Защищающие от ожогов материалы

Защищающие от ожогов материалы

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Перекрестная ссылка на родственные заявки

Данная заявка является частично продолжающей заявку с порядковым номером 11/923125, зарегистрированную 24 октября 2007 г.

Уровень техники

В целях снижения риска получения вызываемых огнем ожоговых травм для специалистов, работающих в условиях повышенной опасности, в которых возможно кратковременное воздействие огня, в частности, для сотрудников поисково-спасательных служб, а также полиции, желательно наличие защитной одежды. Защитная экипировка для работников, подвергающихся воздействию таких условий, должна обеспечивать некоторое усиленное предохранение, способное дать возможность ее владельцу не бороться с опасностью, но быстро и безопасно покинуть опасное место.

Традиционно огнестойкая защитная одежда изготавливается с внешним слоем комплекта (слоем, контактирующий с пламенем), содержащим негорючую, неплавящуюся ткань, изготовленную, например, из арамидов, полибензимидазола (PBI), поли-п-фенилен-2,6-бензо-бис-оксазола (РВО), модакриловых смесей, полиаминов, углерода, полиакрилонитрила (PAN) и их смесей и комбинаций. Эти волокна могут быть по существу огнестойкими, но могут иметь некоторые ограничения. В частности, эти волокна могут быть очень дорогими, трудными в окрашивании и нанесении печати и, возможно, не иметь надлежащего сопротивления абразивному изнашиванию. Кроме того, эти волокна захватывают больше воды и предлагают неудовлетворительный тактильный комфорт по сравнению с тканями на основе нейлона или полиэфиров. Для оптимальных потребительских характеристик в условиях возможного случайного воздействия вспышки пламени желательна легкая, воздухопроницаемая, непромокаемая или водонепроницаемая одежда с усиленной защитой против ожогов. Помимо защиты от огня, важным критерием для большого числа связанных с опасными воздействиями применений была стоимость водонепроницаемой, огнестойкой защитной одежды, что препятствует применению типичных, по своей природе огнестойких тканей, таких, которые применяются в противопожарных службах.

Краткое изложение существа изобретения

В одном воплощении описывается материал, подходящий для применения в защитной одежде, например, в виде внешнего слоя верхней одежды, предназначенной для работы в опасных средах, который является воздухопроницаемым, водоотталкивающим и огнестойким, являясь при этом легким, удобным в носке, гибким и недорогим. В одном воплощении обеспечивается способ снижения продолжительности остаточного горения горючего, плавкого материала в ходе испытаний на горение горизонтально закрепленного образца (Horizontal Flame Test) до менее 20 секунд, содержащий обеспечение наружного текстильного материала, содержащего горючий, плавкий материал, и содержащего внутреннюю сторону и внешнюю сторону; обеспечение термореактивного материала, содержащего смесь полимерной смолы и терморасширяющегося графита, в которой терморасширяющийся графит при нагревании до 280°С имеет расширение по меньшей мере 900 мкм, посредством нанесения смеси из полимерной смолы и терморасширяющегося графита на внутреннюю поверхность наружного текстильного материала с тем, чтобы образовать термореактивный материал, у которого воздействию пламени оказывается подвержена внешняя сторона наружного текстильного материала.

В следующем воплощении образуется двухслойный текстильный композит, имеющий в испытании на воспламеняемость с кромки (Edge Ignition Test) низкую продолжительность остаточного горения и небольшую зону обугливания, который содержит плавкий, горючий слой наружного текстильного материала, теплоустойчивый конвективный барьер и термореактивный материал между этими слоями, в котором термореактивный материал содержит смесь полимерной смолы и терморасширяющегося графита и в котором терморасширяющийся графит имеет расширение выше 9см³/г и эндотермичность выше 100 Дж/г.

Описание чертежей

Принцип действия настоящего изобретения будет очевиден из следующего далее описания, рассматриваемого в сочетании с прилагаемыми чертежами, на которых:

Фигура 1 является схематическим представлением вида в сечении одного описанного здесь воплощения.

Фигура 2 является схематическим представлением вида в сечении другого описанного здесь воплощения.

Фигура 3 является схематическим изображением, представляющим одно описанное здесь воплощение.

Фигура 4 является схематическим изображением, представляющим еще одно описанное здесь воплощение.

