МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

КИЇВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ТЕХНОЛОГІЙ ТА ДИЗАЙНУ

ЧЕРВОНЮК ЛЮДМИЛА ПАВЛІВНА

УДК 685.31.02

РОЗРОБКА КОНСТРУКЦІЇ ТА ТЕХНОЛОГІЧНОГО ПРОЦЕСУ ВИГОТОВЛЕННЯ СПЕЦІАЛЬНОГО ВЗУТТЯ З РАДІОЗАХИСНИМИ ВЛАСТИВОСТЯМИ

Спеціальність 05.19.06 – технологія взуттєвих та шіряних виробів

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Київ – 2003

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана у Київському національному університеті технологій та дизайну, Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник – -професор, кандидат технічних наук

Олійникова Валентина Василівна.

Київський національний університет технологій та дизайну,

кафедра конструювання та технології виробів із шкіри.

Офіційні опоненти: -доктор технічних наук, професор

Нестеров Владислав Петрович,

Українська технологічна академія, президент.

-кандидат фізико-математичних наук,

старший науковий співробітник

Прокопенко Віктор Степанович,

Інститут ядерних досліджень НАН України.

Провідна установа: -Технологічний університет “Поділля”, м. Хмельницьк

Міністерства освіти і науки України

Захист відбудеться “ 10 “ квітня 2003 р. о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої

ради Д 26.102.03 у Київському національному університеті технологій та дизайну за адресою: 01601, м. Київ – 11, вул. Немировича–Данченка, 2, корпус 1 (зала засідань).

Із дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Київського національного університету технологій та дизайну за адресою: 01601, м. Київ – 11, вул. Немировича – Данченка, 2.

Автореферат розіслано“ 7 “ березня 2003 року.

Вчений секретар спеціалізованої

вченої ради кандидат технічних наук, Журавський В.А.

професор

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Швидкий розвиток ядерної енергетики і широке впровадження джерел іонізуючих променів у різних областях науки і техніки створили потенційну загрозу радіоактивної небезпеки для людини і забруднення довкілля. Питання захисту від іонізуючого випромінювання (або радіаційна безпека), не тільки поверхні тіла, а й внутрішніх органів, верхніх і нижніх кінцівок, перетворюється в одну з найважливіших проблем. Для працівників легкої промисловості актуально створити конструкції та технологічні процеси виготовлення одягу та взуття з захисними властивостями від іонізуючого випромінювання, що забезпечить здоров'я та працездатність людей, особливо тих, які працюють у забруднених зонах, шахтах, кар’єрах по видобутку граніту, торфорозробках, атомних станціях тощо.

Зв'язок роботи з науковими планами та програмами. Дисертаційна робота виконана у межах наукових досліджень, здійснюваних у Київському національному університеті технологій та дизайну (напрям – “Теоретичні основи технологічних процесів виготовлення взуття спеціального призначення з використанням матеріалів вітчизняного виробництва” згідно з темою 022.ДБ плану Міносвіти та науки України 1999 – 2004 рр.).

Мета та завдання дослідження.

§

§

§

§

§

Об’єктом дослідження є процес дослідження можливості зміни властивостей взуттєвих матеріалів та їх пакетів з метою створення взуття, яке захищає від іонізуючого випромінювання.

Предметом дослідження є розробка конструкції та технологічного процесу виготовлення спеціального взуття з радіозахисними властивостями.

Методи та засоби дослідження. Методологічна основа цього дослідження - розробки вчених, медиків, енергетиків і технічних працівників галузей з вивчення впливу іонізуючого випромінювання на здоров’я людини, а також заходів захисту від нього.

Задачі поставлені в роботі, вирішені шляхом використання теретичних та експериментальних методів. Проводилися експериментальні дослідження з визначення ефективності радіаційного захисту матеріалів, хімчного складу шкір стійких до радіації, технологічних параметрів складання заготовки та взуття.

Результати експериментів оброблялись за допомогою методів математичної статистики, з використанням ПК та електроно-обчислювальної техніки. Достовірність експлуатаційних показників якості взуття підтверджена дослідним носінням його.

Найбільш суттєві наукові результати, їх новизна. Під час аналітичних та експериментальних досліджень автором отримані такі результати:

§

§

§

§

Вірогідність отриманих результатів, їх необхідний рівень були забезпечені відповідним застосуванням сучасних методів дослідження проблеми та її вирішення: методологічною відповідністю моделювання (розробкою гіпотез) проблемної задачі, використанням репрезентивних статистичних вибірок та математичних методів обробки результатів і апробацією.

Практичне значення здобутих результатів. Результати досліджень, які виконувались, реалізовані у вигляді:

·

·

·

·

Особистий внесок здобувача. У працях, виконаних у співавторстві, особистий внесок автора полягає в обговоренні постановки задач, їх аналітичному й практичному вирішенні, виконанні експериментальних досліджень, обробці результатів вимірювань, розробці конструкцій взуття та технологічного процесу його виготовлення, формулюванні висновків та впровадженні результатів.

