ES2225452T3 - Barrera aislante termica anti-fuego, procedidmiento de fabricacion de tal barrera, vestimenta que comprende al menos tal barrera como aislante interno. - Google Patents
Barrera aislante termica anti-fuego, procedidmiento de fabricacion de tal barrera, vestimenta que comprende al menos tal barrera como aislante interno.Info
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Abstract
Barrera de aislamiento térmico termoestable y antifuego, principalmente para vestimenta de seguridad, que comprende una cara delantera destinada a venir delante de una fuente de calor o de radiación exterior y una cara trasera opuesta a la cara delantera, comprendiendo esta barrera una pluralidad de orificios (2 y 3) que desembocan cada uno en la cara delantera y la cara trasera de esta barrera, presentándose dicha barrera en forma de una tela no tejida provista de orificios circulares, caracterizada porque, siendo la densidad de orificios del orden de dos por centímetro cuadrado, un primer tipo de orificios es de diámetro del orden de tres milímetros y un segundo tipo de orificios es de diámetro del orden de dos milímetros.
Description
Barrera aislante térmica
anti-fuego, procedimiento de fabricación de tal
barrera, vestimenta que comprende al menos tal barrera como aislante
interno.
La invención se refiere al campo técnico de los
materiales textiles térmicamente aislantes y antifuego.
Por "térmicamente aislantes" se designan
aquí materiales textiles a través de los cuales las densidades de
flujo de calor son pequeñas cuando se someten a un gradiente
térmico.
Por "antifuego" se designan aquí materiales
textiles termoestables que conservan un buen comportamiento
mecánico hasta temperaturas tales como las obtenidas después de una
exposición a 400ºC.
La invención se refiere principalmente, pero no
exclusivamente, a los forros térmicamente aislantes de vestimentas
de seguridad antifuego.
Tales materiales se conocen ya del documento
US-A-5.136.723 que divulga el
preámbulo de la reivindicación 1.
Numerosas actividades profesionales implican un
riesgo de quemadura directa por llama, arco eléctrico, proyección
de materia caliente o de quemadura indirecta por choque
térmico.
Entre estas actividades es necesario citar por
supuesto las de los bomberos y operadores de pirometalurgia, pero
también las de los militares, agentes de policía, pilotos de
aviones, pilotos de carreras de automóviles y muchas otras incluso
en los campos de la química, la industria siderúrgica, la
vidriería, la industria del aluminio, la energía o el transporte,
por ejemplo.
Los forros de las vestimentas empleadas en estos
diferentes contextos de actividad deben presentar, además de buenas
propiedades de barrera térmica y resistencia a la temperatura, un
impacto tan limitado como sea posible sobre la comodidad de
utilización de la vestimenta.
En efecto, es probable que una vestimenta de
seguridad poco confortable no se lleve constantemente y la
sensación de incomodidad puede acarrear una disminución de la
vigilancia.
Idealmente, la presencia del forro no debe
traducirse por un peso o un volumen excesivo de la vestimenta.
Idealmente, la presencia del forro no debe
obstaculizar más los movimientos de la persona o la evaporación de
su transpiración.
El problema de la evacuación de la transpiración
es tanto más agudo cuanto que algunas actividades profesionales,
tales como las de los bomberos durante los incendios, deben
realizarse en zonas geográficas donde el clima es caliente, en un
contexto de estrés y esfuerzos físicos intensos.
Este problema es todavía más complicado por el
hecho de que la transpiración no se realiza de forma homogénea en
toda la superficie del cuerpo.
Este problema es tanto más serio cuanto que la
acumulación de transpiración en la vestimenta tiende a aumentar su
conductividad térmica, reduciendo su capacidad de barrera
aislante.
Las propiedades de barrera térmica del forro no
deben, al mismo tiempo, suprimir la sensación física esencial de
calor.
En particular, la presencia del forro aislante
antifuego deberá garantizar que el intervalo que separa el umbral
de dolor del umbral de daño irreversible sea siempre superior al
tiempo de reacción de la persona que lleva la vestimenta
antifuego.
