Wykaz Projektów
Streszczenie

Badania nad zastosowaniem jonowych, elektroaktywnych materiałów polimerowych do konstrukcji odzieży chroniącej przed zimnem

Kierownik projektu: dr inż. Adam Pościk

Streszczenie projektu:

 

Projekt V.B.05: Badania nad zastosowaniem jonowych, elektroaktywnych materiałów polimerowych do konstrukcji odzieży chroniącej przed zimnem

Okres realizacji:

1.01.2011 − 31.12.2013

Zadanie/etap 3.:

Opracowanie dokumentacji konstrukcyjnej oraz prototypu odzieży chroniącej przed zimnem. Przeprowadzenie kompleksowych badań laboratoryjnych oraz badań z udziałem użytkowników prototypu odzieży chroniącej przed zimnem. Weryfikacja dokumentacji konstrukcyjnej odzieży na podstawie badań laboratoryjnych i użytkowych. Publikacja

Główny wykonawca:

dr inż. Adam Pościk − Centralny Instytut Ochrony Pracy – Państwowy Instytut Badawczy, Zakład Ochron Osobistych

 

Celem projektu było opracowanie prototypu aktywnej odzieży chroniącej przed zimnem, z zastosowaniem jonowych elementów elektroaktywnych.Opracowany w ramach projektu prototyp odzieży chroniącej przed zimnem składa się z kurtki chroniącej przed zimnem typu Tourist II, pakietu aktywnych materiałów tekstylnych zawierających elementy elektroaktywne oraz układu sterownia tymi materiałami.

Regulacja grubości warstwy izolacyjnej opracowanego prototypu odzieży jest realizowana za pomocą elementów elektroaktywnych, zawierających kopolimer sulfonowanego politetrafluoroetylenu oraz ciecz jonową, pełniących funkcję „siłowników” zmieniających grubość warstwy izolacyjnej odzieży, w zależności od warunków otoczenia.

W ramach projektu wytworzono serię elementów elektroaktywnych, różniących się grubością folii polimerowej, rodzajem elektrod naniesionych na powierzchnię polimeru oraz rodzajem zastosowanego rozpuszczalnika.

Na podstawie wyników przeprowadzonych eksperymentów stwierdzono, że elementy elektroaktywne, zawierające polimer Nafion 117 nasączony cieczą jonową 1-etylo-3-metyloimidazolo trifluorometanosulfonian (EMI-Tf) oraz dodatkową elektrodę wykonaną ze złota, stanowią najlepsze rozwiązanie do konstrukcji modelu materiału termoaktywnego. Elementy te charakteryzują się najmniejszymi wartościami napięcia wymuszającego od 1,5 V do 4 V, dla zakładanego zakresu odkształceń od 0,02 do 0,04 m, oraz największymi wartościami sił generowanych podczas odkształcania i odpowiednią trwałością.

Wykonane elementy elektroaktywne wykorzystano do konstrukcji modelu materiału termo-aktywnego. Materiał ten wykonano z podszewki z poliamidu o masie powierzchniowej 35 g/m2, tkaniny zewnętrznej zawierającej 70% poliestru oraz 30% poliuretanu, o masie powierzchniowej 205 g/m2, oraz elastycznej włókniny polipropylenowej o masie powierzchniowej 248 g/m2 i grubości 40 mm. Wykonano również model sterownika umożliwiający regulację napięcia w zakresie od 0,7 V do 5 V oraz automatyczne włączanie materiału termoaktywnego po przekroczeniu temperatury maksymalnej zadanej przez użytkownika odzieży. Następnie model materiału termoaktywnego zamocowano do wewnętrznej strony kurtki typu Tourist II, w górnej części pleców.

 

 

Projekt V.B.05. Kurtka chroniąca przed zimnem typu Tourist II, z zamontowanym materiałem termoaktywnym zawierającym jonowe elementy elektroaktywne

 

 

Model materiału termoaktywnego poddano badaniom izolacyjności cieplnej z wykorzystaniem metody opisanej w normie PN-EN 511:2009 oraz badaniom termograficznym. Wyniki tych badań wykazały, że charakteryzuje się on dużym zakresem zmian izolacyjności cieplnej (0,074 m2 ∙ K/W).

Stwierdzono, że dla wykonanego modelu materiału maksymalne zapotrzebowanie energii niezbędnej do wymuszenia zmiany izolacyjności wynosi 0,55 W.

Kurtkę poddano badaniom termograficznym na stanowisku pracy w chłodni, w temperaturze otoczenia -20 °C. Wyniki badań termograficznych wykazały, że na skutek wymuszenia zmiany grubości materiału izolacyjnego uzyskano znaczne różnice w dynamice wychładzania powierzchni kurtki. Stwierdzono, że w chłodni (temperatura -20 °C), wychłodzenie powierzchni kurtki od 3,5 °C do -10 °C następuje po 220 s ekspozycji na zimno. Natomiast w przypadku kurtki z włączonym napięciem o wartości 3,5 V, wymuszającym odkształcenie materiału, wychłodzenie jej powierzchni do tej temperatury zarejestrowano po 150 s, a dla kurtki z włączonym napięciem o wartości 5,0 V odpowiednio po 70 s.

Na podstawie przeprowadzonych badań laboratoryjnych izolacyjności cieplnej opracowanego modelu materiału termoaktywnego oraz badań termowizyjnych na stanowisku pracy w chłodni można stwierdzić, że zastosowanie elementów elektroaktywnych umożliwia efektywną zmianę izolacyjności cieplnej odzieży przy relatywnie małym zapotrzebowaniu na energię. W związku z tym opracowany materiał termoizolacyjny może być alternatywą dla stosowanych obecnie rozwiązań konstrukcyjnych odzieży wyposażonej w elementy grzejne lub może być stosowany z nimi komplementarnie.

Konstrukcja materiału termoaktywnego, z wykorzystaniem elementów elektroaktywnych, została zgłoszona do Urzędu Patentowego Rzeczpospolitej Polskiej w celu uzyskania ochrony patentowej.

Wyniki projektu zostały przedstawione w 1 publikacji o zasięgu międzynarodowym i 2 o zasięgu krajowym oraz zaprezentowane podczas 2 konferencji międzynarodowych i 3 krajowych.



Jednostka: Pracownia Ochron Oczu i Twarzy

Okres realizacji: 01.01.2011 – 31.12.2013