Апробація результатів дисертації. Основні теоретичні та експериментальні положення, результати роботи доповідались на семінарах кафедри конструювання і технології виробів із шкіри, на наукових конференціях професорсько–викладацького складу Київського національного університету технологій та дизайну (1998 – 2002 рр., м. Київ). У повному обсязі результати дисертаційної роботи доповідалися і ухвалені на науковому міжкафедральному семінарі кафедри конструювання та технології виробів із шкіри 17 жовтня 2002 року.

Результати роботи перевірені, частково впроваджені на атомних станціях, підприємствах гірничодобувної галузі.

Запропоновані рекомендації щодо використання взуття розроблених конструкцій в умовах атомних станцій, підприємствах гірничодобувної галузі, населених пунктах жорсткого дозиметричного контролю, (Народичі, Поліське, Славутич, Зелений мис та інші, для працюючих вахтовим методом у тридцяти кілометровій зоні ЧАЕС).

Теоретичні та практичні результати роботи використовуються в лекціях та лабораторних роботах дисциплін “Основи конструювання спеціального взуття”, “Основи технології виробів із шкіри”, “Спецрозділи з ТВШ” при підготовці студентів за спеціальністю 7.0918.20.

Публікації. Основні положення та результати дисертаційної роботи викладені у шести публікаціях, серед яких чотири статті у фахових виданнях, рекомендованих ВАК України, одна стаття у журналі, що видається у близькому зарубіжжі та заявка на деклараційний патент України.

Структура і обсяг роботи. Дисертаційна робота складається з вступу, чотирьох розділів, загальних висновків, списку використаних джерел літератури та додатків. Зміст дисертації викладено на 164 сторінках друкованого тексту. Робота містить 34 ілюстрації, 52 таблиці, список використаних джерел зі 112 найменувань, 14 додатків на 72 сторінках. Повний обсяг дисертації становить 237 сторінок.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність теми, подано короткий аналіз стану проблеми, визначено мету та основні завдання досліджень, сформульовано наукову новизну й практичну цінність отриманих результатів та висновків.

У першому розділі проведено огляд наукових робіт, літературних джерел та патентів щодо вивчення впливу іонізуючого випромінювання на живий організм.

З іонізуючим випромінюванням населення в будь-якому регіоні земної кулі стикається щодня: космічне, від будівельних матеріалів та природних речовин, а також штучні джерела випромінювання. На сьогодні нагромаджено великий обсяг знань про біологічну дію іонізуючого випромінювання. Прояви хронічного опромінення великими дозами дуже різноманітні, як і особливості такого опромінення. Дуже чутливі до радіації діти – значні дози опромінення хрящової тканини можуть призвести до зупинки росту кісток. Як наслідок - аномалія розвитку скелета людини.

Класифікацію та аналіз засобів індивідуального захисту внутрішньої та зовнішньої поверхонь тіла людини за конструктивними та експлуатаційними особливостями можна розділити на п’ять видів: спецодяг, спецвзуття, засоби захисту органів дихання, ізолюючі костюми, додаткові захисні пристосування. До захисних заходів відносять: фільтруючі та ізолюючі засоби захисту органів дихання, пневмокостюми, спецодяг повсякденного й тимчасового носіння, додаткове захисне знаряддя та основне (черевики, чоботи) й додаткове (напівчоботи, бахили) спецвзуття.

Проте, досі немаєі робіт з досліджень властивостей матеріалів для взуття, що захищають від альфа-, бета- та гамма–випромінювання та цільової розробки нового хімічного складу таких матеріалів. Недостатньо наукових робіт з проектування, дослідження, й впровадження конструкцій, технології виробництва радіозахисного взуття з використанням натуральної шкіри та інших матеріалів на деталі верху взуття. Тому перед наукою й виробництвом постала проблема створення одягу та взуття з радіозахисними властивостями.

У другому розділі розроблені теоретичні основи фізичної й хімічної гіпотез природи явища захисту натуральною шкірою від бета– та гамма–випромінювання. Суть фізичної гіпотези полягає у тому, що радіаційний захист тих речовин і сполук більш ефективний, у яких більші заряди атомів Z, із яких вони складаються. Наприклад, ефективність захисту речовини, яка складається з атомів свинцю (Z = 82) і вольфраму (Z = 74), значно більша, ніж речовини, із вмістом алюмінію (Z = 13) і кремнію (Z = 14).

Сутність хімічної гіпотези природи явища захисту натуральною шкірою від опромінення у тому, що величина коефіцієнта послаблення ( ? ) залежить від співвідношення Z / A (атомного номера елемента до його масового числа). Для ефективного поглинання гамма-променів матеріал або сполука повинні отримувати атоми важких елементів, які характеризуються великими значеннями Z і A. При цьому коефіцієнт ослаблення гамма-випромінювання буде:

µ = ?хр (соnst Z 5 / Е n ), (1)

де: Z – атомний номер елемента;

E – енергія фотона;

n – показник ступеня ( ~ 2.5).

Для титану, який має номер 22 і атомну масу – 48, відношення Z / A буде дорівнювати величині 0,458.

