RU208877U1 - Нетканый огнестойкий утеплительный материал - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к нетканому утеплительному материалу с огнестойкими свойствами и используется для формирования подкладочного слоя швейного изделия. Нетканый огнестойкий утеплительный материал, включающий смесь окисленных полиакрилонитрильных волокон и бикомпонентных волокон, объединенных в полотно термическим скреплением, выполненный в виде трех слоев - верхнего, нижнего и внутреннего, причем верхний и нижний слои имеют прочность выше, чем внутренний слой, согласно полезной модели дополнительно содержит огнестойкую вискозу с линейной плотностью 0,33 текс, а окисленное полиакрилонитрильное волокно имеет линейную плотность 0,22 текс, бикомпонентное волокно имеет линейную плотность 0,44 текс, при этом слои имеют горизонтальную ориентацию волокон, волокна, переориентированные в одной плоскости за счет растяжения полотна, составляют от 18% до 20% от общей массы полотна, а содержание волокон в смеси составляет, мас. %: окисленное полиакрилонитрильное волокно с линейной плотностью 0,22 текс - 50%; огнестойкая вискоза с линейной плотностью 0,33 текс - 15%; бикомпонентное волокно с линейной плотностью 0,44 текс - 35%. Верхний и нижний слои могут быть сформированы дополнительным термическим скреплением наружных участков материала горячими валами каландра. Неровнота по массе полотна может составлять не более 5%. Верхний и нижний слои могут иметь прочность на 10% выше, чем внутренний слой.

Description

Полезная модель относится к нетканому 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.

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).

Однако данный материал обладает недостаточной огнестойкостью и термостойкостью, поскольку содержание негорючих огнестойких волокон слишком мало. 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. Весьма низким является и суммарное тепловое сопротивление материала.

Известен нетканый утеплительный огнестойкий материал для формирования подкладочного слоя швейного изделия (патент RU 182396). Нетканый утеплительный огнестойкий материал для формирования подкладочного слоя швейного изделия включает смесь полимерных волокон, объединенных в полотно термическим скреплением, и содержит полимерные волокна и бикомпонентное волокно типа «ядро-оболочка» с концентрическим расположением. Бикомпонентное волокно имеет линейную плотность 0,48 текс, а полимерные волокна включают модакриловое волокно с линейной плотностью 0,33 текс, вискозное огнестойкое волокно с линейной плотностью 0,33 текс, метаарамидное волокно с линейной плотностью 0,22 текс. Указанная смесь содержит, мас. %: бикомпонентное волокно 32, модакриловое волокно 33, вискозное огнестойкое волокно 33, метаарамидное волокно 2.

Данный материал обладает недостаточной огнестойкостью и термостойкостью, поскольку в компонентный состав не входят термостойкие волокна с высоким кислородным индексом такие, например, как окисленные полиакрилонитрильные волокна.

Известен выбранный в качестве ближайшего аналога нетканый утеплительный огнестойкий материал для формирования подкладочного слоя швейного изделия (патент RU 182411, 26.01.2018), который включает смесь полимерных волокон, объединенных в полотно термическим скреплением, и содержит полимерные волокна и бикомпонентные волокна типа «ядро-оболочка» с концентрическим расположением. 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, мас. %: бикомпонентные волокна (20-30)%, окисленные полиакрилонитрильные волокна (70-80)%. Материал по структуре выполнен в виде трех слоев - верхнего, нижнего и внутреннего. Верхний и нижний слои имеют более высокую прочность, чем внутренний слой, и сформированы дополнительным термическим скреплением наружных участков материала горячими валами каландра. 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 получается меньше, чем в основном слое, что дополнительно влияет на повышение суммарного теплового сопротивления материала. Волокна в каландрированном слое расположены горизонтально, так же, как и в основном слое, при этом каландрированный слой может иметь толщину от 0,2 0мкм до 0,25 мкм.

Недостатком известного материала является малое суммарное тепловое сопротивление, обусловленное включением в смесь только окисленного полиакрилонитрильного (ОПАН) волокна и бикомпонентного волокна, что не позволяет придать полотну достаточный объем и тем самым обеспечить фиксацию ячеистой структуры полотна. Кроме того, при формировании полотна не предусмотрена переориентация волокон, положительно влияющая на прочностные характеристики материала. Использование в утеплителе только ОПАН волокна и бикомпонентного волокна при поверхностной плотности утеплителя 150 г/м² не позволяет получить повышенное суммарное тепловое сопротивление утеплительного материала.

