Инновации в мире науки

Высокий темп освоения новых знаний, создание наукоемкой продукции и передовых технологий, а также масштабные исследования обеспечивают эффективное решение комплекса задач. Научно-исследовательский институт пожарной безопасности и проблем чрезвычайных ситуаций в рубрике #инновации_в_мире_науки каждую неделю рассказывает о мировых технологических лидерах и инновациях научно-технического развития в области обеспечения безопасности.

Ученые из Стэнфорда назвали огнеупорные кирпичи самым эффективным накопителем энергии для нужд индустрии

Исследователи из Стэнфорда пришли к выводу, что самый быстрый переход мировой промышленности к использованию 100 % возобновляемой энергии можно обеспечить массовым внедрением в важных отраслях накопителей тепловой энергии на базе огнеупорных кирпичей. Это старое решение, уходящее корнями в бронзовый век, оказалось самым эффективным и экономически оправданным.

Огнеупорные кирпичи могут решать две важные задачи. Первая заключается в накоплении тепла, а оптимальными материалами для таких кирпичей являются глинозем, магнезия и графиты низких сортов. Теплоизоляция является второй задачей и успешно достигается при использовании в качестве основного материала кремнезема. Хранение тепла становится более эффективным, если нагретые кирпичи-накопители изолировать от внешней среды слоем теплоизолирующих кирпичей. При необходимости тепло можно быстро извлечь пропусканием воздушного потока сквозь накопители или использованием инфракрасного излучения самих нагретых кирпичей.

Огнеупорные кирпичи, по сути, являются грязью и ее компонентами. Ученые разработали и сравнили две модели развития промышленности 149 развитых стран, виновных в 99,75 % вредных выбросов. Согласно моделям, использование технологии огнеупорных кирпичей не только позволит промышленности отказаться от энергии углеводородов, но и обеспечит экономию на капитальных затратах не менее 1,27 триллиона долларов к 2050 году.

Инновационная одежда пожарного от Innotex

Передовая методология конструирования БОП.

Сегодня расскажем об инновационном костюме пожарного (БОП – боевая одежда пожарного) от американской компании Innotex.

О компании

Компания Innotex® более 30 лет разрабатывает, производит и продает огнезащитную одежду для пожарных и спасателей. В настоящее время является одним из ведущих североамериканских производителей спецодежды, сертифицированной NFPA 1971-2007 (национальный стандарт США «Огнестойкие костюмы»).

Компания Innotex Inc стремится обеспечить пожарных лучшим оборудованием для максимальной эффективности их работы. В США Innotex® выбирают сотни пожарных подразделений.

В штате компании 418 сотрудников. Годовой оборот оценивается в $12 млн, и последние несколько лет компания демонстрирует ежегодный рост на 25%.

Успешное направление

В апреле 2016 года Innotex® стартовала с первыми продуктами линейки костюмов пожарных Innotex Energy. Благодаря высокотехнологичным достижениям науки в этой линейке сочетаются непревзойденная защита и комфорт.

Основываясь на исследованиях, патентных сведениях, практическом опыте и запросах пользователей, Innotex внедрила удачную технологию трехмерной вентиляции Aiflow™, которая повышает комфорт и производительность, предлагая при этом широкое поле возможностей конструирования и проектирования новых узлов.

Схема устройства объемного вентиляционного лабиринта Aiflow™, представляющего собой опору ложемента баллонов дыхательного аппарата. Выполнена из полимерной пены и покрыта объемной износоустойчивой сеткой.

В 2017 году компания сконцентрировалась на поиске оптимальных материалов, блокирующих 99,98% канцерогенных частиц размером от 0,1 до 1,0 микрон. Это практичное решение появилось в ответ на обеспокоенность по поводу роста заболеваемости раком среди пожарных. Так была освоена еще одна технология, получившая название Gray™. Она защищает зоны наибольшего риска (шею, запястья, туловище и ноги), обеспечивая при этом максимальную мобильность и не сковывая движений.

Топ – Innotex Energy Elit

Лидирующая, технически сложная и самая продвинутая новая модель – костюм пожарного Innotex Energy Elit. Запатентован в США и Канаде. Выполнен из комплекта высокотехнологичных материалов мировых лидеров DuPont (Kevlar и Nomex) и TenСate.

