ES2992148T3

ES2992148T3 - Tejido ignífugo

Info

Publication number: ES2992148T3
Application number: ES20768798T
Authority: ES
Inventors: Rachel W Boyette; Andrew D Child
Original assignee: Milliken and Co
Current assignee: Milliken and Co
Priority date: 2019-09-04
Filing date: 2020-08-28
Publication date: 2024-12-09
Anticipated expiration: 2040-08-28
Also published as: BR112022002199A2; EP4025727B1; AU2020343215B2; CA3149763A1; US12247329B2; CN114341414B; AU2020343215A1; US20250223737A1; EP4025727A1; US12320042B2; WO2021045962A1; US20230018241A1; CN114341414A; US20210062375A1

Abstract

Tejido resistente al fuego que contiene hilos de fibras cortas que contienen fibras celulósicas no ignífugas, fibras modacrílicas y fibras no inflamables íntimamente mezcladas. Al menos una parte de las fibras no inflamables comprende un aditivo absorbente de energía para formar fibras absorbentes de energía. El tejido comprende menos del 14 % en peso de fibras absorbentes de energía y tiene una resistencia al arco de acuerdo con ASTM F1959/F1959M - 14e1 de al menos 1,33 calorías por centímetro cuadrado por onza por yarda cuadrada de tejido. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Tejido ignífugo

Campo técnico de la invención

La presente solicitud de patente se refiere a tejidos ignífugos que también proporcionan protección frente a la radiación infrarroja cercana, tal como la emitida por los arcos eléctricos.

Antecedentes

Una descarga de arco eléctrico es un tipo de descarga eléctrica resultante de una conexión de baja impedancia a tierra o a otra fase de tensión en un sistema eléctrico. En particular, el arco eléctrico se produce por una ruptura eléctrica de la resistencia del aire que ocurre cuando hay suficiente tensión en un sistema eléctrico y una trayectoria a tierra o a tensión inferior. Típicamente, un arco eléctrico libera una cantidad enorme de energía que vaporiza los conductores metálicos en el sistema eléctrico, proyectando metal fundido y expandiendo plasma hacia fuera de la fuente, y produce una onda de choque debido al rápido calentamiento de los gases en las proximidades. El arco eléctrico y el plasma metálico producido por el mismo liberan rápidamente cantidades muy grandes de radiación electromagnética (por ejemplo, energía luminosa que varía desde las longitudes de onda infrarrojas a ultravioletas), y esta radiación electromagnética calienta rápidamente las superficies con las que contacta. Por ejemplo, la radiación infrarroja generada durante un arco eléctrico puede provocar quemaduras graves en la piel no protegida o infraprotegida de individuos que se hallen en las proximidades del arco eléctrico.

A la vista de los peligros que suponen los arcos eléctricos, se ha desarrollado ropa protectora para proteger a los trabajadores en riesgo de exposición a arcos eléctricos, tales como trabajadores eléctricos y electricistas. Tales sistemas de ropa resistentes al arco están diseñados para proporcionar grados variables de protección al usuario, estando determinado el nivel requerido o recomendado de protección por la gravedad del arco eléctrico que podría encontrarse mientras se realiza el trabajo. Con el fin de proporcionar el nivel o los niveles de protección deseados, estos sistemas de ropa resistentes al arco se fabrican típicamente con tejidos relativamente pesados, siendo la teoría y el principio de funcionamiento predominantes que los tejidos pesados bloquean la radiación electromagnética y proporcionan aislamiento frente al calentamiento radiante causado por el arco eléctrico. Sin embargo, los trajes hechos de tales telas pesadas a menudo se vuelven incómodos cuando se llevan puestos durante períodos prolongados de tiempo debido, al menos en parte, a la baja permeabilidad al aire de las telas pesadas.

El documento de la patente WO-A-2005/090660 describe un hilo de mezcla para protección contra el arco e ignífugo que comprende de 40 a 75 % en peso de fibra modacrílica, de 10 a 40 % en peso de algodón y de 1 a 40 % en peso de fibra de aramida. El documento de la patente de Estados Unidos US-A-2014/261852 describe un hilo de mezcla para tejidos ignífugos que comprende de 45 a 50 % en peso de fibra celulósica, de 38 a 45 % en peso de fibra modacrílica y de 10 a 15 % en peso de fibra de aramida, en particular para-aramida.

Por consiguiente, existe la necesidad de tejidos ignífugos más ligeros que sean ignífugos y que también protejan frente a la radiación (por ejemplo, la radiación infrarroja cercana) generada por un arco eléctrico y que sean adecuados para su uso en la fabricación de prendas que sean cómodas de llevar.

