RU2153386C1

RU2153386C1 - Multilayer sorption-filtering protective material and protective veil made from such material

Info

Publication number: RU2153386C1
Application number: RU2000100046A
Authority: RU
Inventors: М.А. Блудян; Д.А. Феликсон
Original assignee: Блудян Марина Анатольевна
Priority date: 2000-01-05
Filing date: 2000-01-05
Publication date: 2000-07-27

Abstract

FIELD: manufacture of sorption-filtering materials for protecting respiratory organs from gases produced during fire. SUBSTANCE: protective material is composed of seven layers, with inner layer being made from perchlorovinyl fibers laid between two layers of gauze fabric. Rectangular insert made from seven-layer sorption-filtering material is secured in slot of protective veil manufactured from transparent film. Rubber collar on lower part of veil is adapted for sealing veil put on user's neck. Return valve in one of insert corner parts facilitates user's breathing. EFFECT: simplified structure, increased efficiency and improved quality of veil manufactured from such material. 7 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к области производства волокнистых сорбционно-фильтрующих защитных материалов, которые могут быть использованы в защитной специальной одежде (колпаках, капюшонах, защитных масках) в респираторах и других устройствах для защиты органов дыхания и кожных покровов человека от воздействия дыма, вредных газов, тепловых потоков, продуктов горения и т.п. The invention relates to the production of fibrous sorption-filtering protective materials that can be used in protective special clothing (caps, hoods, protective masks) in respirators and other devices for protecting the human respiratory system and skin from exposure to smoke, harmful gases, heat fluxes combustion products, etc.

Известен ряд многослойных материалов, содержащих теплоогнезащитные и газосорбирующие слои из волокнистых органических и/или неорганических веществ, используемых для изготовления спецодежды (см., например, RU 2008044, 1994 г., RU 2088469, 1997 г., RU 2135235, 1999 г.). A number of multilayer materials are known containing heat and flame retardant and gas sorbing layers of fibrous organic and / or inorganic substances used for the manufacture of work clothing (see, for example, RU 2008044, 1994, RU 2088469, 1997, RU 2135235, 1999) .

Недостатком этих материалов является то, что они обеспечивают невысокую степень защиты от вредных газов и аэрозолей. The disadvantage of these materials is that they provide a low degree of protection against harmful gases and aerosols.

Известны защитные многослойные материалы, содержащие ткани из углеродных волокон и металлизированный теплоотражающий слой (см. например, RU 2092634, 1997 г., GB 1361695, 1974 г., FR 2496716, 1982 г.). Protective multilayer materials containing carbon fiber fabrics and a metallized heat-reflecting layer are known (see, for example, RU 2092634, 1997, GB 1361695, 1974, FR 2496716, 1982).

Недостатком подобных материалов является то, что они не полностью отвечают требованиям, предъявляемым к материалам, используемым для изготовления респираторов, поскольку обладают невысокой хемосорбционной емкостью. The disadvantage of such materials is that they do not fully meet the requirements for the materials used for the manufacture of respirators, since they have a low chemisorption capacity.

Повышение хемосорбирующих свойств материалов достигается за счет использования в многослойных материалах рабочих слоев из полимерных волокнистых материалов (см. например, RU 2113267, 1998 г., RU 2035969, 1992 г., RU 2008067, 1991 г., RU 2042394, 1995 г.). Improving the chemisorbing properties of materials is achieved through the use of multilayer materials of working layers of polymeric fibrous materials (see, for example, RU 2113267, 1998, RU 2035969, 1992, RU 2008067, 1991, RU 2042394, 1995) .

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является многослойный материал, содержащий наружный слой, сорбирующий вредные вещества в виде аэрозолей, выполненный из синтепона, газофильтрующие слои, выполненные из углеродных и/или ионообменных полимерных волокон и внутренний слой из тканого фильтрующего материала, например, флизелина (RU 2128069, 1999 г.). The closest in technical essence and the achieved result is a multilayer material containing an outer layer adsorbing harmful substances in the form of aerosols made of sintepon, gas-filtering layers made of carbon and / or ion-exchange polymer fibers and an inner layer of woven filter material, for example, non-woven (RU 2128069, 1999).