Лозунг из буклета нового продукта: «Мы тщательно продумали экипировку ENERGY™ ELITE, чтобы обеспечить ее максимальную долговечность. Мы проанализировали каждую деталь, вплоть до последнего шва».

Материалы

Innotex сотрудничает как с глобальными произвдителями материалов – DuPont, Tencate, так и с узкоспециализированными технологическими компаниями – Safety Components, Stedfast.

Материалы в костюме пожарного постепенно превращаются в слоистые композиты, где каждый слой выполняет определенную функцию, а вместе они создают мощный комплекс функциональной защиты.

Safety Components исследует возможности модификации твилового переплетения нитей и волокон TenCate, создавая новые структуры с экстремальными показателями защиты. Эти материалы применяются для наружных оболочек костюмов Innotex.

Stedair предлагает инновационные влагонепроницаемые мембраны для костюмов пожарного.

Сама мембрана, помимо влагозащиты и отвода естественной испарины, имеет дополнительные слои для защиты от токсических веществ, патогенов, крови и пота.

Инжиниринг «метаболических зон»

Проектировщики разбили костюм на две базовые «метаболические зоны» (терминология Innotex).

В физиологии термин «метаболизм» обозначает жизненно важный процесс, последовательность химических реакций, обеспечивающих нормальное функционирование организма с поддержанием жизни.

По аналогии в конструировании высокотехнологичного панциря, которым является костюм пожарного, учитываются жизненно важные процессы обеспечения подвижности, растяжимости, воздухообмена, отвода естественной влаги и защиты от воды при работе с брандспойтом, защиты от огня и теплоизоляции.

Схема расположения и структурного строения «метаболических зон».

Зона 1: наружная оболочка – вентилируемый сетчатый слой из кевлара – влагозащитный слой – слой термостойкой подкладки.

Зона 2: наружная оболочка – влагозащитный слой – слой термостойкой подкладки.

1-я зона наиболее подвержена воздействию высоких температур, поэтому здесь оптимизирована тепловая защита.

В пакет введена кевларовая сетка с объемной ячеистой структурой. Это значительно повышает тепловую защиту, а также создает специально устроенный воздушный барьер для дополнительной изоляции.

Для этой области подобран более тонкий утеплитель, улучшающий отвод влаги. Эти меры обеспечивают пожарным максимальную тепловую защиту при минимальной потере воздухопроницаемости.

2-я зона меньше подвержена воздействию высоких температур. Это своего рода область тепловой тени (корпус прикрыт руками), поэтому тут оптимизирована воздухопроницаемость, организован отвод влаги.

Выбран более легкий состав пакета материалов с более тонкой термоизоляцией. Это значительно улучшает влагозащитные свойства, на 25% повышает воздухопроницаемость.

Схема зонирования куртки Energy™ Elite с внутренней стороны (куртка вывернута наизнанку).

В конструкции куртки Energy™ Elite переработана система 3D вентиляции Airflow™.

Система вентиляции Airflow™ показана на вывернутой наизнанку куртке. Хорошо видны ремни для ношения куртки при транспортировке и устройство эластичных огнестойких и влагозащитных манжет.

Система представляет собой анатомически сформированные (с учетом биомеханики движений) рельефные подушки, распределяющие нагрузку от носимого ложемента с баллонами дыхательного аппарата. Выемки между подушками отводят влагу. Подушки покрыты износоустойчивой кевларовой сеткой с особой текстурой, которая способствует вентиляции и влагоотводу на поверхностях контакта с телом пожарного.

Схема зонирования брюк Energy™ Elite с внутренней стороны (брюки вывернуты наизнанку).

Эти инновации в конструкции костюма пожарного значительно улучшают воздухопроницаемость, комфорт и мобильность пожарного.

Детали и проработка узлов

Оригинальное и смелое решение конструкторов – ответ на пожелания клиентов.

Предложена ни на что не похожая Т-образная клапан-застежка горловины на велькро. У застежки проработан язычок, удобно поддеваемый даже рукой в перчатке.

