barrera termica
TRANSCRIPT
19© OFICINA ESPAÑOLA DEPATENTES Y MARCAS
ESPAÑA
11© Número de publicación: 2 225 45251© Int. Cl.7: A41D 31/00
12© TRADUCCIÓN DE PATENTE EUROPEA T3
86© Número de solicitud europea: 01490008 .886© Fecha de presentación: 02.03.200187© Número de publicación de la solicitud: 112963387© Fecha de publicación de la solicitud: 05.09.2001
54© Título: Barrera aislante térmica anti-fuego, procedimiento de fabricación de tal barrera, vestimenta que com-prende al menos tal barrera como aislante interno.
30© Prioridad: 03.03.2000 FR 00 02788
45© Fecha de publicación de la mención BOPI:16.03.2005
45© Fecha de la publicación del folleto de la patente:16.03.2005
73© Titular/es: Duflot Industrie, S.A.14, rue de l’Industrie59157 Beauvois-en-Cambresis, FR
72© Inventor/es: Fourmeux, Jacques
74© Agente: Díez de Rivera de Elzaburu, Alfonso
Aviso: En el plazo de nueve meses a contar desde la fecha de publicación en el Boletín europeo de patentes, dela mención de concesión de la patente europea, cualquier persona podrá oponerse ante la Oficina Europeade Patentes a la patente concedida. La oposición deberá formularse por escrito y estar motivada; sólo seconsiderará como formulada una vez que se haya realizado el pago de la tasa de oposición (art. 99.1 delConvenio sobre concesión de Patentes Europeas).E
S2
225
452
T3
Venta de fascículos: Oficina Española de Patentes y Marcas. C/Panamá, 1 – 28036 Madrid
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
ES 2 225 452 T3
DESCRIPCIÓN
Barrera aislante térmica anti-fuego, procedimiento de fabricación de tal barrera, vestimenta que comprende almenos tal barrera como aislante interno.
La invención se refiere al campo técnico de los materiales textiles térmicamente aislantes y antifuego.
Por “térmicamente aislantes” se designan aquí materiales textiles a través de los cuales las densidades de flujo decalor son pequeñas cuando se someten a un gradiente térmico.
Por “antifuego” se designan aquí materiales textiles termoestables que conservan un buen comportamiento mecá-nico hasta temperaturas tales como las obtenidas después de una exposición a 400ºC.
La invención se refiere principalmente, pero no exclusivamente, a los forros térmicamente aislantes de vestimentasde seguridad antifuego.
Tales materiales se conocen ya del documento US-A-5.136.723 que divulga el preámbulo de la reivindicación 1.
Numerosas actividades profesionales implican un riesgo de quemadura directa por llama, arco eléctrico, proyecciónde materia caliente o de quemadura indirecta por choque térmico.
Entre estas actividades es necesario citar por supuesto las de los bomberos y operadores de pirometalurgia, perotambién las de los militares, agentes de policía, pilotos de aviones, pilotos de carreras de automóviles y muchas otrasincluso en los campos de la química, la industria siderúrgica, la vidriería, la industria del aluminio, la energía o eltransporte, por ejemplo.
Los forros de las vestimentas empleadas en estos diferentes contextos de actividad deben presentar, además debuenas propiedades de barrera térmica y resistencia a la temperatura, un impacto tan limitado como sea posible sobrela comodidad de utilización de la vestimenta.
En efecto, es probable que una vestimenta de seguridad poco confortable no se lleve constantemente y la sensaciónde incomodidad puede acarrear una disminución de la vigilancia.
Idealmente, la presencia del forro no debe traducirse por un peso o un volumen excesivo de la vestimenta.
Idealmente, la presencia del forro no debe obstaculizar más los movimientos de la persona o la evaporación de sutranspiración.
El problema de la evacuación de la transpiración es tanto más agudo cuanto que algunas actividades profesionales,tales como las de los bomberos durante los incendios, deben realizarse en zonas geográficas donde el clima es caliente,en un contexto de estrés y esfuerzos físicos intensos.
Este problema es todavía más complicado por el hecho de que la transpiración no se realiza de forma homogéneaen toda la superficie del cuerpo.