Проведені дослідження та отримані результати показали, що для захисту від гамма-випромінювання малої енергії перевагу має шкіра, що видублена з використанням основних солей хрому та титану (хромтитановий метод дублення). Такий ефект зумовлений тим, що основні солі хрому не взаємодіють із пептидними групами колагену, а солі титану - фіксують їх. Фіксація пептидних груп у вигляді площини, характерної для колагену сполуками титану, зумовлює захисні властивості шкіри в результаті посилення сприятливості до гамма-випромінювання продуктів взаємодії солей титану та білка.

Таким чином, результати дають можливість зробити висновок, що шкіра, яка містить у собі солі титану, може бути використана в тих умовах, де основну небезпеку становить “м’яке” гамма-випромінювання.

Третій розділ присвячено експериментальним дослідженням існуючих матеріалів на здатність захисту від бета- та гамма-променів, визначенню хімічного складу шкіряних матеріалів та їх властивостей.

Для свідомого вирішення завдання щодо створення систем та елементів захисту людини від іонізуючого випромінювання, визначені радіоактивні елементи, які утворюються не внаслідок природного розвитку, а за результатами діяльності людини. Це радіоактивні елементи, які випромінюють альфа-, бета-частинки та гамма-промені. Альфа-випромінювачі – це ізотопи Рu (плутоній), Аm (Америцій) і Сm (Кюрій), які випромінюють альфа-частинки з енергією 4,5 –6,0МеВ. Вони повністю поглинаються шаром повітря завтовшки 50–60мм або алюмінієвою фольгою - до 0,1 мм, а лист пластику, скла, хірургічні рукавички, одяг повністю екранують альфа-частинки. Тому на практиці ці випромінювачі безпечні для людини, в роботі вони не досліджувались.

Першочергового значення набуває захист від бета-випромінювання 90Sr (Т? = 29.1 років), Ев = 546 - 2284 КеВ, та гамма-випромінювання 137Cs (Т? = 30 років), Ег = 700 КеВ. Ці ізотопи ще близько 100 років будуть найактивнішими в опроміненні людей. Ізотопи ж цезію, рутенію, цирконію мають періоди напіврозпаду менші двох років.

Для роботи в умовах АЕС, а також у зоні відчуження необхідний комплекс засобів індивідуального захисту, який перекриє діапазон можливих впливів небезпечних і шкідливих факторів.

Для визначення ефективності захисту від іонізуючого випромінювання досліджувались шість матеріалі - чотири зразки із сировини великої рогатої худоби різних методів дублення та обробки шкіри (покривної плівки) і два зразки текстильного матеріалу з поліамідно-поліефірного волокна, різної товщини, які умовно позначені: юхта хром-рослинного методу дублення, з нітропокриттям (РЗ–Ю); краст, хромового методу дублення, без покривної плівки (РЗ–К); шкіра хромового методу дублення, із поліуретановим покриттям (РЗ–П); шкіра хромтитанового методу дублення, з емульсійним покриттям (РЗ–Т); поліефірно–поліамідна тканина (Т1); поліефірно– поліамідна тканина (Т2). Щільність матеріалів визначена відповідно 0.134, 0.117, 0.113, 0.074, 0.051, 0.021 г / см 2.

Дослідження проводилися згідно з методикою, яка забезпечує визначення активності радіонуклідів в лічильних зразках із похибкою 5%, при довірчій достовірності 0,95, на повірених приладах дослідної лабораторії інституту ядерних досліджень НАН України. Похибка для конкретного вимірювання залежить від активності проби, набору і співвідношення радіонуклідів у ній. Визначення активності радіонуклідів базується на реєстрації за допомогою сцинтиляційного спектрометра неперервних бета– та гамма-спектрів, які відрізняються формою й розташуванням на енергетичній шкалі. Для обробки їх, з метою визначення активності окремих нуклідів, використовується метод енергетичних інтервалів.

Захисні властивості різних форм речовин, відносно гамма- та бета-випромінювання визначаються за допомогою коефіцієнтів пропускання.

К проп. = ц / ц0, (2)

де ?0 - густина потоку (число бета-часток і гамма-променів, які пройшли за одиницю часу поверхню одиночної площі) без зразка;

ц – ?устина потоку зі зразком.

Густина потоку з гамма-променів первинного моноенергетичного випромінювання після проходження зразка товщиною Х визначається за формулою:

ц = ц0 ехр (- ? Х), (3)

де ? – коефіцієнт ослаблення.

Далі отримуємо: ? = {ln (ц0 / ц)} / ?= (?n К) / Х

Якщо товщину зразка Х визначити, як поверхневу густину в г/см ?, то ? має значення масового коефіцієнта ослаблення. Він залежить від типу матеріалу й енергії гамма-променів, і не залежить від товщини матеріалу.

У таблиці 1 та на рисунку 1, подані значення коефіцієнта пропускання гамма-променів для різних гамма-ліній залежно від товщини всіх досліджувальних матеріалів. Як бачимо, гамма-промені мало затримуються матеріалами, але між ними є суттєва різниця в області енергій, яку можна побачити, порівнюючи коефіцієнти, пропускання випромінювань матеріалами.

