יישום של בד לא ארוג מחומצן מראש

סיבים לא ארוגים של פוליאקרילוניטריל מחומצנים מראש (בקיצור PAN pre-oxidized fiber nonwoven) הם בד לא ארוג פונקציונלי העשוי מפוליאקרילוניטריל (PAN) באמצעות ספיגה וטיפול מקדים בחמצון. מאפייניו העיקריים כוללים עמידות מצוינת בטמפרטורה גבוהה, עמידות בפני בעירה, עמידות בפני קורוזיה וחוזק מכני מסוים. יתר על כן, הוא אינו נמס או נוטף בטמפרטורות גבוהות אלא רק מתפחם לאט. לכן, הוא נמצא בשימוש נרחב בתרחישים עם דרישות גבוהות במיוחד לבטיחות ועמידות בפני מזג אוויר. להלן הסבר מפורט מתחומי יישום מרכזיים מרובים, המכסה תרחישי יישום, פונקציות ליבה וצורות מוצר:

1תחום כיבוי אש והצלה חירום

הגנה מפני אש היא אחד מתרחישי היישומים המרכזיים ביותר של בד לא ארוג מחומצן מראש. תכונותיו מעכבות בעירה ועמידות בפני טמפרטורה גבוהה יכולות להבטיח ישירות את בטיחות הצוות. צורות היישום העיקריות כוללות:

שכבה פנימית/שכבת בידוד חום של ביגוד מגן אש

חליפות כיבוי אש צריכות לעמוד בדרישות הכפולות של "עמידות בעירה" ו"בידוד חום": השכבה החיצונית משתמשת בדרך כלל בבדים מעכבי בעירה בעלי חוזק גבוה כמו ארמיד, בעוד ששכבת הבידוד האמצעית משתמשת בהרחבה בבד לא ארוג מחומצן מראש. היא יכולה לשמור על יציבות מבנית בטמפרטורות גבוהות של 200-300 מעלות צלזיוס, לחסום ביעילות את החום הקורן והמוליך של הלהבות, ולמנוע כוויות מעור הכבאים. גם כאשר הן נחשפות ללהבות גלויות, הן לא יימסו או יטפטפו (בניגוד לסיבים כימיים רגילים), מה שמפחית את הסיכון לפציעות משניות.

פֶּתֶק:ניתן להתאים את צפיפות פני השטח של בד לא ארוג מחומצן מראש (בדרך כלל 30-100 גרם/מ"ר) בהתאם לרמת ההגנה. מוצרים בעלי צפיפות פני שטח גבוהה יותר מאופיינים בהשפעות בידוד חום טובות יותר.

ציוד חירום למילוט

➤שמיכת מילוט מאש: ציוד כיבוי אש חירום לבתים, קניונים, רכבות תחתיות ומקומות אחרים. עשוי מבד לא ארוג מחומצן מראש וסיבי זכוכית. כאשר הוא נחשף לאש, הוא יוצר במהירות "מחסום מעכב בעירה", המכסה את גוף האדם או עוטף חומרים דליקים כדי לבודד חמצן ולכבות את האש.

➤מסכה חסינת אש/מסכת פנים לנשימה: במקרה של שריפה, העשן מכיל כמות גדולה של גזים רעילים. ניתן להשתמש בבד לא ארוג מחומצן מראש כחומר הבסיס לשכבת סינון העשן של מסכת הפנים. המבנה העמיד לטמפרטורות גבוהות שלו יכול למנוע את התקלקלות חומר הסינון בטמפרטורות גבוהות. בשילוב עם שכבת הפחם הפעיל, הוא יכול לסנן חלקיקים רעילים.

2שדה הגנה תעשייתי עמיד בפני טמפרטורה גבוהה

בסביבות תעשייתיות, נתקלים לעיתים קרובות בסביבות קיצוניות כגון טמפרטורות גבוהות, קורוזיה וחיכוך מכני. עמידות מזג האוויר של בד לא ארוג מחומצן מראש יכולה לפתור את בעיות הנזק הקל ותוחלת החיים הקצרה של חומרים מסורתיים (כגון כותנה וסיבים כימיים רגילים).

