Способ получения двухкомпонентного огнестойкого пухового утеплителя

Предлагаемое изобретение относится к текстильной промышленности и может быть использовано при производстве огнестойких несвязных утеплителей с характеристиками, близкими к натуральному пуху водоплавающей птицы, полученными в результате аэродинамического смешивания двух компонент, одной из которых является пух, а второй - синтетическая пряжа и представляющий собой единый циклически повторяемый последовательный дискретный технологический процесс, включающий нарезку пряжи с последующим разделением на отдельные штапельные волокна с помощью градиентных воздушных потоков и дальнейшее смешивание с пухом водоплавающей птицы, причем в качестве волокнистого компонента используют антипиреновую пряжу со свойствами ингибирования газофазных пламенных реакций. 2 ил., 1 табл.

 

Предлагаемое изобретение относится к текстильной промышленности и может быть использовано при производстве утеплителей, обладающих огнезащитными свойствами с характеристиками близкими к натуральному пуху водоплавающей птицы, предназначенных для изготовления спецодежды в условиях работы при низких температурах.

Одежда для работы в условиях экстремально низких температур в северных регионах страны, должна обладать легкостью и эргономичностью. Пух водоплавающей птицы достаточно дорогой материал. В связи с этим постоянно ведется поиск способов создания заменяющих материалов, по своей структуре напоминающих пух - искусственных заменителей пуха, а также смесей пуха с различными материалами: измельченными шерстяными и синтетическими волокнами.

При изготовлении зимней одежды для предприятий топливно-энергетического комплекса применяют огнезащитные покровные ткани. Повышение огнезащитных свойств пухового утеплителя повышает общую безопасность человека. Наряду с покровными тканями такой утеплитель не должен поддерживать горение и не должен плавиться после удаления из зоны термического воздействия. Пух водоплавающей птицы, как и шерсть, состоит из кератина. Шерсть имеет кислородный индекс 0,25 и относится к огнестойким материалам. Однако пух водоплавающей птицы имеет гораздо более разветвленную поверхность, что снижает его кислородное число. Целлюлозные волокна, такие как - ацетат, вискоза, лиоцелл и хлопок, могут приобрести огнестойкие свойства при добавлении в них фосфор-азотных добавок при прядении либо при заключительной обработке волокна.

Механизмы огнестойкого действия модакриловых волокон и огнестойкой целлюлозы основаны на выделяющихся из волокон газах, которые разбавляют, охлаждают или химически нейтрализуют воспламеняемые газы (действие на основе паровой фазы), образуют вспучивающиеся обугливающиеся барьеры (действие на основе конденсированной фазы).

Известен материал, используемый для изготовления защитной одежды, - модакрил, который является волокном, содержащим 30÷70 массовых частей акрилонитрила и 70÷30 массовых частей мономера, например галогенсо-держащего мономера винилидена, и/или галогенсодержащего мономера винила. Коммерческие примеры включают волокна PROTEX®C и PROTEX®M производства компании Kaneka. Известно, что при смешивании в соотношении 1:1 модакриловые волокна придают огнестойкие свойства тканям, содержащим неогнестойкие целлюлозные волокна, например, хлопок и лиоцелл (патент ЕР 1498522 А4).

Известны огнестойкие пряжи и ткани, выполненные из смеси огнестойких волокон. Пряжа содержит дополнительные волокна, либо натуральные, либо синтетические, включая непрерывное волокно и штапельные волокна. Дополнительные волокна могут быть собственно огнестойкими или обработаны антипиренами. Материалы также содержат дополнительную пряжу, либо натуральную, либо синтетическую, либо смесь той и другой. Дополнительная пряжа обработана антипиренами или содержит волокна, обработанные антипиренами (патент RU 2634242).

Рассмотренные выше патенты предназначены для изготовления огнезащитных тканей и нетканых полотен и не могут быть использованы в качестве огнестойкого двухкомпонентного несвязного утеплителя с применением натурального пуха водоплавающей птицы.

