ХМЕЛЬНИЦЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ

УНІВЕРСИТЕТ

МИХАЙЛОВА НІНА ВАСИЛІВНА

УДК 687.17:620.193

РОЗРОБКА ІЗОЛЮВАЛЬНОГО СПЕЦІАЛЬНОГО

ОДЯГУ ДЛЯ ОЧИЩЕННЯ ЄМКОСТЕЙ ВІД АГРЕСИВНИХ СЕРЕДОВИЩ

Спеціальність 05.19.04 – Технологія швейних виробів

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Хмельницький – 2006

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Хмельницькому національному університеті Міністерст-

ва освіти і науки України.

Науковий керівник: доктор технічних наук, старший науковий співробітник

Мичко Анатолій Андрійович

Східноукраїнський національний університет імені

Володимира Даля, професор кафедри легкої і харчової

промисловості.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор

Колосніченко Марина Вікторівна,

Київський національний університет технологій та

дизайну, завідувач кафедри антропології та

проектування одягу;

кандидат технічних наук, доцент

Коміссаров Олег Юрійович,

генеральний директор ТОВ “ЕнергоСофт”, м. Київ.

Провідна установа: Херсонський національний технічний університет

Міністерства освіти і науки України, м. Херсон.

Захист відбудеться “ 07 ” червня 2006 р. о 10 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К70.052.03 в Хмельницькому національному університеті за адресою: 29016, м. Хмельницький, вул. Інститутська, 11.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Хмельницького національного університету за адресою: 29016, м. Хмельницький, вул. Кам'янецька, 110.

Автореферат розісланий “ 6 ” травня 2006 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради кандидат технічних наук, доц. |

Домбровська О.М.

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. На підприємствах хімічної галузі проблема забезпечення робітників спеціальним одягом, який надійно захищав би від впливу агресивних речовин різного походження, що вважаються небезпечними та шкідливими виробничими факторами (НШВФ), може бути причиною не тільки травм і хімічних опіків, але привести до летальних наслідків. До таких виробничих об'єктів відносяться закриті ємкості різних геометричних форм і об'ємів, призначені як для проведення технологічних процесів та зберігання, так і для транспортування хімічної продукції. Тому, для проведення ремонтно-технологічних робіт у таких ємкостях, де окрім наявності НШВФ відсутня необхідна кількість кисню (19 %) і, в зв’язку з цим, ці роботи відносять до небезпечних, захист працюючих повинен бути організованим з допомогою таких засобів індивідуального захисту (ЗІЗ) ізолювального типу як ізолювальний костюм (ІК) з автономною або примусовою подачею повітря для дихання.

Якщо врахувати, що ІК повинен служити бар'єром, перешкоджаючим проникненню НШВФ (мінеральні кислоти, луги, окислювачі, розчини солей, аміак тощо) різних концентрацій при необхідному рівні забезпечення і збере- ження таких основних захисних показників, як хімічна стійкість (хемостій- кість), непроникність спеціального матеріалу і герметичність виробу в

цілому, а хімічні виробництва гостро їх потребують, то проблема, яка розглядається в даній дисертаційній роботі, підтверджує її актуальність.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами. Робота виконана згідно “Програми розвитку і виготовлення засобів індивідуального захисту працюючих і відповідної наукової бази”, затвердженої Постановою Кабінету Міністрів України від 20.07.1995 року за № 535 і “Програми розвитку і виго-

товлення засобів індивідуального захисту працюючих на 2001 – 2004 роки”, затвердженої Постановою Кабінету Міністрів України від 08. 08.2001 року за № 952.

Мета і задачі дослідження. Метою дисертації є підвищення захисної ефективності ізолювального костюма для проведення робіт в закритих ємкостях по їх очищенню від агресивних середовищ мінерального походження.

Відповідно до поставленої мети необхідно було вирішити наступні задачі:

- вивчити хімічну стійкість і проникність проб спеціальних матеріалів до дії сірчаної, соляної, азотної, фосфорної кислот і лугів різних концентрацій;

- розробити методику визначення хімічної стійкості і проникності проб спеціальних матеріалів до дії рідкого, а також газоподібного аміаку;

- удосконалити методику і вивчити стійкість проб спеціальних матеріалів до дії низьких температур в статичних умовах;

- вивчити стійкість проб спеціальних матеріалів до дії низьких температур в динамічних умовах;

- удосконалити методику оцінки міцностних характеристик з'єдну-вальних ниткових швів деталей із матеріалу з полімерним покриттям;

- вибрати матеріали з полімерним покриттям, які відповідають вихід- ним вимогам, що пред'являються, по рівню захисних властивостей на основі результатів експериментальних досліджень;

- удосконалити і розробити конструкторсько-технологічне рішення ізолювального костюма для проведення робіт в закритих ємкостях, з ураху- ванням результатів вивчення динамічних поз;

- розробити конструкцію і спосіб виготовлення протиударных захис- них ліктьових і наколінних накладок;

- вибрати технологічні режими обробки матеріалів при виготовленні ізолювального костюма та провести його фізіологічні і виробничі випробу- вання.