➤ בידוד ושימור חום עבור צינורות וציוד בטמפרטורה גבוהה

צינורות בטמפרטורה גבוהה בתעשיות הכימיה, המתכת והאנרגיה (כגון צינורות קיטור וארובות של כבשנים) דורשים חומרי בידוד חיצוניים שהם גם "מעכבי בעירה" וגם "מבודדי חום". בד לא ארוג מחומצן מראש ניתן לייצר גלילים או שרוולים ולעטוף ישירות סביב פני הצינורות. מוליכות תרמית נמוכה שלו (כ-0.03-0.05W/(m²K)) יכולה להפחית את אובדן החום ולמנוע את שריפת שכבת הבידוד בטמפרטורות גבוהות (שכבות בידוד מסורתיות מצמר סלעים נוטות לספיגת לחות ומייצרות הרבה אבק, בעוד שבד לא ארוג מחומצן מראש קל יותר וללא אבק).

חומרי סינון תעשייתיים (סינון גזי פליטה בטמפרטורה גבוהה)

טמפרטורת גזי הפליטה ממפעלי שריפת פסולת ומפעלי פלדה יכולה להגיע ל-150-250 מעלות צלזיוס, והיא מכילה גזים חומציים (כגון HCl, SO₂). בדי סינון רגילים (כגון פוליאסטר, פוליפרופילן) נוטים להתרכך ולקורוזיה. בד לא ארוג מחומצן מראש בעל עמידות חזקה לחומצות ובסיסים וניתן להכין ממנו שקיות סינון לסינון ישיר של גזי פליטה בטמפרטורה גבוהה. יחד עם זאת, יש לו יעילות שמירה מסוימת על אבק והוא משולב לעתים קרובות עם ציפוי PTFE (פוליטטראפלואורואתילן) כדי לשפר את עמידות הקורוזיה.

➤אטם מגן מכני

בין המעטפת החיצונית לרכיבים הפנימיים של ציוד בטמפרטורה גבוהה כמו מנועים ודודים, יש צורך בחומרי אטם כדי לבודד רעידות וטמפרטורות גבוהות. ניתן לייצר אטמים מוטבעים מבד לא ארוג מחומצן מראש. עמידותו בטמפרטורה גבוהה (טמפרטורת הפעלה ארוכת טווח ≤280℃) יכולה למנוע הזדקנות ועיוות של האטמים במהלך פעולת הציוד, ובמקביל לחסום חיכוך מכני.

3אלקטרוניקה ותחומי אנרגיה חדשים

למוצרי אלקטרוניקה ואנרגיה חדשים יש דרישות מחמירות ל"עמידות בעירה" ו"בידוד" של חומרים. בד לא ארוג מחומצן מראש יכול להחליף כמה חומרים מעכבי בעירה מסורתיים (כגון כותנה מעכבת בעירה ובד סיבי זכוכית).

➤משטח בידוד/מפריד מעכב בעירה לסוללות ליתיום

סוללות ליתיום (במיוחד סוללות חשמל) נוטות ל"בריחה תרמית" כאשר הן טעונות יתר על המידה או קצרות, כאשר הטמפרטורה עולה לפתע מעל 300 מעלות צלזיוס. בד לא ארוג מחומצן מראש יכול לשמש כ"מפריד בטיחות" עבור סוללות ליתיום, כשהוא מונח בין האלקטרודות החיוביות והשליליות: יש לו תכונות בידוד מסוימות במהלך פעולה רגילה כדי למנוע קצרים בין האלקטרודות החיוביות והשליליות. כאשר מתרחשת בריחה תרמית, הוא אינו נמס, יכול לשמור על שלמות מבנית, לעכב את פיזור החום ולהפחית את הסיכון לשריפה ופיצוץ. בנוסף, פנים מארז חבילת הסוללות משתמש גם בבד לא ארוג מחומצן מראש כמשטח בידוד כדי למנוע העברת חום בין תאי הסוללה למארז.