Известны различные способы создания композиционных утеплителей с пухом водоплавающей птицы. В способах получения объемного утеплителя, содержащего смесь пуха и синтетических штапельных волокон, материал обрабатывают связующим веществом, в результате получают холстообразный утепляющий материал определенной толщины (патент US 4992327, патент RU 2287031). Однако изделия из таких материалов не могут быть подвергнуты взбиванию, а технология изготовления таких изделий не предполагает использование дозаторов - традиционного оборудования для производства пуховых изделий.

Рассмотренные выше способы создания утеплителя - искусственных заменителей пуха и смесей различных материалов с пухом не позволили достаточно приблизиться к свойствам натурального пуха по объемности, плотности и долговечности.

Известен способ получения распушиваемого теплоизоляционного материала, обладающего повышенной долговечностью и водоотталкивающей способностью (патент RU 2580487). Этот теплоизоляционный материал предназначен для использования в зимней одежде, спальных мешках, стеганых одеялах, подушках и т.п. Распушиваемый теплоизоляционный материал содержит натуральные и измельченные синтетические волокна или шарики из волокон. Натуральные волокна и измельченные синтетические волокна или шарики из волокон отдельно обрабатывают водоотталкивающим веществом для придания водоотталкивающей способности волокну и последние аэродинамически смешивают вместе. Водоотталкивающие волокна составляют равную долю или большую часть распушиваемого теплоизоляционного материала, благодаря чему повышается долговечность структуры, а также водоотталкивающая способность, которая может быть благоприятным фактором во время мытья или стирки.

Согласно данному способу в качестве волокон, смешиваемых с пухом, возможно использование лиоцелл с длиной волокон 11,7 мм и линейной плотностью 0,67 текс. Синтетические волокна выбираются из группы, состоящей из волокон: полиамида, сложного полиэфира, акрилового полимера, ацетата, нейлона, полиолефина и их сочетаний. Изготовление материала осуществляется аэродинамическим смешиванием, по меньшей мере, 50 мас.% кластеров натурального пуха и измельченных синтетических волокон, имеющих длину в диапазоне 5÷25 мм и линейную плотность в диапазоне 0,5÷15,0 денье, 0,056÷1,665 текс, причем упомянутые измельченные волокна являются гофрированными и покрыты веществом, обеспечивающим скольжение, или замасливателем, таким образом, чтобы упомянутые измельченные синтетические волокна были аэродинамически захвачены бородками кластеров натурального пуха с образованием распушиваемого теплоизоляционного материала, при использовании обычного оборудования.

Однако наряду с явными преимуществами данный способ обладает и рядом недостатков. Во-первых, при применении этого способа волокна «замасливаются» для обеспечения хорошего смешивания. Во-вторых, полученная таким образом смесь с течением времени в процессе эксплуатации расслаивается. Волокна опускаются в нижнюю часть отсеков пакета, а пух всплывает в верхнюю часть. В случае применения огнестойких волокон, в зонах, где их в утеплителе меньшая плотность снижается уровень ингибирования возгораемости пуха.

Наиболее близким по технической сущности является способ получения несвязного композиционного двухкомпонентного утеплителя, описанный в патенте RU 2735772, согласно которому осуществляют аэродинамическое смешивание двух компонент, одной из которых является пух. Способ представляет собой единый циклически повторяемый дискретный технологический процесс, при котором в качестве волокнистой компоненты несвязного композиционного материала используют шерстяную или синтетическую пряжу с параметрами крутки не менее 100/м, нарезанную в устройстве резки пряжи на отрезки длиной 15÷20 мм с количеством трехмерных гофр не менее двух с последующим разделением отрезков на отдельные штапельные волокна в смесителе-активаторе, снабженном штифтами, расположенными на стенках, с помощью градиентных воздушных потоков, создаваемых разнонаправленными форсунками, дальнейшим смешиванием с пухом водоплавающей птицы в пропорциях пух/компонента 80/20÷70/30% и транспортировкой готового утеплителя в модуль затаривания.

