CC BY
75
УДК 614.847.9
ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ ТЕПЛООТРАЖАЮЩЕГО ПОКРЫТИЯ НА ОСНОВЕ СИЛОКСАНОВ ДЛЯ БОЕВОЙ ОДЕЖДЫ ПОЖАРНОГО
А.Л. Никифоров, И.Ю. Шарабанова, С.Н. Ульева, Д.В. Сорокин, В.Г. Спиридонова
В статье представлены результаты исследования негорючего пленочного теплоотражающего покрытия с огнезащитными свойствами на основе композиционных материалов из силоксанов с различными добавками. Разработка эффективных негорючих теплоотражающих покрытий на основе современных полимеров и соответствующих добавок позволит улучшить эксплуатационные свойства боевой одежды пожарного.
Применение боевой одежды пожарного с улучшенными теплозащитными характеристиками позволит повысить уровень безопасности при работе пожарного и снизить производственный травматизм.
Ключевые слова: специальная защитная одежда пожарного, температурно-влажностный режим, боевая одежда пожарного, силоксаны, теплоизоляционное покрытие.
По статистическим данным за период времени с 2011 по 2016 год был зарегистрирован 41 случай гибели сотрудников ФПС ГПС на пожаре. Проанализировав данные по летальным исходам, было определено, что основной причиной гибели на пожаре сотрудников ФПС ГПС является воздействие повышенной температуры на организм человека [3].
Основным средством защиты пожарного от воздействия высокой температуры при пожаре является боевая одежда пожарного.
Боевая одежда пожарного: комплект многослойной специальной защитной одежды общего назначения, состоящий из куртки, брюк (полукомбинезона) и предназначенный для защиты пожарного от опасных и вредных факторов окружающей среды, возникающих при тушении пожаров и проведении аварийно-спасательных работ, а также от неблагоприятных климатических воздействий [1].
Используемая в настоящее время большинством пожарных подразделений боевая одежда пожарного во многом не соответствует современным требованиям и не обеспечивает должной защиты пожарного от опасных факторов пожара. Материалы для изготовления боевой одежды и защиты пожарного от действия высокой температуры, а также неблагоприятных условий окружающей среды были разработаны в конце 20-го столетия и поэтому морально устарели.
До конца 80-х годов для изготовления боевой одежды пожарного использовался только брезент или материал с полимерным пленочным покрытием винилискожа-Т, однако со временем стало понятно, что по эксплуатационным показателям данные виды материалов не в состоянии обеспечить надежную защиту в связи с многообразием и сложностью оперативно-тактических задач при тушении пожаров.
На сегодняшний день в производстве материалов для наружного слоя боевой одежды
пожарных распространены материалы с полимерным пленочным покрытием. Тканевой основой для них служат мета- и параарамидные ткани с меньшей поверхностной плотностью (до 150 г/м2). В качестве полимерных покрытий используют
резинотехнические композиции на основе силиконовых эластомеров (кремнийорганические полимеры), а также другие многослойные каучуковые композиции. В качестве теплоизоляционных материалов боевой одежды используются шерстяные войлоки, а также шерстяные и полушерстяные ватины [2].
Во ВНИИПО были разработаны рекомендации по улучшению эксплуатационных свойств комплекта за счет использования в них новых материалов. Анализ данных мероприятий показал, что улучшения не затронули вопросов, связанных с защитой пожарных от высоких температур [2].
Разработка эффективных негорючих теплоотражающих покрытий на основе современных полимеров и соответствующих добавок позволит улучшить эксплуатационные свойства боевой одежды пожарного.
Для создания БОП, отвечающей современным требованиям, необходимо проведение исследований теплоотражающего покрытия для увеличения теплоотражающих свойств наружного слоя боевой одежды пожарного.
Основной задачей создания огнестойких тканей является создание необходимого комплекса свойств, которые будут соответствовать всем областям, где применяются такие ткани. Для решения задачи нужно выбрать сырье, свойства, параметры строения и технологии изготовления которого рационально сочетаются с исходными. В качестве специального покрытия могут быть использованы кремнийорганические полимеры как материалы, обладающие повышенной устойчивостью
к действию высоких температур. Силоксаны применяются также при изготовлении покрытий для различных поверхностей, в частности, на их основе изготавливается специальная огнетермозащитная обработка. Силоксаны характеризуются большой сжимаемостью и устойчивостью к окислению, выдерживают действие высоких температур. Стабильность силоксановых поверхностей при высокой температуре может быть достигнута метиллированием гидроксильных групп в молекуле силоксана [4].