Фигура 5A является схематическим представлением смеси полимерной смолы и терморасширяющегося графита, нанесенной в виде дискретных точек.

Фигура 5B является схематической иллюстрацией одного воплощения рисунка нанесения смеси полимерной смолы и терморасширяющегося графита в виде сетки.

Фигура 6 является графическим представлением расширения терморасширяющегося графита.

Фигура 7 является схематическим представлением образцов, подвергаемых описанному здесь испытанию на горение горизонтально закрепленного образца.

Фигура 8 является схематическим изображением, представляющим еще одно описанное здесь воплощение.

Фигура 9A является схематическим представлением рисунка нанесения в виде дискретных точек.

Фигура 9B является схематическим представлением рисунка нанесения в виде сетки.

Фигура 9C является схематическим представлением рисунка нанесения в виде дискретных точек.

Подробное описание существа изобретения

В одном воплощении здесь описывается способ снижения продолжительности остаточного горения горючего, плавкого материала. С обращением к Фигуре 1 представлен текстильный композит (2), содержащий наружный текстильный материал (10), имеющий горючий, плавкий материал, с термореактивным материалом (20), содержащим смесь полимерной смолы и терморасширяющегося графита. В одном воплощении термореактивный материал (20) располагается на внутренней стороне (11) наружного текстильного материала (10). При подвергании наружного текстильного материала (10) воздействию пламени с внешней стороны (12) согласно представленному здесь методу испытания на горение горизонтально закрепленного образца и методу испытания на самозатухание (Self-Extinguishing Test) наружный текстильный материал, снабженный слоем термореактивного материала, имеет продолжительность остаточного горения менее 20 секунд.

В следующем воплощении настоящего изобретения теплоустойчивый текстильный подкладочный материал (14) прикреплен, например, термореактивным материалом к внутренней стороне (11) наружного текстильного материала (10) текстильного композита (2) (как показано на Фигуре 1), где в рабочем режиме внешняя сторона (12) наружного текстильного материала (10) сориентирована так, чтобы приходить в контакт с пламенем. При воздействии пламени плавкий наружный текстильный материал проплавляется по направлению к термореактивному материалу. Предполагается, что при расширении термореактивного материала теплоустойчивый текстильный подкладочный материал удерживает расширяющийся термореактивный материал на месте с тем, чтобы облегчить поглощение расплава плавкого наружного текстильного материала.

Материалы, подходящие для применения в качестве теплоустойчивого текстильного подкладочного материала (14) включают, например, текстильные материалы, которые не являются плавкими согласно представленному здесь испытанию на плавление и термическую устойчивость (Melting and Thermal Stability Test). Примеры подходящих теплоустойчивых текстильных подкладочных материалов включают арамиды, огнестойкие (FR) хлопковые ткани, PBI, РВО, FR искусственный шелк, модакриловые смеси, полиамины, углерод, стекловолокно, PAN, политетрафторэтилен (PTFE) и их смеси и комбинации. Термически неустойчивые текстильные материалы, которые согласно данным испытаний на плавление и термическую устойчивость являются плавкими, не подходят для применения в качестве теплоустойчивых текстильных подкладочных материалов. Текстильные материалы, которые являются плавкими согласно данным испытаний на плавление и термическую устойчивость и подходят в качестве наружного текстильного материала, включают, но не ограничиваются нейлоном-6, нейлоном-6,6, полиэфиром и полипропиленом.

В еще одном воплощении обеспечивается способ снижения времени вскрытия текстильного композита. С обращением к одному поясняемому на Фигуре 2 воплощению обеспечивается текстильный композит (2), содержащий наружный текстильный материал (10), имеющий плавкий материал, который может быть как горючим, так и негорючим. Кроме того, по границе внутренней стороны (11) наружного текстильного материала (10) обеспечивается теплоустойчивый конвективный барьер (30), а между ними обеспечивается термореактивный материал (20). При одном способе образуется текстильный композит (2), имеющий время вскрытия по данным описанного здесь метода испытаний на горение горизонтально закрепленного образца, увеличенное по меньшей мере на 20 секунд по сравнению с текстильным композитом, изготовленным из по существу таких же материалов, но в который не вводится никакого термореактивного материала. Согласно данным способам могут быть реализованы воплощения, содержащие текстильные композиты и имеющие наружный текстильный материал (10), содержащий плавкий материал и термореактивный материал (20), в которых текстильный композит имеет увеличенное на 30 секунд время вскрытия, при тестировании описанным здесь методом испытаний на горение горизонтально закрепленного образца.