Недостатком данного способа, применительно к созданию двухкомпонентного огнезащитного несвязного утеплителя является то, что он рассчитан на смешивание пуха со штапельными волокнами длиной 15÷20 мм, но в силу того, что их антифрикционные свойства ограничиваются только их извитостью, но имеющейся извитости недостаточно для устранения их дрейфа в низ отсеков изделий. Дрейф волокон приведет к изменению соотношения пух-волокно в верхней и нижней зонах отсеков. В нижней части отсека с течением времени будет возрастать плотность волокнистой составляющей, а в верхней части отсека, будет возрастать парциальная доля пуха, что со временем обусловит снижение огнестойкости наполнителя в верхней части отсеков.

Настоящее изобретение направлено на создание способа получения несвязного огнестойкого двухкомпонентного утеплителя из натурального пуха и измельченных синтетических волокон, обладающих свойством ингибирования газофазных пламенных реакций и обеспечивающих утеплителю свойства огнестойкости, сохраняемые в процессе последующей эксплуатации изделий, изготовленных на его основе.

Для достижения данного технического результата предложен способ получения двухкомпонентного огнестойкого пухового утеплителя, основанный на аэродинамическом смешивании двух компонент, одной из которых является пух, а второй - синтетическая пряжа, представляющий собой единый циклически повторяемый последовательный дискретный технологический процесс, включающий нарезку пряжи с последующим разделением на отдельные штапельные волокна с помощью градиентных воздушных потоков и дальнейшее смешивание с пухом водоплавающей птицы. В качестве волокнистой компоненты несвязного утеплителя используют антипиреновую пряжу со свойствами ингибирования газофазных пламенных реакций - полимеры склонные к самозатуханию, например, полибутилентерефталат (ПБТ) или поли(м-ксилиленадипамид) (полиамид МКД6) длиной 8-15 мм, которую разделяют на отдельные штапельные волокна, обрабатывают аэрозолем связующего вещества-акрил-стирольной дисперсией Acronal, транспортируют через коллектор с инфракрасным излучателем при температуре 250÷350°С и смешивают с натуральным пухом в пропорции 70% пуха и 30% полимерного волокна.

Предложенный способ позволяет создать огнестойкий двухкомпонентный несвязанный утеплитель с применением натурального пуха водоплавающей птицы и волокнистых антипиренов, обладающих свойством выделения газов при горении волокон, которые разбавляют, охлаждает или химически нейтрализуют воспламеняемые газы (действие на основе паровой фазы).

Способ представляет собой единый циклически повторяемый дискретный технологический процесс, при котором в качестве волокнистой компоненты несвязного утеплителя используют антипиреновую пряжу, обладающую свойством ингибирования газофазных пламенных реакций, с параметрами крутки не менее 100/м, нарезанную в устройстве резки пряжи на отрезки длиной 8÷15 мм с количеством трехмерных гофр не менее двух с последующим разделением (поднятием) отрезков на отдельные штапельные волокна в активаторе. По окончанию процесса разделения в массы штапельных волокон в активаторе добавляется аэрозоль связующего вещества в количестве, не позволяющем штапелям прилипать к стенкам активатора. Аэрозоль связующего вещества оседает на поверхности отдельных волокон, находящихся в активаторе. После чего масса штапелей переносится по трубопроводу, в котором располагается инфракрасный тепловой модуль в камеру смешивания. При прохождении через тепловой модуль волокна антипирена становятся более пластичными, что способствует лучшему перемешиванию их с пухом. Наличие связующего, после его полимеризации, способствует лучшему захвату бородками пуха штапельных антипиреновых волокон.

Преимуществом такого подхода является получение двухкомпонентного огнезащитного несвязного утеплителя с сохраняющимися в процессе эксплуатации свойствами огнезащиты.

