Защита человека от различных негативных факторов является первостепенной задачей, и в этой области технический текстиль занимает особое место. В России все более актуальными становятся вопросы создания одежды и других текстильных материалов с высокими защитными свойствами. Доля  защитных изделий (включая спецодежду) и спецтекстиль (кроме обмундирования для силовых структур) пока мала и составляет всего 4% в общем балансе технического текстиля. Для изготовления специальной одежды, защищающей от различных опасных и вредных факторов, должны использоваться материалы и ткани, имеющие целый комплекс защитных свойств.

Данная статья посвящена созданию огнезащитных тканей для специальной одежды тех отраслей промышленности и ведомств, где требуется, в частности, защита от воздействия следующих поражающих факторов:
• лазер-ионизирующего облучения (сварка) и брызг расплавленного металла
• повышенной температуры в течение длительного времени
• высоких температур рабочих сред и поверхностей, окружающего воздуха неожиданного воспламенения.

Если в в России ткани для создания защитной одежды в основном производятся из натуральных волокон, защитные эффекты которых определяются весом и специальной пропиткой, то  в мире при их производстве используются главным образом специальные синтетические волокна и нити с повышенными факторами защиты, которые перерабатываются либо в чистом виде, либо в смеси с другими, в том числе натуральными волокнами и нитями.

В рамках Федеральной целевой программы национальная технологическая база 2007-2011 г.г. по государственному контракту ОАО ЦНИТИ разработало технологии производства текстильных материалов для специальной одежды и средств индивидуальной защиты на основе отечественных высокомодульных, высокопрочных и термостойких волокон и нитей, имеющих высокий кислородный индекс. Соисполнителями проекта являются: ООО НПЦ Увиком, ООО Чайковский текстиль и ООО НПЦ Армоком.

Впервые в России задача по созданию защитной одежды решена комплексно.  Разработаны:
• текстильный материал для верхнего слоя одежды
• трикотажное белье с теплозащитными свойствами
• носки
• перчатки
• шлем-маски
• подшлемники.

Отличительной особенностью разработанной технологии по производству огне- и термозащитных тканей является использование огнестойкого термоокисленного полиакрилонитрильного волокна (ПАН-О) с запатентованным названием Нитокс^®, которое является российским аналогом волокна Рyron^®. Волокно Нитокс^®, разработанное ООО НПЦ Увиком, является одним из самых устойчивых к действию открытого огня и температур до 300°С.  Кроме того, волокно хемостойко, а также, что немаловажно, имеет невысокую цену:  в несколько раз ниже по сравнению с другими огнестойкими волокнами. Учитывая его высокие огнезащитные свойства, низкую цену и реальную возможность выпуска в промышленном масштабе, данное волокно представляет большой интерес с точки зрения использования его для производства огне-, термозащитных тканей, а также теплоизоляции сложных тепловыделяющих агрегатов, таких например как предпусковой подогреватель двигателя.

Полиакрилонитрильное окисленное волокно Нитокс^® (ПАН-О) по группе горючести классифицируется как трудногорючий материал (ГОСТ 12.1.044-89, ИСО 4589-84) и характеризуется высокими огнестойкими свойствами: его кислородный индекс (КИ или LOI), как один из основных показателей огнестойкости волокна, находится на уровне 43,5…45%.   Это выше, чем у многих зарубежных огнестойких волокон, в том числе и у зарубежного аналога - волокна Рyron^®. Волокно Нитокс^®  также выгодно отличается от других огне-, термостойких волокон хорошей гигроскопичностью, его влагопоглощение составляет 7…9%.

В настоящее время отечественное термоокисленное ПАН волокно Нитокс^® выпускается в виде жгутовых химических нитей, которые в дальнейшем подвергаются штапелированию с целью использования полученного волокна для различных смесей с другими волокнами, как натуральными, так и химическими.

Выбор технологии переработки волокна Нитокс^® (системы и способа прядения) зависит от выбранных компонентов для смесей с ним и обусловлен в значительной степени специфическими особенностями данного волокна, в частности,  повышенной хрупкостью, которая не позволяет вырабатывать пряжу с требуемыми показателями из 100%-ного волокна Нитокс^®.

После проведения исследований по переработке этого волокна были выбраны два направления рационального использования огне-, термостойкого волокна Нитокс^®:
• в ассортименте огнезащитных суконных тканей
• в ассортименте тканей, изготовленных на оборудовании хлопчатобумажного производства, используемых для спецодежды рабочих, находящихся в условиях повышенных температур и защищающей от воздействия открытого пламени, искр, брызг расплавленного металла и окалины.