Як видно, при енергії 302,8 кеВ різниця між ними є, але не суттєва, а при енергії гамма-променів 59.5 кеВ вона значно більша. Наприклад, при енергії гамма-променів 59,5 кеВ коефіцієнт пропускання для матеріалу РЗ–Т дорівнює 0,74, а для матеріалу РЗ–Ю – 0,79. При енергії 661 кеВ він дорівнює 0,92 і 0,90 відповідно.

Таблиця 1

Залежність коефіцієнта пропускання гамма-променів (К) від типу матеріалу

Тип мате

ріалу Ег,

кеВ | К

РЗ–Ю

(1) | РЗ–К

(2) | РЗ–П

(3) | РЗ–Т

(4) | Т1

(5) | Т2

(6)

59,5 | 0,79 | 0,81 | 0,81 | 0,74 | 0,92 | 0,96

81,0 | 0,81 | 0,84 | 0,85 | 0,94 | 0,94 | 0,96

276,0 | 0,86 | 0,88 | 0,87 | 0,92 | 0,95 | 0,98

302,8 | 0,86 | 0,88 | 0,88 | 0,92 | 0,95 | 0,98

356,0 | 0,87 | 0,88 | 0,89 | 0,92 | 0,95 | 0,98

383,8 | 0,87 | 0,89 | 0,89 | 0,93 | 0,96 | 0,97

661,6 | 0,90 | 0,89 | 0,90 | 0,92 | 0,95 | 0,98

Рис.1. Залежність коефіцієнта пропускання гамма-променів (К) від типу матеріалу.

Для різних енергетичних інтервалів залежно від товщини матеріалу РЗ–Ю видно (див. табл. 2), що при щільності, яка відповідає товщині одного шару матеріалу бета-частинки суттєво затримуються, особливо в області малих енергій. Визначено, що в результаті випромінювань для різних енергетичних інтервалів залежно від товщини зразка уже при щільності порядку 100 мг/см2 бета-частинки малих енергій (до 400 кеВ) суттєво затримуються.

Аналізуючи дані таблиці 2 бачимо, що шкіра РЗ-Ю має значно кращий показник коефіцієнта пропускання бета-частинок при щільності матеріалу 670 мг/см ?, 402 мг/см ?, а при невеликій енергії до 400 кеВ і при щільності матеріалу 134 – 268 г/см ? - гірший. У межах похибок коефіцієнти пропускання (щільність однакова) для всіх зразків практично не відрізняються. Тобто, захисні властивості зразків від бета-частинок ідентичні.

Таблиця 2

Залежність коефіцієнта пропускання бета-променів (Кв) від щільності /товщини

матеріалу РЗ – Ю |

Кв

N шарів

мг / см2

Ев, кеВ | 1

134 | 2

268 | 3

402 | 5

1340

150 – 250 | 0,15 | 0,08 | 0,05 | 0,01

250 – 350 | 0,23 | 0,12 | 0,07 | 0,02

350 – 450 | 0,39 | 0,20 | 0,13 | 0,04

450 –550 | 0,60 | 0,31 | 0,21 | 0,05

550 – 650 | 0,66 | 0,39 | 0,23 | 0,06

650 – 800 | 0,70 | 0,39 | 0,23 | 0,05

800 – 1000 | 0,72 | 0,38 | 0,22 | 0,03

1000 – 1300 | 0,70 | 0,34 | 0,17 | 0,01

1300 - 2279 | 0,44 | 0,12 | 0,04 | 0,00

Рис. 2 Залежність коефіцієнта пропускання бета-частинок (Кв) від щільності/товщини зразка матеріалу РЗ – Ю

Згідно методики проведення розрахунків радіозахисних властивостей матеріалів, визначено масовий коефіцієнт ослаблення від енергії гамма-променів та бета–частинок. Встановлено, що захисні властивості матеріалів (РЗ-К, РЗ-П, Т1, Т2) які досліджувались, мало відрізняються від зразка РЗ-Ю. Це видно зі значень масового коефіцієнта ослаблення, які подані в таблиці 3.

Таблиця 3

Залежність масового коефіцієнта ослаблення (? і) від енергії гамма-променів для різних типів матеріалу

Тип

мате-лу

Ег, кеВ |

м РЗ - Ю |

м РЗ - К |

м РЗ - П |

м РЗ - Т |

м Т 1 |

м Т 2

59,5 | 0,178 | 0,182 | 0,182 | 0,408 | 0,160 | 0,208

81,0 | 0,155 | 0,146 | 0,140 | 0,238 | 0,127 | 0,176

276,4 | 0,110 | 0,107 | 0,123 | 0,106 | 0,103 | 0,099

302,8 | 0,114 | 0,111 | 0,113 | 0,111 | 0,100 | 0,086

356,0 | 0,108 | 0,106 | 0,104 | 0,111 | 0,109 | 0,100

383,8 | 0,106 | 0,101 | 0,100 | 0,106 | 0,085 | 0,135

661,6 | 0,079 | 0,096 | 0,093 | 0,091 | 0,104 | 0,177

В енергетичній області до 270 кеВ зразок РЗ-Т має суттєво більший, порівняно з іншими зразками, коефіцієнт ослаблення ?, відповідно менший коефіцієнт пропускання. Така тенденція, як і для зразка РЗ -Т, спостерігається для зразка Т2, але меншою мірою.

