Рынок огнестойких тканей: при разнообразии есть перспективы

По данным Всероссийского института противопожарной обороны МЧС России, среди всех средств огнезащиты, применяемых в стране (более 300 наименований), на долю тканей приходится 6 %. Объём этого сегмента на мировом рынке составлял в 2020 году 3,776 млрд долларов США. Это меньше, чем 1 % от всего объёма мирового рынка текстиля, составляющего более 450 млрд долларов. Однако, как прогнозируют эксперты, к 2026 году огнеупорный тканевый сектор вырастет до 4,844 млрд долларов, значит совокупный среднегодовой темп его роста за 2021‑2026 годы составит 4,2 %. А это почти вдвое выше, чем ежегодный прирост, который демонстрирует сегодня мировой рынок текстиля (2,2 %).

Как закалялась ткань

Ещё 10 лет назад защитные свойства тканей обеспечивались толщиной, весом и специальной пропиткой натуральных материалов. Сейчас для этой цели активно применяются различные синтетические волокна, обладающие факторами защиты либо в чистом виде, либо в смеси, в том числе и с натуральными волокнами, а также с использованием замедлителей горения.

На отечественном рынке огнестойких тканей представлены два вида:
» ткани на основе термостойких волокон, обладающие устойчивыми огнезащитными свойствами;
» ткани на основе хлопка и его смесей с полиэфирным волокном, требующие отделки специальными препаратами, а также шерстяные и полушерстяные с пропиткой и без (такие ткани могут не сохранять своих защитных свойств после стирки и химчистки).

Из первой группы наиболее известны огнестойкие волокна кевлар, тварон, фенилон, оксалон, кермель, арамид, русар, СВМ, арлана и другие. У них высокий модуль упругости, малые удлинение и усадка, очень высокая прочность и отменные огнезащитные свойства, позволяющие защищать людей от теплового воздействия и огня. К примеру, роль кевлара хорошо видна в смесовых тканях, например номекс+кевлар. Именно присутствие более прочного кевлара минимизирует риск вскрытия ткани при воздействии мощного теплового потока и внезапных вспышках пламени. Кроме того, этот компонент повышает разрывные показатели материала. Но, несмотря на все достоинства названных волокон, повышенная жёсткость и низкая гигроскопичность ограничивают их использование в текстильной продукции.

Наибольший огнеупорный эффект достигается заключительной отделкой термостойких волокон специальными препаратами, а также созданием новых видов неоднородных комбинированных нитей. Такие комплексные нити производятся, например, на ОАО «Светлогорск Химволокно» (Республика Беларусь), выпускающем штапельное химическое волокно арселон, которое превосходит по термостойкости известные мировые бренды номекс и кевлар. Арселон с успехом используется в специальной защитной одежде и средствах обеспечения безопасности и спасения людей, но имеет малую разрывную нагрузку (35 сН / текс; для сравнения: у кевлара 205‑235 сН / текс) и низкую устойчивость волокна к воздействию открытого пламени.

В России выпускаются параарамидные нити и волокна русар, армос, СВМ (аналог кевлара, созданный ещё в 1970‑е годы) с очень высокой разрывной нагрузкой и огнетермостойкостью. Но их стоимость довольно высока.

Механические (разрывные, деформационные) и теплофизические свойства нити можно менять, если сделать её комбинированной и кручёной. Подобная технология, разработанная на ОАО «Могилёвхимволокно», позволяет снизить стоимость выработки на 50 %. При этом полученная ткань соответствует требованиям норм пожарной безопасности и не уступает по своим свойствам мировым аналогам.

Разработчики нитей русар и русар-О, используя различные соотношения мономеров при синтезе нити и изменяя некоторые технологические параметры формования, тоже добились похожих результатов, но при более низком по сравнению с обычными нитями русар и СВМ кислородном индексе (показателе устойчивости волокна к воздействию открытого пламени).

Пример использования разных волокон в тканях второго типа даёт компания «Чайковский текстиль», применяющая при производстве огнезащитных тканей препарат Pyrovatex T от фирмы Ciba T. Ткань содержит 80 % хлопка и 20 % полиэфира. В процессе производства препарат PyrovatexT проникает внутрь волокна и за счёт прочных связей с хлопковым волокном придаёт ткани стабильную огнестойкость, увеличивает срок её службы более чем на 50 % и повышает прочность материала.

Одним из вариантов создания огнестойкой ткани является её обработка материалом, замедляющим горение — замедлителем. Чаще всего он используется в домашнем текстиле (шторах, чехлах и т. п.). Наибольшая эффективность огнезащитного действия у вспучивающихся антипиренов, используемых в качестве замедлителя. При воздействии высокой температуры толщина и объём вспучивающегося покрытия увеличиваются в несколько раз за счёт образования негорючего и твёрдого вспененного слоя (коксовой «шубы»). Образовавшийся слой действует как физический барьер между тепловым воздействием и нижележащими слоями защищаемой поверхности. Мировая потребность в замедлителях горения составляет 500 тысяч тонн в год. Правда, текстильные материалы, обработанные замедлителями горения, не всегда имеют достаточную эластичность, что затрудняет их использование в производстве специальной одежды.