В одном воплощении обеспечивается способ изготовления текстильного композита, при котором текстильный композит, имеющий наружный текстильный материал (10), который содержит материал, являющийся и плавким, и горючим, и который содержит, кроме того, теплоустойчивый конвективный барьер (30) и термореактивный материал (20) между наружным текстильным материалом и теплоустойчивым конвективным барьером, имеет увеличение времени вскрытия и сниженную продолжительность остаточного горения по сравнению с по существу такими же текстильными композитами, но полученными без применения термореактивного материала. Показатели времени вскрытия и продолжительности остаточного горения определялись согласно представленным здесь методам испытаний на горение горизонтально закрепленного образца и испытания на самозатухание, соответственно. В одном таком воплощении текстильный композит имеет время вскрытия, которое составляет более 20 секунд, и продолжительностью остаточного горения менее 20 секунд.

В следующем воплощении, иллюстрируемом на Фигуре 3, текстильный композит (2) может содержать многослойный теплоустойчивый конвективный барьер (30). Теплоустойчивый конвективный барьер (30) может содержать два или более слоев теплоустойчивой пленки (34 и 34') и, например, полимерный слой (35) между ними. Полимерный слой (35) может быть водонепроницаемым или воздухонепроницаемым, или одновременно и водо-, и воздухонепроницаемым.

В еще одном воплощении, таком, как поясняемое на Фигуре 4, текстильный композит (2) может, кроме того, содержать текстильный подкладочный материал (50), размещаемый на противоположной от термореактивного материала (20) стороне теплоустойчивого конвективного барьера (30). Текстильный подкладочный материал (50) может быть сцеплен с текстильным композитом с помощью связующего материала (40). Предпочтительно подкладочный текстильный материал (50) является теплоустойчивым текстильным подкладочным материалом, таким как материал, прошедший описанные здесь испытания на плавление и термическую устойчивость.

Также обеспечивается способ снижения прогнозируемой, выраженной в процентах площади ожогов тела после воздействия пламени при испытаниях согласно описанной здесь методике ASTM (Американское общество по испытанию материалов) F1930 «Испытания на возгораемость одежды» (Pyroman). Способ содержит обеспечение текстильного композита, содержащего наружный текстильный материал, содержащий плавкий материал, и теплоустойчивый конвективный барьер, имеющий термореактивный материал между наружным текстильным материалом и теплоустойчивым конвективным барьером. Данный способ содержит, кроме того, создание защитной одежды из текстильного композита, в котором наружный текстильный материал ориентирован так, чтобы быть повернутым от тела манекена к источнику пламени и вступать в контакт с огнем. По результатам испытаний на возгораемость одежды, представлявших воздействие в течение 4 секунд, было достигнуто снижение показателей степени ожогов тела, продолжительности остаточного горения и разбрызгивания расплава по сравнению с защитной одеждой, изготовленной аналогичным образом и по существу из тех же самых материалов, но без термореактивного материала между наружным текстильным материалом и теплоустойчивым конвективным барьером. В некоторых воплощениях разбрызгивания расплава не наблюдается, продолжительность остаточного горения снижается примерно до 20 секунд и/или защитная одежда с термореактивным материалом представляет прогнозируемую процентную долю площади ожогов тела, составляющую на около 5 процентных точек меньше, чем защитная одежда, изготовленная без термореактивного материала.

