Badania właściwości absorpcyjnych pianek polimerowych stosowanych w krajowej produkcji hełmów strażackich

• Autorzy: Walczak A. , Pieniak D. , Naworol I. , Wąsik W. , Chudy P. , Sutuła M.

Identyfikatory

DOI

[e-mail]

Warianty tytułu

EN

Studies on Absorptive Properties of Polymer Foams Used for Manufacturing of Firefighter Helmets in Poland

• Języki publikacji: PL EN

Abstrakty

PL

Cel: Celem niniejszego artykułu jest analiza porównawcza właściwości mechanicznych pianek polimerowych stosowanych jako absorbery energii uderzenia w krajowej produkcji hełmów strażackich. Tym samym celem artykułu jest ocena właściwości nowych materiałów pod kątem bezpieczeństwa oraz komfortu pracy użytkowników hełmów. Metody: W badaniach wykorzystano wkład z polistyrenu ekspandowanego oraz absorbery z poliuretanu pochodzące z krajowych hełmów strażackich produkowanych w różnych latach. Przeprowadzono próby wytrzymałości na ściskanie w warunkach obciążenia quasi-statycznego oraz w zakresie odkształceń sprężystych. Warunki te odpowiadają anormalnym oraz normalnym warunkom eksploatacji materiałów absorpcyjnych wykorzystywanych w konstrukcji hełmów strażackich. Komfort użytkowania oceniono na podstawie wartości modułu Younga. Wyniki: Wyniki badań wytrzymałości na ściskanie materiałów absorpcyjnych wskazują na znaczące różnice między analizowanymi absorberami na poziomie obciążeń występujących zarówno w normalnych warunkach eksploatacji, jak i w warunkach nadzwyczajnych. Pianki z polistyrenu ekspandowanego oraz z hełmu AK-06 z 2012 roku charakteryzują się dobrą wytrzymałością, zdolnością do absorpcji energii oraz dużą sztywnością. Absorbery z hełmu AK-06 z 2007 roku cechują się najgorszymi spośród badanych materiałów właściwościami konstrukcyjnymi. Materiał z 2015 roku charakteryzuje się stosunkowo dobrą wytrzymałością, zdolnością do absorpcji energii oraz niedużą sztywnością. Wnioski: W budowie hełmów strażackich wykorzystywane są różne materiały absorpcyjne, które charakteryzują się niejednakowymi właściwościami mechanicznymi. Wybór optymalnego rozwiązania możliwy jest dzięki badaniom laboratoryjnym. W konstrukcji badanych hełmów materiały absorpcyjne z polistyrenu ekspandowanego zastąpiono poliuretanem. Pianki poliuretanowe stosowane w hełmach produkowanych w 2007 roku charakteryzują się mniejszą sztywnością, lecz gorszymi właściwościami niż wkładki z polistyrenu ekspandowanego. Właściwości tych materiałów poprawiono, uzyskano to jednak dzięki znaczącemu zwiększeniu sztywności w zakresie odkształceń sprężystych. Wydaje się, że spośród badanych absorberów optymalnymi właściwościami cechuje się najnowszy materiał, stosowany w hełmach Calisia Vulcan CV 102 z 2015 roku.

EN

Objective: The objective of the study was a comparative analysis of the mechanical properties of polymer foams used as impact energy absorbers, a component of firefighter helmets manufactured in Poland. The study aimed at evaluating the influence of the properties of new materials on the working safety and comfort of helmet users. Methods: The study utilised an expanded polystyrene insert and polyutherane absorbers obtained from Polish firefighter helmets that were manufactured in various years. Compressive strength tests under quasi-static load and at dynamic conditions with regard to elastic deformations were carried out. They reflected both abnormal and normal operational loads. Comfort of use was evaluated indirectly based on Young’s modulus value.Results: Compressive strength test results for absorptive materials indicated significant differences between studied absorbers both at normal load conditions and in extraordinary situations. Expanded polystyrene foams and foam from AK-06 helmet from 2012 demonstrated a good strength, high energy absorption capacity and high stiffness. The foam from AK-06 helmet from 2007 was observed to have the worst mechanical properties among the studied materials. The material from 2015 indicated a relatively good strength, energy absorption properties and moderate stiffness. Conclusions: A variety of absorptive materials with different mechanical properties are used in the structure of firefighter helmets. Laboratory studies allow the selection of the most optimum solution. In the studied firefighter helmets, expanded polystyrene absorptive materials had been replaced by polyurethane. The polyurethane foams applied in helmets manufactured in 2007 were characterized by lower stiffness and inferior properties as compared to inserts made of expanded polystyrene. Later the properties of materials have been improved. However, it was achieved through a significant increase in stiffness with regard to elastic deformations. It seems that the optimum properties among the studied absorbers were achieved by the newest material, which was used in Calisia Vulcan CV 102 helmets from 2015.

Słowa kluczowe

PL

hełm strażacki; pianki polimerowe; absorber energii; właściwości mechaniczne

EN

firefighter helmet; polymer foam; energy absorber; mechanical properties

• Wydawca: Centrum Naukowo-Badawcze Ochrony Przeciwpożarowej im. Józefa Tuliszkowskiego - Państwowy Instytut Badawczy
• Czasopismo: Bezpieczeństwo i Technika Pożarnicza
• Rocznik: 2018
• Tom: Vol. 50, iss. 2
• Strony: 64--73
• Opis fizyczny: Bibliogr. 9 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Walczak A.

• Szkoła Główna Służby Pożarniczej

autor

Pieniak D.

• Wyższa Szkoła Ekonomii i Innowacji w Lublinie

autor

Naworol I.

• Szkoła Główna Służby Pożarniczej

autor

Wąsik W.

• Szkoła Główna Służby Pożarniczej

autor

Chudy P.

• Szkoła Główna Służby Pożarniczej

autor

Sutuła M.

• Szkoła Główna Służby Pożarniczej

Bibliografia

• [1] https://stat.gov.pl/obszary-tematyczne/rynek-pracy/warunki-pracy-wypadki-przy-pracy/wypadki-przy-pracy-w-2016-r-,3,26.html [dostęp: 20.11.2017 r.].
• [2] PN-EN 443:2008 Hełmy strażackie.
• [3] PN-EN 166:2005 Ochrona indywidualna oczu.
• [4] Pieniak D., Walczak A. Wstępne badania degradacji mechanicznej materiałów wkładek absorbujących energię, „Zeszyty Naukowe SGSP” 2017, 61, 121–135.
• [5] Liu D., Chang C., Fan C., Hsu S., Influence of environmental factors on energy absorption degradation of polystyrene foam in protective helmets, „Engineering Failure Analysis” 2003, 10, 581–591.
• [6] Saha M.C., Mahfuz H., Chakravarty U.K., Uddin M., Kabir Md.E. Jeelani S., Effect of density, microstructure, and strain rate on compression behavior of polymeric foams, „Materials Science and Engineering A” 2005, 406, 328–336.
• [7] Shuaeib F.M., Motorcycle helmet: part II. Materials and design issues, „Journal of Materials Processing Technology” 2002, 123, 422–431.
• [8] Brid E.T., Bowden A.E., Seeley M.K., Fullwood D.T. Materials selection of flexible open-cell foams in energy absorption applications, „Materials and Design” 2018, 137, 414–421.
• [9] Radziszewski L., Kaski rowerowe. Konstrukcja, technologie, użytkowanie, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Kielce 2015.