Разработанная суконная готовая ткань  «Огонь» поверхностной плотностью 480 г/м² характеризуется высокой огнестойкостью, стойкость к прожиганию составляет 85 …100 секунд. При использовании огнезащитного препарата отсутствует остаточное горение и остаточное тление после выдерживания ткани в пламени в течение 30 секунд (таблица 1). Сравнение полученных показателей с требованиями, предъявляемыми к тканям для названных видов специальной одежды, указывает на то, что по всем рассмотренным показателям ткани соответствуют требованиям, предъявляемым к спецодежде указанного ассортимента (сварщики).

Вторая группа разработанных тканей – огне- и термозащитные ткани поверхностной плотностью  230…340 г/м² – для металлургов и силовых структур. Анализ по специальным защитным свойствам (таблица 2) показал, что разработанные ткани обладают огнестойкостью, т.е. не горят и не тлеют при удалении из пламени после выдерживания их в пламени в течение 30 секунд, имеют высокие значения кислородного индекса, по показателю стойкости к прожиганию отвечают требованиям к этим группам тканей.

Суммарное тепловое сопротивление для всех тканей составляет 0,25…0,29 м^{2 о}С/Вт (ТЗ – 0,340 м^{2 о}С/Вт). Согласно ГОСТ 12.4.221-2002 «ССБТ «Одежда специальная для защиты от повышенных температур теплового излучения, конвективной теплоты – 2 балла.

Термоизолирующие свойства, по заключению ООО НПП Армоком-Центр, всех образцов огне-, термозащитных тканей удовлетворительные, они составляют не менее 35 секунд при нагревании тена до 300^оС.

Для тканей с масло- и водоотталкивающей отделкой достигаются хорошие перманентные показатели по маслоотталкиванию 100…110 ус. ед. и водоотталкиванию 70…100 ус. ед.

Стирки и химчистки не ухудшают физико-механические, гигиенические и специальные защитные свойства готовых огне-, термозащитных тканей.

Защита интеллектуальной собственности по данной разработке обеспечена патентами РФ:
• № 2004100854 от 15.01.2004 г. «Способ получения огнестойкого полиакрилонитрильного волокна для изготовления текстильных материалов»
• № 2004123869 от 05.08.2004 г. «Текстильная пряжа для защищающих от открытого огня изделий»
• № RU 00774391 от 24.03.08 «Ткань с повышенным показателем огнестойкости для защиты человека от высокотемпературных контактов».

На разработанные ткани получены нормативно-техническая документация, сертификаты соответствия и безопасности.

Разработан также комплект огне- и термозащитных трикотажных изделий: нательное и зимнее белье, а также средства индивидуальной защиты - подшлемники, шлем-маски, носки и перчатки на базе смесовой пряжи с вложением огнестойкого модакрилового волокна и огнестойкой метаарамидной пряжи.

Белье нательное и зимнее огне- и термозащитное разработано на базе трикотажных полотен двуластичного и футерованного переплетений из смесовой пряжи с вложением огнестойких модакриловых волокон линейной плотности 18,5 текс х 1.

Нательное белье изготавливается в комплекте (фуфайка, кальсоны) из трикотажного ворсованного полотна двуластичного переплетения с поверхностной плотностью 210 г/м².

Зимнее белье изготавливается в комплекте (фуфайка, кальсоны) из трикотажного ворсованного полотна футерованного переплетения из смесовой пряжи с поверхностной плотностью 260 г/м²

Подшлемники изготавливаются из ворсованного полотна двуластичного переплетения из смесовой пряжи с поверхностной плотностью 210 г/м² и ластичного полотна раппортом 1:1 из метаарамидной пряжи 16,7 текс х 2 с поверхностной плотностью 225 г/м².

Шлем-маски изготавливаются из полотна ластичного переплетения раппортом 1:1 из метаарамидной пряжи 16,7 текс х 2 с поверхностной плотностью 225 г/м² и из пряжи 16,7 текс х 2 в 3 сложения с поверхностной плотностью 575 г/м².

Проведены исследования физико-механических, гигиенических и потребительских трикотажных свойств полотен для огне- и термозащитных изделий и средств индивидуальной защиты подшлемников и шлем-масок, результаты которых сведены в табл. 3

Трикотажные полотна для бельевых изделий из  смесовой пряжи комфортны, характеризуются высоким показателем гигроскопичности (9%), воздухопроницаемостью в пределах 377…405 дм³/м²·с и изменениями линейных размеров после мокрых обработок по длине и ширине в пределах не более  -4,2%.