Breve sumario de la invención

La invención proporciona un tejido ignífugo que comprende hilos de fibras que comprenden, íntimamente mezcladas entre sí,

- 35-55 % en peso de fibras celulósicas no ignífugas,

- 30-45 % en peso de fibras modacrílicas,

- menos de 20 % en peso de fibras no inflamables, siendo las fibras no inflamables una mezcla de (i) fibras de para-aramida y (ii) fibras de poli(amida-imida), al menos una porción de las cuales comprende un aditivo absorbente de energía que absorbe radiación electromagnética en el intervalo de longitud de onda de 700-2000 nm, para formar fibras absorbentes de energía, en el cual

- los hilos de fibras contienen menos de 10 % en peso de fibras de para-aramida y 5-14 % en peso de fibras de poli(amida-imida) como fibras absorbentes de energía, y

- el tejido comprende menos de 14 % en peso de fibras absorbentes de energía, y tiene una resistencia frente al arco eléctrico según la norma ASTM F1959/F1959M-14e1 que es mayor o igual de 0,164 J/cm2 por g/m2 (1,33 cal/cm2 por onza/yarda2) de tejido.

Descripción detallada de la invención

La expresión "valor de protección térmica frente al arco eléctrico" (ATPV en sus siglas en inglés) es un término usado para referirse a la energía incidente mínima (expresada en calorías por centímetro cuadrado) a la que debe exponerse un tejido para producir una probabilidad del cincuenta por ciento (50 %) de provocar el inicio de una quemadura de segundo grado en la piel subyacente al tejido. La calificación frente al arco eléctrico (“Arc Rating” en inglés), que es el valor más bajo entre el "valor de protección térmica frente al arco” (ATPV) y la "energía umbral de rotura” (E<bt>) de un material (por ejemplo, un tejido ignífugo), puede determinarse según el método de ensayo estándar ASTM F1959/F1959M-14e1 titulado "Método de ensayo estándar para determinar la clasificación frente al arco eléctrico de materiales para ropa". El estándar NFPA 70E establece la calificación mínima frente al arco eléctrico requerida para varios peligros eléctricos. Para calificar una prenda como de categoría 2, la prenda debe estar hecha de tela con una calificación de arco mínima de 33,5 J/cm2 (8,0 cal/cm2). Generalmente, los tejidos que son ligeros (es decir, con densidades superficiales menores o iguales de 203,4 g/m2 (6 oz/yd2)), se considera que son más cómodos de llevar en la mayoría de los entornos. Preferiblemente, para satisfacer el requisito de categoría 2 de 33,5 J/cm2 (8,0 cal/cm2), y ser un tejido de densidad menor o igual de 203,4 g/m2 (6.0 oz/yd2), la proporción entre la resistencia al arco y el peso de un tejido debe ser > 0,164 (J/cm2)/(g/m2de tejido) (> 1,33 (cal/cm2)/(oz/yd2 de tejido)). Más preferiblemente, el tejido ignífugo de la invención presenta una resistencia frente al arco mayor o igual de 0,173, > 0,185, > 0,198 (J/cm2)/(g/m2 de tela) (> 1,4, > 1,5, > 1,60 (cal/cm2)/(oz/yd2 de tela)). En otras realizaciones, la tela puede ser más pesada y tener mayores calificaciones frente al arco eléctrico para su uso en situaciones con un potencial para eventos de arcos eléctricos de energía más alta. En estas realizaciones, la relación entre la calificación frente al arco eléctrico y el peso es todavía superior a 0,164 (J/cm2)/(g/m2 de tejido) (es decir, cuando la calificación frente al arco eléctrico es de 50,2 J/cm2 (12 cal/cm2), el peso del tejido será < 305,2 g/m2 (9 oz/yd2)). Más preferiblemente, el tejido ignífugo de la invención presenta una resistencia al arco mayor o igual de 0,173, > 0,185, > 0,198 (J/cm2)/(g/m2 de tejido).

Como se ha indicado anteriormente, la invención proporciona tejidos resistentes al arco eléctrico que son ignífugos. Tal como se utiliza en la presente memoria, el término "ignífugo" se refiere a un material que se quema lentamente o se autoextingue después de la eliminación de una fuente externa de ignición. La ignifugicidad de los tejidos ignífugos se puede medir mediante cualquier método de ensayo adecuado, tal como los descritos en el estándar National Fire Protection Association (“Asociación Nacional de Protección contra el Fuego”) (NFPA) 701 titulado "Métodos estándar de ensayos de fuego para la propagación del fuego en textiles y películas", en el método de ensayo estándar ASTM D6413 titulado "Método de ensayo estándar para la ignifugicidad de textiles (ensayo vertical)", en el estándar NFPA 2112 titulado "Estándar sobre prendas ignífugas para la protección de personal industrial frente a fuegos de llamarada", en el estándar ASTM F1506-10a titulado "La especificación de rendimiento estándar para tejidos ignífugos para ropa de uso por trabajadores eléctricos expuestos a arcos eléctricos momentáneos y peligros térmicos relacionados", y el método de ensayo estándar ASTM F1930-11 titulado "Método de ensayo estándar para evaluación de ropa ignífuga para protección frente a simulaciones de fuegos de llamarada usando un muñeco o maniquí con instrumentos". Se prefiere que los tejidos ignífugos de la invención cumplan los requisitos mínimos de ignifugicidad de NFPA 2112-18 incluyendo una longitud carbonizada máxima de 102 mm (4,0 pulgadas) y un máximo de 2 segundos de llama residual cuando se prueban según el método de prueba estándar ASTM D6413. Preferiblemente, el tejido tiene una contracción térmica < 10 % cuando se prueba según NFPA 2112-2012.