Застегнуть куртку наглухо, защитив область шеи и подбородка можно буквально одним движением (для пожарного важна экономия времени). Эргономичный дизайн переменной высоты воротника-стойки тщательно просчитан, учитывает сопряжение контура и объема маски дыхательного аппарата.

В состав костюма входит балаклава – защитный капюшон с нагрудником (1) – выполненная из смеси волокон: 20% Nomex и 80% Lenzing.

Материал создан по фирменной технологии Innotex Gray™ и представляет собой барьер для 99,8% канцерогенных частиц размером до 0,1 мкм (требование стандарта NFPA 1971: 2018 редакции – минимум 90%).

Также материал Innotex Gray™ применен в отделке манжет (2), специально введены дополнительные манжеты в ширинке (3), по подолу куртки (4) и по низу штанин (5).

Под воротником есть пройма (А) для возможности продевания стропа от привязи, пропускаемой под курткой. В случае, когда строп не используется, пройма закрыта клапаном.

Построение плечевого шва Full-motion™ (В) не ограничивает естественные движения руки, обеспечивая высокую подвижность и минимум складок на плечах.

Манжеты рукава (С) с фиксацией петлями на больших пальцах повышают защиту тыльной части кистей без ущерба для их подвижности.

Швы в плечах (D) со светоотражающей окантовкой не только улучшают видимость в темных замкнутых пространствах, но и помогают держать форму куртки.

Язычки карманов (Е), клапана ширинки (F) имеют широкие ухваты с мягкой подкладкой (легко нащупать даже в перчатках).

Под ширинкой находится вкладыш No-gap™ (G): это дополнительная огнезащитная завеса, предохраняющая половые органы от воздействия повышенных температур. Конструкция вкладыша с непрерывной застежкой-молнией внахлест устраняет зазоры между внешней оболочкой и термоизоляционным вкладышем.

Ромбовидная эластичная вставка Complete-motion crotch™ (Н) обеспечивает большую свободу движений, предотвращает защемление, неудобство при работе на корточках, в неудобных рабочих позах.

Глаза, уши, шею, лицо, тыльные стороны ладоней, область поясницы, пупок, половые органы необходимо защищать.

Брюки с низкой посадкой имеют съемные подтяжки. В комплект входит 2-дюймовый ремень Nomex® (I) с быстросъемной пряжкой. При замене подтяжек на ремень вес переносится с плеч на бедра, что снижает утомляемость. В запросах пожарных присутствуют оба варианта – все зависит от комплекции, образа жизни, выполняемых операций.

В коленном сгибе заложены складки под упрочненной накладкой (J), что обеспечивает повышенную подвижность вместе с применением более тонкого («Зона 2») пакета материалов в подколенном сгибе.

Кромки штанин и рукавов Durahem™ (защищено патентом США): по краю пришита сверхпрочная арамидная окантовка от истирания.

Опционально может быть встроена 3D защита колен (L). Вкладыши, состоящие из нескольких элементов, обеспечивают подвижность колен и одновременно высокий уровень защиты от ударов, проколов, порезов и высокотемпературного воздействия.

Костюм Energy™ Elite выверен до последнего шва: для создания флагманского продукта проведено множество исследований.

Цена комплекта у дистрибьюторов составляет USD 3000. Дорого? Все в балансе со спасенными жизнями, с экономическим эффектом от действий пожарных.

Инновации для СИЗ

Мы привыкли, что костюмы создаются из одного вида ткани, максимум с подкладкой и усилительными накладками. В рассмотренной модели предлагается идея зонирования, учитывающая площади, подвергающиеся максимальному воздействию теплового потока, огня, воды; отдельно выделены физиологические зоны вентиляции, функционально подвижные и растяжимые области.

Предлагаем применить методологию создания данного костюма к другим вариантам униформы: костюмам сварщика, металлурга, литейщика, термиста.

Необходимо отметить, что похожие инновации внедряются и в России. Например, модельный ряд защитной одежды для сварщика с большим количеством полезных опций от «Техноавиа», новые костюмы пожарных от «БТК групп», боевая одежда пожарного с интегрированной страховочной привязью от «Энергоконтракта».

Принимайте во внимание передовые достижения, обобщайте, развивайте и действуйте!