Существенным и новым является то, что предложенный способ получения несвязного двухкомпонентного утеплителя, обладающего огнезащитными свойствами, является единым циклическим дискретным технологическим процессом, осуществляемым с помощью специально разработанной установки, при котором используются штапели пряжи, состоящей из волокон полимера с внедренными в него замедлителями горения - антипиренами. В завершение процесса разделения на штапельные волокна в модуль рыхления вносится аэрозоль связующего вещества в виде тумана в количестве, при котором волокна во время рыхления не слипаются и не прилипают к стенкам модуля рыхления. Наличие небольшой доли связующего служит для хорошего сцепления между волокнами и отдельными бородками пуха волокон, что в последующем снижает миграцию волокон по массе пуха во время эксплуатации изделий и волокнистая компонента не оседает вниз отсеков изделия. Далее в процессе постоянного рыхления штапели волокон через тепловой модуль переносятся в модуль смешивания компонент, где смешиваются с пухом в пропорциях пух/волокно 70/30. В процессе движения через тепловой модуль уменьшается упругость полимерных волокон, благодаря чему они могут более интенсивно вплетаться между отдельными ворсинами пуха.

Технический результат предлагаемого способа получения огнезащитного утеплителя на основе пуха и антипиреновых волокон заключается в создании устойчивой композиции, сохраняющей изотропность и постоянство своих огнезащитных свойств в процессе эксплуатации изделий.

Сущность способа поясняется следующими иллюстрациями и таблицей.

Фиг. 1 - Установка для получения несвязного двухкомпонентного огнезащитного утеплителя, где 1- взвешивающий модуль загрузки штапелей пряжи; 2 - модуль рыхления штапелей волокна; 3 - испаритель связующего вещества; 4 - воздушный коллектор с форсунками; 5 - тепловой модуль воздушного коллектора; 6 - модуль смешивания компонент; 7 - выгрузной коллектор модуля смешивания компонент.

Фиг. 2 - График зависимости времени горения двухкомпонентного огнезащитного утеплителя от количества антипирена в волокнах.

Табл. - Время самозатухания смесей пуха с различными волокнистыми компонентами, обладающими антипиреновыми свойствами.

Предлагаемый способ получения несвязного двухкомпонентного огнезащитного утеплителя осуществляется следующим образом.

Способ представляет собой единый циклически повторяемый технологический процесс, осуществляемый в с помощью специально разработанной установки (Фиг. 1).

В качестве волокнистой компоненты несвязного композиционного материала используют заранее нарезанные штапели антипиреновой пряжи.

В модуль смешивания 6 загружается из весового модуля загрузки пуха необходимое для смешивания количество пуха. Штапели пряжи из взвешивающего модуля загрузки 1 загружаются в модуль рыхления штапелей волокна 2, в котором при помощи потоков воздуха из форсунок воздушного коллектора 4 штапели пряжи разделяются на отдельные штапели волокон. Обработка заданной массы волокон градиентными потоками воздуха позволяет разделить отрезки пряжи на отдельные штапельные волокна. Как только разделение отрезков пряжи на штапельные волокна произошло, в модуль рыхления 2 подается туман из водных дисперсий связующего вещества типа Acronal (AcronalV 271, AcronalV 205, AcronalS400 и др.) в количестве не более чем 10 г/м, которое не позволяет штапелям волокон налипать на стенки модуля рыхления. После этого масса штапельных волокон поступает в модуль смешивания 6 через тепловой модуль воздушного коллектора 5, который нагревает штапели волокон, увеличивая их эластичность. После осуществления смешивания, полученная масса подается через вентилятор в мешок затаривания, а излишки воздуха удаляются через воздушный фильтр.

