Login| Sign Up| Help| Contact|

Patent Searching and Data


Title:
NON-WOVEN INSULATING FIRE-RESISTANT MATERIAL FOR CLOTHING
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/147164
Kind Code:
A1
Abstract:
The utility model relates to a non-woven fibrous insulating material having fire-resistant properties, and is used for forming a lining layer in garments. The technical result of the proposed utility model lies in improving the fire-resistance and overall thermal resistance of an insulating material while preserving the integrity of said material. A non-woven insulating fire-resistant material for forming a lining layer in garments includes a blend of polymer fibres joined into a web by thermal bonding, and contains polymer fibres and bicomponent fibres of the concentric core-sheath variety. The bicomponent fibres have a linear density of 0.22 tex, and the polymer fibres include oxidized polyacrylonitrile fibres having a linear density of 0.17 tex, wherein the aforesaid blend contains (in mass%): 20-30% bicomponent fibres, and 70-80% oxidized polyacrylonitrile fibres. In such a blend, the ratio by mass of bicomponent fibres to oxidized polyacrylonitrile fibres is from 1:4 to 3:7. In terms of structure, the material is comprised of three layers: an upper layer, a lower layer, and an inner layer. The upper and lower layers are stronger than the inner layer and are formed by additional thermal bonding of the outer regions of the material using hot calender rolls.

Inventors:
GOLUBKOV, Sergej Yur'evich (Komsomol'skij prospekt, 41 kv. 22, Moscow 0, 119270, RU)
KOTOV, Evgenij Vladimirovich (ul. Perovskaya, 22 korp. 4, kv. 6, Moscow 8, 111398, RU)
Application Number:
RU2018/000874
Publication Date:
August 01, 2019
Filing Date:
December 26, 2018
Export Citation:
Click for automatic bibliography generation   Help
Assignee:
OBSHCHESTVO S OGRANICHENNOJ OTVETSTVENNOST'YU "FABRIKA NETKANYH MATERIALOV "WES MIR" (Neftebazovskij proezd, 3g. Podol's, Moskovskaya oblast' 1, 142111, RU)
International Classes:
A41D27/02; A41D31/06; A41D31/08; B32B5/26; B32B7/022; B32B33/00; D04H1/42; D04H1/54; D04H1/541; D04H1/548
Attorney, Agent or Firm:
MERKULOV, Andrej Arturovich (ul. 2-ya Pryadil'naya, 3 k.1, kv.1, Moscow 7, 105037, RU)
Download PDF:
Claims:
Формула полезной модели

1. Нетканый утеплительный огнестойкий материал для формирования подкладочного слоя швейного изделия, включающий смесь полимерных волокон, объединенных в полотно термическим скреплением, содержащий полимерные волокна и бикомпонентные волокна типа «ядро-оболочка» с концентрическим расположением, отличающийся тем, что бикомпонентные волокна имеют линейную плотность 0,22 текс, полимерные волокна включают окисленные полиакрилонитрильные волокна с линейной плотностью 0,17 текс, при этом указанная смесь содержит, масс.%:

бикомпонентные волокна 20-30

окисленные полиакрилонитрильные волокна 70-80,

причем в такой смеси соотношение содержаний компонентов бикомпонентных волокон к окисленным полиакрилонитрильным волокнам по массе составляет от 1/4 до 3/7, а материал по структуре выполнен в виде трех слоев - верхнего, нижнего и внутреннего, причем верхний и нижний слои имеют более высокую прочность, чем внутренний слой.

2. Материал по п.1, отличающийся тем, что верхний и нижний слои сформированы дополнительным термическим скреплением наружных участков материала горячими валами каландра.

3. Материал по п.1, отличающийся тем, что неровнота по массе полотна составляет не более 7%.

Description:
Нетканый утеплительный огнестойкий материал для одежды

Полезная модель относится к нетканому волокнистому утеплительному материалу с огнестойкими свойствами и используется для формирования подкладочного слоя швейного изделия. Предлагаемый утеплительный материал может быть использован как подкладка для всех видов одежды, изделий специального назначения и аксессуаров, преимущественно в производстве высокотехнологичной верхней одежды для защиты от термических рисков.

