijali od 4,5 i 6,0 g/m² Nomex III Aramida. Springfield Fire Wear® je napravio veliki pomak u ovoj oblasti. Fire Wear je napravljen od specijalnog akrila i mešavine pamuka; s tim, što akril sadrži ugrađene pare koje isparavaju pri izloženosti visokim temeraturama.

DuPont proizvodi hydroentangled (hidro upleteni) spunlace (predena rešetka / čipka), netkanu Sontara vlakno, koje se pored Nomex-a i Kevlar-a koristi za intenzivnu termičku zaštitu. Ovi proizvodi se koriste kao premazi u termalnim slojevima gde je termička zaštita nophodna. Povećana termička zaštita po težini može biti veća od 50-100% u odnosu na težinu tkanog vlakna, ali s obzirom na punjenje i drugih izolacionih karakteristika, rezultat su iste ili više performanse po nižoj težini.

Zaštitna odeća mora imati visok stepen sofisticiranosti s obzirom na otpornost prema vatri i hemijska izlivanja. U vanrednim situacijama pored vatre i hemijskih izlivanja, može doći i do zapaljivanja hemikalija. Kroz sagledavanje FR odeće možemo zaključiti da hemijski otporna odeća pruža umerenu otpornost prema plamenu, a odeća otporna prema plamenu, obezbeđuje minimalnu zaštitu od hemijskih prskanja. Raznovrsni i kompleksni rizici su umešani, tako da se mora voditi računa o tipu i kompatibilnosti odeće, u zavisnosti od veličine plamena i vatre koji je uključen, kao i prirode hemijskih prskanja. Idealna odeća će garantovati visok nivo u oba slučaja, dakle i zaštita od plamena i od hemijskih prskanja, a da će ujedno biti male težine i udobna za nošenje.

NFPA je razvila standarde za odela koja se proizvode od „opasnih“ (štite od opasnih materija) materijala (hazmat), a koji uspešno štite od toplote kao i od hemijskih čestica, uglavnom se odeća za zaštitu od toplote nosi preko odela za zaštitu od hemikalija.

Zaštitno odelo je napravljeno da bude rezistentno na plamen, kao i na plamen gasova i nafte. Od suštinskog je značaja da odelo može da izdrži visoke temerature (preko 1000°F – 538°C) što duže moguće. Ova odeća je eksremno vazdušasta, s obzirom na to da ima multi slojeve punjenog ili reflektovanog premaza silicijuma na staklu kao i tkanine koje su otporne na toplotu.

Slično metalizirano odelo je napravljeno od aluminijumskog filma planiranog za visoke temperature. Odeća omogućava vatrogascu da se približi vatri zbog aluminijumske površine koja reflektuje i do 90% isijane toplote. Ovakva odeća je obavezna na aerodromima i u delovima gde ljudi rade pored visokih toplotnih zračenja, kao što je topljenje metala ili metalnih odlivaka.

Druga glavna tržišta uključuju zaštitu od slučajnog prskanja rastopljenog metala, istovremeno omogućavajući radnicima da budu u neposrenoj blizini toplotnom izlaganju, i da vrše koristan rad. Većina ovih proizvoda je od tkanog FR pamuka, dok ostale tkanine, kao što je Nomex, Kevlar, PBI i drugi, se koriste u specifičnim oblastima. Tretirani FR pamuk je još uvek oslonac u ovim oblastima, spacijalno za nemetaliziranu odeću u metalnoj industriji, jer od kada je pamuk tretiran rastopljenim metalom, omogućava česticama da se skotrljaju sa odeće, a ne da se zalepe (kao i većina vlakana visokih performansi), a pritom je naravno smanjen rizik i izloženost povredama. Tretirana FR vuna se koristi u nekoliko zaštitnih terminalnih polja, naročito u livnicama. Tkani filc Nomex-a i Kevlar-a, se koristi kao omotač tkanine, i/ili laminirane sa reflektujućim aluminizirajućim filmovima koji nude superiornu, reflektivnu i termalnu izolaciju.

Toplotni stres je veliki problem u visoko – energetskom polju u delatnosti gašenja požara.  Više vatrogasaca pogine od toplotnog stresa koji uzrokuje srčane napade, nego od vatre. Kao i u ostalim oblastima zaštitne odeće, sposobnost materijala da obezbedi određeni nivo pare za prenos i visok nivo toplotne izolacije, su još uvek poželjne osobine. Nove metode hlađenja nosioca odela su razvijene.

Ispitivanje i utvrđivanje efikasnosti različitih materijala je od ključnog značaja za predviđanje njegovih performansi u upotrebi. Ovo je oblast koja izaziva zabrinutost, jer su kompanije i standardi u svetu različiti, i često nekomparativni testovi procedura. Mnogi novi testovi i standardi su razvijeni od strane nekih grupa, unija, osiguravajućih društava i drugih, kako bi se adekvatno materijali testirali i / ili kako bi se predvidele njihove performanse, bar na komparativnoj osnovi, od različitih materijala. Danas su na raspolaganju intrumentalizovane laboratorije na Univerzitetima, na nivou Vlade, koje su otvorene za industriju, tako da je omogućeno da se sve više potrebnih testova uradi.