Задачей заявляемой полезной модели является устранение вышеуказанного недостатка. Технический результат предлагаемой полезной модели заключается в повышении суммарного теплового сопротивления огнестойкого утеплительного материала с сохранением высокой прочности.

Сущность полезной модели заключается в том, что нетканый огнестойкий утеплительный материал, включающий смесь окисленных полиакрилонитрильных волокон и бикомпонентных волокон, объединенных в полотно термическим скреплением, выполненный в виде трех слоев -верхнего, нижнего и внутреннего, причем верхний и нижний слои имеют прочность выше, чем внутренний слой, согласно полезной модели дополнительно содержит огнестойкую вискозу с линейной плотностью 0,33 текс, а окисленное полиакрилонитрильное волокно имеет линейную плотность 0,22 текс, бикомпонентное волокно имеет линейную плотность 0,44 текс, при этом слои имеют горизонтальную ориентацию волокон, волокна, переориентированные в одной плоскости за счет растяжения полотна, составляют от 18% до 20% от общей массы полотна, а содержание волокон в смеси составляет, мас. %: окисленное полиакрилонитрильное волокно с линейной плотностью 0,22 текс - 50%; огнестойкая вискоза с линейной плотностью 0,33 текс - 15%; бикомпонентное волокно с линейной плотностью 0,44 текс - 35%.

Верхний и нижний слои нетканого огнестойкого утеплительного материала могут быть сформированы дополнительным термическим скреплением наружных участков материала горячими валами каландра.

Неровнота по массе полотна нетканого огнестойкого утеплительного материала может составлять не более 5%.

Верхний и нижний слои могут иметь прочность на 10% выше, чем внутренний слой.

Использование окисленного полиакрилонитрильного волокна с линейной плотностью 0,22 текс, с суммарным массовым содержанием в смеси волокон 50% необходимо для того, чтобы полотно обеспечивало требования в части огнестойких свойств полотен согласно ГОСТ ISO 15025 и термостойких свойств согласно ГОСТ 12.4.234-2012. Содержание в смеси менее 50% окисленного полиакрилонитрильного волокна не обеспечивает индекс ограниченного распространения пламени 3. Содержание в смеси более 50% окисленного полиакрилонитрильного волокна приводит к уменьшению суммарного теплового сопротивления.

Использование огнестойкой вискозы с линейной плотностью 0,33 текс в смеси с суммарным массовым содержанием 15% обеспечивает требования по толщине полотна (объемности), необходимые для повышения суммарного теплового сопротивления полотна до значения 0,6 м² °С/Вт. Без использования в смеси огнестойкой вискозы значение суммарного теплового сопротивления полотна составляет не более 0,54 м² °С/Вт.

Использование бикомпонентного волокна с линейной плотности 0,44 текс с суммарным массовым содержанием в смеси 35% обеспечивает сохранение прочностных характеристик полотна после многократных стирок и химических чисток в готовых изделиях. Формирование полотна горизонтальной раскладкой слоев позволяет достигать высоких значений разрывной нагрузки, термоскрепленные полотна обеспечивают сохранение значений разрывной нагрузки при условии достаточного содержания в смеси бикомпонентного волокна.

Горизонтальная раскладка смеси волокон при формировании полотна обеспечивает поверхностную плотность полотна от 60 г/м² до 300 г/м². Горизонтальная раскладка обеспечивает разрывную нагрузку по длине полотна не менее 7 Н, в поперечном направлении не менее 30 Н. Достижение таких результатов, помимо горизонтальной раскладки, обеспечивается также за счет увеличения содержания в составе бикомпонентного волокна, но при увеличении его массового содержания более 35% могут быть утеряны огнестойкие и термостойкие свойства полотна.

При введении в смесовой состав полотна огнестойкой вискозы за счет ее чешуйчатой структуры в полотне образуются дополнительные воздушные ячейки, благодаря которым увеличивается суммарное тепловое сопротивление утеплителя. Однако в результате образования дополнительных воздушных ячеек утеплитель может утратить часть своих прочностных характеристик, необходимых для обеспечения огнестойких свойств утеплителя. Для сохранения высоких прочностных характеристик часть волокон, составляющую (18-20)%, в полотне переориентируют для создания дополнительных точек фиксации бикомпонентного волокна с другими волокнами полотна при термоскреплении.