Из уровня техники известен нетканый утеплительный огнестойкий материал для формирования подкладочного слоя швейного изделия, включающий смесь полимерных волокон, объединенных в полотно термическим скреплением, содержащий полимерные волокна и бикомпонентное волокно типа «ядро-оболочка» с концентрическим расположением, причем полимерные волокна включают негорючие огнестойкие вискозные волокна (см. RU 34549 U1, 10.12.2003 - выбран за прототип), при этом суммарное массовое содержание негорючих огнестойких вискозных волокон и бикомпонентных волокон в материале составляет не более 50%.

Недостатками известного из прототипа материала является недостаточная огнестойкость, поскольку содержание негорючих огнестойких волокон слишком мало. В таком материале при воздействии пламенем газовой горелки образуются дыры, горение с краю. Поскольку массовое содержание бикомпонентных волокон в материале не обозначено, такой материал может иметь недостаточную скрепляемость волокон, что приведет к уменьшению прочности утеплительного материала, потере его целостности, высокой миграции волокон утеплителя из-за недостаточного количества склеек. Поскольку суммарное массовое содержание негорючих огнестойких вискозных волокон и бикомпонентных волокон в материале составляет не более 50%, то при увеличении содержания негорючих волокон (и повышении огнестойкости) в материале прототипа будет уменьшаться содержание бикомпонентного волокна, т.е. будет снижаться прочность. Весьма низкими является и суммарное тепловое сопротивление материала.

Задачей настоящей полезной модели является устранение вышеуказанных недостатков.

Технический результат предлагаемой полезной модели заключается в одновременном повышении огнестойкости и суммарного теплового сопротивления утеплительного материала при сохранении его целостности (высокой прочности). Заявляемый нетканый утеплительный огнестойкий материал для формирования подкладочного слоя швейного изделия включает смесь полимерных волокон, объединенных в полотно термическим скреплением, и содержит полимерные волокна и бикомпонентные волокна типа «ядро-оболочка» с концентрическим расположением.

Согласно полезной модели, бикомпонентные волокна имеют линейную плотность 0,22 текс, полимерные волокна включают окисленные полиакрилонитрильные волокна с линейной плотностью 0,17 текс, при этом указанная смесь содержит, масс.%: бикомпонентные волокна - 20-30%, окисленные полиакрилонитрильные волокна - 70- 80%, причем в такой смеси соотношение содержаний компонентов бикомпонентных волокон к окисленным полиакрилонитрильным волокнам по массе составляет от 1/4 до 3/7, а материал по структуре выполнен в виде трех слоев - верхнего, нижнего и внутреннего, причем верхний и нижний слои имеют более высокую прочность, чем внутренний слой, и сформированы дополнительным термическим скреплением наружных участков материала горячими валами каландра.

Дополнительно, неровнота по массе полотна должна составлять не более 7%.

Полезная модель поясняется фигурами. На фиг.1 показаны график зависимости индекса ограниченного распространения пламени по ГОСТ ISO 141 16 от массового содержания в материале бикомпонентных волокон заданной плотности (в %) и от массового содержания в материале окисленных полиакрилонитрильных волокон заданной плотности (в %); график зависимости суммарного теплового сопротивления (в м 2 °С/Вт) от массового содержания в материале бикомпонентных волокон заданной плотности (в %) и от массового содержания в материале окисленных полиакрилонитрильных волокон заданной плотности (в %); а также график зависимости прочности (разрывной нагрузки по длине в Н) от массового содержания в материале бикомпонентных волокон заданной плотности (в %) и от массового содержания в материале окисленных полиакрилонитрильных волокон заданной плотности (в %). На фиг.2 показана получаемая структура заявляемого материала.