Встановлено, що найкраще від бета-випромінювання захищає юхтова шкіра, а від гамма-випромінювання - шкіра хромтитанового методу дублення. Отже, результати досліджень стверджують фізичну гіпотезу.

Дослідження фізико-механічних показників шкір показали, що опромінення бета- та гамма-променями в приведених зонах енергії не послабили захисних властивостей шкіри.

Підтвердженням хімічної гіпотези були хімічний та спектральний аналізи опромінених зразків. При виготовленні шкіри з радіозахисними властивостями, враховуючи результати хімічного та спектрального аналізів, в роботі рекомендовано склад та кількість солей металів, які мають більшу масу ядра, а саме Сr, Ті, Al, Fe.

Досліджено, що на розсіювання гамма-квантів впливає хімічний склад речовини при застосувані м'якого гамма-випромінювання (використовувались два джерела випромінювання - 137Cs і 133Ba + 241Am) з енергією100 – 200 кеВ і нижче. Дослідження кількісного та якісного складу зразків шкір РЗ–Ю та РЗ-Т проводились у лабораторії Інституті оранічної хімії НАН України та на кафедрі технології шкіри та хутра КНУТД. Визначено, що обидва зразки (РЗ–Ю, РЗ–Т) містять приблизно рівну кількість вуглецю, водню, азоту, оксиду хрому, жиру, золи.

Результати досліджень спектрального аналізу золи зразків, які одержали в хіміко-аналітичній лабораторії кіровської експедиції “Кіровгеологія”, виявили суттєву різницю в складі сполук титану: для шкіри РЗ–Т – 2 %, для шкіри РЗ–Ю – 0,05%; алюмінію – 1% та 0,2% відповідно (див. табл. 4).

Таблиця 4

Результати спектрального аналізу (напівкількісний)

Найменування матеріалу | Компоненти, які визначаються, % мас

P,

% | Sb,

10-3 | Cr,

10-3 | Pb,

10-3 | Ti,

10-2 | Mn,

10-2 | Ga,

10-3 | Ni,

10-3 | Sn,

10-3 | Cu,

10-3 | Na,

% | Zr,

10-3 | Al,

% | Ca,

%

РЗ- Т | >1 | сл | мн | 6 | 20 | 0,5 | <1 | 0,3 | 3 | 50 | 0,2 | 5 | 1 | 0,5

РЗ - Ю | >1 | - | мн | 0,5 | 0,5 | 0,5 | <1 | 3 | 1 | 30 | >3 | 5 | 0,2 | 1

Тому було проведено повний кількісний аналіз золи зразка РЗ–Т із використанням спектрографічного методу. Результати досліджень підтвердили дані спектрального аналізу (див. табл. 5): вміст титану складає 15,6 %, що займає другу позицію після хрому – 28,7 %.

Таблиця 5

Кількісний аналіз золи шкіри хромтитанового методу дублення

Елементи | Si | Al | Fe | Ti | P | Ca | Na | Cr | Pb | Ni | Mn | Cu | Zr

%в золі | 5,12 | 1,9 | 0,77 | 15,6 | 5,8 | 1,0 | 1,21 | 28,7 | 0,005 | 0,002 | 0,004 | 0,007 | 0,007

%в шкірі | 0,39 | 0,1 | 0,06 | 1,21 | 0,5 | 0,08 | 0,094 | 2,24 | 0,0004 | 0,0002 | 0,0003 | 0,0005 | 0,0005

г/кг шкіри | 3,9 | 1,4 | 0,6 | 12,2 | 4,5 | 7,8 | 9,43 | 22,4 | 0,004 | 0,002 | 0,003 | 0,005 | 0,005

В результаті досліджень рекомендовано застосовувати при виготовленні деталей верху спеціального взуття юхту й шкіру хромтитанового методу дублення та поліамідно-поліефірну тканину / Т2/.

У 4 розділі розроблено конструкцію двох видів взуття для працюючих у зоні відчуження та на АЕС: черевики та бахили. На деталі верху черевиків застосовували юхтову шкіру, а на підкладку – шкіру хромтитанового дублення. Для посилення радіозахисних властивостей у носковій частині взуття застосовано армуючий елемент з алюмінію та проміжну деталь з цього ж матеріалу, яка вільно розташована між основною устілкою та підошвою. Для додаткового захисту гомілково-ступеневого суглоба застосовували еластичний плівковий матеріал (ЕПМ), який наповнений радіаційнозахисними домішками на основі рідкоземельних металів.

Для працюючих на АЕС розроблена конструкція верху спеціального взуття – бахил, верхня частина яких виготовлена з міцної поліамідно-поліефірної тканини. Конструктивна особливість бахил: заготовка з настроченою союзкою та задинкою, по верхньому канту передбачені зав’язки; накладні передні й задні зовнішні ремені допомагають утворити герметичність шва. Матеріал підошов - поліуретан з радіозахисними домішками (Cu, Cr, Pb, Sn, Kd, Bi), який водночас формується у підошву та кріпиться до затяжної кромки верху взуття методом лиття.

