Dr inż. Piotr Szewczyk z Wydziału Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie opracowuje ognioodporne włókniny, które nawet w wyniku uszkodzenia czy bezpośredniej styczności z płomieniami nie będą wydzielały szkodliwych dla zdrowia ludzkiego substancji. Jego projekt „Ogniotrwałe włókniny elektroprzędzone o wysokiej wytrzymałości mechanicznej” otrzymał finansowanie w konkursie MINIATURA 8 Narodowego Centrum Nauki.
– Strażak to zawód, w którym człowiek już i tak podejmuje olbrzymie ryzyko. Tymczasem obecnie strażacy i strażaczki często nie mają wyboru, bo nie ma materiałów, które oferowałyby własności wytrzymałościowe w danej temperaturze, a jednocześnie nie były rakotwórcze, więc wolą pracować w potencjalnie rakotwórczych mundurach, niż zrezygnować z ochrony, która dzieli ich od utraty zdrowia i życia – mówi o motywacji do ulepszenia strojów strażackich dr inż. Piotr Szewczyk.
Dostępne na rynku kombinezony przeznaczone do użytku w sektorze podwyższonego ryzyka często zawierają tzw. PFAS-y, czyli związki fluoru, które w pewnych postaciach są nieszkodliwe i dają odporność na wysokie temperatury. Najnowsze badania przekonują jednak, że w wyniku uszkodzenia ich struktury zaczynają wydzielać substancje, które mogą negatywnie wpływać na zdrowie człowieka, a w szczególności przyczyniać się do powstawania nowotworów. Niestety, takie uszkodzenia podczas akcji nie są rzadkością.
Włókniny, nad którymi pracuje dr inż. Piotr Szewczyk, mają składać się z włókien pokrytych nanocząstkami, które zapewnią polimerom ochronę przed spalaniem i wyeliminują problem wydzielania szkodliwych substancji. Dodatkowo naukowiec z AGH ma zamiar produkować włókninę przy użyciu elektroprzędzenia. To technika, która pozwala na uzyskiwanie włókniny z polimerów, do których na etapie produkcji można dodawać różne cząsteczki.
Włókna powstałe w procesie elektroprzędzenia są bardzo cienkie – gołym okiem ich wygląd można porównać z wyglądem chusteczki higienicznej, ale ich wytrzymałość jest wielokrotnie większa. Dla porównania: mikrofibra to włókna, które mają średnicę poniżej 10 mikronów, a nanowłókna mają średnicę poniżej mikrona. Te, które bada dr inż. Szewczyk mają średnicę około 700–800 nanometrów, czyli ponad 10 razy mniej. Im cieńsze będzie włókno, tym większa będzie jego użyteczność. Dziś stroje strażackie są bardzo grube i w dużym stopniu ograniczają ruchy, przeszkadzając w akcji. Obecnie brakuje technologii, które dawałyby swobodę ruchów i zapewniały odpowiednią izolację, bo tę najłatwiej uzyskać poprzez grube warstwy materiału. Natomiast włókninami elektroprzędzonymi można pokryć w zasadzie każdy rodzaj materiału, praktycznie nie zwiększając jego objętości. Ognioodporna membrana, nad którą pracuje naukowiec z AGH, nie stanowiłaby całego stroju, ale jedną z warstw, skutecznie chroniącą przed wpływem płomieni. Dawałaby tym samym szanse na zapewnienie strażakom i strażaczkom większej swobody.
Otrzymany grant pozwoli naukowcowi sfinansować zakup sprzętu niezbędnego do sprawdzenia właściwości opracowywanych włóknin. Pierwsze etapy weryfikacji odbędą się za pomocą aparatury dostępnej już w AGH, np. elektronowy mikroskop skaningowy pozwala na osiągnięcie powiększenia sięgającego 150 tysięcy razy i tym samym umożliwi obserwacje poziomu dyspersji cząsteczek sadzy na powierzchni polimeru. Zastosowanie w badaniach znajdzie także mikroskop sił atomowych, który pozwoli na zbadanie topografii takiego włókna, zmierzenie własności cząstek oraz zbadanie jego własności termicznych, co informuje o tym, jak skutecznie materiał odprowadza ciepło, a więc czy spełnia się w roli bariery ognioodpornej.
Jeżeli testy potwierdzą, że opracowana włóknina ma wszystkie założone w projekcie właściwości, to możliwe będzie podjęcie prób jej zastosowania. Gdyby technika okazała się natomiast na razie bardzo kosztowna, naukowiec dostrzega możliwość zastosowania i rozwijania jej w przemyśle kosmicznym lub wojskowym – bo tam ograniczenia budżetowe odgrywają mniejszą rolę niż użyteczność innowacyjnych rozwiązań.
Dr inż. Piotr Szewczyk jest członkiem Grupy Badawczej Elektroprzędzenia Polimerów prowadzonej przez prof. dr hab. inż. Urszulę Stachewicz na Wydziale Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej. Grupa specjalizuje się w zaawansowanych badaniach w dziedzinie inżynierii materiałowej, ze szczególnym uwzględnieniem włókien polimerowych.
Więcej fibers.agh.edu.pl