Porównanie materiałów PPE: Kevlar (włókna para-aramidowe) vs HPPE (wysokowydajna przędza kompozytowa z polietylenu)

Środki ochrony indywidualnej (ŚOI) są ściśle regulowane i wymagane w wielu branżach. Przy tak wielu rodzajach ŚOI dostępnych na rynku, takich jak Kevlar, który jest popularną marką materiałów para-aramidowych, i wysokowydajna przędza kompozytowa z polietylenu (HPPE), trudno jest wiedzieć, który materiał najlepiej sprawdzi się w danym środowisku dla pracowników. Aby ułatwić podjęcie decyzji, oto zestawienie zalet i wad para-aramidów i HPPE.

Wytrzymałość i trwałość

Kevlar

Kevlar (materiały para-aramidowe) został wprowadzony na skalę komercyjną jako środek ochrony indywidualnej w latach 60. i 70. ubiegłego wieku. Do dziś jest znany ze swojej wytrzymałości. W momencie tworzenia włókna para-aramidowe mają wytrzymałość około 2,03/2,06 N/tex. N/tex jest tym samym, co GPa/g/cm^3 - równa się to milionowi niutonometrów na kilogram. N/tex jest miarą siły na gęstość liniową. 

Włókna para-aramidowe to włókna syntetyczne połączone wiązaniami wodorowymi w sztywne łańcuchy polimerowe. Proces produkcji włókien para-aramidowych, jak również ich krystaliczna struktura, sprawia, że są one podatne na osłabienie w miarę upływu czasu.

Co osłabia włókna para-aramidowe?

Włókna para-aramidowe są naturalnie żółte. Wszelkie dodatki, w tym barwniki, osłabiają te włókna. To powiedziawszy, pranie włókien para-aramidowych również narusza ich wiązania wodorowe i sprawia, że materiał jest słabszy niż w momencie opuszczenia fabryki. 

Ogólnie rzecz biorąc, włókna para-aramidowe tracą 15% swojej wytrzymałości po ośmiu cyklach prania. Odsetek ten może być jeszcze większy, jeśli do prania zostanie dodany wybielacz, ponieważ powoduje on rozkład włókien. Ponieważ wiele detergentów zawiera niewielką ilość wybielacza w roztworze, nie zawsze można całkowicie uniknąć tego zwiększonego uszkodzenia materiału. 

Promienie ultrafioletowe i wilgoć również osłabiają materiał. Oznacza to, że para-aramidy nie są idealne do pracy na zewnątrz, gdzie świeci słońce, a ludzie się pocą. Każda wilgoć, taka jak pot, powoduje wydłużenie włókien. Gdy włókna się rozciągają, zmienia się skład molekularny materiału. Włókna para-aramidowe są również średnio cięższe niż włókna HPPE, co sprawia, że jest to gorętszy i mniej oddychający materiał do pracy oraz zwiększa prawdopodobieństwo pocenia się osoby.

HPPE

HPPE ma najwyższy stosunek wytrzymałości na rozciąganie do masy spośród wszystkich dostępnych włókien. Jest ono 15 razy mocniejsze niż stal, a jego wytrzymałość na rozciąganie wynosi około 3,8-3,9 N/tex. Jego struktura molekularna jest gładka i chemicznie obojętna, dzięki czemu materiał jest bardziej odporny na ścieranie w porównaniu z włóknami para-aramidowymi. Jest również mocniejszy w przypadku napotkania silnej siły ściernej. 

Na HPPE nie ma wpływu wilgoć (np. pot) ani promieniowanie UV. Oznacza to, że jest w stanie zachować swoją integralność molekularną pomimo trudnych warunków pracy, takich jak letnie dni w południowo-wschodnich Stanach Zjednoczonych wewnątrz niekontrolowanych środowiskowo zakładów lub w bezpośrednim świetle słonecznym. 

Ze względu na swoją odporność na ścieranie i ogólną wytrzymałość, materiały HPPE są najlepszymi produktami dla osób zajmujących się szkłem, recyklingiem odpadów, ostrzeniem noży, przetwórstwem żywności, produkcją blach i produkcją samochodów.

Temperatura

Kevlar

Włókna para-aramidowe nie topią się. Zaczynają jednak ulegać degradacji w temperaturach powyżej 500°C. Oznacza to, że nie palą się, dopóki nie zostaną wystawione na działanie temperatury prawie 1000°F. Z tego powodu włókna para-aramidowe są często używane przez wojsko. Wytrzymałość para-aramidów i ich zdolność do wytrzymywania ekstremalnych temperatur sprawiają, że są one doskonałym wyposażeniem ochronnym w strefach walki, gdzie wrogie ataki mogą nadejść szybko i bez ostrzeżenia. 

Włókna para-aramidowe są również najlepszym rozwiązaniem dla osób pracujących przy piecach/ogniach lub w ich bezpośredniej bliskości, a także przy urządzeniach spawalniczych. Włókna te są często głównym materiałem ŚOI używanym przez strażaków.