У роботі запропоновано уточнений технологічний процес складання заготовок взуття.

Деталі заготовки бахил з’єднуються поліамідними нитками 29?2 текс. Для того щоб послабити проникнення випромінювання всередину взуття, шов герметизується методом пропускання нитки через 5% поліамідний розчин (застосовуємо сополімер капролоктаму і солі АГ - з адипінової кислоти і гексаметилендіаміна 5% у співвідношенні 50:50). При складанні заготовок з верхом із натуральної шкіри можливі два варіанти з'єднання деталей накладними швами, перший - механічним способом, а другий – хімічним, за допомогою клею. Визначено технологічні параметри з’єднання деталей у заготовку спеціального взуття.

Після складання заготовок проводили дослідження ниткового та клейового швів на визначення коефіцієнта пропускання гамма- та бета-випромінювання. Визначено, що коефіцієнт пропускання випромінювання не змінився порівняно з дослідженням суцільного матеріалу.

Враховуючи результати досліджень, проведених з вибору матеріалів для захисного взуття, виникла необхідність у проведенні досліджень його формостійкості. Нами проведені експериментальні дослідження впливу знакозмінних температур на фіксування форми взуттєвих виробів із радіозахисних шкіряних матеріалів. Для цього були розроблені програма й методика досліджень. Проводилися досліди як поодиноких матеріалів (одношарових), так і у пакетах (двошарових).

Для вибору вагоміших факторів проводилися пошукові дослідження та аналітична й експертна оцінка результатів наукових робіт авторів започаткованого методу. Крім того, було проведено аналіз найекономнішого впровадження методу у вітчизняне виробництво.

Як змінні впливаючі фактори прийнято: величина розтягнення - ?L та температура нагрівання сушильної камери – tн. Решта факторів, які впливають на технологічний процес, не були змінені. Кількісне значення цих факторів обґрунтоване такими показниками:

-температурою охолодження t00 за результатами проведення досліду прийнято – 50 С;

-тривалістю витримки у сушильній ?н та охолоджувальній ?0 камерах взято за результатами дослідів – 5 хв.;

-ступінь зволоження (відносна волога – Wвід=10%) прийнята на основі пошукових дослідів та прогресивних тенденцій виробництва, до яких відноситься такий значний важіль, як застосування більш раціонального зволоження для скорочення терміну сушіння.

Математичне планування та аналіз експерименту забезпечили вибір кількості й умов проведення дослідів, необхідних і достатніх для поставленного завдання. Згідно з планом проведено два види двофакторних експериментів із станом зразків у повітряно-сухому та вологому вигляді. В роботі застосовано метод планування К.Коно, який забезпечує максимальну точність в оцінці коефіцієнтів регресії поліномів.

Як функція відгуку експериментального вивчення процесу прийнята залишкова деформація розтягнення ?L зал.

Були проведені досліди трьох видів: № 1 – з зразками з РЗ–Т у повітряно-сухому стані; №2 – із зразками з РЗ–Т у зволоженому стані; № 3 – з зразками з РЗ–Ю у зволоженому стані. Кожен дослід проводився п'ятиразово. Числові значення факторів, які не регулювалися, одержано пошуковими дослідами з міркувань економії часу, вони становили: відносна волога – Wвід = 10%; тривалість витримки в тепловій камері – ? н = 10 хв; тривалість витримки в охолоджувальній камері – ?0= 5 хв; температура охолодження прийнята (-5 0 С) за результатами проведення дослідів, які показали, що найкраще фіксування ? Lзал при температурі (-5 0 С).

На основі одержаних експериментальних даних розраховано три регресійні моделі процесу формування радіозахисних шкіряних матеріалів. Згідно плану експерименту на ПЕОМ, для побудови моделей розраховувалися коефіцієнти регресії, які підставлені у відповідні рівняння.

Одержані математичні моделі дослідницького процесу, мають вигляд :

Y1= 11,55 + 16,95х1 – 2,13х2 + 0,15 х1 х2+ 1,58х21 + 0,42х22; ( 4 )

Y2= 19,85 + 5,94х1 + 6,66 х3+ 0,83 х1 х3 – 0,49х21 – 0,69х23; ( 5 )

Y3= 24,23 + 1,38х1 + 6,59 х3 – 1,3 х1 х3 + 1,05х21 – 2,8 х23; ( 6 )

Із співвідношення похибки ?bі у оцінці коефіцієнтів рівнянь регресії визначені за критерієм Стьюдента – t, який при довірчій вірогідності .? = 0,95 для числа вимірювань 9, дорівнює 2,31:

?bі = t Ч S b . ( 7 )

Таким чином математична модель після статистичного аналізу результатів досліджень і визначення значимості коефіцієнтів регресії уточнена. Останні дві моделі зберегли одержаний вигляд, однак, у поліномі коефіцієнти b11 і b33 малозначущі, що свідчить про те, що юхта та шкіра хромтитанового методу дублення за своїми деформаційними властивостями суттєво відрізняються, що є наслідком вихідного матеріалу (сировини), дублення.