En una realización, el tejido ignífugo tiene una calificación frente al arco eléctrico > 33,5 J/cm2 (8 calorías/cm2). En una realización preferida, el tejido ignífugo tiene una calificación de arco > 35,6, > 37,7, > 41,8, > 46,1, > 50,2 J/cm2 (> 8,5, > 9, > 10, > 11, > 12 calorías/cm2).

Los tejidos ignífugos de la invención comprenden generalmente un tejido (por ejemplo, un textil o sustrato textil) formado a partir de una pluralidad de hilos. La tela puede estar formada a partir de una única pluralidad o tipo de hilo. El tejido puede ser de cualquier fabricación adecuada. En otras palabras, los hilos que forman la tela pueden proporcionarse en cualquier disposición adecuada a modo de patrón que produzca la tela. En una realización, la pluralidad de hilos que forman la tela comprende una pluralidad de primeros hilos dispuestos en una primera dirección en la tela y una pluralidad de segundos hilos dispuestos en una segunda dirección perpendicular a la primera dirección. De este modo, los hilos que forman la tela se proporcionan preferiblemente en un patrón tejido. Preferiblemente, los hilos que forman la tela se proporcionan en un patrón tejido seleccionado de entre tejidos de tipo panamá, tejidos de satén, tejidos de raso, tejidos antidesgarro y tejidos de sarga. Estos patrones tejidos, la mayoría de los cuales contienen hilos que flotan repetidamente sobre dos o más de los hilos que corren en la dirección perpendicular, producen una tela que tiene un mayor espesor que un sustrato similar formado a partir de un tejido liso. Sin querer ceñirse a ninguna teoría en particular, se cree que el aumento del espesor puede contribuir, al menos en parte, a la mejora de la protección frente a arcos eléctricos (por ejemplo, frente a la radiación infrarroja cercana producida por arcos eléctricos) que presentan los tejidos ignífugos de la invención. En una realización preferida, los hilos que forman la tela se proporcionan en un patrón tejido seleccionado del grupo que consiste en un tejido de satén 4x1, un tejido de sarga 3x1 y un tejido de sarga 2x1.

En otra realización, el tejido es un tejido tricotado, de punto. El punto puede ser cualquier punto adecuado, incluyendo un punto de urdimbre o un punto circular. En una realización preferida, el punto circular es un punto jersey, un punto Ponte de Roma o un punto de piqué suizo Se ha encontrado que estos tejidos de punto proporcionan tanto buena ignifugicidad como comodidad al usuario.

En otra realización, la tela es una tela no tejida. Las telas no tejidas se definen en líneas generales como estructuras de lámina o red unidas entre sí entrelazando fibras o filamentos (y perforando películas) mecánica, térmica o químicamente.

El tejido resistente al arco e ignífugo comprende una pluralidad de fibras íntimamente mezcladas entre sí. Estas fibras contienen al menos fibras celulósicas no ignífugas , fibras modacrílicas y fibras no inflamables. El tejido puede formarse únicamente a partir de hilos que comprenden una mezcla de fibras de un conjunto o el tejido puede formarse a partir de dos o más pluralidades o diferentes tipos de hilos (por ejemplo, el tejido puede formarse a partir de una primera pluralidad de hilos que tienen una primera mezcla y una o más de otra segunda pluralidad de hilos que comprenden otro tipo de fibra u otra mezcla de fibras).

Los hilos que forman el sustrato textil pueden ser de cualquier tipo de hilo adecuado. El tejido comprende fibras cortadas. Preferiblemente, las fibras cortadas tienen una longitud media de 1,27-7,62 cm (0,5-3 pulgadas). En otra realización, al menos una parte de los hilos comprende fibras tanto cortadas como continuas. Por ejemplo, al menos algunos de los hilos, tales como los hilos de urdimbre de un sustrato textil tejido, pueden ser hilos hilados. Preferiblemente, los primeros hilos y los segundos hilos que forman el sustrato textil son ambos hilos hilados. Tales hilos hilados pueden formarse mediante cualquier proceso de hilado adecuado, tal como hilado en anillo, hilado por chorro de aire, hilado por vórtice o hilado de extremo abierto. Preferiblemente, los hilos se hilan usando un proceso de hilado por vórtice o un proceso de hilado por chorro de aire. En tales realizaciones, ambas pluralidades de hilos (es decir, la pluralidad de primeros hilos y la pluralidad de segundos hilos) pueden hilarse usando el mismo proceso, o cada pluralidad de hilos puede hilarse usando un proceso diferente. Por ejemplo, una pluralidad de hilos se puede hilar usando un proceso de hilado de extremo abierto, y la otra pluralidad de hilos se puede hilar usando un proceso de hilado por chorro de aire. En una realización, los hilos hilados pueden trenzarse entre sí para formar un hilo de 2 capas. Se ha demostrado que los hilos de 2 capas mejoran la resistencia y mejoran la durabilidad al lavado en telas tejidas.