В настоящее время наиболее перспективным направлением является применение либо двухслойных материалов (внешний слой изготавливается из огнестойких волокон - СВ, арамид, аримид, внутренний - из шерсти), либо смесовых материалов с различным содержанием (от 20 до 60%) шерсти с огнезащитной пропиткой [5-7]. Наиболее перспективным материалом покрытия следует признать кремнийорганические полимеры, как наиболее стойкие и инертные в химическом отношении, в том числе и к термодеструкции.
Основываясь на предположениях, высказанных по итогам проведенного анализа литературных источников, была проведена предварительная экспериментальная проверка предложенной гипотезы, что наиболее перспективным материалом покрытия следует признать кремнийорганические полимеры, как наиболее стойкие и инертные в химическом отношении, в том числе и к термодеструкции.
Целью данной работы стало исследование свойств теплоотражающих покрытий на основе силоксанов на устойчивость к тепловому потоку, на примере нанесения на материал боевой одежды пожарного.
Объектом исследования является разработка негорючего пленочного теплоотражающего покрытия с огнезащитными свойствами на основе композиционных материалов из силоксанов с различными добавками.
Данные составы были взяты из соображения наиболее подходящих характеристик термостойкости и теплопроводности. В качестве базового защитного материала использовался материал на основе целлюлозосодержащих тканей, на поверхность которого наносился слой теплоотражающего покрытия из жидкого кремнийорганического полимера с добавками различных пигментов. Было проведено две серии экспериментов с нанесением теплозащитного покрытия толщиной пленочного покрытия на ткани 0,5 мм и 1 мм.
Эксперимент проводился на установке, схема которой представлена на рис.1 , состоящей из следующих компонентов:
1. Электрокамин «Буг-1». Мощность 500 -
1000 Вт.
2. Штатив - 2 шт.
3. Измеритель плотности теплового потока
ИПП-2
4. Секундомер.
5. Образец.
Рис. 1. Установка для определения уровня пропускания теплового потока, по которой проводилось исследование
На начальном этапе исследования в экспериментальной проверке было использовано четыре варианта опытных образцов материалов:
Образец №1 - текстильный материал с теплоизоляционным покрытием с добавлением пигмента белого цвета;
Образец №2 - текстильный материал с теплоизоляционным покрытием с добавлением пигмента серебристого цвета;
Образец №3 - текстильный материал с теплоизоляционным покрытием без добавления пигмента;
Образец №4 - текстильный материал без теплоизоляционного покрытия.
Результаты испытаний теплозащитного покрытия первой серии эксперимента (толщина пленочного покрытия на ткани составляла 1 мм ) рис.2, показали, что:
- теплозащитное покрытие с использованием серебристого пигмента-металлика позволяет снизить плотность пропускаемого через материал теплового потока в 2,2 раза (с 550 до 250 Вт/м2);
- теплозащитное покрытие с белой добавкой позволило снизить плотность пропускаемого через материал теплового потока в 1,8 раз (с 550 до 306 Вт/м2);
- материал без теплоизоляционного покрытия позволил снизить плотность пропускаемого через материал теплового потока в 1,5 раза (с 550 до 365 Вт/м2);
- теплозащитное покрытие без добавок позволило снизить плотность пропускаемого через материал теплового потока в 1,32 раза (с 550 до 416 Вт/м2);
Рис. 2. Зависимость интенсивности теплового потока, проходящего через ткань, от времени
Результаты второй серии испытаний с толщиной пленочного покрытия на ткани 0,5 мм показали (рис.3), что:
- теплозащитное покрытие с пигментом серебряного цвета позволило снизить плотность пропускаемого через материал теплового потока в 10 раз (с 550 до 55 Вт/м2);
- теплоизоляционное покрытие с пигментом белого цвета позволило снизить плотность пропускаемого через материал теплового потока в 1,42 раза (с 550 до 387 Вт/м2);
- теплозащитное покрытие без добавления пигментов позволило снизить плотность пропускаемого через материал теплового потока в 1,68 раза (с 550 до 326 Вт/м2);
Рис. 3. Зависимость интенсивности теплового потока, проходящего через ткань, от времени
Таким образом, можно сказать, что защитный слой с добавлением пигмента белого цвета и без добавления пигментов не показал высоких результатов и улучшил показатель защиты от теплового потока совсем незначительно. В случае с составом без добавления пигментов было замечено ухудшение защитного действия. Поэтому для дальнейших исследований в рекомендации к использованию они не подлежат.