Преодоление этого препятствия — творческая задача, стоящая перед текстильной наукой.
Любые текстильные материалы, идущие на изготовление спецодежды, должны обладать не только низкой горючестью, высокой прочностью, но и хорошими гигиеническими показателями. Таким требованиям удовлетворяют, к примеру, ткани, изготовленные из смесей шерстяной пряжи или целлюлозных и синтетических волокон. Кроме того, у ткани для спецодежды время остаточного горения и время остаточного тления не должны превышать 0 с ( ГОСТ 11209-2014). Причем, эти свойства должны сохраняться и после воздействия пятикратной мокрой обработки или пятикратной химической чистки. Этот же ГОСТ задает и допустимое количество свободного формальдегида в материалах для специальных огнезащитных костюмов: не более 300 мкг/г.

Для придания огнезащитных свойств тканям из смеси целлюлозных и синтетических волокон замедлитель горения может внедряться следующими способами:
» пропиткой ткани растворами замедлителей (поверхностная обработка);
» химическим модифицированием волокон и изделий из них;
» введением замедлителей горения в расплав или формовочный раствор полимера.

Ассортиментное многообразие

По экспертным оценкам, обеспеченность огнестойкой одеждой предприятий с потенциальной термической опасностью составляет около 30 %, а пожарных служб РФ — не более 27 %. Ткани, нашедшие своего потребителя, распределены при этом следующим образом:

В обработке хлопковых и смешанных тканей главенствует технология Proban, запатентованный химический состав, при воздействии пламени создающий на ткани изолирующий слой, за который пламя не распространяется. Благодаря этому ткань не плавится, а одетый в костюм из этой ткани человек получает защиту от огня, расплавленного металла, конвективного тепла и контакта с нагретыми поверхностями.

Хлопковые и смесовые ткани, обработанные специальными огнезащитными составами, сто́ят в два и более раза дешевле, чем арамидные. Но только высокие технологии и качественная химия обеспечивают им долгосрочность сохранения огнестойкости во время эксплуатации, удешевление же тканей за счёт этих составляющих неминуемо повлияет и на их свойства.

Законодательство РФ переходит на риск-ориентированную систему в охране труда, поэтому главным при выборе той или иной ткани является правильная оценка рисков. Например, в определённых ситуациях арамидная ткань может оказаться избыточной, а чтобы устоять перед прожигом при сварочных работах — недостаточной (для костюма сварщика используется ткань с плотностью от 340 до 500 г / м², а у арамидных тканей она составляет сейчас 150‑210 г / м²).

Среди натуральных огнестойких материалов стоит упомянуть и базальтовую ткань, сохраняющую свои свойства до 700 °С. Её волокна получают вытягиванием из расплава магматической породы тонких нитей. Используется ткань в качестве накидок для тушения пожаров, для изготовления спецодежды и огнестойких штор (в сочетании с замедлителем горения).

Всем известный асбест тоже находит применение в спецодежде — в виде вставок в костюмы пожарных.

Большую популярность приобрели кремнеземные ткани, способные работать при температурах до 1250 °С. Такие свойства объясняются тем, что они представляют собой стеклянные волокна с высоким (более 95 %) содержанием оксида кремния (Si0₂). Кремнеземные ткани отлично подходят для изготовления огнестойких экранов в металлургических цехах и на сварочных участках.

Потребление огнестойких тканей в России в 2019 году находилось на уровне 7,41 млн погонных метров (11,1 млн м²), а распределение их по отраслям выглядело так:

Надо отметить, что «ареал обитания» огнестойких тканей постоянно расширяется. Например, они нужны гостиницам — не только для обеспечения пожарной безопасности на уровне международных стандартов, но и для повышения репутации заведения (увеличение звёздности отеля и т. п.). Также нужен негорючий текстиль в больницах, школах, офисах и многих других общественных местах.

Что дальше?

Вопросы совершенствования отечественного огнеупорного текстиля назрели ещё до прихода COVID-19 и с наступлением новой реальности только усугубились. Так, при производстве российских арамидных нитей (СВМ, русар, армос, тверлана) есть проблемы с равномерным окрашиванием в широкой цветовой гамме, что сужает сферу их применения по сравнению с зарубежными аналогами (кевлар, номекс, тварон). В ряде случаев использование существующих способов крашения и печатания в условиях реальных возможностей отечественной производственной базы может вызвать даже потерю эксплуатационных свойств ткани, что вовсе не способствует её конкурентоспособности. Целенаправленные исследования методами текстильной химии особенностей поведения этих волокон в процессах отделки могли бы привести к разработке более эффективных способов фиксации красителей и отделочных препаратов на волокне.
Ещё одно направление, ждущее разработки: в России практически отсутствует широко представленный за рубежом огнезащитный трикотаж, предназначенный для изготовления нательного белья, подшлемников, перчаток. То есть в нашей холодной стране нательное бельё нефтяника изготовляется из завозных трикотажных полотен. «Энергетической империи» это как‑то не к лицу.