Los hilos que forman el sustrato textil pueden comprender cualquier fibra adecuada o cualquier mezcla adecuada de fibras. Como se ha indicado anteriormente, los primeros hilos y los segundos hilos pueden ser iguales o diferentes (es decir, los hilos pueden comprender la misma fibra o mezcla de fibras o los hilos pueden comprender diferentes fibras o mezclas de fibras).

Preferiblemente, al menos una pluralidad de hilos (por ejemplo, la pluralidad de primeros hilos, la pluralidad de segundos hilos, o ambos) comprende fibras no inflamables. Tal como se utiliza en la presente memoria, el término "fibras no inflamables" se utiliza para referirse a fibras sintéticas que, debido a la composición química del material del que están hechas, presentan ignifugicidad sin la necesidad de un tratamiento ignífugo adicional. Estas fibras también se denominan fibras ignífugas intrínsecas. Las fibras no inflamables son una mezcla de fibras de poliamida-imida y fibras de para-aramida.

Los hilos de fibra comprenden menos de 20 % en peso de fibras no inflamables, respecto del peso total de las fibras presentes en el hilo de fibra. En otra realización, los hilos de fibra comprenden menos de 18 % en peso de fibras no inflamables, respecto del peso total de las fibras presentes en el hilo de fibra.

En otra realización, el tejido (como un todo) comprende menos de 40 % en peso, preferentemente menos de 30 % en peso, preferentemente menos de 22 % en peso, preferentemente menos de 18 % en peso, más preferentemente menos de 15 % en peso de fibras no inflamables, respecto del peso total del tejido. En otra realización, el tejido comprende menos de 10 % en peso de fibras no inflamables, respecto del peso total del tejido.

Al menos una parte de las fibras no inflamables comprende un aditivo absorbente de energía. Las fibras absorbentes de energía son típicamente de color oscuro (tales como fibras cargadas con negro de humo). Es deseable una cantidad menor de fibras que absorben energía en el tejido (conservando un alto rendimiento ignífugo y frente al arco eléctrico) ya que esto permite que el tejido sea de un color más claro antes de teñirlo. Esto a su vez permite que se produzcan tejidos teñidos más claros tales como grises, naranjas, azul cobalto, tostados y otros colores de tono medio a claro que son más difíciles de crear cuando hay una carga mucho mayor de fibras absorbentes de energía de color oscuro.

El término "aditivo absorbente de energía" se usa en el presente documento para describir un material que absorbe radiación electromagnética en longitudes de onda del infrarrojo cercano (por ejemplo, 700-2.000 nm o 700-1.400 nm). El agente absorbente de energía puede absorber radiación electromagnética en otras partes del espectro electromagnético (por ejemplo, longitudes de onda visibles). Sin embargo, con el fin de proporcionar protección contra el daño causado por la radiación infrarroja generada por un arco eléctrico, el agente absorbente de energía debe presentar una absorción apreciable de radiación infrarroja cercana. Esta propiedad del agente absorbente de energía usado en el tejido ignífugo de la invención lo distingue de una gran parte de los materiales absorbentes de energía usados típicamente para tratar tejidos ignífugos. En particular, una gran parte de los materiales absorbentes de energía usados para tratar textiles (por ejemplo, colorantes y pigmentos) se diseñan o seleccionan para presentar una absorción apreciable de radiación visible, lo cual proporciona un color perceptible al tejido ignífugo tratado. Debido a que la absorción de radiación infrarroja no tiene efecto sobre el color percibido visualmente del tejido ignífugo, estos materiales absorbentes de energía típicos generalmente presentan muy poca absorción de radiación infrarroja. De hecho, la absorbancia de tales materiales a longitudes de onda de 800 nm puede ser menor que el 10 % de la absorbancia máxima mostrada por el material en las longitudes de onda visibles, siendo incluso menor la absorbancia a longitudes de onda más largas (por ejemplo, 1.000 nm). Con tal baja absorción de radiación infrarroja y alta absorción de radiación visible, estos materiales pueden ser de color muy oscuro (es decir, negros) pero no ofrecen la ventaja de aumentar la calificación frente al arco eléctrico.

Preferiblemente, el aditivo absorbente de energía es negro de humo ya que se ha encontrado que ese aditivo absorbe eficazmente energía y es rentable. El negro de humo tiene una absorción casi constante en la zona visible e infrarroja del espectro electromagnético. La cantidad de aditivo absorbente de energía en la fibra no inflamable depende de las propiedades de uso final de la tela, el color deseado y la capacidad de procesado. Preferiblemente, los aditivos absorbentes de energía están situados dentro de las fibras (se introducen durante la fabricación de las fibras en lugar de aplicarse a la superficie de las fibras después de la fabricación). Esto proporciona una mejor resistencia frente a los lavados y un mejor rendimiento del tejido después de múltiples lavados. Las fibras absorbentes de energía (las fibras no inflamables que contienen el aditivo absorbente de energía) son fibras de poli(amida-imida)

Los hilos de fibra comprenden 5-14 % en peso de fibras absorbentes de energía, respecto del peso total de las fibras presentes en el hilo de fibra. Preferiblemente, los hilos de fibra comprenden menos de 11 % en peso de fibras absorbentes de energía, respecto del peso total de las fibras presentes en el hilo de fibra. El tejido comprende menos de 14 % en peso, preferentemente menos de 11 % en peso, más preferentemente menos de 8 % en peso de fibras absorbentes de energía, respecto del peso total del tejido.