Об'єкт дослідження – процес проектування засобів індивідуального захисту.

Предмет дослідження – агресивозахисний спеціальний одяг ізолю- вального типу для проведення робіт в закритих ємкостях.

Методи дослідження. Експериментальні дослідження проводилися на основі стандартних, вдосконалених і заново розроблених методів оцінки властивостей матеріалів і пристроїв, а отримані результати оброблялися із застосуванням ПК і математичної статистики.

Наукова новизна отриманих результатів полягає в наступному:

- вперше отримана залежність між морозостійкістю і фізико-механічними характеристиками проб матеріалів з полімерним покриттям в статичних умовах при режимі “заморожування-розморожування”;

-

-

-

-

Практичне значення отриманих результатів. На підставі теорети- чних узагальнень і експериментальних досліджень були розроблені вихідні вимоги на матеріал з полімерним покриттям, внаслідок чого створена еластоштучшкіра-Т ІЗК вітчизняного виробництва (ТУ У 25.1-05389942.017- 2003) . В умовах експериментального виробництва ДержНДІТБХВ (м. Сєвєродонецьк) і відділу РВСО була розроблена конструкторсько-технологічна документація, виготовлені ізолювальні костюми КІ-Є “Сатурн” (ТУ У 18.2-00209102-054-2005), які після фізіологічних досліджень на придатність до експлуатації, були передані для впровадження на ЗАТ “Сєвєродонецьке об'єднання Азот”.

Методики і прилади, розроблені для вивчення герметичності пружноеластичних матеріалів з полімерним покриттям, впроваджені в ДержНДІТБХВ. Результати випробувань використані під час розробки і виготовлення ІК для роботи в закритих ємкостях.

Особистий внесок здобувача полягає в постановці і вирішенні основних теоретичних і експериментальних задач. При безпосередній участі автора розроблені методики вивчення захисних властивостей матеріалів, вдосконалені прилади. Проведено планування і проведення експериментів, оброблені отримані результати досліджень. Автору належать основні ідеї, узагальнення і висновки. Особистий внесок здобувача в публікації наукових робіт в співавторстві з науковим керівником полягає у вирішенні основних теоретичних і експериментальних питань.

Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертацій- ної роботи докладалися і обговорювалися на:

- науково-технічному семінарі “Програма розвитку виробництва засобів індивідуального захисту працівників на 2001 – 2004 роки”, 11 –15 червня 2002 р., смт Ласпі, Крим;

- Міжнародній виставці-форумі “Виробництво і захист – 2002”, 23 –26 жовтня 2002 р., м. Київ;

- четвертій всеукраїнській науково-технічній конференції “Аварійно-рятувальна справа в Україні. Стан та перспектива розвитку”, 23 -24 жовтня 2002 р., м. Київ;

- науково-технічній конференції студентів, аспірантів і молодих уче- них “Технологія – 2003”, 24 – 25 квітня 2003 р., м. Сєвєродонецьк;

- Міжнародній виставці-форумі “Технології захисту 2003”, 22–24 жовтня 2003 р., м. Київ;

- семінарі Міністерства промислової політики України і виконавчої дирекції Фонду соціального страхування від нещасних випадків на вироб- ництві і професійних захворювань України “Про стан охорони праці, виробничого середовища та пожежної безпеки на підприємствах промисловості Мінпромполітики України та заходи щодо поліпшення стану безпеки аварійно-небезпечних виробництв”, 24–26 березня 2004 р., м. Сєвєродонецьк;

- науково-практичній нараді-семінарі “Питання розробки, сертифікації і збільшення виробництва засобів індивідуального захисту працівників промисловості України”, 8 – 12 червня 2004 р., смт. Ласпі, Крим;

- семінарі Мінпромполітики України “Про стан охорони праці, виробничого середовища та пожежної безпеки на підприємствах промисловості Мінпромполітики України та заходи щодо поліпшення стану безпеки аварійно-небезпечних виробництв”, 23–25 березня 2005 р., м. Сєвєродонецьк;

- Міжнародній науково-практичній конференції “Сучасні проблеми легкої і харчової промисловості”, 23 –25 травня 2005 р., м. Євпаторія.