Фигура 6 является графическим представлением коэффициентов расширения ТМА (термомеханический анализ) нескольких терморасширяющихся графитов (А = Nyagraph 351 от Nyacol Nano technologies, Inc; В=3626 от Asbury Graphite Mills Inc; С = 3494 Asbury Graphite Mills, Inc; D = Nyagraph 35 от Nyacol Nano technologies, Inc; E=3538 от Asbury Graphite Mills, Inc). Терморасширяющийся графит, наиболее подходящий для применения в раскрываемых здесь способах, в температурном интервале между около 180°С и 280°С имеет средний коэффициент расширения по меньшей мере 9 мкм/°С. В зависимости от желательных свойств текстильного композита, может быть желательным применение терморасширяющегося графита, имеющего коэффициент расширения выше 9 мкм/°С между около 180°С и 280°С, или коэффициент расширения выше 12 мкм/°С между около 180°С и 280°С или коэффициент расширения выше 15 мкм/°С между около 180°С и 280°С. Один терморасширяющийся графит, подходящий для применения в некоторых воплощениях, в ходе описанных здесь ТМА-испытаний на расширение (ТМА Expansion Test) при нагревании до около 280°С расширяется на по меньшей мере 900 мкм. Другой терморасширяющийся графит, подходящий для применения в некоторых воплощениях, в ходе описанных здесь ТМА-испытаний на расширение при нагревании до около 240°С расширяется на по меньшей мере 400 мкм. При исследовании с использованием описанного здесь испытания на расширение в печи (Furnace Expansion Test) терморасширяющийся графит, подходящий для применения в композитах и в описанных способах, имеет среднее расширение по меньшей мере 9 см³/г при 300°С. В одном примере в ходе описанных здесь испытаний на расширение в печи терморасширяющийся графит В (3626, предлагаемый Asbury Graphite Mills, Inc) имеет среднее расширение около 19 см³/г при 300°С, тогда как терморасширяющийся графит Е (3538 от Asbury Graphite Mills, Inc) имеет расширение только около 4 см³/г при 300°С.

В некоторых воплощениях образуются композиты, содержащие терморасширяющийся графит, обладающий хорошей способностью к расширению и эндотермичностью по данным описанного здесь метода DSC-испытаний на эндотермичность (DSC Endotherm Test), составляющей по меньшей мере около 100 Дж/г. В других воплощениях может быть желательным применение терморасширяющегося.графита с эндотермичностью выше или равной до около 150 Дж/г, выше или равный до около 200 Дж/г или эндотермичностью выше или равной до около 250 Дж/г. В одном воплощении образуется текстильный композит с плавким наружным текстильным материалом и терморасширяющимся графитом, обладающим расширением выше 900 мкм при 280°С и эндотермичностью выше 100 Дж/г, имеющий по данным описанного здесь испытания на воспламеняемость с кромки среднюю величину продолжительности остаточного горения менее 20 секунд, среднюю величину зоны обугливания менее 20 см или оба указанных показателя одновременно. В одном воплощении образуется композит, имеющий плавкий наружный текстильный материал, теплоустойчивый конвективный барьер, содержащий расширенный PTFE (политетрафторэтилен) или теплоустойчивый текстильный подкладочный материал и термореактивный материал, содержащий смесь полимерной смолы и терморасширяющегося графита между плавким наружным текстильным материалом и теплоустойчивым конвективным барьером или теплоустойчивым текстильным подкладочным материалом. Полимерная смола и терморасширяющийся графит, имеющий эндотермичность по меньшей мере 100 Дж/г, смешиваются для образования смеси, которая в виде несплошного рисунка наносится на каждый материал по поверхности раздела. В других воплощениях могут образовываться текстильные композиты, содержащие смеси полимерной смолы и терморасширяющегося графита, в которых ткань имеет среднюю продолжительность остаточного горения менее 10 секунд или менее 2 секунд; могут образовываться текстильные композиты, имеющие среднюю зону обугливания менее 15 см или менее 10 см по данным испытаний на воспламеняемость с кромки.

Размер подходящих для настоящего изобретения частиц терморасширяющегося графита должен быть выбран так, чтобы смесь полимерной смолы и терморасширяющегося графита могла бы наноситься с помощью выбранного способа нанесения. Например, когда смесь полимерной смолы и терморасширяющегося графита наносится с применением технологии глубокой печати, размер частиц терморасширяющегося графита должен быть достаточно малым для того, чтобы соответствовать формам глубокой печати.