Однако, известный материал обеспечивает невысокую степень защиты от аэрозолей и обладает невысокими теплозащитными свойствами. However, the known material provides a low degree of protection against aerosols and has low heat-shielding properties.

Из уровня техники известны также защитные капюшоны и колпаки, в которых в области органов дыхания закреплены фильтрующие и/или сорбирующие материалы. Protective hoods and caps are also known in the art, in which filtering and / or sorbent materials are fixed in the area of the respiratory organs.

Например, в защитном колпаке, описанном в ЕР 0374776, 1980 г, в качестве фильтрующего материала используют многослойный материал, содержащий тканевую основу, стекловолокно, поливинилхлоридное и силиконовое покрытие. For example, in the protective cap described in EP 0374776, 1980, a multilayer material containing a fabric base, fiberglass, polyvinyl chloride and silicone coating is used as a filter material.

Известен также термостойкий защитный колпак, выполненный в виде шлема из двухслойного полимерного материала на основе полиимида (RU 2057558, 1996 г. ). Also known is a heat-resistant protective cap made in the form of a helmet from a two-layer polymer material based on polyimide (RU 2057558, 1996).

Однако, вышеописанные колпаки имеют фильтр, выполненный из материала, обладающего невысокой хемосорбционной активностью и поэтому они малоэффсктивиы при работе в условиях повышенной концентрации в воздухе вредных веществ. However, the caps described above have a filter made of a material with a low chemisorption activity and therefore they are ineffective when working in conditions of increased concentration of harmful substances in the air.

Наиболее близким к предложенному можно считать капюшон в виде мешка, частично выполненного из прозрачной термостойкой пленки, при этом на участке органов дыхания размещен термоогнестойкий фильтрующий материал, содержащий внутри в качестве сорбирующего материала частицы активного угля (ЕР 0419751, 1991 г.). The closest to the proposed one can be considered a hood in the form of a bag, partially made of a transparent heat-resistant film, while in the area of the respiratory organs there is a heat-resistant filter material containing particles of activated carbon as an absorbing material (EP 0419751, 1991).

Однако, вышеописанное устройство является громоздким и сложным в изготовлении. Далее, известная защитная конструкция не пригодна для категории пользователей, имеющих слабое или затрудненное дыхание, таких как некоторые дети, пожилые люди и люди, страдающие легочными заболеваниями. Последнее обстоятельство объясняется тем, что в подобных защитных конструкциях с самого начала использования, из-за повышенного сопротивления выходу выдыхаемого воздуха, имеется тенденция к накоплению в подмасочном пространстве углекислого газа, образующегося при дыхании пользователя, что имеет место особенно при учащенном дыхании, характерном для людей, попавших в экстремальные условия, в результате создает определенный дискомфорт для пользователя и ограничивает использования устройства для указанных категорий лиц. However, the above device is cumbersome and difficult to manufacture. Further, the known protective structure is not suitable for the category of users with weak or labored breathing, such as some children, the elderly and people suffering from pulmonary diseases. The latter circumstance is explained by the fact that, from the very beginning of use, in such protective structures, due to the increased resistance to exhaled air outlet, there is a tendency to accumulate carbon dioxide in the under-mask space, which is formed during the user's breathing, which is especially the case with rapid breathing typical of people , caught in extreme conditions, as a result creates a certain discomfort for the user and restricts the use of the device for these categories of people.

