ES2860455T3 - Revestimiento térmico para prendas de protección - Google Patents

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ES2860455T3
ES2860455T3 ES18201602T ES18201602T ES2860455T3 ES 2860455 T3 ES2860455 T3 ES 2860455T3 ES 18201602 T ES18201602 T ES 18201602T ES 18201602 T ES18201602 T ES 18201602T ES 2860455 T3 ES2860455 T3 ES 2860455T3
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Brian P Shiels
Kimberly M Henry
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PBI Performance Products Inc
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Abstract

Un revestimiento térmico (60) para traje de protección (10) que comprende: un no tejido (62) que tiene 15-30 % en peso de fibra de polibencimidazol, el resto que queda es una fibra de aramida, el no tejido, que excluye las fibras de lana y celulósicas, y que tiene un grosor inferior a 3 mm y un peso base inferior a 2,9 osy (100 g/m2).

Description

DESCRIPCIÓN
Revestimiento térmico para prendas de protección
Campo de la invención
La presente invención está dirigida a un revestimiento térmico para uso en, por ejemplo, prendas de protección. Antecedentes de la invención
Las prendas de protección son ahora bien conocidas por sus muchos y variados usos, tales como trajes para trabajadores industriales, bomberos, bomberos forestales, conductores de autos de carrera, pilotos de aviones y personal militar. Las prendas incluyen no solo trajes completos de cuerpo entero, sino también prendas individuales tales como pantalones, chaquetas, guantes, botas, sombreros, gorros, máscaras, etc. Generalmente, las prendas de protección están diseñadas para proteger al usuario de una variedad de peligros ambientales. Las prendas de bombero son representativas de tales prendas de protección.
Las prendas de bombero, generalmente conocidas como equipo de protección, están diseñadas principalmente para evitar que el bombero sufra quemaduras graves. Una segunda amenaza importante para los bomberos es el estrés por calor. Cada año ocurren más muertes de bomberos en los Estados Unidos debido a condiciones relacionadas con el estrés por calor que debido a quemaduras. Las condiciones relacionadas con el estrés por calor incluyen temperatura central corporal elevada que conduce a postración por calor, aumento de la presión arterial, insolación y, a veces, ataque cardíaco. A medida que se ha reconocido esta segunda amenaza, la comunidad del servicio de bomberos ha intentado modificar y mejorar el equipo de protección para minimizar su contribución al estrés por calor. Generalmente, el equipo de protección incluye un abrigo y un mono. El equipo de protección generalmente consta de tres capas: una coraza exterior, una barrera contra la humedad y una barrera térmica. La coraza exterior suele ser una tela tejida hecha de fibras resistentes a las llamas y se considera la primera línea de defensa del bombero. No solo debe resistir las llamas, sino que debe ser resistente y duradera para que no se rompa, desgaste indebidamente o se enganche durante las actividades normales de extinción de incendios.
La capa de barrera contra la humedad, aunque además es resistente a las llamas, se proporciona para evitar que el agua penetre y sature el equipo de protección. El exceso de humedad del ambiente cargaría al bombero con un peso adicional y por lo tanto aumentaría su carga. Es probable que tal aumento de carga aumente la posibilidad de estrés por calor.
El revestimiento de barrera térmica además es resistente a las llamas y ofrece la mayor parte de la protección térmica que ofrece el conjunto. Un revestimiento de barrera térmica tradicional incluye una capa de aislamiento de fibras resistentes a las llamas acolchadas a un paño tejido ligero también hecha de fibras resistentes a las llamas. Un material comúnmente usado como componente en la barrera térmica, y a menudo considerado como un estándar de la industria, se conoce como E89® de DuPont of Richmond, VA. E89 es un material no tejido hidroenredado que consiste en una grapa NOMEX® (meta-aramida) o una grapa KEVLAR® (para-aramida) o una combinación de ambas, Guía técnica para la fibra de la marca NOMEX®, H-52720 Revisado en julio de 2001 por DuPont, Richmond VA, página 3.
