مخطط خلط جديد للملابس الداخلية المقاومة للهب من حيث التكلفة: تحقيق التوازن بين السلامة والراحة

يحتاج العمال في المهن عالية الخطورة، مثل رجال الإطفاء وسائقي سيارات السباق، إلى ملابس داخلية تجمع بين مقاومة اللهب والراحة. يجب أن تحمي ليس فقط من الحروق الناتجة عن درجات الحرارة العالية، بل أيضًا أن تمتص العرق بسرعة. ومع ذلك، فإن المنتجات الحالية إما تستخدم ألياف مقاومة للحريق ذات تكلفة عالية (مثل الألياف الميتا-أramid) التي تعد مكلفة، أو تعتمد خليطًا من الأكريليك المعدل والقطن الذي يتمتع باستيعاب رديء للرطوبة، مما يجعل من الصعب تحقيق كلا الهدفين معًا.

ولمعالجة هذه المشكلة، طور فريق البحث مخطط خلط جديد يتكون من 55% من ألياف الأكريليك المعدل (MAC)، و15% من ألياف البولي أكريلات (PAC)، و30% من ألياف الليوسيل (CLY). وقد أكدت الاختبارات أن هذا المخطط يوازن بين التكلفة ومقاومة اللهب والراحة، ما يوفر طريقًا جديدًا لتطوير ملابس داخلية مقاومة للحريق وبتكلفة اقتصادية.

أولًا: نقاط الألم الأساسية: محدوديات النظم التقليدية

●الاحتياجات في البيئات القصوى: يمكن أن تصل درجات الحرارة في حالات الحريق إلى 1700°م، لذا يجب أن تكون الملابس الداخلية مقاومة للهب لمنع الحروق. كما أن العمل عالي الكثافة يؤدي إلى التعرق الشديد، مما يتطلب امتصاص الرطوبة بسرعة وطردها لتجنب الشعور بالاختناق.
●سلبيات الأنظمة التقليدية: الألياف عالية التكلفة تكون أغلى بثلاث إلى أربع مرات من موداكريلاك، ما يجعلها صعبة الانتشار. إن خليط 65٪ موداكريلاك / 35٪ قطن يتمتع بزمن بلل طويل يتراوح بين 480 و960 ثانية، مما يؤدي إلى كفاءة منخفضة في امتصاص الماء.

ثانيًا. نظام الخلط الجديد: الألياف والعمليات

1. المزايا التكميلية للألياف
MAC: تُستخدم كنواة مقاومة للحريق. فهي تتكون من الكربون دون الانصهار عند درجات حرارة عالية، ومؤشر الأكسجين المحدود (LOI) الخاص بها هو 32.5٪. كما أنها مقاومة للتآكل وسهلة التنظيف.
PAC: تمتاز بالمقاومة العالية للحريق (مؤشر الأكسجين المحدود 42٪) وقدرتها العالية على امتصاص الرطوبة (نسبة استعادة الرطوبة 15.55٪)، مما يعزز القدرة الإجمالية للخليط على امتصاص الرطوبة.
CLY: ألياف معاد تدويرها صديقة للبيئة ولها قدرة أفضل على امتصاص الرطوبة (معدل استعادة الرطوبة 8-14٪) مقارنة بالقطن. كما تتميز بقدرة ممتازة على نفاذية الرطوبة، مما يسرع من تبخر العرق.

2. متغيرات العملية الرئيسية
أُجريت تجارب تحكمية من خلال تعديل نعومة الألياف (1.7 دسيتكس/1.0 دسيتكس ماك)، وعمليات الغزل (غزل حلقي/غزل مدمج/غزل سايرو)، وهياكل النسيج المنسوج (5 أنواع تشمل النسيج العادي، والنقشة 2:1، ونقشة الريب القماشي)، لضمان قابلية تطبيق النتائج على الإنتاج الفعلي.

ثالثًا. التحقق من الأداء: تحقيق المعايير الخاصة بالمقاومة للهب والراحة معًا

1. الأداء الأساسي
●تتوزع الألياف بشكل متساوٍ في الخيط وتظل مستقرة عند درجات حرارة تقل عن 200°م (تحمل ألياف ماك حتى 220°م، وألياف كلاي حتى 250°م)، مما يستوفي متطلبات البيئات ذات درجات الحرارة العالية.
●تزيد قوة الشد للخيط المصنوع من ألياف ماك 1.0 دسيتكس بنسبة 13.7٪ مقارنة بالخيط العادي. ويتمتع الخيط المصنع بتقنية الغزل المدمج بأقل نسبة من الوسخ، مما يمنع تكون الكرات الصغيرة على السطح.

2. امتصاص الرطوبة وطرد العرق
تبلغ مدة ترطيب الخليط الجديد 5-14.6 ثانية فقط، ومدة امتصاص الماء 4.6-21.4 ثانية، وهي أفضل بكثير من الخلطات التقليدية (480-960 ثانية). توفر هيكلية الطي الثلاثي أفضل امتصاص للرطوبة، في حين أن هيكلية القماش المرتبط بنسب 2:1 تكون أبطأ نسبيًا.

3. مقاومة الحريق والسلامة
وفقًا للمواصفة القياسية ISO 15025، فإن جميع العينات لديها زمن اشتعال لاحق أقل من ثانيتين وزمن توهج أقل من ثانيتين، دون حدوث ذوبان أو قطرات. توفر هيكلية القماش المرتبط بنسب 2:1 أفضل مقاومة للحريق. تعمل PAC وMAC معًا بشكل تآزري لتعزيز مقاومة الحريق، ولا يؤثر تحسين امتصاص الرطوبة سلبًا على السلامة.

رابعًا. قيمة التطبيق والتحسين المستقبلي

المزايا الأساسية
1. تكلفة منخفضة: تكلفة المادة لا تتجاوز ثلث إلى ربع تكلفة مادة الميتا-أramid، ولا يتطلب الأمر أي علاج كيميائي إضافي مقاوم للحريق.
2. آمنة وموثوقة: لا تذوب عند درجات الحرارة العالية، مما يمنع الحروق بفعالية.
3. مريحة وصديقة للبيئة: تتميز بخصائص امتصاص رطوبة ممتازة وطرد العرق. ويُحسّن الليوسيل النعومة ويضمن الصديقة للبيئة.

التحسين المستقبلي
يمكن تعديل البنية وفقًا لمتطلبات المهنة (مثل: نسيج 2:1 للإطفائيين، أو طي ثلاثي للسائقين المحترفين للسباقات). وبشكل بديل، يمكن تحسين عمليات الغزل لتقليل خشونة الخيط وتحسين مقاومة التآكل، مما يساعد مواد النسيج الوظيفية على تحقيق التوازن بين "السلامة، الراحة، والتكلفة".
(ملاحظة: تم استقاء البيانات من الورقة البحثية بعنوان جودة الخيوط الدقيقة من خليط الموداكريليك/البولي أكريلات/الليوسيل... (رقم المستند: materials-16-04386.pdf)، وقد تم إعادة صياغتها أصلاً.)