Были изготовлены опытные партии несвязных двухкомпонентных огнезащитных утеплителей путем смешивания пуха и пряжи с различным антипиреновыми волокнами. Все композиции готовили с содержанием 70% пуха и 30% полимерного волокна. Антипирены вводили при изготовлении волокна методом экструзии в виде порошка с размерами частиц 1-3 мкм. При введении антипиренов, таких как меламинполифосфата (МПФ) и меламин-цианурата (МЦ) происходит снижение горючести пухо-волокнистого наполнителя. На Фиг. 2 представлен график зависимости времени горения двухкомпонентного огнезащитного утеплителя от количества антипирена в волокнах. Выявлено оптимальное содержание антипирена - 10 мас.%. При введении антипирена более 20 мас.% затрудняется процесс формования волокна.

В примерах представлены волокнообразующие полимеры, склонные к самозатуханию: полибутилентерефталат (ПБТ), поли(м-ксилиленадипамид) (МКД6) и в качестве сравнения использован полимер не способный к самозатуханию - полипропилен (ПП). Результаты экспериментальных данных представлены в Таблице.

Как видно из Табл. при введении чистых волокон ПП происходит увеличение пожароопасности несвязного двухкомпонентного огнезащитного утеплителя. Добавка полимера МКД6 не влияет на процессы горения пухо-волокнистого наполнителя, а ПБТ - способствует снижению горючести пухо-волокнистого наполнителя за счет выделения при деструкции оксида углерода и бутилена. Бутилен резко воспламеняется и поглощает кислород, находящийся в пространствах между волокнами ПБТ и пуха, но данная кратковременная вспышка не успевает разогреть волокна до температуры воспламенения и процесс горения прекращается.

Способ получения пухового огнестойкого двухкомпонентного несвязного утеплителя включает единый цикличный дискретный технологический процесс, который характеризуется аэродинамическим смешиванием двух компонентов, одним из которых является пух водоплавающей птицы, а вторым - антипиреновой пряжей со свойствами ингибирования газофазных пламенных реакций, при этом антипиреновую пряжу разделяют на отдельные штапельные волокна, обрабатывают аэрозолем связующего вещества - акрил-стирольной дисперсией, транспортируют через коллектор с инфракрасным излучателем при температуре 250 - 350°С и смешивают с пухом водоплавающей птицы в пропорции 70% пуха и 30% антипиреновой пряжи.



 

Похожие патенты:

Предлагаемое изобретение относится к текстильной промышленности и может быть использовано при производстве утеплителей с характеристиками, близкими к натуральному пуху водоплавающей птицы, полученными методом смешивания несвязных композиционных утеплителей и предназначенными для изготовления одежды и спальных мешков.

Распушиваемый теплоизоляционный материал, содержащий натуральные волокна и измельченные синтетические волокна или шарики из волокон. Натуральные волокна и измельченные синтетические волокна или шарики из волокон отдельно обрабатывают водоотталкивающим веществом для придания водоотталкивающей способности волокну и последние аэродинамически смешивают вместе.

Изобретение относится к способам получения нетканых текстильных материалов на основе химических волокон (полипропиленовых, полиэфирных, полиамидных), а также кремнийорганического препарата, используемого в качестве модификатора. .

Изобретение относится к производству сверхлегких теплозвукоизоляционных материалов на основе минеральных волокон, в частности стеклянных, которые могут быть использованы для обшивки фюзеляжей в самолетов, салонов автобусов и автомобилей, а также качестве теплоизоляции в области машиностроения, судостроения, приборостроения и строительства жилых и производственных зданий.

Изобретение относится к производству нетканого ворсового материала. .

Изобретение относится к созданию нового теплоизоляционного многослойного нетканого материала на основе базальтового волокна, который может быть использован для теплоизоляции различных поверхностей в интервале от -200 до -700°С для теплоизоляционной одежды, в качестве фильтрующего материала. .

Изобретение относится к текстильной промышленности, к отрасли переработки вторичного текстильного сырья, и может быть использовано для производства нетканых многослойных материалов, применяемых в качестве настилочных и прокладочных материалов при изготовлении мягкой мебели. .

Изобретение относится к легкой промышленности, а именно к валяльно-войлочной обуви, и позволяет улучшить качество слабоуплотненного войлока для музыкальных инструментов. .
Наверх