Convencionalmente, los forros de aislamiento
térmico antifuego se realizan en materiales fibrosos y porosos.
El empleo de materiales fibrosos y porosos para
la constitución de estos forros está justificado por sus
propiedades de transferencia de calor.
Esta transferencia se realiza por radiación,
conducción y convección natural.
La radiación es el modo de transferencia que
domina más a menudo en los materiales fibrosos y esto tanto más
cuanto mayor sea el gradiente térmico al que estén expuestos.
La densidad del flujo de conducción depende, por
su parte, de la porosidad global del material fibroso, de la
superficie por unidad de volumen de las fibras que indica su estado
de división y de la anisotropía del reparto de las fibras.
La densidad del flujo de convención natural está
limitada, en general, en los materiales fibrosos térmicamente
aislantes.
El aislamiento obtenido para una tela de material
fibroso es, en general, inversamente proporcional a la densidad de
este material, a la densidad de las fibras que le constituyen y a
la conductividad térmica de estos constituyentes.
Este aislamiento es proporcional al espesor de la
tela.
Los elementos que acaban de ser expuestos
muestran que la realización de forros aislantes antifuego deben
satisfacer exigencias variadas y a veces contradictorias.
Se pueden dar tres ejemplos de tales
contradicciones.
Un primer ejemplo está unido a la elección de un
valor de porosidad para el material del forro.
Se puede buscar una porosidad máxima para el
material fibroso y poroso del forro. En efecto, el aire que separa
las fibras es un medio perfectamente transparente a la radiación,
de forma que solo las fibras están implicadas en la difusión, la
absorción y la re-emisión de la radiación
infrarroja. Pero una porosidad máxima puede acarrear un
comportamiento mecánico reducido, en particular frente a los
lavados y al uso, o un volumen de forro demasiado grande que
moleste los movimientos del portador de la vestimenta.
Un segundo ejemplo está unido a la elección del
espesor del material del forro.
Un espesor grande de forro lleva, desde luego, a
un poder aislante elevado, y esto tanto más cuanto más reducido sea
el volumen de la fibra empleada por unidad de volumen del forro.
Pero un espesor de forro grande puede estorbar los movimientos del
portador de la vestimenta. Además, no debe obtenerse un poder de
aislamiento térmico grande para el forro en detrimento de la
sensación física de dolor, siendo este umbral de dolor variable de
una persona a otra.
Un tercer ejemplo está más fundamentalmente unido
a la elección de un forro con un poder de aislamiento térmico
elevado. Convencionalmente, la colocación de una barrera térmica
contra los gradientes de temperatura que van del exterior de la
vestimenta hacia el interior de ésta, lleva ipso facto a la
creación de una barrera térmica contra los gradientes de temperatura
que van desde el interior de la vestimenta hasta el exterior de
ésta. Esto puede acarrear, principalmente en los climas cálidos o
desérticos, una sensación de incomodidad, impidiéndose la
evacuación de la transpiración y del calor corporal por la
presencia del forro.
La evacuación del calor y de la transpiración es
tanto más necesaria cuanto que las vestimentas de seguridad
antifuego son espesas y, a veces, pesadas.
Convencionalmente, las vestimentas de seguridad
antifuego comprenden en efecto, desde su cara externa hacia su cara
interna:
- -
- un tejido externo, lo más a menudo a base de aramida, la mayor parte del tiempo con una masa por unidad de área de 200 a 250 g/m^{2};
- -
- una membrana microporosa impermeable y respirante, de tipo poliuretano fosforado o PTFE, ajustada sobre un sustrato, lo más a menudo de fibras aramidas, o ajustada sobre otra capa;
- -
- una barrera térmica aislante, lo más a menudo formada por una tela no tejida de fibras aramidas;
- -
- un forro de limpieza, lo más a menudo de 100% aramida o 50% aramida y 50% viscosa FR que protege la barrera térmica.
En la técnica anterior se han propuesto diversas
realizaciones de barreras térmicamente aislantes y antifuego.
Convencionalmente, estas barreras utilizan telas
no tejidas, tejidos o tejidos de punto térmicamente estables e
ininflamables por la naturaleza de las fibras utilizadas.
