Opracowanie polimerowych sensorów temperatury i rozciągania do zastosowani w konstrukcji materiałów barierowych

Celem projektu było opracowanie modelowych rozwiązań polimerowych sensorów temperatury i/lub rozciągania umożliwiających wizualną ocenę uszkodzenia mechanicznego lub termicznego materiałów stosowanych do wybranych konstrukcji środków ochrony indywidualnej.

Ocena procesu rozciągania odnosi się głównie do elementów, z których jest wykonywany sprzęt chroniący przed upadkiem z wysokości. Ocena wpływu wysokiej temperatury charakteryzującej tzw. gorące stanowiska pracy dotyczy w szczególności materiałów barierowych, czyli materiałów stosowanych np. w konstrukcji odzieży ochronnej chroniącej przed działaniem promieniowania cieplnego.

W konstrukcji opracowanych i wytworzonych modeli sensorów rozciągania i temperatury zastosowano dwa rodzaje barwników:

-       luminescencyjny (4,4'-Bis(2-benzoxazolyl)stilben) – do konstrukcji luminescencyjnych sensorów rozciągania i temperatury

-       termochromowy (cyjanożelazian bizmutu) – do konstrukcji termochromowych sensorów temperatury).

Zasada działania sensorów rozciągania i temperatury z barwnikiem luminescencyjnym polega na obserwacji zmian w widmie promieniowania widzialnego emitowanego przez sensor – po jego oświetleniu promieniowaniem UV – zachodzących w wyniku rozciągania lub wysokiej temperatury. Modele sensorów zostały wykonane w postaci pasków polimerowych. Paski te mogą być zamocowane do elementów stosowanych w konstrukcji środków ochrony indywidualnej, dla których sprawdza się, czy zostały poddane procesowi rozciągania lub warunkom podwyższonej temperatury (powyżej 50 ^oC).

Zasada działania sensora temperatury z barwnikiem termochromowym polega na obserwacji zmiany barwy zachodzącej w polimerze (bez konieczności oświetlania sensora promieniowaniem UV). Nieodwracalna zmiana barwy sensora wskazuje na jego zadziałanie w temperaturach charakterystycznych dla tzw. gorącego środowiska pracy. Są to warunki znacznie podwyższonej temperatury – powyżej 100 ^oC). Modele sensorów zostały wykonane w postaci krążków polimerowych (średnica – 15 mm, grubość – 1 mm), które są mocowane do elementów środków ochrony indywidualnej.

Do barwienia polimerów wykorzystano następujące metody:

-       barwienia w masie (poprzez wytłaczanie sproszkowanego barwnika z granulatem polimerowym lub dodanie barwnika do rozpuszczonego granulatu polimerowego)

-       technologii druku strumieniowego (ink-jet printing)

-       zanurzeniowa (poprzez zanurzenie folii polimerowej w roztworze barwnika).

Model luminescencyjnego sensora rozciągania jest przeznaczony do oceny procesu rozciągania elementów stosowanych w sprzęcie chroniącym przed upadkiem z wysokości. Wyznaczony zakres zmian długości elementów podlegających rozciąganiu, do których jest przymocowany model sensora, wynosi od 0,25 do 6,5 cm.

Natomiast model luminescencyjnego sensora temperatury może wskazywać na oddziaływanie podwyższonej temperatury – powyżej 50 ^oC, do około 120 ^oC (powyżej 120 ^oC następuje zniszczenie sensora) przez czas minimum 20 min.

Z kolei model termochromowego sensora temperatury, działającego na zasadzie zmiany barwy cyjanożelazianu bizmutu wprowadzonego do polimeru, wskazuje, że sensor był poddany działaniu temperatury powyżej 100 ^oC przez czas minimum 15 s. Sensor ten może być wykorzystany do wskazania wystąpienia tzw. szoku termicznego, który może być niebezpieczny zarówno dla użytkowników, jak i materiałów, z których wykonany jest sprzęt ochronny.

Projekt V.B.07. Barwa sensora termochromowego: a) przed działaniem wysokiej temperatury, b) po jej działaniu

W ramach projektu:

–       opracowano procedurę badania oraz dokumentację techniczną dla opracowanych modeli

–       przygotowano zgłoszenie patentowe pn.: Termochromowy indykator wysokich temperatur

–       opracowano Wytyczne dla producentów środków ochrony indywidualnej – polimerowe sensory rozciągania i temperatury w odzieży barierowej oraz elementach sprzętu chroniącego przed upadkiem z wysokości

–       przygotowano broszurę pt.: Materiał informacyjny dla użytkowników środków ochrony indywidualnej – polimerowe sensory rozciągania i temperatury w odzieży barierowej oraz elementach sprzętu chroniącego przed upadkiem z wysokości.

Wyniki projektu zostały przedstawione w 3 artykułach o zasięgu krajowym, a także na 2 konferencjach międzynarodowych i na spotkaniu dla kluczowych dystrybutorów oraz partnerów biznesowych firmy 3M.