Si bien E89 es un material excelente, existe la necesidad de encontrar mejores materiales, es decir, materiales con la misma o mejor protección térmica y menores pesos.
Se han sugerido telas no tejidas usadas en capas térmicas y se describen en las patentes de Estados Unidos 4937136, 5136723, 5236769, 6430754, 6743498, 7676855 y la publicación de Estados Unidos 2002/0069453.
El documento US4937136 enseña un forro térmico interior hecho con una tela no tejida de una mezcla de lana y una fibra sintética capaz de funcionar a altas temperaturas. Las fibras sintéticas incluyen, entre otras, NOMEX, KEVLAR y polibencimidazol (PBI).
El documento US5136723 enseña una barrera térmica interna hecha con una tela de malla (con aberturas) de NOMEX o KEVLAR que tiene un peso base de aproximadamente 2 osy (onzas por yarda cuadrada) o 67,8 g/m2 (gramos por metro cuadrado). Se cree que esta tela de malla es E89.
El documento US5236769 enseña una capa textil de un no tejido hecha con 100 % de aramidas, mezclas de 30­ 50 % de lana y fibra termoestable, como PBI. Este no tejido tiene un peso base de 200 g/m2 (5,9 osy) con un grosor de 4 mm.
El documento US2007/0137012 está dirigido a un tejido de protección térmica que incluye una composición de fibras inherentemente resistentes a las llamas e intersticios que tienen bolsas de aire aislantes.
El documento US6407019 está dirigido, entre otras cosas, a un revestimiento aislante hecho de al menos un no tejido de dos capas en el que cada capa de no tejido tiene un peso base de 80 g/m2.
El documento WO 01/66193 describe, entre otras cosas, un revestimiento térmico hecho de un no tejido de aramida de materiales de PBI.
El documento US6430754 enseña una segunda capa de material aislante de 50,8 g/m2 (1,5 osy) E89 o un no tejido hidroenredado de una mezcla de fibras de aramida y PBI. El documento US6430754 enseña además una modalidad alternativa en la que la barrera térmica tiene una primera capa de E89 de 78,0 g/m2 (2,3 osy) (no tejido hidroenredado) y una segunda capa de E89 de 50,8 g/m2 (1,5 osy) (no tejido hidroenredado).
El documento US6743498 enseña una barrera aislante de un no tejido perforado que tiene un peso base en el intervalo de 100-200 g/m2 y está hecho de una variedad de fibras termoestables que incluyen, entre otras, aramidas y PBI.
El documento US767855 enseña una capa aislante de un no tejido hecho de, entre otras cosas, aramidas o melaminas (pero no PBI), el no tejido puede estar cohesionado por chorro de agua y el peso base del no tejido puede estar en el intervalo de 25,4-271,2 g/m2 (0,75-8 osy). En los ejemplos ilustrativos, el no tejido es de 84,8 g/m2 (2,5 osy) y está hecho de 50 % de melamina BASOFIL®/25 % de meta-aramida/25 % de para-aramida.
La publicación de Estados Unidos 2002/0069453 enseña la capa de aislamiento que comprende una mezcla de fibras inherentemente hidrofóbicas y fibras resistentes a las llamas no hidrofóbicas. Las fibras hidrofóbicas incluyen fibras de politetrafluoroetileno (PTFE). Las fibras no hidrofóbicas incluyen fibras de aramida, fibras de PBI, fibras de polibenzoxazol (PBO), fibras de melamina y mezclas de las mismas.
Resumen de la invención
La presente invención proporciona un revestimiento térmico para trajes de protección que comprende: un no tejido que tiene 15-30 % en peso de fibra de polibencimidazol, el resto que es una fibra de aramida, el no tejido que excluye lana y fibras celulósicas, y que tiene un grosor inferior a 3 mm y un peso base de menos de 2,9 osy (100 g/m2). Ventajosamente, el traje de protección es un equipo de protección de bombero.