Нетканый утеплительный огнестойкий материал для формирования подкладочного слоя швейного изделия включает смесь полимерных волокон, объединенных в полотно термическим скреплением. В качестве неограничивающего примера, в заявляемом уплотнительном материале волокна представляют собой штапельные волокна длиной 51 мм. В качестве еще одного неограничивающего примера, могут использоваться волокна длиной 5-70 мм. Скрепление волокон в холсте (полотне) идет за счет термического скрепления - именно для этого добавляется связующее в виде бикомпонентного волокна в состав смески. Заявляемый материал содержит полимерные волокна и бикомпонентное волокно с линейной плотностью 0,22 текс типа «ядро-оболочка» с концентрическим расположением. В качестве неограничивающего примера, полимер оболочки выбран из низших полиолефинов (например, полиэтилен высокого давления, полипропилен) или сополимеров низших олефинов (например, сополимер полиэтилена или сополиэтилентерефталат) с температурой плавления 110-180°С, а полимер ядра представляет собой полиэтилентерефталат с температурой плавления 230-270°С. Благодаря тому, что полимер оболочки имеет температуру плавления ниже, чем температура плавления полиэфирных волокон и полимера ядра, полимер оболочки расплавляясь, скрепляет смесь волокон и превращает ее в единое полотно (холст). Бикомпонентное волокно выступает при термоскреплении в качестве связующего. Связующее в производстве нетканых материалов используется как для образования связей между волокнами, так и для перераспределения нагрузки между волокнами, то есть обеспечения возможности согласованной работы волокнистых элементов при нагрузках, вызывающих деформацию нетканого материала. В качестве неограничивающего примера, ядро занимает по площади от 50 до 95% от общей площади поперечного сечения бикомпонентного волокна, а оболочка занимает по площади от 5 до 50% от общей площади поперечного сечения бикомпонентного волокна.

Полимерные волокна состоят из окисленных полиакрилонитрильных волокон с линейной плотностью 0,17 текс. Смесь полимерных волокон, представляющая собой заявляемый материал, содержит по массе от 20 до 30% бикомпонентных волокон (включая граничные значения), и от 70 до 80% окисленных полиакрилонитрильных волокон (включая граничные значения). В такой смеси соотношение содержаний компонентов бикомпонентных волокон к окисленным полиакрилонитрильным волокнам по массе составляет от 1/4 до 3/7, включая граничные значения.

Было экспериментально выявлено и установлено, что именно при массовом содержании 70-80% окисленных полиакрилонитрильных волокон и 20-30% бикомпонентного волокна от всей массы материала (т.е. когда соотношение массовых содержаний компонентов бикомпонентных волокон к окисленным полиакрилонитрильным волокнам по массе составляет от 1/4 до 3/7) в данной конкретной смеси (с указанными массовым содержанием, с конкретной линейной плотностью 0,17 текс полиакрилонитрильных волокон, с конкретной линейной плотностью 0,22 текс бикомпонентных волокон, с указанным термоскреплением в полотно с дополнительным термоскреплением наружных участков материала горячими валами каландра, с указанной конструкцией бикомпонентного волокна) будет достигаться 3 индекс ограниченного распространения пламени по ГОСТ ISO 14116 при сохранении высокой прочности утеплительного материала (что характеризуется хорошей целостностью материала, отсутствием значительной миграции волокон утеплителя и высокими разрывными характеристиками) .

Также экспериментально выявлено и установлено, что именно при массовом содержании 70-80% окисленных полиакрилонитрильных волокон и 20-30% бикомпонентного волокна от всей массы материала в данной конкретной смеси (с указанными массовым содержанием, с конкретной линейной плотностью 0,17 текс полиакрилонитрильных волокон, с конкретной линейной плотностью 0,22 текс бикомпонентных волокон, с указанным термоскреплением в полотно с дополнительным термоскреплением наружных участков материала горячими валами каландра, с указанной конструкцией бикомпонентного волокна) будет достигаться наибольшее суммарное тепловое сопротивление (образуются микроскопические ячейки с воздухом) при сохранении высокой прочности утеплительного материала (что характеризуется хорошей целостностью материала, отсутствием значительной миграции волокон утеплителя и высокими разрывными характеристиками).

Таким образом, экспериментально выявлено, что заявленный конкретный описанный утеплительный материал имеет одновременно высокие огнестойкость и суммарное тепловое сопротивление при сохранении его целостности (высокой прочности).

Дополнительно, экспериментально было выявлено, что высокие огнестойкость, суммарное тепловое сопротивление и прочность сохраняются при соблюдении неровноты по массе не более 7 %.