Este problema es tanto más serio cuanto que la acumulación de transpiración en la vestimenta tiende a aumentarsu conductividad térmica, reduciendo su capacidad de barrera aislante.
Las propiedades de barrera térmica del forro no deben, al mismo tiempo, suprimir la sensación física esencial decalor.
En particular, la presencia del forro aislante antifuego deberá garantizar que el intervalo que separa el umbral dedolor del umbral de daño irreversible sea siempre superior al tiempo de reacción de la persona que lleva la vestimentaantifuego.
Convencionalmente, los forros de aislamiento térmico antifuego se realizan en materiales fibrosos y porosos.
El empleo de materiales fibrosos y porosos para la constitución de estos forros está justificado por sus propiedadesde transferencia de calor.
Esta transferencia se realiza por radiación, conducción y convección natural.
La radiación es el modo de transferencia que domina más a menudo en los materiales fibrosos y esto tanto máscuanto mayor sea el gradiente térmico al que estén expuestos.
La densidad del flujo de conducción depende, por su parte, de la porosidad global del material fibroso, de lasuperficie por unidad de volumen de las fibras que indica su estado de división y de la anisotropía del reparto de lasfibras.
2
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
ES 2 225 452 T3
La densidad del flujo de convención natural está limitada, en general, en los materiales fibrosos térmicamenteaislantes.
El aislamiento obtenido para una tela de material fibroso es, en general, inversamente proporcional a la densidadde este material, a la densidad de las fibras que le constituyen y a la conductividad térmica de estos constituyentes.
Este aislamiento es proporcional al espesor de la tela.
Los elementos que acaban de ser expuestos muestran que la realización de forros aislantes antifuego deben satis-facer exigencias variadas y a veces contradictorias.
Se pueden dar tres ejemplos de tales contradicciones.
Un primer ejemplo está unido a la elección de un valor de porosidad para el material del forro.
Se puede buscar una porosidad máxima para el material fibroso y poroso del forro. En efecto, el aire que separalas fibras es un medio perfectamente transparente a la radiación, de forma que solo las fibras están implicadas enla difusión, la absorción y la re-emisión de la radiación infrarroja. Pero una porosidad máxima puede acarrear uncomportamiento mecánico reducido, en particular frente a los lavados y al uso, o un volumen de forro demasiadogrande que moleste los movimientos del portador de la vestimenta.
Un segundo ejemplo está unido a la elección del espesor del material del forro.
Un espesor grande de forro lleva, desde luego, a un poder aislante elevado, y esto tanto más cuanto más reducidosea el volumen de la fibra empleada por unidad de volumen del forro. Pero un espesor de forro grande puede estorbarlos movimientos del portador de la vestimenta. Además, no debe obtenerse un poder de aislamiento térmico grandepara el forro en detrimento de la sensación física de dolor, siendo este umbral de dolor variable de una persona a otra.
Un tercer ejemplo está más fundamentalmente unido a la elección de un forro con un poder de aislamiento térmicoelevado. Convencionalmente, la colocación de una barrera térmica contra los gradientes de temperatura que van delexterior de la vestimenta hacia el interior de ésta, lleva ipso facto a la creación de una barrera térmica contra losgradientes de temperatura que van desde el interior de la vestimenta hasta el exterior de ésta. Esto puede acarrear,principalmente en los climas cálidos o desérticos, una sensación de incomodidad, impidiéndose la evacuación de latranspiración y del calor corporal por la presencia del forro.
La evacuación del calor y de la transpiración es tanto más necesaria cuanto que las vestimentas de seguridadantifuego son espesas y, a veces, pesadas.
Convencionalmente, las vestimentas de seguridad antifuego comprenden en efecto, desde su cara externa hacia sucara interna:
- un tejido externo, lo más a menudo a base de aramida, la mayor parte del tiempo con una masa por unidadde área de 200 a 250 g/m2;
- una membrana microporosa impermeable y respirante, de tipo poliuretano fosforado o PTFE, ajustada sobreun sustrato, lo más a menudo de fibras aramidas, o ajustada sobre otra capa;
- una barrera térmica aislante, lo más a menudo formada por una tela no tejida de fibras aramidas;
- un forro de limpieza, lo más a menudo de 100% aramida o 50% aramida y 50% viscosa FR que protege labarrera térmica.