Подходящими для применения в раскрываемых воплощениях являются полимерные смолы, имеющие температуру плавления или размягчения ниже 280°С. В одном воплощении применяемые при описанных здесь способах полимерные смолы являются текучими или способными деформироваться в степени, достаточной для того, чтобы позволить терморасширяющемуся графиту расширяться по существу под воздействием теплоты при или ниже 300°С, предпочтительно при или ниже 280°С. Другие полимерные смолы, подходящие для применения в данном термореактивном материале, делают возможным достаточное расширение терморасширяющегося графита при температурах ниже температуры пиролиза плавкого наружного текстильного материала. Может быть желательным, чтобы объемная вязкость полимерной смолы была бы достаточно низка для того, чтобы допускать расширение терморасширяющегося графита, и достаточно высока для того, чтобы поддерживать структурную целостность термореактивного материала после расширения смеси полимерной смолы и терморасширяющегося графита. В другом воплощении применяется полимерная смола, которая имеет модуль накопления между 10³ и 10⁸ дин/см² и тангенс дельта между около 0,1 и около 10 при 200°С. В еще одном воплощении применяется полимерная смола, которая имеет модуль накопления между 10³ и 10⁶ дин/см². В еще одном воплощении применяется полимерная смола, которая имеет модуль накопления между 10 и 10 дин/см². Полимерные смолы, пригодные для применения в некоторых воплощениях, имеют показатели модуля и удлинения при около 300°С или ниже, подходящие для того, чтобы сделать возможным расширение графита. Полимерные смолы, подходящие для применения в некоторых воплощениях, являются эластомерными. Другие полимерные смолы, подходящие для применения в некоторых воплощениях, являются сшиваемыми, такими как сшитый полиуретан, например, Mor-melt R7001E (производства Rohm и Haas). В других воплощениях подходящие полимерные смолы являются термопластичными, имеющими температуру плавления между 50°С и 250°С, например, Desmomelt VP КА 8702 (от Bayer Material Science LLC). Полимерные смолы, подходящие для применения в описанных здесь воплощениях, содержат полимеры, которые включают, но не ограничиваются полиэфирами, термопластичными полиуретанами и сшитыми полиуретанами, а также их комбинациями. Другие полимерные смолы могут содержать один или несколько полимеров, выбранных из полиэфира, полиамида, акрилового, винилового полимера, полиолефина. Другие полимерные смолы могут содержать кремний или эпоксигруппы. В полимерную смолу могут быть возможно включены огнестойкие материалы, такие как меламин, фосфор- и бромсодержащие соединения, гидроксиды металлов, такие как тригидрат оксида алюминия (АТН), бораты и их комбинации.

В некоторых воплощениях смесь полимерной смолы и терморасширяющегося графита при расширении образует множество усикообразных выступов, содержащих расширенный графит. Общая площадь поверхности смеси полимерной смолы и терморасширяющегося графита значительно увеличивается по сравнению с той же самой смесью до расширения. В одном воплощении площадь поверхности смеси после расширения увеличивается по меньшей мере в пять раз. В другом воплощении площадь поверхности смеси после расширения увеличивается по меньшей мере в десять раз. Помимо этого, часто из расширившейся смеси наружу продолжаются усикообразные выступы. Когда смесь полимерной смолы и терморасширяющегося графита наносится на основу несплошным образом, усикообразные выступы будут продолжаться, по меньшей мере частично заполняя открытые участки между несплошными областями. В следующем воплощении усикообразные выступы будут удлиняться, достигая величины отношения длины к ширине по меньшей мере 5 к 1. В одном воплощении, в котором композит содержит плавкий наружный текстильный материал, теплоустойчивый текстильный подкладочный материал или теплоустойчивый конвективный барьер и термореактивный материал, содержащий смесь полимерной смолы и терморасширяющегося графита, нанесенную в виде несплошного рисунка, термореактивный материал расширяется, образуя усикообразные выступы, которые располагаются после расширения неупорядоченным образом, создавая пустоты между усикообразными выступами, а также оставляя промежутки в структуре расширившейся смеси полимерной смолы и терморасширяющегося графита. Под воздействием пламени плавкий наружный текстильный материал расплавляется и в основном удаляется из открытых участков в несплошной структуре термореактивного материала. Теплоустойчивый текстильный подкладочный материал (или конвективный барьер) поддерживает термореактивный материал в ходе расширения, и расплав плавкого наружного текстильного материала поглощается и удерживается расширяющимся термореактивным материалом во время его расплавления. При поглощении и удерживании расплава могут образовываться композиты, которые не демонстрируют никакого разбрызгивания расплава, и воспламеняемость подавляется. Предполагается, что когда теплоустойчивый текстильный подкладочный материал (или конвективный барьер) поддерживает расширяющийся материал во время поглощения расплава, теплоустойчивый текстильный подкладочный материал (или конвективный барьер) защищается от вскрытия и образования отверстий. Увеличенная вследствие расширения площадь поверхности термореактивного материала делает возможным поглощение расплава плавкой ткани расширившимся термореактивным материалом при воздействии пламени.