Las barreras térmicas conocidas en la técnica
anterior solo responden de forma imperfecta a las necesidades de
sus utilizadores, en particular por lo que respecta a su capacidad
de intercambio térmico de su cara interna hacia su cara
externa.
La invención tiene como objetivo proponer una
barrera térmica aislante, termoestable, antifuego que permite una
evacuación aumentada del calor y de la transpiración corporal, de
forma que se mantenga una impresión de segunda piel para la persona
que utiliza una vestimenta provista de tal barrera térmica,
conservando ésta sin embargo buenas propiedades de protección frente
al fuego y a los choques térmicos.
Con este fin, la invención se refiere, según un
primer aspecto, a una barrera térmica termoestable y antifuego,
principalmente para vestimenta de seguridad, como se define en la
reivindicación 1.
La talla, la forma y la densidad de los orificios
son tales que el calor natural del cuerpo humano puede evacuarse
más fácilmente, manteniéndose sin embargo el efecto de barrera
térmica para las fuentes de calor externas. Según diversas
realizaciones, esta hoja se elabora a partir de un material
polimérico elegido entre el grupo que comprende: poliamidas imidas,
poli-imidas, tales como P.84 (P.I.), aramidas,
para-aramidas, poliacrilatos,
copoli-imidas aromáticas, poliacrilonitrilos,
poliéster-éter-cetonas, polibencimidazoles,
politetrafluoroetilenos (P.T.F.E.), polisulfonas (P.S.O.),
poliétersulfonas (P.E.S.), polifenilsulfonas y poli(sulfuros
de fenilenos) (P.P.S.), mezclas de aramida y de polibencimidazol,
mezclas de poliacrilonitrilo y de poliamida estabilizadas
térmicamente, politrifluorocloroetilenos (P.T.F.C.E.), copolímeros
de tetrafluoroeteno-perfluoropreno (F.E.P.),
melaminas (por ejemplo Basofil®) y fenólicos (por ejemplo
Kynol®).
En algunas realizaciones, la barrera térmica se
elabora a partir de fibras de las materias poliméricas mencionadas
anteriormente o de mezclas de fibras de al menos dos de estas
materias poliméricas.
En modos particulares de realización, esta
barrera térmica es de material compuesto provisto de una matriz
realizada a partir de una materia polimérica elegida entre las
mencionadas anteriormente y un refuerzo de fibras cortas o largas,
tejidas o no tejidas.
Según diversas variantes de realización, estas
fibras de refuerzo se eligen entre el grupo que comprende fibras
metálicas, fibras de vidrio, fibras de viscosa "no fuego",
fibras de carbono, fibras de carbono peroxidado y fibras
modacrícilicas.
Según una realización económica, esta barrera
térmica se elabora de material compuesto de refuerzo de fibras
aramidas recicladas.
La invención se refiere, según un segundo
aspecto, a un procedimiento de fabricación de una hoja tal como se
ha presentado anteriormente, comprendiendo este procedimiento una
etapa de agujado.
La invención se refiere, según un tercer aspecto,
a una vestimenta de protección antifuego que comprende al menos una
barrera térmica termoestable antifuego tal como se ha presentado
anteriormente.
En algunas realizaciones, esta vestimenta
presenta además desde su cara externa hacia su cara interna: un
tejido a base de aramida, una membrana microporosa impermeable y
respirante, dicha barrera térmica termoestable y antifuego y un
forro de limpieza.
La membrana semipermeable se elabora por ejemplo
a partir de una hoja de poliuretano fosforado o PTFE, ajustada sobre
un sustrato de fibras aramidas.
Otros objetivos y ventajas de la invención
aparecerán en el transcurso de la descripción siguiente de los
modos de realización, descripción que se va a efectuar refiriéndose
a los dibujos anexos, en los que:
- la figura 1 es una vista de frente de una parte
de la barrera térmica termoestable y antifuego según un modo de
realización de la invención;
- la figura 2 es una vista transversal de una
vestimenta antifuego que comprende una barrera térmica tal como la
representada en la figura 1.