Также экспериментально было установлено, что за счет содержания в смеси волокон низкой линейной плотностью не более 0,22 текс (как бикомпонентных, так и окисленных полиакрилонитрильных), в структуре материала появляются малые ячейки с воздухом. То есть появляется множество небольших пор, которые равномерно располагаются по всему объему материала и имеют наибольший максимальный объем заполнения (при наличии волокон с большей линейной плотностью пор большего размера было бы меньше и они имели бы меньший суммарный объем), что способствует значительному повышению суммарного теплового сопротивления материала. Экспериментально также выявлено, что окисленные полиакрилонитрильные волокна с линейной плотностью 0,17 текс имеют высокую огнестойкость.

При уменьшении содержания окисленных полиакрилонитрильных волокон в конкретной смеси волокон менее 70% по массе (и соответствующем увеличении по массе бикомпонентных волокон более 30%) не будет достигаться 3 индекс ограниченного распространения пламени по ГОСТ ISO 14116, и не будет достигаться высокое суммарное тепловое сопротивление, хоть и материал будет достаточно прочен (см. фиг.1). При увеличении содержания огнестойких негорючих волокон в виде окисленных полиакрилонитрильных волокон в конкретной смеси волокон более 80% по массе (и соответствующем уменьшении по массе бикомпонентных волокон менее 20%) резко снижается прочность и скрепляемость материала, волокна утеплителя из-за недостаточного количества склеек мигрируют в большом количестве, резко снижаются разрывные характеристики и материал теряет свою целостность. Указанный конкретный материал при большем содержании окисленных полиакрилонитрильных волокон (более

80%) не скрепится вообще, это будет не утеплитель, а прочес. При таком нарушении целостности материала измерить индекс распространения пламени, тепловые и прочностные характеристики не представляется возможным (см. фиг.1, слева от 20% бикомпонентных волокон).

Поэтому именно заявляемое соотношение данной конкретной смеси волокон и ее структура в заявляемом материале позволит достичь как 3 индекс ограниченного распространения пламени (повышенную огнестойкость утеплительного материала), так и максимальное суммарное тепловое сопротивление, с сохранением целостности и отсутствием значительной миграции волокон утеплителя (сохранить высокую прочность утеплительного материала).

Следует отметить, что при выборе других значений линейных плотностей полиакрилонитрильных и бикомпонентных волокон будет происходить ухудшение характеристик материала в связи с перестроением механизма термоскрепления и огнезащитных свойств. Поэтому указанный технический результат обеспечивается только в конкретной смеси с конкретной плотностью компонентов, их массовым содержанием, с указанным термоскреплением в полотно с дополнительным термоскреплением наружных участков материала горячими валами каландра, с указанной конструкцией бикомпонентного волокна.

ГОСТ ISO 14116-2016 «Система стандартов безопасности труда. Одежда и материалы для защиты от тепла и пламени. Ограниченное распространение пламени. Требования к огнестойкости» устанавливает требования и методы оценки свойств материалов, пакетов материалов, одежды специальной защитной (спецодежды) в части ограничения распространения пламени. Спецодежда, изготовленная в соответствии с настоящим стандартом, предназначена для защиты работающих от случайного кратковременного контакта с небольшим пламенем при отсутствии существенного риска от тепла другой природы. Система классификации приведена для материалов, пакетов материалов и спецодежды, испытанных в соответствии с ISO 15025, метод А. Указанный стандарт устанавливает технические требования к спецодежде и материалам для ее изготовления при проектировании, постановке на производство и подтверждении соответствия.

Под отверстием в указанном стандарте понимается разрушение размером не менее 5x5 мм, вызванное плавлением, нагреванием или горением испытуемого образца. Под индексом ограниченного распространения пламени в указанном стандарте понимается цифра, указывающая, что материал имеет свойства ограничивать распространение пламени в соответствии с установленным уровнем.

Требования, соответствующие индексу ограниченного распространения пламени 1 : при распространении пламени ни на одном из образцов граница пламени или отверстия не должны достигать верхней или любой из вертикальных кромок; ни один из образцов не должен выделять горящих остатков; остаточное тление не должно превышать 2 с (<2 с); тление не должно распространяться с обугленной поверхности на неповрежденную область после воздействия пламени на поверхность пробы по ISO 15025.

