многослойный сорбционно-фильтрующий защитный материал и защитный капюшон на его основе

Формула изобретения

1. Многослойный сорбционно-фильтрующий защитный материал, содержащий слой, сорбирующий аэрозольные вещества, и несколько газофильтрующих слоев из полимерных и/или углеродных волокнистых материалов, отличающийся тем, что он дополнительно содержит наружный слой из термостойких волокон, а из газофильтрующих слоев, по крайней мере, два выполнены из углеродной ткани и, по крайней мере, три выполнены из нетканого полимерного и/или углеродного волокна, а слой, сорбирующий аэрозольные вещества, выполнен из перхлорвиниловых волокон, нанесенных на хлопчатобумажную ткань, и размещен после газофильтрующих слоев, при этом газофильтрующие слои расположены с чередованием слоев из углеродной ткани и нетканого волокна.

2. Материал по п.1, отличающийся тем, что он выполнен семислойным при отношении толщины слоя из перхлорвиниловых волокон к общей толщине материала 0,2 : 1 - 0,7 : 1.

3. Защитный капюшон, выполненный в виде мешка из гибкой прозрачной термостойкой ткани, с размещенной на нем в области органов дыхания человека вставкой из многослойного сорбционно-фильтрующего материала, отличающийся тем, что вставка выполнена из материала по пп.1 и 2.

4. Защитный капюшон по п. 3, отличающийся тем, что вставка выполнена прямоугольной формы.

5. Защитный капюшон по п.3, отличающийся тем, что он снабжен обратным клапаном.

6. Защитный капюшон по п.4, отличающийся тем, что обратный клапан закреплен на вставке из многослойного сорбционно-фильтрующего материала.

7. Защитный капюшон по пп.3 и 6, отличающийся тем, что обратный клапан закреплен в углу вставки.

Описание изобретения к патенту

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.

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.).

Недостатком этих материалов является то, что они обеспечивают невысокую степень защиты от вредных газов и аэрозолей.

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.).

Недостатком подобных материалов является то, что они не полностью отвечают требованиям, предъявляемым к материалам, используемым для изготовления респираторов, поскольку обладают невысокой хемосорбционной емкостью.

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.).

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.).

Однако, известный материал обеспечивает невысокую степень защиты от аэрозолей и обладает невысокими теплозащитными свойствами.

Из уровня техники известны также защитные капюшоны и колпаки, в которых в области органов дыхания закреплены фильтрующие и/или сорбирующие материалы.

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.

Известен также термостойкий защитный колпак, выполненный в виде шлема из двухслойного полимерного материала на основе полиимида (RU 2057558, 1996 г. ).

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.

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.).

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.

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.

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.

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.

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.

При этом образующиеся волокна хаотично располагаются на марле, и полученный образец выдерживается до испарения растворителя. Толщина слоя 1 перхлорвиниловых волокон составила 1,0 мм.

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.

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).

В данном примере использовано оптимальное заявленное соотношение перхлорвинилового волокна и углеродной ткани с точки зрения достижения максимальной сорбционной емкости при минимальном гидравлическом сопротивлении.

Испытания полученного материала показали результаты, сведенные в таблицу.

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.

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.

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.

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.