Задачей настоящего изобретения является создание материала фильтра, обладающего наряду с высокой хемосорбционной активностью по различным аэрозольным и газовым примесям и высокой термостойкостью, а также упрощение защитного устройства, содержащего вышеупомянутый материал. Поставленная задача решается описываемым многослойным сорбционно-фильтрующим защитным материалом, содержащим слой, сорбирующий аэрозольные вещества, выполненный из перхлорвиниловых волокон, нанесенных на хлопчатобумажную ткань, в котором имеются по крайней мере два газофильтрующих волокнистых слоя из углеродной ткани и по крайней мере три слоя из нетканого полимерного и/или углеродного волокна и наружный слой из термостойких волокон, при этом газофильтрующие слои расположены с обеспечением чередования слоев из углеродной ткани и нетканого волокна, а слой, сорбирующий аэрозоли, размещен после газофильтрующих слоев, кроме того, наружный слой материала выполнен из термостойкого волокна. Предпочтительно выполнение материала семислойным, при соотношение толщины слоя из перхлорвиниловых волокон к толщине материала от 0,2:1 до 0,7: 1. Кроме того, поставленная задача решается описываемым защитным капюшоном, выполненным в виде мешка из гибкой прозрачной термостойкой пленки с размещенным на нем в области органов дыхания многослойным сорбционно-фильтрующим материалом, описанном выше. Далее, в заявляемом устройстве предусмотрено наличие обратного клапана, закрепленного, предпочтительно, на многослойном сорбционно-фильтрующем материале. The objective of the present invention is to provide a filter material having, along with high chemisorption activity for various aerosol and gas impurities and high heat resistance, as well as simplification of the protective device containing the above material. The problem is solved by the described multilayer sorption-filtering protective material containing a layer sorbing aerosol substances made of perchlorovinyl fibers deposited on a cotton fabric, in which there are at least two gas-filtering fibrous layers of carbon fabric and at least three layers of non-woven polymer and / or carbon fiber and the outer layer of heat-resistant fibers, while the gas-filtering layers are arranged to provide alternation of layers of carbon fabric and n woven fibers and the layer sorbent aerosols, placed after gazofiltruyuschih layers, moreover, the outer layer material is made of heat-resistant fiber. It is preferable to make the material seven-layer, with a ratio of the thickness of the perchlorovinyl fiber layer to the material thickness from 0.2: 1 to 0.7: 1. In addition, the task is solved by the described protective hood, made in the form of a bag of a flexible transparent heat-resistant film placed on in the field of respiratory organs with the multilayer sorption-filtering material described above. Further, in the inventive device provides for the presence of a check valve, mounted, preferably, on a multilayer sorption-filtering material.

В объеме вышеизложенной совокупности признаков решена задача получения материала с высокими сорбирующими свойствами, удовлетворительным гидродинамическим сопротивлением и работающем при высоких температурах. Защитный капюшон, выполненный согласно вышеизложенной совокупности признаков, прост по конструкции, удобен в эксплуатации и пригоден для использования всеми категориями населения. In the scope of the above set of features, the problem of obtaining a material with high sorbing properties, satisfactory hydrodynamic resistance and operating at high temperatures has been solved. The protective hood, made according to the above set of features, is simple in design, easy to operate and suitable for use by all categories of the population.

Предлагаемое изобретение иллюстрируется чертежами, на которых
на фиг. 1 изображена конструкция вставки из многослойного сорбционно-фильтрующего материала (без обратного клапана), через которую проходит очищаемый воздух;
на фиг. 2 изображена та же вставка, но с закрепленным на ней обратным клапаном, причем на левой части клапана показано положение элементов клапана при выдохе, а на правой - при вдохе;
на фиг. 3 изображена вставка из многослойного сорбционно-фильтрующего материала в составе защитного капюшона (исполнение без обратного клапана);
на фиг. 4 изображен защитный капюшон (исполнение с обратным клапаном), надетый на пользователя.The invention is illustrated by drawings, in which
in FIG. 1 shows the design of an insert made of a multilayer sorption-filtering material (without a check valve) through which the cleaned air passes;
in FIG. 2 shows the same insert, but with a non-return valve fixed on it, with the position of the valve elements on exhalation on the left side of the valve and the inspiration on the right side;
in FIG. 3 shows an insert made of a multilayer sorption-filtering material as part of a protective hood (version without check valve);
in FIG. 4 shows a protective hood (version with non-return valve) worn by the user.

Материал изготавливают следующим образом. На слой хлопчатобумажной марли наносят перхлорвиниловые волокна путем подачи под давлением через форсунки раствора перхлорвинила в органическом растворителе при t~60^oC.The material is made as follows. Perchlorovinyl fibers are applied to a layer of cotton gauze by applying a solution of perchlorovinyl in an organic solvent under pressure through nozzles at t ~ 60 ^o C.