En una modalidad, el no tejido para uso en el revestimiento térmico, por ejemplo, para uso en trajes de protección, incluye 15-30 % en peso de fibra de polibencimidazol como primera fibra inherentemente resistente al calor, y un resto de fibra de aramida como segunda fibra resistente al calor. El no tejido excluye la lana y tiene un grosor inferior a 3 mm y un peso base inferior a 100 g/m2 (2,9 osy). En otra modalidad, el revestimiento térmico para trajes de protección incluye un no tejido que incluye una fibra inherentemente resistente a las llamas y fibras que son inherentemente resistentes a la absorción de humedad. La fibra inherentemente resistente a las llamas es diferente de dicha fibra inherentemente resistente a la absorción de humedad. El no tejido tiene un rendimiento de protección térmica (TPP) equivalente o mejor y un peso base más bajo que un no tejido estándar de la industria que consiste en un no tejido de para-aramidas o meta-aramidas o una mezcla de ambos.
En un ejemplo del revestimiento térmico, la primera fibra inherentemente resistente al calor y la segunda fibra resistente al calor tienen una retención de agua de menos de 15 %.
En un ejemplo del revestimiento térmico, dicho no tejido es un no tejido hidroenredado y perforado.
En otro ejemplo más, el revestimiento térmico comprende además una tela orientada fijada a dicho no tejido.
En otro ejemplo más, el revestimiento térmico comprende además múltiples no tejidos.
De acuerdo con otro aspecto, la presente invención proporciona una prenda de protección que comprende un revestimiento térmico no tejido de acuerdo con cualquiera de los ejemplos descritos anteriormente.
Descripción de los dibujos
Con el fin de ilustrar la invención, se representan en las figuras datos de diversas modalidades de la invención; lo que se entiende, sin embargo, que esta invención no se limita a los datos mostrados y que estos datos no se han optimizado necesariamente, sino que sólo indican las posibilidades de los materiales inventivos.
La figura 1 es una ilustración de una prenda de protección con partes rotas.
La figura 2 es una vista en despiece de las capas de la prenda de protección mostrada en la figura 1.
Descripción de la invención
Con referencia a las figuras, en las que los mismos números se refieren a elementos similares, en la figura 1 se muestra una prenda de protección 10. Específicamente, la prenda de protección 10 es la chaqueta de un traje de protección de bombero. Se entiende, sin embargo, que la invención no se limita al equipo de protección de bombero. La invención puede usarse en otros tipos de equipo de protección, como será evidente para los expertos en la técnica. Dichos otros tipos de trajes de protección incluyen, pero no se limitan a, trajes para trabajadores industriales (lo que incluye, por ejemplo, ropa para arco eléctrico), bomberos forestales, conductores de autos de carrera, pilotos de aviones, personal militar y similares.
Como se indica en las Figuras 1 y 2, la prenda de protección 10 puede tener una construcción de múltiples capas que incluye una coraza exterior 20, una barrera contra la humedad 40 y un revestimiento térmico 60. La coraza exterior 20 se construye típicamente de un material resistente a la abrasión y a las llamas que comprende fibras resistentes a las llamas hechas de, por ejemplo, aramida (meta- y/o para-aramida), polibencimidazol (PBI), polibenzoxazol (PBO), melamina o similares y mezclas de los mismos. La coraza exterior 20 puede tratarse con un acabado resistente al agua (por ejemplo, un perfluorohidrocarburo) para evitar o reducir la absorción de agua del entorno exterior. El peso del material de la coraza exterior puede estar dentro del intervalo de aproximadamente 203,4-271,2 g/m2, es decir, 6-8 onzas por yarda cuadrada (osy).
La barrera contra la humedad 40 puede construirse de una tela 42 resistente al fuego no tejida o tejida que comprende fibras resistentes a las llamas hechas de, por ejemplo, aramida (meta- y/o para-aramida), polibencimidazol (PBI), polibenzoxazol (PBO), melamina o similares y mezclas de los mismos. La barrera contra la humedad 40 puede laminarse con una capa impermeable al agua 44 de material tal como, por ejemplo, una capa de politetrafluoroetileno (PTFE) o poliuretano (PU). Cuando se proporciona una capa impermeable 44 de este tipo, normalmente se proporciona sobre la barrera 40 contra la humedad, de modo que quede orientado hacia el revestimiento térmico 60. El peso del material de barrera contra la humedad está típicamente dentro del intervalo de aproximadamente 135,6-203,4 g/m2 (4-6 osy).