Los hilos de fibra comprenden una mezcla de fibras de para-aramida y fibras de poli(amida-imida) como fibras no inflamables, siendo las fibras de poli(amida-imida) las fibras absorbentes de energía. Las fibras de para-aramida están en una cantidad menor de 10 % en peso del hilo de fibra. Preferiblemente, las fibras de para-aramida están en una cantidad menor de 8 % en peso, más preferiblemente menor de 5 % en peso, del hilo de fibra. El tejido (en su conjunto) comprende preferiblemente menos de 10 % en peso de fibras de para-aramida, respecto del peso total del tejido, más preferiblemente 5 %. Las fibras absorbentes de energía están en una cantidad de 5-14 % en peso del hilo de fibra. Preferiblemente, las fibras absorbentes de energía están en una cantidad de menos de 11 % en peso, más preferiblemente menos de 8 % en peso del hilo de fibra. El tejido (en su conjunto) comprende menos de 14 % en peso de fibras absorbentes de energía, respecto del peso total del tejido, preferentemente menos de 12 %, más preferentemente menos de 8 %.

El hilo de fibra que forma la tela también incluye fibras celulósicas no ignífugas y fibras modacrílicas. Preferiblemente, los hilos de fibra comprenden una mayor cantidad en peso de fibras celulósicas no ignífugas que de fibras modacrílicas. Tal como se usa en el presente documento, "fibra celulósica no ignífuga" significa cualquier fibra que consiste en o está hecha de fuente(s) vegetal(es) y que no está tratada para ser ignífuga. Tal como se usa en el presente documento, "fibra celulósica sintética no ignífuga" significa cualquier "fibra celulósica no ignífuga" que no es de origen natural pero que se fabrica a partir de fuentes vegetales. Las fibras celulósicas sintéticas no ignífugas pueden incluir, aunque no se limitan a ellas, liocel (una fibra de celulosa regenerada hecha a partir de la disolución de pasta de madera blanqueada, una marca de la cual es TENCEL™), rayón (una fibra de celulosa regenerada, una marca de la cual es MODAL™), acetato y similares. La fibra celulósica no ignífuga también puede ser una fibra natural tal como algodón, lino, cáñamo u otra fibra vegetal de celulosa. Preferiblemente, las fibras celulósicas no ignífugas son fibras celulósicas sintéticas no ignífugas.

Los hilos de fibra también incluyen fibras modacrílicas (por ejemplo, PROTEX™, fibras modacrílicas de Kaneka Corporation de Osaka, Japón). Se añaden fibras modacrílicas ya que dan al tejido ignifugicidad y también son teñibles.

Los hilos de fibra comprenden 30-45 % en peso de fibras modacrílicas, 35-55 % en peso de fibras de celulosa no ignífugas y menos de 20 % en peso de fibras no inflamables íntimamente mezcladas juntas, en donde 5-14 % en peso de los hilos de fibra comprenden un aditivo absorbente de energía.

Los hilos de fibra (o hilos adicionales en el tejido) pueden comprender también fibras adicionales que incluyen, por ejemplo, fibras de poliéster (por ejemplo, fibras de poli(tereftalato de etileno), fibras de poli(tereftalato de propileno), fibras de poli(tereftalato de trimetileno), fibras de poli(tereftalato de butileno) y mezclas de las mismas), fibras de poliamida (por ejemplo, fibras de nailon 6, fibras de nailon 6,6, fibras de nailon 4,6 y fibras de nailon 12), fibras de alcohol polivinílico y combinaciones, o mezclas de las mismas. El hilo o los hilos pueden incluir otras fibras sintéticas, tales como fibras disipativas estáticas o antiestáticas. Por ejemplo, los hilos también pueden comprender fibras naturales, tales como lana.