En la técnica anterior se han propuesto diversas realizaciones de barreras térmicamente aislantes y antifuego.
Convencionalmente, estas barreras utilizan telas no tejidas, tejidos o tejidos de punto térmicamente estables eininflamables por la naturaleza de las fibras utilizadas.
Las barreras térmicas conocidas en la técnica anterior solo responden de forma imperfecta a las necesidades de susutilizadores, en particular por lo que respecta a su capacidad de intercambio térmico de su cara interna hacia su caraexterna.
La invención tiene como objetivo proponer una barrera térmica aislante, termoestable, antifuego que permite unaevacuación aumentada del calor y de la transpiración corporal, de forma que se mantenga una impresión de segundapiel para la persona que utiliza una vestimenta provista de tal barrera térmica, conservando ésta sin embargo buenaspropiedades de protección frente al fuego y a los choques térmicos.
Con este fin, la invención se refiere, según un primer aspecto, a una barrera térmica termoestable y antifuego,principalmente para vestimenta de seguridad, como se define en la reivindicación 1.
3
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
ES 2 225 452 T3
La talla, la forma y la densidad de los orificios son tales que el calor natural del cuerpo humano puede evacuar-se más fácilmente, manteniéndose sin embargo el efecto de barrera térmica para las fuentes de calor externas. Segúndiversas realizaciones, esta hoja se elabora a partir de un material polimérico elegido entre el grupo que comprende: po-liamidas imidas, poli-imidas, tales como P.84 (P.I.), aramidas, para-aramidas, poliacrilatos, copoli-imidas aromáticas,poliacrilonitrilos, poliéster-éter-cetonas, polibencimidazoles, politetrafluoroetilenos (P.T.F.E.), polisulfonas (P.S.O.),poliétersulfonas (P.E.S.), polifenilsulfonas y poli(sulfuros de fenilenos) (P.P.S.), mezclas de aramida y de polibencimi-dazol, mezclas de poliacrilonitrilo y de poliamida estabilizadas térmicamente, politrifluorocloroetilenos (P.T.F.C.E.),copolímeros de tetrafluoroeteno-perfluoropreno (F.E.P.), melaminas (por ejemplo Basofil®) y fenólicos (por ejemploKynol®).
En algunas realizaciones, la barrera térmica se elabora a partir de fibras de las materias poliméricas mencionadasanteriormente o de mezclas de fibras de al menos dos de estas materias poliméricas.
En modos particulares de realización, esta barrera térmica es de material compuesto provisto de una matriz reali-zada a partir de una materia polimérica elegida entre las mencionadas anteriormente y un refuerzo de fibras cortas olargas, tejidas o no tejidas.
Según diversas variantes de realización, estas fibras de refuerzo se eligen entre el grupo que comprende fibrasmetálicas, fibras de vidrio, fibras de viscosa “no fuego”, fibras de carbono, fibras de carbono peroxidado y fibrasmodacrícilicas.
Según una realización económica, esta barrera térmica se elabora de material compuesto de refuerzo de fibrasaramidas recicladas.
La invención se refiere, según un segundo aspecto, a un procedimiento de fabricación de una hoja tal como se hapresentado anteriormente, comprendiendo este procedimiento una etapa de agujado.
La invención se refiere, según un tercer aspecto, a una vestimenta de protección antifuego que comprende al menosuna barrera térmica termoestable antifuego tal como se ha presentado anteriormente.
En algunas realizaciones, esta vestimenta presenta además desde su cara externa hacia su cara interna: un tejido abase de aramida, una membrana microporosa impermeable y respirante, dicha barrera térmica termoestable y antifuegoy un forro de limpieza.
La membrana semipermeable se elabora por ejemplo a partir de una hoja de poliuretano fosforado o PTFE, ajustadasobre un sustrato de fibras aramidas.