Гіпотеза про адекватність математичних моделей процесів, які досліджувалися, перевірена за критерієм Фішера. Порівняння розрахункових значень критерія Фішера з табличним показало однорідність дисперсії дослідів з довірчою вірогідністю експериментів ? = 0.95, тобто F роз-< F nтаб. Таким чином адеквативність математичних моделей (Y1, Y1, Y3) підтверджена.

Аналізуючи рівняння (4) і (5) слід зазначити, що за величиною коефіцієнтів та їх знаком у досліді № 1 (рівняння 4) найбільший вплив на ?Lзал має температура нагріву - tн, ( коефіцієнт

b1 =+16,95). Температура охолодження t0 має значно менший вплив (коефіцієнт b2 = - 2,13). Суміс- на дія тепла та холоду збільшує цей вплив, хоча і не значно (коефіцієнт b12 = + 0,15). Це можна по-яснити тим, що зразки були у повітряно-сухому стані. Однак, дія мінусової температури має пози-тивне значення, що доведено додатковими дослідами, тому подальші досліди проводилися із зас-тосуванням мінусових температур.

У дослідах №2 (рівняння 5) із зразками, які були попередньо зволожені, на відміну від зразків досліду № 1, коефіцієнт bґ1 і знак (+) при ньому та коефіцієнт bґ2 і знак (+) при ньому говорять про те, що сумісна дія величини розтягнення ?L та температура сушіння tн, позитивно впливають на деформаційні властивості шкіри хромтитанового методу дублення, тобто зі збільшенням їх значення збільшується ?L зал.

У дослідах № 3 рівняння (6) значення коефіцієнтів b1ґґ і b3ґґ вказує на те, що на деформаційні властивості найбільше впливає величина розтягнення ?L, яка має значно більшу дію ніж температура сушіння tн,0С. Це є наслідком власних властивостей юхтової шкіри, яка є термостійким матеріалом. З цього можна зробити висновок, що юхта добре переносить формоутворення взуття, тому на зовнішні деталі верху необхідно застосовувати її.

Порівняння залишкової деформації розтягнення - ?Lзал між зразками шкір, які досліджувались (рис.3) із застосуванням різних температур сушіння tн0 вказує на те, що ці матеріали можна застосовувати у двошаровому пакеті на випуклих поверхнях, якими є затяжні взуттєві колодки.

Sт

Sю

Rт

Rю

Rт

Рис. 3. Порівняння залишкової деформації розтягнення ?Lзал між юхтою та шкірою хромтитанового методів дублення

Розрахунки довжини дуги з РЗ–Ю (Sю) і РЗ–Т (SТ) свідчать про те, що зовнішній шар повинен бути з РЗ–Ю - юхтової шкіри, тому що при tн0= 800 С і ? L=25 мм, зразок із РЗ–Т має (?Lзал) = 20,2 мм, а зразок із РЗ–Ю має (?Lзал) = 24,1мм, відповідно довжина дуг: Sт= 120,2 мм і Sю=124,4 мм. Застосувуючи співвідношення елементарної геометрії, одержуємо, що різниця між довжиною дуг та радіусів півкола (див. рис. 3) для зразків з РЗ–Т та РЗ–Ю дорівнює:

Sю - Sт = 3,9 мм;

Rю - Rт = 1,93 мм.

З урахуванням товщини матеріалу шкіри хромтитанового методу дублення розміри добре вписуються до пересічного перерізу формованого на колодці. Ці значення були враховані при моделюванні заготовки.

При виконанні роботи вивчалися й гігієнічні властивості взуття. З цією метою було поставлено завдання вивчити хімічну стабільність взуття, встановити можливість проникнення хімічних речовин, радіаційно-екрануючих домішок у внутрішньо-взуттєвий простір, а також встановити можливий негативний вплив спеціального взуття на функціональний стан організму людини.

Заплановане експерементальне носіння було одним з головних етапів гігієнічної оцінки вказаного виробу. Досліди проводились в Українському центрі радіаційної медицини. Режим дослідного носіння і тривалість випробування (протягом робочого дня) визначалися у відповідності з призначенням взуття: для носіння в умовах вахтової роботи в зонах ЧАЕС; для працюючих на підприємствах з підвищеним фоном випромінювання; для мешканців зони відчуження. Черевики носили 8-10 годин на добу без перерви за будь-яких погодних умов два місяці поспіль. Дослідне носіння проводилося 35 добровольцями з проведенням профілактичних оглядів лікарем-дерматологом.

Міграційна здатність (хімічна стабільність) матеріалів верху взуття, які у своєму складі мають рідкоземельні елементи, вивчалась методами спектроскопії. Критерієм оцінки міграційної здатності матеріалів був перехід хімічних речовин у водяні витяжки й у модельні середовища (див. табл. 6, 7).