Se describe en primer lugar la figura 1 que
ilustra un ejemplo de realización de la invención.
En este ejemplo de realización, una tela no
tejida agujada 1, aislante térmico y antifuego para aislamiento de
vestimenta de seguridad está provisto de perforaciones 2 y 3.
Esta tela no tejida agujada se elabora a partir
de mezclas de fibras aramidas tales como las fibras Nomex®, Isomex®
o Kevlar® de la sociedad Dupont de Nemours, o fibras Kermel® de la
sociedad Rhône Poulenc, fibras Teijin Conex® o Technora de la
sociedad Teijin Ltd., Twaron® de la sociedad Akzo, Apyel® de la
sociedad Unitika y HMA® de la sociedad Hoechst.
La tabla siguiente presenta algunas propiedades
de la tela no tejida -no perforada- realizada a partir de un fieltro
de Isomex® 5119WS913, comprendiendo este fieltro una mezcla de
fibras meta-aramidas y para-aramidas
de denier 1,4/1,7/2,2/6,1 dtex y de una longitud comprendida entre
38 y 140 mm.
Se pueden emplear otras fibras sintéticas
termoestables, tales como:
- -
- fibras de melamina, por ejemplo Basofil®;
- -
- fibras poliamidas aromáticas, por ejemplo P84® de la sociedad Lenzing;
- -
- fibras fenólicas, por ejemplo Kynol® de la sociedad Nippon Kynol o Philene® de la sociedad Saint Gobain;
- -
- fibras pan preox, por ejemplo Panox® de la sociedad RK Carbon Ltd. o Sigrafil® de la sociedad Sigri;
- -
- fibras de poliacrilato, por ejemplo Inidex® de la sociedad Courtaulds; y
- -
- fibras de polibencimidazol, por ejemplo PBI® de la sociedad Hoechst Celanese.
Para la mayoría de las utilizaciones es
conveniente una masa por unidad de área del fieltro no tejido
comprendida entre 100 y 200 g/m^{2}.
Las fibras aramidas utilizadas pueden ser
resultado de un reciclado, por ejemplo de desechos.
Las perforaciones realizadas en la hoja de tela
no tejida agujada son, en la realización presentada, orificios
circulares 2 y 3, de dos diámetros diferentes.
En la figura 1, se definen las direcciones D1 y
D2, para facilitar la comprensión de la descripción, como
direcciones longitudinales y transversales.
Los términos longitudinal y transversal se
emplean por comodidad y no presuponen el sentido de utilización de
la hoja.
En la realización representada, un primer tipo de
orificio 2 es de diámetro del orden de tres milímetros y un segundo
tipo de orificios 3 es de diámetro del orden de 2 milímetros.
Los orificios 2, de diámetro mayor, están
dispuestos siguiendo un motivo de malla rectangular.
Los orificios 3, de diámetro menor, están
dispuestos siguiendo el mismo motivo de malla rectangular, estando
desplazados los dos motivos un semi-lado de
malla.
De forma que los orificios de diámetro pequeño
están dispuestos siguiendo líneas longitudinales equidistantes, de
separación idéntica a aquellas sobre las que se disponen los
orificios de diámetro pequeño.
Igualmente, los orificios de diámetro grande
están dispuestos siguiendo líneas transversales equidistantes, de
separación idéntica a aquellas sobre las que se disponen los
orificios de diámetro pequeño.
Cuando se observan según dos direcciones
oblicuas D3 y D4 con respecto a las direcciones D1 y D2 los
orificios 2 y 3 están alineados.
Los cuatro orificios más próximos vecinos de cada
orificio de diámetro pequeño 3 son orificios de diámetro grande 3
dispuestos según la malla de su red.
Igualmente, los cuatro orificios más próximos
vecinos de cada orificio de diámetro grande 2 son orificios de
diámetro pequeño 3 dispuestos según la malla de su red.
La densidad de orificios es del orden de dos a
tres orificios por centímetro cuadrado.
La perforación permite una reducción del peso de
la hoja del orden de 20 a 30%.
Se pueden considerar otras formas de orificios,
así como otros tipos de motivos de orificios.