При этом образующиеся волокна хаотично располагаются на марле, и полученный образец выдерживается до испарения растворителя. Толщина слоя 1 перхлорвиниловых волокон составила 1,0 мм. In this case, the resulting fibers are randomly located on the gauze, and the resulting sample is aged until the solvent evaporates. The thickness of layer 1 of perchlorovinyl fibers was 1.0 mm.

Далее, на полученный слой 1 сверху накладывают слой 2 нетканого тонкодисперсного волокна толщиной 0,3 мм, затем углеродную ткань 3 толщиной 0,4 мм, затем вновь слой 4 из нетканого полимерного среднедисперсного волокна толщиной 0,8 мм и углеродную ткань 5 толщиной 0,4 мм. На второй слой углеродной ткани помещают грубодисперсное полимерное волокно 6 толщиной 0,6 мм, а затем ткань из термостойкого окисленного углеродного волокна 7 толщиной 1,0 мм. Further, on the obtained layer 1, layer 2 of non-woven fine-dispersed fiber 0.3 mm thick is superimposed on top, then carbon fabric 3 is 0.4 mm thick, then again layer 4 of non-woven polymer medium fine fiber 0.8 mm thick and carbon fabric 5 is 0 thick. 4 mm. A coarse dispersed polymer fiber 6 with a thickness of 0.6 mm is placed on a second layer of carbon fabric, and then a 1.0 mm thick fabric of heat-resistant oxidized carbon fiber 7 is placed.

Полученные семь 1-7 слоев прошивают. Из полученного материала изготавливают либо респиратор, либо вставку 8, преимущественно прямоугольной формы, которую вставляют в прозрачную маску 9 (фиг. 3), выполненную в виде пакета из пленки, располагая вставку 8 на уровне дыхательных путей, либо иные подобные устройства. Снизу к прозрачной маске 9 прикрепляют эластичный, например резиновый, воротник 10, служащий для герметизации надетого на пользователя капюшона 11 (фиг. 4). The resulting seven 1-7 layers are stitched. Either a respirator or an insert 8, mainly of a rectangular shape, is inserted from the material obtained, which is inserted into a transparent mask 9 (Fig. 3), made in the form of a film bag, placing the insert 8 at the level of the airways, or other similar devices. From below, an elastic, for example rubber, collar 10 is attached to the transparent mask 9, which serves to seal the hood 11 worn on the user (Fig. 4).

В данном примере использовано оптимальное заявленное соотношение перхлорвинилового волокна и углеродной ткани с точки зрения достижения максимальной сорбционной емкости при минимальном гидравлическом сопротивлении. In this example, the optimal claimed ratio of perchlorovinyl fiber and carbon fabric was used in terms of achieving maximum sorption capacity with minimum hydraulic resistance.

Испытания полученного материала показали результаты, сведенные в таблицу. Tests of the obtained material showed the results are summarized in table.

Кроме того, за счет того, что наружный слой 7 вставки 8 фильтра выполнен из волокна, способного выдерживать температуру до 1000^oC без возгорания, а внутренние слои выдерживают температуру до 400^oC, то материал в целом эффективно предохраняет пользователя от воздействия высоких температур.In addition, due to the fact that the outer layer 7 of the filter insert 8 is made of fiber that can withstand temperatures up to 1000 ^o C without ignition, and the inner layers withstand temperatures up to 400 ^o C, the material as a whole effectively protects the user from high temperatures.

