Pracownia Odzieży Ochronnej - Projekty
Wykaz Projektów
Streszczenie

Aktywna odzież z materiałami z pamięcią kształtu (SMM) do ochrony pracowników przed czynnikami gorącymi

Kierownik projektu: dr inż. Grażyna Bartkowiak

Streszczenie projektu:

 

Najnowsze kierunki badań z zakresu odzieży ochronnej, które cieszą się dużym zainteresowaniem użytkowników, dotyczą funkcjonalizacji odzieży i aplikacji materiałów inteligentnych, nazywanych również aktywnymi, interaktywnymi i adaptacyjnymi. Grupą materiałów, które mogą być wykorzystane do funkcjonalizacji odzieży ochronnej, są stopy z pamięcią kształtu (ang. shape memory alloys ‒ SMA), zdolne do samoistnej i odwracalnej zmiany kształtu pod wpływem bodźca temperaturowego.

Celem projektu badawczego było zaprojektowanie oraz wykonanie modelu aktywnej odzieży, w której na określonej powierzchni występują układy materiałów tekstylnych z elementami z SMA. Aplikacja SMA w określone miejsca odzieży chroniącej przed czynnikami gorącymi, a więc płomieniem, promieniowaniem cieplnym, ciepłem konwekcyjnym, rozpryskami stopionych metali, powinna  umożliwić rezygnację z ciężkich układów materiałów dających przez cały czas użytkowania bardzo wysoki poziom ochrony i zastąpić je lżejszymi materiałami ze stopami z pamięcią kształtu, aktywnie dostosowującymi poziom ochrony do istniejącego zagrożenia.

W ramach realizacji 1. etapu projektu opracowano założenia do konstrukcji aktywnej odzieży chroniącej przed czynnikami gorącymi (płomieniem, promieniowaniem cieplnym, rozpryskami stopionych metali). Założono, że gdy na człowieka nie oddziałują czynniki gorące, elementy z SMA zastosowane w odzieży charakteryzują się minimalną wysokością. Po zadziałaniu bodźca temperaturowego elementy aktywne z SMA powinny samoistnie się rozprężyć, tworząc dystans pomiędzy tkaninami w postaci warstwy powietrza i w konsekwencji powodując wzrost odporności układu materiałów na przenikanie ciepła. Wytypowano stop niklu i tytanu w formie drutu i opracowano program nadawania kształtu wybranego stopu NiTi, uwzględniający formowanie, dwustopniowe wygrzewanie w temperaturze 550 °C oraz obróbkę termomechaniczną (trening),  który  umożliwił uzyskanie elementów aktywnych w postaci sprężynek ze stopu NiTi o kształcie stożkowym. Wyniki badania charakterystycznych temperatur przemiany martenzytycznej dla opracowanych elementów z SMA wykazały, że zmiana kształtu ze sprężyny w stanie ściśniętym do sprężyny w stanie rozprężonym następuje zgodnie z założeniami w temperaturze 60 °C.

W 2. etapie projektu aktywne elementy wykonane ze stopów SMA zostały zaimplementowane do wytypowanych tkanin, przeznaczonych do stosowania w odzieży ochronnej. Opracowano i wytworzono trzy modelowe materiały aktywne z elementami z SMA, różniące się tkaniną zewnętrzną. Wyniki badań laboratoryjnych nad opracowanymi modelami materiałów aktywnych z elementami z SMA przeprowadzone w 2. etapie potwierdziły ich zadowalające właściwości ochronne oraz  możliwość zastosowania w odzieży chroniącej przed czynnikami gorącymi, która spełnia wymagania normy PN-EN ISO 11612:2015-11. Elementy z SMA powodują poprawę właściwości ochronnych przez zwiększenie grubości materiałów i powstanie dodatkowej warstwy powietrza, powodującej izolację cieplną. Uzyskane wyniki badań wskazują, że właściwości ochronne odzieży w miejscach zastosowania aktywnych materiałów z elementami z SMA mogą wzrosnąć o 1 lub 2 poziomy skuteczności.

Projekt III.P.07.Fotografie modelu odzieży aktywnej: a) przód bluzy; panele wykonane z materiału aktywnego  z elementami z SMA: b) w stanie nieaktywnym, c) w stanie aktywnym

        

W 3. etapie projektu opracowano model aktywnej odzieży w postaci bluzy składającej się  z trzech oddzielnych, zachodzących na siebie paneli wykonanych z opracowanych w ramach projektu aktywnych materiałów z elementami z SMA. Panele te ulokowano w miejscach najbardziej narażonych na działanie czynników gorących, w taki sposób, aby zapewnić jak najlepszą ochronę i komfort potencjalnemu użytkownikowi. Taka konstrukcja odzieży zapewnia jej dobrą układność, małą sztywność, dużą efektywność działania elementów z SMA oraz swobodę ruchów podczas pracy w odzieży, która będzie zmieniać kształt po zadziałaniu impulsu cieplnego. Przednie panele odzieży mogą być wykonane z materiałów aktywnych składających się z tkaniny wierzchniej aluminizowanej lub bawełnianej wykończonej za pomocą impregnacji trudnopalnej.                 

      Opracowany w ramach projektu model aktywnej odzieży ochronnej z elementami z pamięcią kształtu (SMA) został pozytywnie zweryfikowany podczas badań laboratoryjnych obejmujących zarówno materiały zastosowane w odzieży, jak i jej konstrukcję. Materiały z elementami SMA, zastosowane w określonych miejscach aktywnej odzieży ochronnej, umożliwiają poprawę właściwości ochronnych po zadziałaniu impulsu cieplnego w postaci płomienia, promieniowania cieplnego i rozprysków stopionych metali. Wyniki badań ergonomicznych opracowanego modelu aktywnej odzieży ochronnej wg opracowanej metodyki wykazały, że elementy z SMA zastosowane w odzieży nie przeszkadzają w wykonywaniu określonych czynności i normalnym użytkowaniu odzieży, nie powodują one również żadnych negatywnych skutków dla użytkownika. Odczuwalny był natomiast efekt ich funkcjonalizacji po zadziałaniu impulsu w postaci promieniowania cieplnego.

W wyniku prac naukowo-badawczych przeprowadzonych w projekcie uzyskano następujące wskaźniki produktu: model aktywnej odzieży ochronnej z materiałami z pamięcią kształtu (SMA), który został pozytywnie zweryfikowany podczas badań laboratoryjnych, dokumentację techniczno-technologiczną aktywnej odzieży z elementami z SMA, wzór użytkowy aktywnej odzieży ochronnej z elementami z SMA zgłoszony do Urzędu Patentowego RP, materiały informacyjne dla potencjalnych użytkowników aktywnej odzieży z elementami z SMA.

Wyniki realizacji projektu przedstawiono w formie 1 referatu  na międzynarodowej konferencji oraz podczas 2 seminariów branżowych upowszechniających te wyniki wśród producentów odzieży ochronnej. Ponadto opracowano 2 publikacje popularnonaukowe oraz 1 naukową.

 

 

Aktywna odzież chroniąca przed czynnikami gorącymi z elementami z pamięcią kształtu.
Autor: dr inż. Grażyna Bartkowiak, mgr inż. Anna Dąbrowska
2016 r.


Jednostka: Pracownia Odzieży Ochronnej

Okres realizacji: 01.01.2014 – 31.12.2016