Исходя из проведенных исследований и полученных результатов, следует отметить, что
наилучшими защитными характеристиками обладает теплоотражающий состав на основе кремнийорганического полимера с добавлением пигмента серебряного цвета. Данный состав, исходя из приведенных зависимостей интенсивности теплового потока в единицу времени (рис.2-3), показал наилучшие технические результаты по сдерживанию теплового потока, который терял свою интенсивность в 10 раз при сравнении с контрольным образцом ткани без нанесения покрытия. Важно отметить, что значение толщины защитного слоя является определяющей величиной, однако использование покрытий толщиной более 1 мм мы считаем нецелесообразным, так как большая толщина покрытия делает ткань жесткой и неудобной при изготовлении боевой одежды пожарного. Следует также отметить, что при взаимодействии с огнем данное покрытие образует негорючий карбонизованный слой.
Однако даже у данного защитного состава есть свои недостатки. Он имеет плохое вентиляционное свойство (плохо пропускает воздух через себя), тем самым создает изоляционную систему внутри себя. Исходя из этого следует, что защитный слой необходимо наносить в отдельных местах, для того чтобы совершалась циркуляция воздуха внутри боевой одежды пожарного. Данные места следует выбирать исходя из того, какие из участков боевой одежды пожарного наиболее подвержены воздействию теплового потока.
Проведенные исследования позволяют сделать следующие выводы по работе:
- установлено, что наилучшими защитными характеристиками обладает теплоотражающий состав на основе силоксанов с добавлением пигмента серебряного цвета;
- выявлено, что использование силоксанового покрытия повышает защитные свойство с введенным в него пигментом-металликом в 10 раз в отличие от используемых в настоящее время материалов, оптимальная толщина покрытия составляет 0,5 мм;
- предложено использовать для БОП комбинированные покрытия на основе серебристого пигмента, наносимого на лицевую поверхность БОП, на участки, которые наиболее подвергаются тепловому воздействию.
Применение боевой одежды пожарного с улучшенными теплозащитными характеристиками позволит повысить уровень безопасности при работе в условиях повышенных температурных воздействий и, как следствие, снизить производственный травматизм пожарных, увеличить
продолжительность нахождения пожарного в зоне воздействия повышенных температур, а применение силоксанов позволит увеличить эксплуатационные сроки боевой одежды.
Библиография
1. ГОСТ Р 53264-2009. Техника пожарная. Специальная защитная одежда пожарного. Общие технические требования. Методы испытаний.
2. Логинов В.И., Архиереев К.Э., Игнатова И.Д., Михайлов Е.С., Доценко Л.А. Результаты исследований и перспектива развития материалов для специальной защитной одежды пожарных / В.И. Логинов, К.Э. Архиереев, И.Д. Игнатова, Е.С. Михайлов, Л.А. Доценко // Пожарная безопасность. -2012. - №3.
3. Основные статистические показатели по пожарам, произошедшим в 2011-2016 гг. в Российской Федерации.
4. Slater K. The progressive deterioration of textile materials, I: Characteristics of degradation / K. Slater // Journal of the Textile Institute. - 1986. - Vol. 77, № 2. - Pp. 76-87.
5. Таласпаева А.А., Жилисбаева Р.О. Анализ существующих разработок в области проектирования спецодежды пожарных / А.А. Таласпаева, Р.О. Жилисбаева // Молодой учёный. -2015. - № 12 (92). - С. 329-331.
6. Пустыльник Я.И. Огнестойкие текстильные материалы / Я.И. Пустыльник // Рабочая одежда. - 2010. - №3(34).
7. Фомченкова Л.Н. Современные материалы для специальной одежды / Л.Н. Фомченкова // Текстильная промышленность. - 2009. - №7. - С. 15-17.
References
1. GOST R 53264-2009. Tekhnika pozharnaya. Special'naya zashchitnaya odezhda pozharnogo. Obshchie tekhnicheskie trebovaniya. Metody ispytanij.
2. Loginov V.I., Arhiereev K.EH., Ignatova I.D., Mihajlov E.S., Docenko L.A. Rezul'taty issledovanij i perspektiva razvitiya materialov dlya special'noj zashchitnoj odezhdy pozharnyh / V.I. Loginov, K.EH. Arhiereev, I.D. Ignatova, E.S. Mihajlov, L.A. Docenko //Pozharnaya bezopasnost'. - 2012. - №3.