Наиболее эффективным вариантом исполнения защитного капюшона 11 является такой, при котором в его конструкцию введен обратный клапан 12 (фиг. 2 и 4). Последний может быть выполнен, например, в виде пластмассового корпуса 13 с наружной цилиндрической отбортовкой 14 и двумя внутренними цилиндрическими выступами 15 и 16, на одном из которых, например 16, выполнено седло 17, на которое опирается запорный орган, выполненный, например, в виде жесткой круглой пластины 18. Между упомянутыми выступами 15 и 16 размещена пружина сжатия 19, предназначенная для прижатия пластины 18 к седлу 17. Обратный клапан 12 монтируется, предпочтительно, в зоне одного из углов вставки 8 из многослойного материала с помощью стопорного кольца 20, устанавливаемого с внутренней стороны капюшона, т.е. со стороны подмасочного пространства 21 (фиг. 2), что обеспечивает необходимую герметичность соединений и изоляцию упомянутого пространства 21 от окружающего наружного воздуха 22. Движение наружного воздуха 22 внутрь капюшона 11 при вдохе пользователя обозначено сплошными стрелками А, а движение выдыхаемого пользователем воздуха при проходе его наружу - пунктирными стрелками Б. The most effective embodiment of the protective hood 11 is one in which a check valve 12 is introduced into its structure (FIGS. 2 and 4). The latter can be made, for example, in the form of a plastic casing 13 with an outer cylindrical flange 14 and two inner cylindrical protrusions 15 and 16, on one of which, for example 16, a saddle 17 is made, on which a locking member rests, made, for example, in the form a rigid round plate 18. Between the said protrusions 15 and 16, a compression spring 19 is arranged for pressing the plate 18 against the seat 17. The check valve 12 is mounted, preferably in the area of one of the corners of the laminate insert 8 with a ornogo ring 20 mounted on the inner side of the hood, i.e. from the side of the masking space 21 (Fig. 2), which provides the necessary tightness of the joints and isolation of the aforementioned space 21 from the surrounding outside air 22. The movement of the outside air 22 into the hood 11 when the user inhales is indicated by solid arrows A, and the movement of the air exhaled by the user when it outward - dotted arrows B.

Капюшон "Феникс" используют следующим образом. Пользователь извлекает капюшон 11 из герметичной упаковки и вставляет в него руки. Затем пользователь растягивает резиновый воротник 10 и надевает капюшон "Феникс" на голову таким образом, чтобы вставка 8 была расположена на уровне дыхательных путей пользователя. Капюшон готов к работе. При вдыхании в подмасочном пространстве 21 образуется разряжение и окружающий воздух, содержащий опасные химические вещества (см. таблицу) под действием разности давлений проходит по пути, показанном сплошными стрелками А через вставку 8 из многослойного сорбционно-фильтрующего материала, очищаясь от опасных газов. Если капюшон 11 оснащен обратным клапаном 12, то последний при этом закрыт (фиг. 2 - правое положение элементов клапана) и наружный воздух проходит только сквозь вставку 8. Внутренний слой 1 из перхлорвиниловых волокон эффективно очищает проходящий воздух от оставшихся в нем аэрозолей, завершая тем самым его очистку. Таким образом, пользователь вдыхает только полностью очищенный воздух. После выдоха давление в подмасочном пространстве 21 несколько повышается и выдыхаемый воздух, имеющий повышенное содержание углекислого газа, проходит в обратном направлении. Этот процесс происходит до уравнивания давлений снаружи и внутри капюшона 11, когда пользователь опять вдыхает воздух и весь процесс повторяется. Однако, при отсутствии обратного клапана, пользователь сначала вдыхает воздух, находящийся в подмасочном пространстве 21, т. е. хотя и очищенный от опасных химических веществ, но содержащий повышенное количество углекислого газа, что, как было изложено выше, осложняет пользование капюшоном детьми, людьми старше 60 лет и лицами с ослабленным здоровьем. Применение обратного клапана 12 позволяет резко понизить количество остаточного углекислого газа во вдыхаемом воздухе, поскольку открывается клапан 12 (фиг. 2 - левое положение), т.к. под действием разности давлений внутри и снаружи капюшона 11 происходит сжатие пружины 19 и отрыв пластины 18 от седла 17, что резко снижает гидравлическое сопротивление выхода воздуха (путь которого показан пунктирными стрелками Б в окружающее пространство 22), и тем самым позволяет выдыхаемому воздуху (а, следовательно, и содержащемуся в нем углекислому газу) беспрепятственно (т.е. быстро) выходить из подмасочного пространства 21. Большая часть выдыхаемого воздуха проходит наружу через обратный клапан 12, и лишь незначительная его часть - через вставку 8. При вдыхании воздуха, когда давление внутри капюшона понижается, происходит немедленное закрытие обратного клапана 12 (т.е. под действием усилия пружины 19 и разности давлений снаружи и внутри капюшона 11 пластина 18 прижимается к седлу 17), что исключает попадание загрязненного воздуха внутрь капюшона 11 в обход вставки 8 из многослойного сорбционно-фильтрующего материала. The hood "Phoenix" is used as follows. The user removes the hood 11 from the sealed package and inserts hands into it. The user then stretches the rubber collar 10 and puts the Phoenix hood on his head so that the insert 8 is located at the level of the airways of the user. The hood is ready to go. When inhaled in the under-mask space 21, a vacuum is formed and the surrounding air containing hazardous chemicals (see table) under the influence of the pressure difference passes along the path shown by solid arrows A through insert 8 from a multilayer sorption-filtering material, being cleaned of dangerous gases. If the hood 11 is equipped with a non-return valve 12, the latter is closed (Fig. 2 - the right position of the valve elements) and the external air passes only through the insert 8. The inner layer 1 of perchlorovinyl fibers effectively cleans the passing air from the remaining aerosols in it, thereby by cleaning it. Thus, the user inhales only completely purified air. After exhalation, the pressure in the submask space 21 rises somewhat and the exhaled air having a high content of carbon dioxide passes in the opposite direction. This process occurs until the pressure is equalized outside and inside the hood 11, when the user again inhales air and the whole process is repeated. However, in the absence of a check valve, the user first inhales the air in the under-mask space 21, i.e., although it has been cleaned of hazardous chemicals, but containing an increased amount of carbon dioxide, which, as described above, complicates the use of the hood by children and people older than 60 years and persons with poor health. The use of a non-return valve 12 can dramatically reduce the amount of residual carbon dioxide in the inhaled air, since the valve 12 opens (Fig. 2 - left position), because under the action of the pressure difference inside and outside the hood 11, the spring 19 is compressed and the plate 18 is torn off from the seat 17, which sharply reduces the hydraulic resistance of the air outlet (the path of which is shown by dashed arrows B into the surrounding space 22), and thereby allows exhaled air (a, therefore, the carbon dioxide contained therein) to freely (i.e., quickly) exit the under-mask space 21. Most of the exhaled air passes out through the check valve 12, and only a small part through insert 8. When inhaling air, when the pressure inside the hood decreases, the check valve 12 closes immediately (i.e., under the action of the spring force 19 and the pressure difference between the outside and inside the hood 11, the plate 18 is pressed against the seat 17), which eliminates the ingress of contaminated air inside the hood 11 bypassing the insert 8 of a multilayer sorption-filtering material.