El revestimiento térmico 60 puede, opcionalmente, incluir tanto una capa de aislamiento 62 como una capa de paño 64, que pueden acolcharse juntas. En modalidades alternativas, sin embargo, puede usarse la capa de aislamiento 62 sola. La capa de aislamiento 62 se analiza con mayor detalle más abajo. Cuando se usa, la capa 64 de paño puede construirse de material tejido que comprenda fibras resistentes a las llamas hechas de, por ejemplo, aramida (meta-aramida o para-aramida), polibencimidazol (PBI), polibenzoxazol (PBO), melamina, compuestos celulósicos resistentes a las llamas (FR), modacrílicos, carbono o similares, y mezclas de los mismos. La capa de paño 64 puede tener, opcionalmente, un acabado con un acabado hidrofílico que extrae la transpiración del cuerpo del bombero, si se desea. El peso del material de la capa de paño está normalmente en el intervalo de aproximadamente 33,9-203,4 g/m2 (1-6 osy).
La capa de aislamiento 62 comprende un material no tejido que comprende una pluralidad de fibras resistentes a las llamas, que se describen con mayor detalle más abajo. La capa de aislamiento 62 puede comprender una sola capa de no tejido, o dos capas de no tejido, o múltiples capas de no tejido. En una modalidad, la capa de aislamiento tiene dos capas de material no tejido y cada una de estas capas puede tener un peso base diferente. El material no tejido puede estar en un intervalo de peso de aproximadamente 25,4-271,2 g/m2 (0,75-8 osy). En una modalidad, el material no tejido puede estar en un intervalo de peso de aproximadamente 39,9-101,7 g/m2 (1,0-3,0 osy). En otra modalidad, el material no tejido puede estar en un intervalo de peso de 40,7-84,8 g/m2 (1,2-2,5 osy). En otra modalidad más, el material no tejido puede estar en un intervalo de peso de 40,7-67,8 g/m2 (1,2-2,0 osy). En otra modalidad más, la capa de aislamiento puede comprender dos capas no tejidas, una capa con un peso base de aproximadamente 47,5 g/m2 (1,4 osy) y la otra capa con un peso básico de aproximadamente 61,0 g/m2 (1,8 osy). En una modalidad, el material no tejido puede tener un grosor de menos de 2 mm. En otra modalidad, el material no tejido puede tener un grosor de menos de 1 mm. El material no tejido, en todas las modalidades, debe tener un grosor mínimo de 0,25 mm. En otra modalidad más, el material no tejido puede tener un grosor en el intervalo de aproximadamente 0,75-1,25 mm. El material no tejido puede fabricarse mediante cualquier proceso de no tejido. Tales procesos incluyen, pero no se limitan a, tendido en húmedo, tendido al aire, cardado, enfurtido, punzonado e hidroentrelazado (hidroenredado). En una modalidad, el no tejido puede hidroenredarse. El material no tejido puede ser liso (es decir, sin aberturas), perforado (ver documento US5136723), con hoyuelos (ver documento US7676855), o una combinación de cualquiera de los anteriores.
El no tejido puede comprender una pluralidad de fibras resistentes a las llamas. El no tejido puede excluir cualquier lana y/o fibras celulósicas y/o fibras naturales (es decir, cualquier fibra no sintética o no hecha por el hombre). El no tejido puede caracterizarse por tener un rendimiento de protección térmica equivalente o mejor (TPP según NFPA 1971 (2007)) y un peso base más bajo que un no tejido estándar de la industria que consiste en un no tejido de paraaramidas o meta-aramidas o una mezcla de ambos, por ejemplo - E89.