Otros objetivos y ventajas de la invención aparecerán en el transcurso de la descripción siguiente de los modos derealización, descripción que se va a efectuar refiriéndose a los dibujos anexos, en los que:
- la figura 1 es una vista de frente de una parte de la barrera térmica termoestable y antifuego según un modo derealización de la invención;
- la figura 2 es una vista transversal de una vestimenta antifuego que comprende una barrera térmica tal como larepresentada en la figura 1.
Se describe en primer lugar la figura 1 que ilustra un ejemplo de realización de la invención.
En este ejemplo de realización, una tela no tejida agujada 1, aislante térmico y antifuego para aislamiento devestimenta de seguridad está provisto de perforaciones 2 y 3.
Esta tela no tejida agujada se elabora a partir de mezclas de fibras aramidas tales como las fibras Nomex®, Isomex®
o Kevlar® de la sociedad Dupont de Nemours, o fibras Kermel® de la sociedad Rhône Poulenc, fibras Teijin Conex®
o Technora de la sociedad Teijin Ltd., Twaron® de la sociedad Akzo, Apyel® de la sociedad Unitika y HMA® de lasociedad Hoechst.
La tabla siguiente presenta algunas propiedades de la tela no tejida -no perforada- realizada a partir de un fieltrode Isomex® 5119WS913, comprendiendo este fieltro una mezcla de fibras meta-aramidas y para-aramidas de denier1,4/1,7/2,2/6,1 dtex y de una longitud comprendida entre 38 y 140 mm.
4
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
ES 2 225 452 T3
Se pueden emplear otras fibras sintéticas termoestables, tales como:
- fibras de melamina, por ejemplo Basofil®;
- fibras poliamidas aromáticas, por ejemplo P84® de la sociedad Lenzing;
- fibras fenólicas, por ejemplo Kynol® de la sociedad Nippon Kynol o Philene® de la sociedad Saint Gobain;
- fibras pan preox, por ejemplo Panox® de la sociedad RK Carbon Ltd. o Sigrafil® de la sociedad Sigri;
- fibras de poliacrilato, por ejemplo Inidex® de la sociedad Courtaulds; y
- fibras de polibencimidazol, por ejemplo PBI® de la sociedad Hoechst Celanese.
Para la mayoría de las utilizaciones es conveniente una masa por unidad de área del fieltro no tejido comprendidaentre 100 y 200 g/m2.
Las fibras aramidas utilizadas pueden ser resultado de un reciclado, por ejemplo de desechos.
Las perforaciones realizadas en la hoja de tela no tejida agujada son, en la realización presentada, orificios circu-lares 2 y 3, de dos diámetros diferentes.
En la figura 1, se definen las direcciones D1 y D2, para facilitar la comprensión de la descripción, como direccioneslongitudinales y transversales.
Los términos longitudinal y transversal se emplean por comodidad y no presuponen el sentido de utilización de lahoja.
En la realización representada, un primer tipo de orificio 2 es de diámetro del orden de tres milímetros y un segundotipo de orificios 3 es de diámetro del orden de 2 milímetros.
Los orificios 2, de diámetro mayor, están dispuestos siguiendo un motivo de malla rectangular.
Los orificios 3, de diámetro menor, están dispuestos siguiendo el mismo motivo de malla rectangular, estandodesplazados los dos motivos un semi-lado de malla.
De forma que los orificios de diámetro pequeño están dispuestos siguiendo líneas longitudinales equidistantes, deseparación idéntica a aquellas sobre las que se disponen los orificios de diámetro pequeño.
Igualmente, los orificios de diámetro grande están dispuestos siguiendo líneas transversales equidistantes, de sepa-ración idéntica a aquellas sobre las que se disponen los orificios de diámetro pequeño.
Cuando se observan según dos direcciones oblicuas D3 y D4 con respecto a las direcciones D1 y D2 los orificios2 y 3 están alineados.
Los cuatro orificios más próximos vecinos de cada orificio de diámetro pequeño 3 son orificios de diámetro grande3 dispuestos según la malla de su red.
5
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
ES 2 225 452 T3
Igualmente, los cuatro orificios más próximos vecinos de cada orificio de diámetro grande 2 son orificios dediámetro pequeño 3 dispuestos según la malla de su red.