Таким образом, предложенный материал и капюшон может быть рекомендован как взрослым, так и детям для эффективной защиты органов дыхания, глаз и кожи лица от дыма, газов и паров опасных химических веществ широкого спектра при температуре окружающего воздуха до 70^oC.Thus, the proposed material and hood can be recommended for both adults and children to effectively protect the respiratory system, eyes and face skin from smoke, gases and vapors of a wide range of hazardous chemicals at ambient temperatures up to 70 ^o C.

Claims

1. A multilayer sorption-filtering protective material containing a layer sorbing aerosol substances and several gas-filtering layers of polymer and / or carbon fiber materials, characterized in that it further comprises an outer layer of heat-resistant fibers, and of gas-filtering layers, at least , two are made of carbon fabric and at least three are made of non-woven polymer and / or carbon fiber, and the layer sorbing aerosol substances is made of perchlorovinyl fibers applied on and cotton fabric, and is placed after the gas-filtering layers, while the gas-filtering layers are arranged with alternating layers of carbon fabric and non-woven fiber.

2. The material according to claim 1, characterized in that it is made seven-layer with a ratio of the thickness of the layer of perchlorovinyl fibers to the total thickness of the material 0.2: 1 - 0.7: 1.

3. A protective hood made in the form of a bag of flexible transparent heat-resistant fabric, with an insert made of a multilayer sorption-filtering material placed on it in the region of the human respiratory system, characterized in that the insert is made of material according to claims 1 and 2.

4. The protective hood according to claim 3, characterized in that the insert is rectangular.

5. The protective hood according to claim 3, characterized in that it is equipped with a check valve.

6. The protective hood according to claim 4, characterized in that the check valve is mounted on an insert of a multilayer sorption-filtering material.

7. The protective hood according to claims 3 and 6, characterized in that the check valve is fixed in the corner of the insert.