El sustrato textil y el tejido ignífugo de la invención pueden tener cualquier peso adecuado (es decir, peso por unidad de área). El sustrato textil tiene preferiblemente un peso < 540 g/m2 (16 oz/yd2), < 470 g/m2 (14 oz/yd2), < 410 g/m2 (12 oz/yd2), < 340 g/m2 (10 oz/yd2), < 310 g/m2 (9 oz/yd2).). Más preferiblemente, el sustrato textil tiene un peso < 270 g/m2 (8 oz/yd2), más preferiblemente < 240 g/m2 (7 oz/yd2), más preferiblemente < 220 g/m2 (6.5 oz/yd2), más preferiblemente < 200 g/m2 (6 oz/yd2), más preferiblemente < 195 g/m2 (5.75 oz/yd2), y lo más preferiblemente < 190 g/m2 (5.5 oz/yd2).). Como se ha indicado anteriormente, las telas usadas previamente en la protección contra los arcos eléctricos han sido generalmente relativamente pesadas (es decir, han tenido un peso relativamente alto por unidad de área). Por lo tanto, el hecho de que los tejidos ignífugos de la invención sean capaces de suministrar los niveles deseados de protección contra los arcos eléctricos con pesos relativamente bajos, tales como pesos < 200 g/m2 (6 oz/yd2), es sorprendente. Además, estos tejidos ignífugos relativamente ligeros deben ser mucho más cómodos de llevar durante períodos de tiempo prolongados. En las realizaciones en las que el tejido es un tejido de punto, el peso del tejido puede ser mayor debido a la naturaleza más abierta de la formación del tejido de punto. Para un tejido tricotado, el tejido tiene preferiblemente un peso menor de 310 g/m2 (9 oz/yd2), más preferiblemente menor de 230 g/m2 (7 oz/yd2).

El tejido ignífugo de la invención puede usarse para fabricar equipo protector diseñado para proteger a individuos de los peligros asociados con un arco eléctrico. Por ejemplo, el tejido ignífugo de la invención puede usarse como un componente en prendas de vestir de una sola capa o de múltiples capas diseñadas para mostrar un valor de ATPV deseado y/o mostrar un grado deseado de ignifugicidad. Por ejemplo, el tejido ignífugo de la invención puede usarse para producir mantas y prendas, tales como camisas, pantalones, monos de trabajo, chaquetas, capuchas, delantales y guantes.

Además del presente tejido ignífugo, la invención también describe un método para proteger a un individuo de la radiación infrarroja (por ejemplo, radiación infrarroja cercana) que puede generarse durante un arco eléctrico. El método comprende colocar un tejido ignífugo entre un individuo y un aparato capaz de producir un arco eléctrico. El tejido ignífugo usado en el método es cualquier realización del presente tejido ignífugo.

En este método, el tejido ignífugo puede colocarse en cualquier punto adecuado entre el individuo y el aparato. Sin embargo, para asegurar que el tejido ignífugo se coloque para proporcionar el mayor grado de protección al individuo, el tejido ignífugo forma parte preferentemente de una prenda de vestir que lleve el individuo. Los ejemplos de prendas adecuadas incluyen camisas, pantalones, monos de trabajo, chaquetas, capuchas, delantales y guantes. En una realización preferida, las partes textiles orientadas hacia fuera de una prenda de vestir que lleve el individuo (es decir, aquellas partes de la prenda de vestir orientadas hacia el aparato cuando la prenda de vestir está siendo llevada por el individuo) consisten esencialmente en (o incluso más preferiblemente consisten en) un tejido ignífugo según la invención.

Los siguientes ejemplos ilustran adicionalmente la materia descrita anteriormente.

Ejemplos

Estos ejemplos demuestran la fabricación y las propiedades de los tejidos ignífugos según la invención y comparan esas propiedades con las de tejidos ignífugos similares que no se han producido según la invención.

Se fabricó una serie de tejidos mezclando fibras, creando una cinta, y utilizando hilado en vórtice para fabricar un hilo hilado de 2 capas. En estos ejemplos, los hilos de urdimbre y de trama están hechos de la misma mezcla de fibras, aunque se contemplan otras realizaciones en donde la mezcla de fibras de los hilos de urdimbre puede ser diferente de la mezcla de fibras de los hilos de trama. Las telas se tejieron en una estructura de sarga izquierda (LHT, por las siglas en inglés) de 2x1 y posteriormente se tiñeron y se remataron. El peso final para cada mezcla fue 186 g/m2 (5,5 oz/yd2).). Los porcentajes de fibras en la mezcla de cada ejemplo se variaron (como se muestra en la tabla 1) para determinar el efecto del porcentaje de mezcla sobre la calificación por arco del tejido.

Tabla 1: Porcentajes de mezcla en los tejidos de los ejemplos 1-7.

Todos los tejidos de los ejemplos (ejemplos comparativos 1-6 (EC-1 a EC-6) y el ejemplo 1 (Ej-1)) son ignífugos. En otras palabras, todos tienen una longitud carbonizada máxima menor de 10,2 cm (4'') cuando se prueban según la norma ASTM D6413, y un tiempo de postcombustión inferior a 2 segundos. Las propiedades de resistencia frente al arco se probaron según F1959/F1959M-14e1. El método de ensayo ASTM F1959 proporciona la exposición de paneles de tela a diversos niveles de energía de arcos eléctricos. Los sensores de temperatura detrás de cada panel registran si la energía transmitida a través del tejido al sensor sería suficiente para provocar una combustión de segundo grado. Se usa una regresión logística nominal de los datos de múltiples ensayos de paneles (típicamente 21 24 paneles) a diversas energías para determinar la energía de arco que da como resultado una probabilidad del 50 % de una quemadura de segundo grado. Este valor se denomina "valor de protección térmica frente al arco eléctrico" (ATPV). Además, cada panel se inspecciona después de cada arco eléctrico y se realiza una determinación de si la tela tiene un agujero o desgarro. Estos datos se usan de manera similar para determinar el nivel de energía de arco que da como resultado una probabilidad del 50 % de una rotura del tejido. Este valor se denomina "energía umbral de rotura" (E<bt>).). La calificación frente al arco eléctrico es el valor más bajo de los dos. En algunos casos, el ATPV es menor que el E<bt>y en otros casos la E<bt>es inferior al ATPV.