En una modalidad, las fibras resistentes a las llamas pueden caracterizarse además como fibras que no absorben agua. La fibra que no absorbe agua no se recomienda para recuperar la humedad de la fibra. La recuperación de humedad, como se usa en la presente descripción, se refiere al porcentaje de humedad atmosférica en un material textil que se equilibra con una atmósfera estándar después del secado parcial, calculado como un porcentaje del peso libre de humedad. En cambio, la fibra que no absorbe agua se refiere a la capacidad de las fibras, cuando se ponen en contacto con agua líquida, para hincharse, absorber y retener esa agua. La absorbencia de agua de las fibras puede medirse de acuerdo con ASTM D2402 (2012). La retención máxima de agua que puede tolerarse es inferior a 15 %.
La primera fibra inherentemente resistente al calor del material no tejido se selecciona del grupo que consiste en polibencimidazoles.
La segunda fibra resistente al calor del material no tejido se selecciona del grupo de aramidas (meta y/o paraaramidas).
Ejemplos
Los siguientes ejemplos ilustran adicionalmente la invención; lo que se entiende, sin embargo, que esta invención no se limita a las formulaciones precisas expuestas.
En la Tabla 1, se muestran varias modalidades representativas de la presente invención en comparación con ciertos materiales estándar de la industria. Estas modalidades ilustran una gama de grosores y pesos base que pueden ser útiles en la fabricación de equipos de protección. Las mezclas de fibras AB representan las modalidades inventivas y la mezcla de fibras C representa un material estándar de la industria.
Tabla 1
Figure imgf000005_0001
En la TABLA 2, se muestran varias comparaciones de compuestos completos de los estándares industriales de la presente invención. El compuesto completo se refiere al equipo de protección con una coraza exterior, una barrera contra la humedad y un revestimiento térmico. La coraza exterior era PBI MATRIX® disponible de Safety Components, Inc de Greenville, SC. La barrera contra la humedad era CROSSTECH 2C disponible de WL Gore & Associates de Elkton, MD. La barrera térmica no se acolchó y se hizo con un paño NOMEX y las capas de aislamiento que se exponen en la TABLA 2. Los dos primeros materiales enumerados son construcciones estándar de la industria existentes y los restantes son ejemplos de la presente invención.
Tabla 2
Figure imgf000006_0001
En la TABLA 3A-D, se muestran varias comparaciones de compuestos completos de la presente invención con varios compuestos completos estándar de la industria. El compuesto completo se refiere al equipo de protección con una coraza exterior, una barrera contra la humedad y un revestimiento térmico. La coraza exterior se varió como se indica. La barrera contra la humedad se varió como se indica. La barrera térmica se acolchó y varió como se indica.
Tabla 3a
Figure imgf000007_0002
Tabla 3b
Figure imgf000007_0001
Tabla 3c
Figure imgf000008_0001
Tabla 3d
Figure imgf000008_0002

Claims (8)

REIVINDICACIONES
1. Un revestimiento térmico (60) para traje de protección (10) que comprende:
un no tejido (62) que tiene 15-30 % en peso de fibra de polibencimidazol,
el resto que queda es una fibra de aramida,
el no tejido, que excluye las fibras de lana y celulósicas, y
que tiene un grosor inferior a 3 mm y un peso base inferior a 2,9 osy (100 g/m2).
2. El revestimiento térmico (60) de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la fibra de polibencimidazol es una primera fibra inherentemente resistente al calor y la fibra de aramida es una segunda fibra resistente al calor.
3. El revestimiento térmico (60) de acuerdo con la reivindicación 2, en donde la primera fibra inherentemente resistente al calor y la segunda fibra resistente al calor tienen una retención de agua de menos de 15 %, según lo medido por ASTM D2402 (2012).
4. El revestimiento térmico (60) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en donde el traje de protección (10) es un equipo de protección de bombero.
5. El revestimiento térmico (60) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en donde dicho no tejido (62) es un no tejido hidroenredado y perforado.
6. El revestimiento térmico (60) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende además una tela orientada (64) que se fija a dicho no tejido (62).
7. El revestimiento térmico (60) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende además múltiples no tejidos (62).
8. Una prenda de protección (10) que comprende un revestimiento térmico (60) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7 anteriores.
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