На фиг. 1 приведен график зависимости от степени растяжения полотна прочностных характеристик нетканого материала, обусловленных количеством переориентированных волокон. На фиг. 2 представлен поперечный разрез нетканого огнестойкого утеплительного материала.

На фиг. 2 показана структура заявляемого материала, выполненного в виде трех слоев - верхнего слоя 1, внутреннего слоя 2 и нижнего слоя 3. Слои 1-3 сформированы горизонтальной раскладкой смеси волокон и имеют преимущественно горизонтальную ориентацию волокон. Слои 1, 3 имеют более высокую плотность волокон и более высокую прочность, например, на 10% больше, чем внутренний слой 2.

Заявляемый материал имеет следующее массовое содержание волокон в смеси, мас. %: окисленного полиакрилонитрильного волокна с линейной плотностью 0,22 текс - 50%; огнестойкая вискоза с линейной плотностью 0,33 текс - 15%; бикомпонентное волокно с линейной плотностью 0,44 текс - 35%.

Содержание каждого компонента в смеси допускается с заданным отклонением, заложенным в погрешность измерения весового блока и дозатора-кипоразволокнителя, которое в данном случае составляет ±2%, что не влияет на свойства готового полотна. Для изготовления заявляемого материала применяют негорючее штапельное вискозное волокно, окисленное полиакрилнитрильное волокно, стойкие к воздействию открытого огня. Для скрепления этих волокон применяется легкоплавкое бикомпонентное волокно. После взвешивания, дозирования и прочеса волокна, формирование полотна из слоев с горизонтальным расположением волокон производится на горизонтальном раскладчике полотна с последующим проходом полотна через драфтер, это позволяет добиться высоких разрывных характеристик готового полотна за счет переориентации волокна в одной плоскости. Для исключения миграции волокна предусмотрено каландрирование поверхности полотна с двух сторон. Это придает верхнему и нижнему слоям 1,3 полотна дополнительную прочность на 10% превышающую прочность среднего слоя.

Процесс прогона сформированного полотна через драфтер обеспечивает растяжение сформированного полотна, при этом параллельно расположенные волокна частично переориентируются в перпендикулярно расположенные в одной и той же плоскости, тем самым, образовывая дополнительные точки фиксации для дальнейшего технологического процесса - термоскрепления посредством бикомпонентного волокна.

Переориентация волокон в полотне зависит от степени растяжения полотна. При прогонке сформированного полотна через драфтер на минимальной скорости растяжение полотна составляет не более 2%, при этом переориентируются 3% волокон в полотне, при растяжении полотна на 4% переориентируются 10% волокон в полотне. Для огнестойкого утеплителя переориентированных волокон должно быть не более 20% от общей массы полотна, при увеличении растяжения полотна более 7% наблюдается деформация верхнего и нижнего слоев полотна, что не позволит производить на таком полотне каландрирование. Поэтому оптимальным является диапазон растяжения полотна от 6% до 7%, а переориентация волокон в количестве от 18% до 20% от общей массы полотна. Это значение обусловлено структурными характеристиками волокна, такими как эластичность, извитость.

От степени растяжения полотна зависит количество переориентированного волокна и прочностные характеристики утеплителя как показано на графике (фиг. 1), при этом значения разрывной нагрузки в долевом направлении коррелируют с количеством переориентированных волокон при растяжении полотна.

Формирование полотна из горизонтально расположенных волокон обеспечивает огнестойкому утеплителю повышенные прочностные характеристики по сравнению с вертикальным расположением волокна, при этом вертикальное расположение волокна не позволяет применять драфтер для растяжения полотна т.к. разрушается верхний слой полотна. Прочностные характеристики огнестойкого утеплителя характеризуются разрывными нагрузками, как по длине, так и по ширине полотна в Ньютонах. Значения, полученные при проведении испытаний на разрывные характеристики, приведены в таблице 1.