Los valores de ATPV o E<bt>para las muestras de EC-1 a EC-6 y Ej-1 se enumeran a continuación en la tabla 2. Puesto que cada tela tiene un peso por unidad de superficie de 186 g/m2 (5.5 oz/yd2), la relación calificación frente al arco eléctrico/peso es simplemente la calificación frente al arco eléctrico dividida por 5,5 (como también se muestra en la tabla 2). Considerando EC-1 y EC-2, la única diferencia entre estos dos ejemplos es que en EC-1 se utilizó paraaramida natural (incolora) al 12 %, y en EC-2 se utilizó para-aramida negra (teñida por el productor) al 12 %. Los ejemplos comparativos EC-1 y EC-2 tienen la misma calificación frente al arco eléctrico (ATPV) porque a pesar de ser de color oscuro, la fibra de para-aramida teñida en negro por el productor utilizada en EC-2 no absorbe energía en la región infrarroja del espectro electromagnético. Estos tejidos de ejemplo (EC-1 y EC-2), a pesar de ser ignífugos, no tienen el valor de la calificación frente al arco eléctrico requerido de 33,5 J/cm2 (8 cal/cm2) necesario para tareas de categoría 2 tal como se indica en NFPA 70E y ASTM F1506.

Tabla 2: Calificación frente al arco eléctrico de EC-1 a EC-6 y Ej-1 cuando se prueban según ASTM F1959

En el ejemplo EC-3, la mezcla contiene 50 % de una fibra de poli(amida-imida) con un aditivo absorbente de energía (negro de humo). Este tejido tiene una E<bt>de 30,1 J/cm2 (7,2 cal/cm2). Sin ceñirse a ninguna teoría concreta, se cree que durante la prueba del arco eléctrico, el aditivo absorbente de energía absorbe la energía radiante del arco eléctrico y la convierte en energía térmica. Esta energía térmica provoca tensiones en el panel de tela que dan como resultado una rotura. La calificación frente al arco eléctrico se mejora respecto de EC-1 y EC-2, pero aún no alcanza el nivel deseado de 33,5 J/cm2 (8 cal cm2).

Los ejemplos EC-4 y EC-5 incorporan un 5 % de para-aramida en la mezcla junto con la poli(amida-imida) con el aditivo absorbente de energía. La inclusión de la para-aramida refuerza el tejido y retarda la rotura a energías más altas. Estos tejidos han alcanzado el nivel deseado de resistencia de arco por peso de tejido; sin embargo, la inclusión de 35-45 % de fibras que contienen negro de humo hace que el color del tejido sea muy oscuro, limitando así la gama de colores disponible.

Los ejemplos EC-6 y Ej-1 tienen mezclas que incorporan solo 15 % y 10 % de fibras de poli(amida-imida) con aditivos absorbentes de energía, respectivamente. Las calificaciones frente al arco eléctrico están muy por encima del valor deseado de 33,5 J/cm2 (8,0 cal/cm2), y el valor E<bt>es ahora más alto que el ATPV. Sin ceñirse a ninguna teoría concreta, se cree que la menor cantidad de fibra que contiene aditivo absorbente de energía da como resultado una menor cantidad de calor producido por la absorción de energía. Sin embargo, el nivel de absorción de energía es suficiente para evitar la transmisión de energía radiante para proporcionar un valor de ATPV alto.

Este nivel de la proporción entre la calificación frente al arco eléctrico y el peso (> 1,33) es sorprendente con un nivel tan bajo de fibra que contiene aditivo absorbente de energía. En los ejemplos de la técnica anterior del documento de la patente de Estados Unidos US-A-2018/0171516 se requerían niveles mucho mayores de fibras con aditivos absorbentes de energía para alcanzar relaciones de relación de calificación frente al arco eléctrico a peso mayores de 1,33. En esta referencia, se proporcionan ejemplos a composiciones de fibras con aditivos absorbentes de energía del 16 %, 25 %, 30 % y 50 %. Solamente en el caso de una composición del 50 % de fibras con aditivo absorbente de energía, la relación de la calificación frente al arco eléctrico a peso es mayor que 1,33. En cada uno de estos ejemplos, las telas están hechas de una mezcla de fibras que consiste en fibras de metaaramida, modacrílica y liocel que contienen aditivo. Sin embargo, a diferencia de los tejidos de la invención descritos en esta solicitud, no hay fibras de para-aramida incluidas en las mezclas descritas en esta referencia. Además, la composición de mezcla de fibras de esta referencia de la técnica anterior consiste en un porcentaje más alto de modacrílico que de liocel. Esto también contrasta con la presente invención en donde la cantidad de liocel en la mezcla es mayor o igual que el nivel de fibra modacrílica.