La barrera térmica puede comprender igualmente
más de dos tipos de orificios.
En algunos modos de realización, la densidad de
perforación no es homogénea.
Así, cuando la primera barrera térmica 1 se
coloca como aislante de vestimenta antifuego, se puede prever una
densidad de orificios mayor para las zonas del cuerpo que están
poco expuestas a priori a los riesgos de quemadura directa o
indirecta.
Además, si se emplea la barrera térmica 1 como
aislante en capuchas de protección antifuego, las perforaciones
podrán ser más numerosas por encima de las orejas del portador de
la capucha.
En la realización presentada, las perforaciones
están dispuestas siguiendo un motivo simple y regular.
Este tipo de realización presenta, entre otras,
la ventaja de facilitar la modelización mecánica y térmica del
comportamiento de la barrera térmica termoestable aislante
antifuego.
Por supuesto, se pueden considerar motivos
irregulares en función de las necesidades.
La barrera térmica termoestable aislante
antifuego de tela no tejida agujada es flexible, de un espesor por
ejemplo del orden de uno a cinco milímetros.
Se refiere ahora a la figura 2.
En la figura 2 se representa esquemáticamente en
corte transversal una estructura de vestimenta de protección, que
comprende al menos una barrera térmica 1 como aislante interno.
En esta figura 2 las diferentes capas de la
vestimenta están separadas unas de otras por claridad.
Los espesores relativos de las diferentes capas
no han sido respetados, estando el espesor del forro exagerado por
claridad.
Esta vestimenta de seguridad antifuego comprende
desde su cara externa hacia su cara interna:
- un tejido externo 4;
- una membrana microporosa 5;
- dicha barrera térmica termoestable antifuego;
y
- un forro de limpieza interno 6.
El valor de la resistencia evaporativa de las
vestimentas del tipo anterior, provistas de un forro convencional
varía en general entre 22 y 30 bar\cdotm^{2}/W.
Tales valores se obtienen, por ejemplo, cuando se
emplea una tela no tejida agujada de fibras Isomex® de 100
g/m^{2}.
El empleo de fibras del tipo Nomex® permite
disminuir este valor de resistencia evaporativa a menos de 22
bar\cdotm^{2}/W.
La realización de perforaciones sobre una tela no
tejida agujada de Isomex® permite mejorar el valor de la
resistencia evaporativa de 10 a 30%.
En algunos modos de realización, el tejido
externo 4 es sensiblemente impermeable.
Esta propiedad es principalmente importante para
algunas intervenciones de los bomberos o cuando la atmósfera de
intervención es potencialmente nociva o tóxica.
En algunos modos de realización, este tejido
externo está provisto de bandas fosforescentes y/o
fluorescentes.
La membrana microporosa 5 es, por ejemplo, de
Gore-tex® o del tipo de poliuretano fosforado,
ajustada sobre un sustrato de fibras aramidas.
En función de las temperaturas de exposición
previstas, se pueden emplear diversos tipos de fibras para la
realización de una barrera térmica no tejida 1.
Para temperaturas de exposición elevadas, se
pueden emplear fibras del tipo:
- -
- poliamidas imidas, poli-imidas (P.I.);
- -
- aramidas, tales como Kemel®, Teijin Conex®, Kevlar®, Twaron® y Tecnora®;
- -
- para-aramidas, meta-aramidas;
- -
- poliacrilato, tal como Inidex®;
- -
- copoli-imida aromática;
- -
- poliacrilonitrilo;
- -
- poliéster-éter-cetona;
- -
- polibencimidazol, por ejemplo fibras PBI® de la sociedad Celanise Corp.;
- -
- politetrafluoroetileno (P.T.F.E.);
- -
- modacrílicos;
- -
- polifenilsulfona; y
- -
- poli(sulfuro de fenileno) (P.P.S.).
Se pueden emplear igualmente mezclas de fibras
del tipo anterior, tales como, principalmente:
- -
- mezcla de aramida y de polibencimidazol; y
- -
- mezclas de poliacrilonitrilo y de poliamida estabilizadas térmicamente.