По результатам испытаний, приведенным в таблице 2, заявляемый материал соответствует требованиям ГОСТ ISO 14116 и соответствует индексу 3 (индекс ограниченного распространения пламени). А также обладает термостойкостью согласно ГОСТ Р 12.4.234 Приложение ДА, усадка составила менее 1%. При этом полученный материал имеет суммарное тепловое сопротивление 0,6 м² °С/Вт. Метод горизонтальной раскладки смеси волокон и достаточное содержание бикомпонентного волокна наделяет полотно высокими разрывными характеристиками более 7 Ньютонов в долевом направлении и более 30 Ньютонов в поперечном направлении и стойкостью перед химчистками и промышленными стирками, изменение линейных размеров менее 1%.

Заявляемое нетканое полотно на основе ПАН волокна обладает свойствами, необходимыми для подтверждения индекса ограниченного распространения пламени -3 по ГОСТ Р ИСО 14116-2013, а также прошло испытания по ГОСТ 12.4.234-2015 по приложению ДА, и показывает результат термостойкости при Т=180°С (не более 5%). За счет наличия в полотне карбонизированных волокон заявляемое полотно обладает антистатическими свойствами и не накапливает статическое электричество. При производстве полотна используется горизонтальная раскладка, что обеспечивает высокие значения разрывных нагрузок как по длине, так и по ширине полотна. Смесь волокон в подобранном соотношении обеспечивает соблюдение нормативных значений термической усадки согласно ГОСТ Р 12.4.234-2012 приложение ДА, а также обеспечивает при поверхностной плотности 150 г/м² суммарное тепловое сопротивление утеплителя 0,6 м² °С/Вт.

Пример 1.

Полученный материал с переориентированными волокнами в полотне в количестве 18% от общей массы полотна в результате испытаний по ГОСТ ISO 14116 подтверждает индекс ограниченного распространения пламени - 3, необходимый для соответствия огнестойкому утеплителю. Суммарное тепловое сопротивление, характеризующее тепловые свойства утеплителя составляет 0,6 м² °С/Вт, прочностные характеристики (разрывная нагрузка) утеплителя при этом составили 19,5 Н по длине и 45 Н по ширине. Термостойкость утеплителя по ГОСТ Р 12.4.234 подтверждается (усадка составляет 0,9%).

Пример 2.

Полученный материал с переориентированными волокнами в полотне в количестве 20%) от общей массы полотна в результате испытаний по ГОСТ ISO 14116 подтверждает индекс ограниченного распространения пламени - 3, необходимый для соответствия огнестойкому утеплителю. Суммарное тепловое сопротивление, характеризующее тепловые свойства утеплителя составляет 0,62 м² °С/Вт, прочностные характеристики (разрывная нагрузка) утеплителя при этом составили 23 Н по длине и 47 Н по ширине. Термостойкость утеплителя по ГОСТ Р 12.4.234 подтверждается (усадка составляет 0,87%).

Таким образом, в заявляемой полезной модели достигается заявленный технический результат, заключающийся в повышении суммарного теплового сопротивления огнестойкого утеплительного материала с сохранением высокой прочности за счет обеспечения фиксации ячеистой структуры полотна и переориентации волокон.

Claims (4)

1. Нетканый огнестойкий утеплительный материал, включающий смесь окисленных полиакрилонитрильных волокон и бикомпонентных волокон, объединенных в полотно термическим скреплением, выполненный в виде трех слоев - верхнего, нижнего и внутреннего, причем верхний и нижний слои имеют прочность выше, чем внутренний слой, отличающийся тем, что он дополнительно содержит огнестойкую вискозу с линейной плотностью 0,33 текс, а окисленное полиакрилонитрильное волокно имеет линейную плотность 0,22 текс, бикомпонентное волокно имеет линейную плотность 0,44 текс, при этом слои имеют горизонтальную ориентацию волокон, волокна, переориентированные в одной плоскости за счет растяжения полотна, составляют от 18% до 20% от общей массы полотна, а содержание волокон в смеси составляет, мас. %: окисленное полиакрилонитрильное волокно с линейной плотностью 0,22 текс - 50%; огнестойкая вискоза с линейной плотностью 0,33 текс - 15%; бикомпонентное волокно с линейной плотностью 0,44 текс - 35%.

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 5%.

4. Материал по п. 1, отличающийся тем, что верхний и нижний слои имеют прочность на 10% выше, чем внутренний слой.

Images