Sin ceñirse a ninguna teoría particular, el rendimiento inesperado de la presente invención, en donde la relación entre la calificación frente al arco eléctrico y el peso es 1,65 con la inclusión de solo el 10 % de fibras que contienen aditivo, se puede explicar con dos teorías.

En primer lugar, la inclusión de fibras de para-aramida parece haber proporcionado resistencia al tejido y aumentado la energía a la que se producirá la rotura. Este nivel de para-aramida es lo suficientemente bajo como para evitar muchos de los inconvenientes de las para-aramidas, tales como la falta de capacidad de teñido y la tendencia a la fibrilación durante el lavado, pero lo suficientemente alto como para proporcionar resistencia al tejido durante los eventos de arco eléctrico.

En segundo lugar, la mayor cantidad de liocel puede ser responsable de los valores de ATPV más altos mediante un proceso de formación de carbón vegetal. En tejidos que contienen fibras con aditivos absorbentes de energía, la energía radiante procedente del arco eléctrico es absorbida por los aditivos absorbentes de energía en las fibras, impidiendo de ese modo la transmisión de la energía al usuario de la prenda. Sin embargo, esta energía será reemitida de vuelta al usuario (o al sensor en una prueba de arco eléctrico) lo cual puede provocar quemaduras en un momento posterior (es decir, unos pocos segundos después del arco eléctrico inicial). Cuando el liocel u otras fibras celulósicas se exponen a alto calor, se degradan y forman una capa de carbón vegetal en su superficie. Este proceso de formación de carbón vegetal puede absorber energía térmica que de otro modo se podría volver a emitir. El alto nivel de liocel en el tejido de la invención (mayor o igual que el nivel de fibras modacrílicas en la mezcla) crea un depósito para absorción de calor en el tejido y puede evitar la reemisión de la energía térmica que fue absorbida por las fibras con aditivos absorbentes de energía.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un tejido ignífugo que comprende hilos de fibra que comprenden, íntimamente mezcladas entre sí,

- 35-55 % en peso de fibras celulósicas no ignífugas,

- 30-45 % en peso de fibras modacrílicas,

- menos de 20 % en peso de fibras no inflamables, siendo las fibras no inflamables una mezcla de (i) fibras de para-aramida y (ii) fibras de poli(amida-imida), al menos una parte de las cuales comprende un aditivo absorbente de energía que absorbe radiación electromagnética en el intervalo de longitud de onda de 700-2000 nm, para formar fibras absorbentes de energía, en donde

- los hilos de fibra contienen menos de 10 % en peso de fibras de para-aramida y 5-14 % en peso de fibras de poli(amida-imida) como fibras absorbentes de energía, y

- el tejido comprende menos de 14 % en peso de fibras absorbentes de energía, y tiene una resistencia al arco eléctrico según ASTM F1959/F1959M-14e1 > 0,164 J/cm2 por g/m2 (1.33 cal/cm2 por oz/yd2) de tejido.

2. El tejido de la reivindicación 1, en el que las fibras celulósicas no ignífugas comprenden fibras celulósicas sintéticas no ignífugas.

3. El tejido de la reivindicación 1, en el que el aditivo absorbente de energía es negro de humo.

4. El tejido de la reivindicación 1, que tiene una relación entre la calificación frente al arco eléctrico y el peso del tejido > 0,185 (J/cm2)/(g/m2 - de tejido) (1,5 (cal/cm2)/(oz/yd2 de tela)), determinándose la calificación frente al arco eléctrico según el método de ensayo estándar ASTM F1959/F1959M-14e1.

5. El tejido de la reivindicación 1, que tiene un valor de calificación frente al arco eléctrico > 41,84 J/cm2 (10 cal/cm2), determinándose la calificación frente al arco eléctrico según el método de ensayo estándar ASTM F1959/F1959M-14e1.

6. El tejido de la reivindicación 1, que tiene un peso menor de 195 g/m2 (5.75 oz/yd2).

7. El tejido de la reivindicación 1, que es una tela tejida o un tejido de punto y preferiblemente tiene un peso menor de 237,5 g/m2 (7.0 oz/yd2).

8. El tejido de la reivindicación 1, que tiene una longitud carbonizada máxima promedio menor de 10,2 cm (4 pulgadas) cuando se ensaya según ASTM D6413.

9. El tejido de la reivindicación 1, que tiene una contracción térmica menor de 10 % cuando se ensaya según NFPA 2112-2012.

10. La tela de la reivindicación 1, en el que los hilos de fibra comprenden una mayor cantidad en peso de fibras celulósicas no ignífugas que de fibras modacrílicas.

11. Una prenda de vestir realizada a partir del tejido según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10.