Требования, соответствующие индексу ограниченного распространения пламени 2: при распространении пламени ни на одном из образцов граница пламени не должна достигать верхней или любой из вертикальных кромок; ни один из образцов не должен выделять горящих остатков; остаточное тление не должно превышать 2 с (<2 с); тление не должно распространяться с обугленной поверхности на неповрежденную область после воздействия пламени на поверхность пробы по ISO 15025; ни один из образцов не должен иметь отверстий (сквозных) размером более 5 мм в любом направлении материала, используемого для защиты от пламени.

Требования, соответствующие индексу ограниченного распространения пламени 3: при распространении пламени ни на одном из образцов граница пламени не должна достигать верхней или любой из вертикальных кромок; ни один из образцов не должен выделять горящих остатков; остаточное тление не должно превышать 2 с (<2 с); тление не должно распространяться с обугленной части на неповрежденную область после воздействия пламени на поверхность пробы по ISO 15025; ни один из образцов не должен иметь отверстий размером более 5 мм в любом направлении материала, используемого для защиты от пламени; время остаточного горения каждого из образцов не должно превышать 2 с (<2 с). То есть требования, соответствующие индексу ограниченного распространения пламени 3, являются самыми жесткими. Окисленные/восстановленные полиакрилонитрильные волокна являются огнестойкими негорючими волокнами. Их высокие тепловые характеристики достигаются за счет выбора оптимальной линейной плотности волокон в зависимости от других компонентов материала, их массового содержания, расположения, метода скрепления.

Процесс окисления полиакрилонитрильных (ПАН) волокон известен и происходит любым известным специалисту способом. В качестве одного из примеров, в патенте RU 2258104 Cl, 10.08.2005 описывается производство огнестойких ПАН волокон текстильного назначения, показан процесс окисления указанных волокон путем непрерывного ступенчатого термического воздействия с отводом тепла.

Нетканый утеплительный огнестойкий материал для формирования подкладочного слоя швейного изделия по структуре выполнен в виде трех слоев - верхнего 1 , нижнего 3 и внутреннего 2 (см. фиг.2). Верхний 1 и нижний 3 слои имеют более высокую прочность, чем внутренний слой 2. Верхний 1 и нижний 3 слои сформированы дополнительным термическим скреплением наружных участков материала горячими валами каландра. Каландрированные слои 1 и 3 получаются процедурой дополнительного термоскрепления с помощью каландра (горячими валами). Каландрированные слои обеспечивают дополнительную огнестойкость продукта за счет того, что исключают миграцию волокон с поверхности материала, а также придают целостность и структурную прочность материалу. Размер микроячеек в поверхностных слоях (каландрированных 1 и 3) получается меньше, чем в основном слое 2, что дополнительно влияет на повышение суммарного теплового сопротивления материала. Волокна в каландрированном слое расположены горизонтально, так же как и основном слое, при этом каландрированный слой может иметь толщину от 0,20 до 0,25 мкм.

Неровнота по массе полотна по площади, а также по длине и ширине составляет не более 7%. При значении неровноты по массе более 7% возникает неравномерность свойств утеплительного материала, в результате чего в местах снижения массы материала значительно снижаются огнестойкость, прочность и суммарное тепловое сопротивление утеплительного материала.

Заявляемый утеплитель является высокотехнологичным синтетическим теплоизолирующим материалом, разработанным из тонких волокон с небольшой указанной линейной плотностью со специальными огнестойкими свойствами. Обеспечивает наибольшую теплозащиту, сохраняя легкий вес, эффективную воздухопроницаемость, мягкость и объем материала, сохраняет тепло при повышенной влажности, легко стирается и быстро сохнет, обладая при этом защитными огнестойкими характеристиками. Дополнительно, заявляемый материал имеет относительно высокую прочность, скрепляемость (благодаря термоскреплению бикомпонентным волокном).

Придание материалу упругости и эластичности происходит также за счет термоскрепления волокон и каландрирования внешних слоев утеплительного материала.