La densidad de orificios es del orden de dos a tres orificios por centímetro cuadrado.
La perforación permite una reducción del peso de la hoja del orden de 20 a 30%.
Se pueden considerar otras formas de orificios, así como otros tipos de motivos de orificios.
La barrera térmica puede comprender igualmente más de dos tipos de orificios.
En algunos modos de realización, la densidad de perforación no es homogénea.
Así, cuando la primera barrera térmica 1 se coloca como aislante de vestimenta antifuego, se puede prever unadensidad de orificios mayor para las zonas del cuerpo que están poco expuestas a priori a los riesgos de quemaduradirecta o indirecta.
Además, si se emplea la barrera térmica 1 como aislante en capuchas de protección antifuego, las perforacionespodrán ser más numerosas por encima de las orejas del portador de la capucha.
En la realización presentada, las perforaciones están dispuestas siguiendo un motivo simple y regular.
Este tipo de realización presenta, entre otras, la ventaja de facilitar la modelización mecánica y térmica del com-portamiento de la barrera térmica termoestable aislante antifuego.
Por supuesto, se pueden considerar motivos irregulares en función de las necesidades.
La barrera térmica termoestable aislante antifuego de tela no tejida agujada es flexible, de un espesor por ejemplodel orden de uno a cinco milímetros.
Se refiere ahora a la figura 2.
En la figura 2 se representa esquemáticamente en corte transversal una estructura de vestimenta de protección, quecomprende al menos una barrera térmica 1 como aislante interno.
En esta figura 2 las diferentes capas de la vestimenta están separadas unas de otras por claridad.
Los espesores relativos de las diferentes capas no han sido respetados, estando el espesor del forro exagerado porclaridad.
Esta vestimenta de seguridad antifuego comprende desde su cara externa hacia su cara interna:
- un tejido externo 4;
- una membrana microporosa 5;
- dicha barrera térmica termoestable antifuego; y
- un forro de limpieza interno 6.
El valor de la resistencia evaporativa de las vestimentas del tipo anterior, provistas de un forro convencional varíaen general entre 22 y 30 bar·m2/W.
Tales valores se obtienen, por ejemplo, cuando se emplea una tela no tejida agujada de fibras Isomex® de 100 g/m2.
El empleo de fibras del tipo Nomex® permite disminuir este valor de resistencia evaporativa a menos de 22bar·m2/W.
La realización de perforaciones sobre una tela no tejida agujada de Isomex® permite mejorar el valor de la resis-tencia evaporativa de 10 a 30%.
En algunos modos de realización, el tejido externo 4 es sensiblemente impermeable.
Esta propiedad es principalmente importante para algunas intervenciones de los bomberos o cuando la atmósferade intervención es potencialmente nociva o tóxica.
En algunos modos de realización, este tejido externo está provisto de bandas fosforescentes y/o fluorescentes.
6
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
ES 2 225 452 T3
La membrana microporosa 5 es, por ejemplo, de Gore-tex® o del tipo de poliuretano fosforado, ajustada sobre unsustrato de fibras aramidas.
En función de las temperaturas de exposición previstas, se pueden emplear diversos tipos de fibras para la realiza-ción de una barrera térmica no tejida 1.
Para temperaturas de exposición elevadas, se pueden emplear fibras del tipo:
- poliamidas imidas, poli-imidas (P.I.);
- aramidas, tales como Kemel®, Teijin Conex®, Kevlar®, Twaron® y Tecnora®;
- para-aramidas, meta-aramidas;
- poliacrilato, tal como Inidex®;
- copoli-imida aromática;
- poliacrilonitrilo;
- poliéster-éter-cetona;
- polibencimidazol, por ejemplo fibras PBI® de la sociedad Celanise Corp.;
- politetrafluoroetileno (P.T.F.E.);
- modacrílicos;
- polifenilsulfona; y
- poli(sulfuro de fenileno) (P.P.S.).
Se pueden emplear igualmente mezclas de fibras del tipo anterior, tales como, principalmente:
- mezcla de aramida y de polibencimidazol; y
- mezclas de poliacrilonitrilo y de poliamida estabilizadas térmicamente.