HPPE

HPPE jest tworzywem polietylenowym, co oznacza, że szybko się pali. HPPE zaczyna rozpuszczać się w temperaturze 220°F lub wyższej, co stanowi zagrożenie dla bezpieczeństwa osób pracujących w środowiskach o wysokich temperaturach. 

Zamiast się palić, polietylen topi się w wysokich temperaturach. Jest to zaleta, gdy chcemy poddać materiał recyklingowi, ale wada, gdy gorący, płynny plastik wejdzie w kontakt ze skórą człowieka. Dlatego też HPPE nie powinien być stosowany tam, gdzie mogą wystąpić nieoczekiwane wysokie temperatury, ponieważ materiał może stopić się na skórze osoby, pozostawiając poważne oparzenia. Z tego powodu włókna HPPE są zakazane w kontraktach na odzież wojskową.

Personalizacja

Kevlar

Jak wspomniano wcześniej, Kevlar w swojej naturalnej formie ma odcień żółty. Należy pamiętać, że gdy zmienia się kolor lub oddychalność materiału, staje się on słabszy. Na przykład, wojsko często wymaga czarnych włókien para-aramidowych do kamuflażu. Chociaż różnica w wytrzymałości nie jest bezpośrednio widoczna dla osoby noszącej odzież, jest ona widoczna i może również zmniejszyć trwałość produktu. Włókna para-aramidowe najlepiej przechowywać w takim stanie, w jakim opuszczają dysze przędzalnicze po przędzeniu na sucho i mokro.

HPPE

HPPE jest całkowicie konfigurowalny. Jego włókna są wytwarzane w procesie przędzenia żelowego, a ich skład molekularny nie ulega osłabieniu w wyniku stosowania dodatków. Dlatego też klienci mogą bez konsekwencji dodawać do HPPE zmiękczacze, barwniki, oleje i różne włókna ochronne. HPPE może mieć również poliester ANSI hi-vis i taśmę odblaskową dodaną do produktu, aby uczynić go bardziej widocznym podczas prac budowlanych lub prac w obszarach niebezpiecznych, takich jak autostrady. 

Producenci zaczęli mieszać olej CBD z HPPE, aby pomóc w łagodzeniu bólu i promować spokojne środowisko pracy. Producenci często dodają również bawełnę lub inne miękkie materiały, aby środki ochrony indywidualnej były bardziej atrakcyjne i wygodne dla pracowników. Innym powszechnym sposobem dostosowywania jest dodawanie otworów na kciuki, pętli na kciuki i siatkowych pleców. 

Otwory na kciuki i pętle zapobiegają przesuwaniu się ŚOI, gdy pracownicy poruszają łokciami lub podnoszą ciężkie przedmioty, a siatkowy tył zwiększa oddychalność i wspomaga chłodzenie. Dzięki wszystkim konfigurowalnym funkcjom HPPE, wytrzymałości molekularnej i elastyczności, zazwyczaj wymaga on większych inwestycji w porównaniu z para-aramidami. Jednak trwałość produktów HPPE może prowadzić do oszczędności kosztów w dłuższej perspektywie, ponieważ są one wymieniane znacznie rzadziej niż para-aramidowe ŚOI.

Werdykt

Oto "zwycięzcy" w oparciu o elementy, które opisaliśmy w tym artykule. Preferowane materiały PPE, biorąc pod uwagę następujące elementy, to:

Wysoka temperatura - kevlarowe para-aramidowe środki ochrony indywidualnej wygrywają

• Włókno para-aramidowe jest preferowanym środkiem ochrony indywidualnej w środowiskach narażonych na wysokie temperatury.
• Jest to preferowany materiał do pracy przy gaszeniu pożarów, spawaniu, pracy w pobliżu pieców itp.

Wytrzymałość i trwałość - HPPE wygrywa

• HPPE jest znacznie mocniejszym materiałem (wytrzymałość na rozciąganie) niż Kevlar (tkanina para-aramidowa) i jest wysoce odporny na przecięcia i ścieranie.
• HPPE nie ulega degradacji pod wpływem promieniowania UV i potu, jak kevlarowe para-aramidowe ŚOI, i może wytrzymać do 6 razy dłużej. 
• Jest to preferowany materiał do pracy m.in. w przemyśle szklarskim, recyklingu odpadów, ostrzeniu noży, przetwórstwie żywności, produkcji blach i przemyśle motoryzacyjnym.

Personalizacja - HPPE wygrywa

• Przędze kompozytowe HPPE są w pełni konfigurowalne bez uszczerbku dla ich doskonałej wytrzymałości.
• Kevlarowe para-aramidowe środki ochrony indywidualnej słabną w wyniku stosowania dodatków i niestandardowych kolorów, przez co wymagają częstszej wymiany.

Ostatecznie nie ma dobrego lub złego materiału. Wybór zależy od środowiska pracy. Jednak teraz, gdy znasz mocne i słabe strony każdego materiału oraz środowiska, w których najlepiej się sprawdzają, możesz podjąć świadomą decyzję, z którą czujesz się dobrze.