При пошиве к швейному изделию, простегивание может производиться на обычном стегальном оборудовании. Рекомендуемый шаг сквозного простегивания - от 10 до 15 см.

Теплозащитные (теплоизоляционные) свойства материала определялись на приборе МТ-380 с помощью методики определения суммарного теплового сопротивления в соответствии с ГОСТ 20489-75, которая заключается в измерении времени остывания пластины прибора в заданном интервале перепадов температур между поверхностью пластины, изолированным материалом или пакетом материалов и окружающим воздухом. Установленный размер для испытуемых образцов 360x500 мм. Испытания одного образца проводят на двух пробах, которые выдерживаются в атмосферных условиях при температуре 20(±2)°С и относительной влажности воздуха 60(±2)%. Испытания начинают с определения толщины нетканого материала толщиномером при давлении 0,2 КПа в 10 точках, далее вычисляют среднее арифметическое значение результатов измерений. Образец заправляют лицевой стороной к воздушному потоку натяжением, достаточным для фиксации образца. Вводят фактические значения поверхностной плотности и толщины испытуемого образца. Прибор автоматически выдает показатель. Значение показателя суммарного теплового сопротивления R cyM измеряется в м 2 °С/Вт.

Пример 1 (сравнительный). Материал в примере 1 не является заявляемым материалом и содержит по массе 65% окисленных полиакрилонитрильных волокон, 35% бикомпонентных волокон. Линейная плотность бикомпонентных волокон 0,22 текс, окисленных полиакрилонитрильных волокон 0,17 текс. Результат испытаний по ГОСТ ISO 14116: материал соответствует 2 индексу, однако 3 индекс не достигнут. Суммарное тепловое сопротивление материала составляет 0,48 м 2 °С/Вт. Разрывная нагрузка по длине/ширине: 18,6/41,2 Н (фиг.1).

Пример 2. Материал в примере 2 является заявляемым материалом и содержит по массе 70% окисленных полиакрилонитрильных волокон, 30% бикомпонентных волокон. Линейная плотность бикомпонентных волокон 0,22 текс, окисленных полиакрилонитрильных волокон 0,17 текс. Результат испытаний по ГОСТ ISO 14116: материал соответствует индексу 3, материал имеет требуемый индекс ограниченного распространения пламени (т.е. обеспечивается высокая огнестойкость), а также высокие тепловые характеристики (обеспечивается высокое суммарное тепловое сопротивление 0,54 м 2 °С/Вт), хорошие разрывные характеристики (разрывная нагрузка по длине/ширине: 17,2/37,2 H) и обладает относительно высокой прочностью утеплительного материала

(фиг.1).

Пример 3. Материал в примере 3 является заявляемым материалом и содержит по массе 80% окисленных полиакрилонитрильных волокон, 20% бикомпонентных волокон. Линейная плотность бикомпонентных волокон 0,22 текс, окисленных полиакрилонитрильных волокон 0,17 текс. Результат испытаний по ГОСТ ISO 14116: материал соответствует индексу 3, материал имеет требуемый индекс ограниченного распространения пламени (т.е. обеспечивается высокая огнестойкость), а также высокие тепловые характеристики (обеспечивается высокое суммарное тепловое сопротивление 0,52 м 2 °С/Вт), обладает целостностью утеплительного материала (разрывная нагрузка по длине/ширине: 8,3/21,8 Н), см. фиг.1.

Представленные примеры подтверждают причинно-следственную связь существенных признаков заявляемого материала с указанным техническим результатом. Все признаки, выраженные в формуле настоящей полезной модели, являются существенными, и каждый из этих признаков влияет как на повышение огнестойкости, так и на повышение суммарного теплового сопротивления материала, на сохранение его целостности, при этом указанные признаки невозможно разделить или исключить часть из них (поскольку в этом случае произойдет перестроение всего механизма скрепления материала и изменение его структуры, свойств). Таким образом, предложенный нетканый волокнистый утеплительный огнестойкий материал для формирования подкладочного слоя швейного изделия обеспечивает одновременное повышение огнестойкости и суммарного теплового сопротивления утеплительного материала при сохранении его целостности.