Смесь полимерной смолы и терморасширяющегося графита может быть получена способом, обеспечивающим однородную смесь полимерной смолы и терморасширяющегося графита, не вызывающим существенного расширения терморасширяющегося графита. Подходящие способы смешивания включают, но не ограничиваются, применением лопастной мешалки, блендированием и другими технологиями низкосдвигового смешивания. При одном способе обеспечивается однородная смесь полимерной смолы и частиц терморасширяющегося графита смешиванием терморасширяющегося графита с мономером или форполимером перед полимеризацией полимерной смолы. При другом способе терморасширяющийся графит может смешиваться с растворенным полимером, из которого растворитель после смешивания удаляется. При еще одном способе терморасширяющийся графит смешивается с горячим расплавом полимера при температуре, которая ниже температуры расширения графита и выше температуры плавления полимера. При способах, которые обеспечивают однородную смесь полимерной смолы и частиц терморасширяющегося графита или агломератов терморасширяющегося графита, терморасширяющийся графит перед расширением графита покрывается или инкапсулируется полимерной смолой. В других воплощениях однородная смесь обеспечивается перед нанесением смеси полимерной смолы и терморасширяющегося графита на основу.

Смесь полимерной смолы и терморасширяющегося графита содержит терморасширяющийся графит в количестве по отношению к общей массе смеси полимерной смолы и терморасширяющегося графита, меньшем или равном до около 50 масс.%, или меньшем или равном до около 40 масс.%, или меньшем или равном до около 30 масс.%, с остальной частью, по существу содержащей полимерную смолу. В других воплощениях терморасширяющийся графит содержится в смеси в количествах, меньших или равных до около 20 масс.%, или меньших или равных до около 10 масс.%, или меньших или равных до около 5 масс.%, с остальной частью, по существу содержащей полимерную смолу. Как правило, желательным является содержание от около 5 масс.% до 50 масс.% терморасширяющегося графита по отношению к общей массе смеси полимерной смолы и терморасширяющегося графита. В некоторых воплощениях желательные показатели огнестойкости могут быть достигнуты с еще более низкими количествами терморасширяющегося графита. Полезным может быть внесение уже 1%. В зависимости от желательных свойств и структуры конечных текстильных композитов, для других воплощений могут оказаться подходящими и другие уровни содержания терморасширяющегося графита. К смеси также могут быть добавлены и другие добавки, такие как красители, наполнители, антимикробные средства, вещества для улучшения технологических свойств и стабилизаторы.

Смесь полимерной смолы и терморасширяющегося графита может быть нанесена на наружный текстильный материал (10) текстильного композита для образования термореактивного материала (20) так, как иллюстрируется на Фигуре 1. Термореактивный материал может быть нанесен в виде непрерывного слоя. Однако, когда желательны улучшенная воздухопроницаемость и/или гриф, смесь полимерной смолы и терморасширяющегося графита может быть наложена с перерывами, чтобы образовать слой термореактивного материала, имеющего степень покрытия поверхности менее 100%.

Несплошное нанесение может обеспечивать менее 100% степень покрытия поверхности фигурами, включающими, но не ограничиваемыми точками, сетками, линиями и их комбинациями. В некоторых воплощениях с несплошным покрытием среднее расстояние между смежными областями несплошного рисунка меньше площади воздействия пламени. В одном воплощении с несплошным покрытием среднее расстояние между соседними участками несплошного рисунка составляет меньше 10 мм, или меньше 5 мм, или предпочтительно меньше 3,5 мм, или 2,5 мм или менее, или 1,5 мм или менее, или 0,5 мм или менее. Например, в наносимом на основу с помощью печати рисунке в виде точек эти измерения относятся к интервалам между точками. Среднее расстояние между соседними участками несплошного рисунка может быть, в зависимости от применения, более 40 мкм, или более 50 мкм, или более 100 мкм, или более 200 мкм. В некоторых описанных здесь композитах подходящим является среднее расстояние между точками, превышающее 200 мкм, но меньшее 500 мкм.