3. Osnovnye statisticheskie pokazateli po pozharam, proizoshedshim v 2011-2016 gg. v Rossijskoj Federacii.
4. Slater K. The progressive deterioration of textile materials, I: Characteristics of degradation / K. Slater // Journal of the Textile Institute. - 1986. - Vol. 77, № 2. - Pp. 76-87.
5. Talaspaeva A.A., ZHilisbaeva R.O. Analiz sushchestvuyushchih razrabotok v oblasti proektirovaniya specodezhdy pozharnyh / A.A. Talaspaeva, R.O. ZHilisbaeva // Molodoj uchyonyj. -2015. - № 12 (92). - S. 329-331.
6. Pustyl'nik YA.I. Ognestojkie tekstil'nye materialy / YA.I. Pustyl'nik // Rabochaya odezhda. - 2010. -№3(34).
7. Fomchenkova L.N. Sovremennye materialy dlya special'noj odezhdy / L.N. Fomchenkova // Tekstil'naya promyshlennost'. - 2009. - №7. - S.15-17.
THE STUDY OF THE PROPERTIES OF HEAT-REFLECTING COATINGS BASED ON SILOXANES FOR FIGHTING FIRE CLOTHING
The article presents the results of a study of non-combustible heat-reflecting film coating with flame retardant properties based on composite materials of siloxanes with various additives. Development of effective non-combustible heat-reflecting coatings on the basis of modern polymers and the corresponding additives will improve the operational properties of the firefighter's combat clothing.
The use of fireman's combat clothing with improved thermal protection characteristics will increase the level of safety during fireman's work and reduce occupational injuries.
Key words: special protective clothing fire, the temperature and humidity conditions, fireman wear, siloxanes, heat-insulating coating.
Никифоров Александр Леонидович,
доктор технических наук, старший научный сотрудник,
профессор кафедры пожарной безопасности объектов защиты (в составе УНК «Государственный надзор»),
ФГБОУ ВО Ивановская пожарно-спасательная академия ГПС МЧС России,
Россия, г. Иваново,
тел. 8-920-345-08-10,
e-mail: anikiforoff@list.ru.
Nikiforov A.L.,
Doctor of Technical Sciences, Senior Researcher,
professor of the fire safety department of defense facilities (as part of the "State Supervision "), Ivanovo fire and rescue academy of State Firefighting Service of EMERCOM of Russia, Russia, Ivanovo.
Шарабанова Ирина Юрьевна,
кандидат медицинских наук, доцент,
заместитель начальника академии по научной работе,
ФГБОУ ВО Ивановская пожарно-спасательная академия ГПС МЧС России,
Россия, г. Иваново,
тел. 8-962-157-49-99,
e-mail: sharabanova@bk.ru,
Sharabanova I. U.,
Candidate of Medical Sciences, Associate Professor, Deputy Head of the Academy for Scientific Work,
Ivanovo fire and rescue academy of State Firefighting Service of EMERCOM of Russia, Russia, Ivanovo.
Ульева Светлана Николаевна,
кандидат химических наук,
доцент кафедры пожарной безопасности объектов защиты (в составе УНК «Государственный надзор»),
ФГБОУ ВО Ивановская пожарно-спасательная академия ГПС МЧС России,
Россия, г. Иваново,
8-910-668-00-38, jivotyagina@mail. ru;
Ulyeva S.N.,
PhD in Chemistry,
Associate Professor of the Fire Safety Department of Defense Facilities (as part of the "State Supervision "),
Ivanovo fire and rescue academy of State Firefighting Service of EMERCOM of Russia, Russia, Ivanovo.
Сорокин Дмитрий Вячеславович,
ФГБОУ ВО Ивановская пожарно-спасательная академия ГПС МЧС России,
Россия, г. Иваново,
тел. 8-915-844-29-35,
e-mail: element_37@mail.ru,
Sorokin D.V.,
Ivanovo fire and rescue academy of State Firefighting Service of EMERCOM of Russia, Russia, Ivanovo.
Спиридонова Вероника Гербертовна,
ФГБОУ ВО Ивановская пожарно-спасательная академия ГПС МЧС России,
Россия, г. Иваново,
8-915-976-36-57,
nika. spiridonova@yandex. ru.
Spiridonova V.H.,
Ivanovo fire and rescue academy of State Firefighting Service of EMERCOM of Russia, Russia, Ivanovo.
© Никифоров А.Л., Шарабанова И.Ю., Ульева С.Н., Сорокин Д.В,. Спиридонова В.Г., 2018