➤חומרי בידוד לאריזת רכיבים אלקטרוניים

אריזות של רכיבים אלקטרוניים כגון מעגלים חשמליים ושנאים צריכות להיות מבודדות ומעכבות בעירה. ניתן לייצר בד לא ארוג מחומצן מראש ליריעות בידוד דקות (10-20 גרם/מ"ר) ולהדביק אותן לפני השטח של הרכיבים. עמידותו בטמפרטורה גבוהה יכולה להסתגל לחימום מקומי במהלך הפעלת ציוד אלקטרוני (כגון טמפרטורת עבודה של שנאי ≤180℃), ובמקביל לעמוד בתקן מעכב בעירה UL94 V-0 כדי למנוע קצר חשמלי ושריפות של הרכיבים.

4תחומים מיוחדים אחרים

בנוסף לתרחישי הליבה שהוזכרו לעיל, בד לא ארוג מחומצן מראש ממלא תפקיד גם בכמה תחומים מיוחדים ונישתיים:

➤ חלל: מצעים מחומר מרוכב עמיד בפני טמפרטורה גבוהה

חומרים מרוכבים קלים ועמידים בטמפרטורה גבוהה נדרשים לתאי המנוע של מטוסים ולמערכות הגנה תרמית של חלליות. בד לא ארוג מחומצן מראש יכול לשמש כ"פרפורם", בשילוב עם שרפים (כגון שרף פנולי) ליצירת חומרים מרוכבים. לאחר הפחמן, ניתן לייצר אותו לחומרים מרוכבים מסיבי פחמן, המשמשים ברכיבים עמידים בטמפרטורה גבוהה של חלליות (כגון חרטי האף וקצוות קדמיים של הכנף) כדי לעמוד בפני שחיקה של זרימת גז בטמפרטורה גבוהה מעל 500 מעלות צלזיוס.

➤הגנה על הסביבה: חומרי סינון לטיפול בפסולת מוצקה בטמפרטורה גבוהה

בטיפול בשאריות בטמפרטורה גבוהה (עם טמפרטורה של כ-200-300 מעלות צלזיוס) לאחר שריפת פסולת רפואית ופסולת מסוכנת, יש צורך בחומרי סינון כדי להפריד את השאריות מהגז. לבד לא ארוג מחומצן מראש יש עמידות חזקה בפני קורוזיה וניתן להכין ממנו שקיות סינון לסינון שאריות בטמפרטורה גבוהה, ובכך למנוע מחומר הסינון להישרף ולהיכשל. יחד עם זאת, התכונה מעכבת הבעירה שלו מונעת מחומרים דליקים בשאריות להצית את חומר הסינון.

➤ ציוד מגן: אביזרים לחליפות פעולה מיוחדות

בנוסף לחליפות כיבוי אש, בגדי עבודה לפעולות מיוחדות כגון מטלורגיה, ריתוך ותעשיות כימיות משתמשים גם בבד לא ארוג מחומצן מראש כבטנה בחלקים הנשחקים בקלות כמו שרוולים ומחשופים כדי לשפר את עמידות הבעירה המקומית ואת עמידות הבלאי, ולמנוע ניצוצות להצית את הבגדים במהלך הפעולות.

לסיכום, מהות היישום שלבד לא ארוג מחומצן מראשטמונה בהסתמכות על מאפייני הליבה שלו של "עמידות בפני בעירה + עמידות בטמפרטורה גבוהה" כדי להתמודד עם סכנות בטיחות או חסרונות ביצועים של חומרים מסורתיים בסביבות קיצוניות. עם שיפור תקני הבטיחות בתעשיות כמו אנרגיה חדשה וייצור מתקדם, תרחישי היישום שלו יתרחבו עוד יותר לתחומים מעודנים ובעלי ערך מוסף גבוה (כגון הגנה על רכיבים מיקרואלקטרוניים ובידוד של התקני אחסון אנרגיה גמישים וכו').