В качества способа описания нанесенного с помощью печати рисунка может также использоваться величина шага, например, в комбинации со степенью покрытия поверхности. В целом шаг определяется как среднее расстояние между центрами соседних фигур, таких как точки, линии или линии сетки напечатанного рисунка. Для расчета в случае нерегулярным образом нанесенных с помощью печати рисунков, таких как показаны, например, на Фиг.9b и 9с, используются усредненные величины. В одном воплощении смесь (20) полимерной смолы и терморасширяющегося графита может быть нанесена несплошным образом в виде рисунка с шагом и степенью покрытия поверхности, обеспечивающими превосходные показатели огнестойкости по сравнению с непрерывным нанесением термореактивной смеси в эквивалентных по массе количествах смеси полимерной смолы и терморасширяющегося графита. Например, как показано на Фиг.9а, 9b и 9с, шаг определяется как среднее расстояние (101 и 102) между центрами соседних точек или линий сетки. В некоторых воплощениях шаг превышает 500 мкм, или превышает 1000 мкм, или превышает 2000 мкм, или превышает 5000 мкм. Для применения в большинстве описанных здесь композитов подходящим является нанесение рисунка с шагом между 500 мкм и 6000 мкм. В воплощениях, для которых важными являются такие свойства, как гриф, воздухопроницаемость и/или масса ткани, может применяться степень покрытия поверхности выше около 25% и менее около 90%, или менее около 80%, или менее около 70%, или менее около 60%, или менее около 50%, или менее около 40%, или менее около 30%. В некоторых воплощениях, для которых необходимы, например, свойства большей огнестойкости, может быть желательно, чтобы степень покрытия термореактивным материалом поверхности слоя композита составляла бы между около 30% и 80% с шагом между 500 мкм и 6000 мкм.

Один способ достижения степени покрытия менее 100% содержит нанесение смеси полимерной смолы и терморасширяющегося графита посредством печати смеси на поверхности конструкции, например, с помощью глубокой печати. Фигуры 5а и 5b представляют примеры, в которых слой термореактивного материала (20) обеспечивается в виде рисунков из точек (5А) и линий сетки (5В), когда смесь (20) полимерной смолы и терморасширяющегося графита наносится несплошным образом с тем, чтобы образовать термореактивный материал, например, на основу (10), такую как теплоустойчивый конвективный барьер или внутренняя сторона наружного текстильного материала. Смесь полимерной смолы и терморасширяющегося графита может быть нанесена в таких количествах, чтобы достигнуть увеличения массы между около 10 г/м² и около 100 г/м² смеси. В некоторых воплощениях смесь наносится на основу так, чтобы обеспечить увеличение массы менее 100 г/м², или менее 75 г/м², или менее 50 г/м², или менее 25 г/м².

В одном варианте несплошного нанесения, таком как нанесение дискретных точек (20) на Фигуре 5А, смесь полимерной смолы и терморасширяющегося графита наносится на основу, образуя слой термореактивного материала (20) в форме множества еще не расширившихся дискретных структур, содержащих смесь полимерной смолы и терморасширяющегося графита. При расширении дискретные точки образуют множество дискретных расширенных структур, обладающих структурной целостностью, тем самым обеспечивая текстильному композиту защитные качества, достаточные для достижения описанных здесь улучшенных свойств. Под структурной целостностью понимается, что термореактивный материал после расширения выдерживает изгибание, по существу не распадаясь и не отслаиваясь от основы, и выдерживает сжатие при измерении толщины в ходе выполнения описанного здесь испытания на изменение толщины (Thickness Change Test).

Смесь полимерной смолы и терморасширяющегося графита может в дополнение к точкам, линиям или линиям сетки наноситься и в виде других форм. Другие способы нанесения смеси полимерной смолы и терморасширяющегося графита могут включать трафаретную печать, или распыление, либо рассыпание покрытия, или нанесение покрытия ножевым устройством, обеспечивающие возможность такого нанесения смеси полимерной смолы и терморасширяющегося графита, при котором достигаются желательные свойства при воздействии тепла или пламени.