Трикотажные полотна ластичного переплетения из огнестойкой метаарамидной пряжи характеризуется поверхностной плотностью 225 г/м² и 545 г/м², низкой гигроскопичностью (5,1 %), показателем изменения линейных размеров после мокрых обработок по длине и ширине в пределах не более -5,1%.

Учитывая низкую гигроскопичность, метаарамидное полотно использовалось в качестве верхнего защитного слоя при разработке средств индивидуальной защиты.

Исследования специальных огне-, термозащитных и термостойких свойств бельевых изделий и средств индивидуальной защиты проведены с учетом условий эксплуатации изделий в ООО НПП Армоком-Центр и в ИЦ  ЦНИТИ по следующим показателям:
• устойчивость к воздействию открытого пламени
• термоизолирующая способность
• термостойкость.

Результаты исследования специальных свойств нательного и зимнего белья, подшлемников и шлем-масок (табл. 4) показали:
• белье нательное и зимнее обладает устойчивостью к воздействию открытого пламени (отсутствуют возгорание, остаточное горение и тление; имеется деструкция полотна); по показателю термоизолирующей способности белье нательное и зимнее соответствует техническим требованиям; наиболее высокими показателями обладает зимнее белье из футерованного ворсованного полотна: температура на наружной поверхности образца на тене нагретом до 200˚С достигает 60˚С лишь в течение 94 секунд (при нормативе 30 секунд), а на нательном белье из двуластичного трикотажного полотна – в течение 65 секунд; изделия обладают высокой термостойкостью - не менее 82% по длине и ширине
• подшлемники и шлем-маски обладают устойчивостью к воздействию открытого пламени (отсутствуют возгорание, остаточное горение и тление; имеется деструкция полотна); по показателю термоизолирующей способности соответствуют техническим требованиям; наиболее высокими показателями обладают подшлемник из трикотажного полотна ластичного переплетения из метаарамидной пряжи на хлопчатобумажной подкладке и шлем-маска из трикотажного полотна ластичного переплетения (545 г/м²) на хлопчатобумажной подкладке; обладают высокой термостойкостью - не менее 92% по длине и ширине.

Результаты испытаний потребительских свойств защитных носков и перчаток приведены (табл. 5) и исследования их специальных свойств (табл. 6) показали: 
• качество двойных огнестойких трикотажных перчаток соответствует нормам установленным ГОСТ 12.4.246-2008 для средств индивидуальной защиты рук  
• носки мужские плюшевого переплетения на основе применения смесовой   пряжи соответствуют требованиям ГОСТ 8541 и ГОСТ 11595
• испытания устойчивости к воздействию открытого пламени перчаток с использованием огнестойкой метаарамидной пряжи не выявили деструкции в зоне действия огня, что позволяет использовать их в зонах с воздействием открытого пламени и в зонах наиболее вероятного контакта с горячими поверхностями без дополнительной защиты
• для оценки дополнительной возможности применения перчаток  определена их термоизолирующая способность при температуре тена 300˚C, полученные результаты подтверждают возможность применения перчаток в экстремальных ситуациях при огнетепловых воздействиях
• носки обладают устойчивостью к воздействию открытого пламени и высокими термоизолирующими способностями. 

Все изготовленные образцы белья, подшлемников, шлем-масок, носков и перчаток характеризуются устойчивостью к воздействию открытого пламени; при этом отсутствует возгорание поверхности, нет остаточного горения и тления, т.е. испытанные материалы являются огнестойкими.

В соответствии с рекомендациями ООО НПП  Армоком-Центр  все образцы изделий обладают достаточной термоизолирующей способностью. Наилучшей термоизолирующей способностью обладают:
• белье зимнее из трикотажного полотна футерованного переплетения
• подшлемник из трикотажного полотна ластичного переплетения на хлопчатобумажной подкладке (верх шлем-маски из метаарамидной пряжи 225 г/м²)
• шлем-маска из трикотажного полотна ластичного переплетения (545 г/м²) на хлопчатобумажной подкладке
• носки мужские.

Физико-механические свойства трикотажных полотен для белья, подшлемников и шлем-масок, а также перчаток и носков соответствуют требования действующих стандартов.

Таким образом, в рамках Государственного контракта по ФЦП «Национальная технологическая база» ОАО ЦНИТИ разработан комплекс  текстильных изделий, защищающих от огня и повышенных температур. Разработанные и изготовленные образцы одежды, белья, СИЗ переданы в соответствующие организации для проведения опытных носок и определения емкости рынка для производства.