Таблиця 6

Дані вивчення міграції хімічних речовин із матеріалу верху взуття у водяні витяжки

Найменування речовини, що аналізується | Концентрація речовини, що аналізується,

мг/л

Ацетон | Не знайдений

формальдегід | Слідові кількості

Таблиця 7

Дані вивчення міграції оксидів із матеріалів верху спеціального взуття

в модельні середовища, мг/л

Модельні середовищаПотова рідинаПДК, мг/лДистильована водаХром | 0,0002 | 0,005 | - | Мідь | 0,0003 | 1,0 | 0,0002 | Свинець | 0,013 | 0,08 | - | Сурма | 0,049 | 0,05 | - | Вісмут | 0,0001 | 0,1 | - | Кадмій | - | - | - | Олово | 0,025 | - | - | Миш’як | 0,0009 | 0,05 | - | Експеримент проводили і серед співробітників санепідемстанції м. Чорнобиля. В процесі спостереження відбирались проби повітря внутрішнього простору взуття на присутність хімічних речовин, які могли б переходити із взуттєвих матеріалів (див. табл. 8), а також проводили виміри рН стопи в чотирьох точках ( низ стопи, п’ятка, верх стопи, нижня частина гомілки); визначалась загальна кількість ліпідів, реєструвалось суб’єктивне почуття, яке відображає комфортний стан під час носіння взуття.

Таблиця 8

Дані вивчення міграції летючих хімічних речовин із матеріалів для верху взуття у внутрішній простір взуття, (повітряне середовище), мг/м3

Компоненти, що аналізуються |

Виявлені концентрації,

мг/м3 |

ПДК для атмосферного повітря

Формальдегід | 0,0014 - 0,0015 | 0,003

Оцтова кислота | 0,0064 – 0,008 | 0,2

Толуол | 0,002 - 0,004 | 0,6

Стирол | 0,001 - 0,002 | 0,003

Циклогексаном | 0,0024 – 0,003 | 0,06

Фенол | 0,0014 - 0,008 | 0,01

а-амінофенол | 0,0014 - 0,002 | 0,01

Ацетон | 0,024 - 0,04 | 0,55

Проведені гігієнічні дослідження з’ясували хімічну стабільність матеріалу для верху взуття.

Крім визначення доз опромінення на стопу й гомілку визначена питома бета-активність у змивах з взуття та підрахунок бета-частинок методом мазків. При цьому, для порівняння, були вибрані ділянки торфорозробок у Житомирській області. В роботі наведені результати вимірів бета-забрудненості верху й підошов експериментального взуття, виготовленого з матеріалів з радіозахисними добавками та без них.

Поліуретанова підошва та юхтова шкіра відмиваються краще. Це свідчить про те, що вони менш пористі. Підошви й деталі верху взуття без радіозахисних домішок не відмиваються дочиста, внаслідок чого у них залишається бета-активність. За допомогою мазків визначалася частина бета-забруднень, що змивалася зі взуття. При порівнянні результатів забруднення взуття, яке носили у м. Чорнобилі та на торфяниках, встановлено, що питома бета-активність чорнобильських змивів вища в 4 - 5 разів.

Радіаційно-гігієнічна оцінка експериментального взуття, з радіозахисними домішками в матеріал верху та низу взуття визначалась в лабораторних умовах. У роботі в зоні попарно використовувались 10 зразків взуття, п’ять з яких виготовлені з матеріалів, з радіозахисними властивостями. Для визначення коефіцієнту захисту взуття від гамма- та бета-випромінювання термолюмінісцентні дозиметри з фільтрами розміщувались на поверхні грунту (під підошвою) і над взуттям. Крім того, в обох випадках визначалась тканева доза на ступню на глибині 10мм і на нижню частину гомілки на висоті 125мм від рівня землі. Одночасно вимірювалась щільність потоку бета-випромінювання на ѓрунті в місці встановлення зразка і на взутті. Потужність експозиційної дози (МЕД) гамма-випромінювання на висоті 1000 мм над рівнем землі, що вимірялась радіометром ДБГ–О6Т, склала 3,16 мР / год. в першому випадку і 0,7 мР/год. - у другому випадку. Щільність потоку бета-випромінювання на ґрунті, що вимірювалась приладом КРБ–1, склала відповідно 960–1040 розп./хв. см? і 108–112 розп./ хв см?. Для збільшення експозиції в лабораторних умовах, було досліджено ще три пари взуття (дві пари черевиків з радіаційнозахисними домішками й одна – без них) на ґрунті тридцятикілометрової зони (2 види ґрунту) і один – у Києві з потужністю дози гамма-випромінювання 0,103 мР/год., 0,200 мР/год. і 0,013 мР/год. відповідно. Коефіцієнт ослаблення (Косл.) в кожному випадку визначався, як відношення дози випромінювання на ґрунті до дози випромінювання в точці ступи.

Виконані санітарно-хімічні, фізіологічні і клінічні огляди при дослідженні спеціального взуття, черевиків з верхом з натуральної шкіри та з підошовним поліуретановим матеріалом, який має радіаційно екрануючі домішки та без них (контроль) в м. Чорнобиль, лабораторії радіаційної гігієни свідчать про те, що:

§

§

§

§

ВИСНОВКИ

1.

2.

3.

4.

5.