В одном воплощении, содержащем теплоустойчивый конвективный барьер, такой как иллюстрируется на Фигуре 2, слой термореактивного материала (20) может быть расположен на наружном текстильном материале (10) или на теплоустойчивом конвективном барьере (30). При одном предпочтительном способе смесь полимерной смолы и терморасширяющегося графита наносится таким образом, при котором смесь обеспечивает хорошее сцепление между теплоустойчивым конвективным барьером и наружным текстильным материалом. В случае воплощений, в которых текстильный композит содержит слоистую структуру, смесь полимерной смолы и терморасширяющегося графита наносится в качестве адгезива, например, для сцепления внутренней стороны слоя (10) наружного текстильного материала и теплоустойчивого конвективного барьера (30), образуя слой термореактивного материала между слоем (10) наружного текстильного материала и теплоустойчивым конвективным барьером (30). При другом способе смесь полимерной смолы и терморасширяющегося графита наносится на композит, образуя слой термореактивного материала, который может необязательно располагаться по меньшей мере частично внутри поверхностных пор или поверхностных пустот одного или обоих слоев (10 и 30).

Описанные способы обеспечивают улучшенные свойства, которые являются особенно полезными для текстильных композитов, содержащих наружный текстильный материал (10), который содержит материалы, содержащие негорючие плавкие материалы или горючие плавкие материалы. Плавкие материалы - это материалы, которые являются плавкими по данным испытаний на плавление и термическую устойчивость. Для определения того, являются ли материалы горючими или негорючими, они подвергаются испытанию на горение вертикально закрепленного текстильного материала (Vertical Flame Test for Textiles). В некоторых воплощениях наружный текстильный материал содержит полиамид, такой как нейлон-6 или нейлон-6,6, и полиэфир, полиэтилен и их комбинации. Предпочтительные текстильные композиты состоят из наружных текстильных материалов, которые являются вязаными или ткаными, при этом наружный текстильный материал имеет массу, меньшую или равную до около 10,0 унций на квадратный ярд, предпочтительно между 1 унцией на квадратный ярд и 10 унциями на квадратный ярд. В качестве варианта, масса наружного текстильного материала составляет между 1 унцией на квадратный ярд и 5,0 унциями на квадратный ярд.

Плавкие негорючие текстильные материалы включают, например, модифицированные фосфинатами полиэфиры (такие как материалы, предлагаемые в продаже под торговыми марками Trevira® CS и Avora® FR). Некоторые плавкие, негорючие ткани в большинстве случаев не предполагаются для применения в огнестойких слоистых материалах, предназначенных для применений в защитной одежде, поскольку, когда ткань оказывается заключена в обычной слоистой форме, она не может легко избегнуть пламени, что приводит к продолжению горения. Однако было найдено, что когда создается текстильный композит, содержащий, кроме того, теплоустойчивую ткань или теплоустойчивый конвективный барьер и термореактивный материал между слоями, такие текстильные композиты оказываются подходящими для использования в огнестойких слоистых применениях. В одном воплощении текстильный композит в форме слоистого материала, содержащего плавкий, негорючий наружный текстильный материал и теплоустойчивую ткань или теплоустойчивый конвективный барьер, который содержит между слоями термореактивный материал в виде несплошного рисунка, имеет по данным испытания на воспламеняемость с кромки продолжительность остаточного горения менее 5 секунд и зону обугливания менее 10 см.

В текстильном композите могут быть обеспечены теплоустойчивые конвективные защитные материалы для дополнительного улучшения эффективности текстильного композита в противодействии пламени или нагреванию. В некоторых воплощениях с целью достижения определенной толщины и грифа конечного композита может быть выбран теплоустойчивый конвективный барьер, имеющий по данным описанных здесь испытаний по определению гибкости и грифа (Flexibility or Hand Measurement Test) толщину менее 1 мм и гриф менее 100. Теплоустойчивые конвективные защитные материалы содержат такие материалы, как теплостойкая пленка и включает такие материалы, как полиимид, кремнийорганический материал, PTFE (политетрафторэтилен), например, высокоплотный PTFE или расширенный PTFE. Теплоустойчивый конвективный барьер препятствует конвективному теплообмену к находящимся за ним слоям, когда подвергается воздействию источника конвективной теплоты. Помимо этого, теплоустойчивая ткань и те