Llegado el caso, las fibras mencionadas anteriormente, en particular las poliaramidas, se pueden mezclar con fibrasde vidrio, de carbono o de sílice.
Cuando se prevén temperaturas de exposición menores, se pueden emplear fibras del tipo:
- politrifluorocloroetileno (P.T.F.C.E.);
- copolímero de tetrafluoroeteno-perfluoropreno (F.E.P.);
- polisulfona (P.S.O.); y
- poliétersulfona (P.E.S.).
Cuando se desean una resistencia mecánica y una resistencia al lavado, más particularmente para el fieltro no tejidoagujado perforado, éste puede coserse mediante líneas de costura no rectilíneas sino, por ejemplo, sinuosas, sobre unamembrana antifuego.
7
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
ES 2 225 452 T3
REIVINDICACIONES
1. Barrera de aislamiento térmico termoestable y antifuego, principalmente para vestimenta de seguridad, quecomprende una cara delantera destinada a venir delante de una fuente de calor o de radiación exterior y una caratrasera opuesta a la cara delantera, comprendiendo esta barrera una pluralidad de orificios (2 y 3) que desembocancada uno en la cara delantera y la cara trasera de esta barrera, presentándose dicha barrera en forma de una tela notejida provista de orificios circulares, caracterizada porque, siendo la densidad de orificios del orden de dos porcentímetro cuadrado, un primer tipo de orificios es de diámetro del orden de tres milímetros y un segundo tipo deorificios es de diámetro del orden de dos milímetros.
2. Barrera de aislamiento según la reivindicación 1, caracterizada porque está elaborada a partir de un material ele-gido entre el grupo que consta de: poliamidas imidas, poli-imidas, aramidas, para-aramidas, meta-aramidas, poliacri-latos, copoli-imidas aromáticas, poliacrilonitrilos, poliéster-éter-cetonas, polibencimidazoles, politetrafluoroetilenos,polisulfonas, poliétersulfonas, polifenilsulfonas y poli(sulfuros de fenilenos), mezclas de aramida y de polibencimida-zol, mezclas de poliacrilonitrilo y de poliamida estabilizadas térmicamente, politrifluorocloroetilenos y copolímerosde tetrafluoroeteno-perfluoropreno.
3. Barrera de aislamiento según la reivindicación 2, caracterizada porque está elaborada de un material que com-prende además fibras elegidas entre el grupo que comprende fibras metálicas, fibras de vidrio, fibras de viscosa “nofuego”, fibras de carbono, fibras de carbono peroxidado, fibras de sílice y fibras modacrílicas.
4. Barrera de aislamiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque los dos tiposde orificios (2 y 3) están dispuestos cada uno según un motivo de malla rectangular.
5. Barrera de aislamiento según la reivindicación 4, caracterizada porque los dos motivos rectangulares son idén-ticos y están desplazados.
6. Barrera de aislamiento según la reivindicación 5, caracterizada porque los dos motivos están desplazados unsemi-lado de la malla.
7. Barrera de aislamiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizada porque su espesor esdel orden de uno a cinco milímetros.
8. Barrera de aislamiento según una cualquiera de las reivindicaciones 2 a 7, caracterizada porque está elaboradade fibras aramidas recicladas.
9. Procedimiento de fabricación de una barrera de aislamiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8,caracterizado porque comprende una etapa de agujado, siendo la barrera una tela no tejida perforada agujada.
10. Vestimenta de protección antifuego, caracterizada porque comprende al menos una barrera térmica aislante(1) según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8 como aislante interno.
11. Vestimenta según la reivindicación 10, caracterizada porque comprende:
- un tejido externo a base de aramida (4);
- una membrana microporosa impermeable y respirante (5);
- dicha barrera térmica aislante (1); y
- un forro de limpieza interno (6).
12. Vestimenta de protección según la reivindicación 10 u 11, caracterizada porque la membrana microporosa (4)está elaborada a partir de una hoja de poliuretano fosforado ajustada sobre un sustrato de fibras aramidas.
8
ES 2 225 452 T3
9