Llegado el caso, las fibras mencionadas
anteriormente, en particular las poliaramidas, se pueden mezclar con
fibras de vidrio, de carbono o de sílice.
Cuando se prevén temperaturas de exposición
menores, se pueden emplear fibras del tipo:
- politrifluorocloroetileno (P.T.F.C.E.);
- copolímero de
tetrafluoroeteno-perfluoropreno (F.E.P.);
- polisulfona (P.S.O.); y
- poliétersulfona (P.E.S.).
Cuando se desean una resistencia mecánica y una
resistencia al lavado, más particularmente para el fieltro no tejido
agujado perforado, éste puede coserse mediante líneas de costura no
rectilíneas sino, por ejemplo, sinuosas, sobre una membrana
antifuego.
Claims (12)
1. Barrera de aislamiento térmico termoestable y
antifuego, principalmente para vestimenta de seguridad, que
comprende una cara delantera destinada a venir delante de una
fuente de calor o de radiación exterior y una cara trasera opuesta
a la cara delantera, comprendiendo esta barrera una pluralidad de
orificios (2 y 3) que desembocan cada uno en la cara delantera y la
cara trasera de esta barrera, presentándose dicha barrera en forma
de una tela no tejida provista de orificios circulares,
caracterizada porque, siendo la densidad de orificios del
orden de dos por centímetro cuadrado, un primer tipo de orificios
es de diámetro del orden de tres milímetros y un segundo tipo de
orificios es de diámetro del orden de dos milímetros.
2. Barrera de aislamiento según la reivindicación
1, caracterizada porque está elaborada a partir de un
material elegido entre el grupo que consta de: poliamidas imidas,
poli-imidas, aramidas,
para-aramidas, meta-aramidas,
poliacrilatos, copoli-imidas aromáticas,
poliacrilonitrilos, poliéster-éter-cetonas,
polibencimidazoles, politetrafluoroetilenos, polisulfonas,
poliétersulfonas, polifenilsulfonas y poli(sulfuros de
fenilenos), mezclas de aramida y de polibencimidazol, mezclas de
poliacrilonitrilo y de poliamida estabilizadas térmicamente,
politrifluorocloroetilenos y copolímeros de
tetrafluoroeteno-perfluoropreno.
3. Barrera de aislamiento según la reivindicación
2, caracterizada porque está elaborada de un material que
comprende además fibras elegidas entre el grupo que comprende
fibras metálicas, fibras de vidrio, fibras de viscosa "no
fuego", fibras de carbono, fibras de carbono peroxidado, fibras
de sílice y fibras modacrílicas.
4. Barrera de aislamiento según una cualquiera de
las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque los dos
tipos de orificios (2 y 3) están dispuestos cada uno según un
motivo de malla rectangular.
5. Barrera de aislamiento según la reivindicación
4, caracterizada porque los dos motivos rectangulares son
idénticos y están desplazados.
6. Barrera de aislamiento según la reivindicación
5, caracterizada porque los dos motivos están desplazados un
semi-lado de la malla.
7. Barrera de aislamiento según una cualquiera de
las reivindicaciones 1 a 6, caracterizada porque su espesor
es del orden de uno a cinco milímetros.
8. Barrera de aislamiento según una cualquiera de
las reivindicaciones 2 a 7, caracterizada porque está
elaborada de fibras aramidas recicladas.
9. Procedimiento de fabricación de una barrera de
aislamiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8,
caracterizado porque comprende una etapa de agujado, siendo
la barrera una tela no tejida perforada agujada.
10. Vestimenta de protección antifuego,
caracterizada porque comprende al menos una barrera térmica
aislante (1) según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8
como aislante interno.
11. Vestimenta según la reivindicación 10,
caracterizada porque comprende:
- un tejido externo a base de aramida (4);
- una membrana microporosa impermeable y
respirante (5);
- dicha barrera térmica aislante (1); y
- un forro de limpieza interno (6).
12. Vestimenta de protección según la
reivindicación 10 u 11, caracterizada porque la membrana
microporosa (4) está elaborada a partir de una hoja de poliuretano
fosforado ajustada sobre un sustrato de fibras aramidas.
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