Публікації. Основні положення дисертації опубліковані в 15 наукових статтях, 8 з яких – в спеціалізованих виданнях, що входять до переліку ВАК України і захищені 5-ма патентами.

Структура та обсяг роботи. Дисертація складається зі вступу, п'яти розділів з висновками, загальних висновків і рекомендацій. Робота виконана на 181 сторінках машинописного тексту, із 135 найменувань використаної літератури, 48 рисунків і 11 таблиць. Повний обсяг дисертації складає 316 сторінок, включаючи 10 додатків на 135 сторінках.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність теми дисертаційної роботи, визначена мета, основні задачі і методи дослідження, наукова новизна і практичне значення роботи, апробація її результатів, а також публікації, структура і об'єм роботи.

В першому розділі дисертації освітлені питання і проблеми, пов'язані з розробкою спеціального захисного одягу ізолювального типу для проведення технологічних процесів, зберігання і транспортування хімічної продукції. Проведений аналіз умов праці слюсарів і апаратників, що виконують роботи по підготовці і очищенню закритих ємкостей від залишків хімічних речовин.

Закриті ємкості, що використовуються для зберігання і транспортування хімічних речовин (сировина, готова продукція), постійно знаходяться під особливим наглядом і контролем спеціальних підрозділів хімічних підприємств, залізниць і морських портів. В результаті цих заходів ємкості піддаються постійному огляду, ремонту і очищенню від забруднень. Робота по очищенню ємкостей за класифікацією відноситься до категорії “середньої і важкої”, а тому відноситься до особливо небезпечних видів робіт. Очищення ємкостей проводиться цілодобово при різних температурних режимах навколишнього середовища, фізичних і психологічних навантаженнях, наявності агресивних середовищ, таких як мінеральні кислоти, луги і аміак. Залежно від кількості кисню робота класифікується по трьох групах небезпеки: 1 група – менше 16 %, II група – до 16 %, III група – до 19 %. Засоби індивідуального захисту слюсарів і апаратників по очищенню закритих ємкостей повинні бути надійними за фізико-механічними показниками, ізолювальними за способами захисту і ефективними за функціональним призначенням.

Проведений аналіз асортименту спеціального одягу, матеріалів, методів з'єднання що використовуються для його виготовлення і методик оцінки їх захисних властивостей, показав, що ЗІЗ, які зараз використовуються, повністю не захищають працюючого від НШВФ, а відомі методики, особливо з вивчення захисних властивостей матеріалів з полімерним покриттям, не завжди враховують особливості впливу агресивних середовищ на конкретному виробництві. Це дозволило визначити основні напрямки вдосконалення методичного і приладового забезпечення процесу проектування захисного одягу ізолювального типу.

Аналіз доступних джерел літератури і топографія дії НШВФ на спеціальний одяг показали, що для проведення робіт в закритих ємкостях ЗІЗ повинні бути герметичними, тобто відноситися до класу ізолювального типу, включаючи і органи дихання.

У другому розділі, запропонована функціонально-логічна схема вибору і оцінки захисних властивостей спеціальних матеріалів для виготовлення ІК, методична сутність якої полягає в тому, щоб за допомогою “найактивнішого фактора”, що входить в перелік НШВФ конкретного хімічного виробництва, можна було з мінімальною втратою часу і засобів на стадії конфекціонування вибрати з наявного асортименту той необхідний матеріал, який відповідає вихідним вимогам ЗІЗ. Якщо врахувати результати НДР, то “най-активнішим фактором”, який надає змоги науково обгрунтовано проводити експерименти, був вибраний такий показник, як стійкість при згинанні проб за умови низьких (мінус 40° С) температур.

Розроблена методика для вивчення морозостійкості матеріалів в статичних умовах. Критерієм оцінки впливу низьких температур вибраний такий показник, як повітропроникність, який відноситься до достатньо інформативного і легковизначаюмого. Що ж до морозостійкості, то рекомендується характеризувати її коефіцієнтом морозостійкості:

, (1)

де – В0 – вихідна повітропроникність, дм3/м2; В1 – повітропроникність після проведення досліджень в режимі “заморожування-розморожування”, дм3/м2 .

Аналіз запропонованого співвідношення показує, що при рівності аб- солютних значень контрольованих показників, коефіцієнт морозостійкості буде рівний одиниці, а при збільшенні В1, його величина зменшуватиметься, прагнучи до нуля. Таким чином, коефіцієнт морозостійкості К і є основним критерієм.

Розроблений спосіб і пристрій для визначення повітропроникності матеріалів з полімерним покриттям. Результати проведених досліджень показали, що величина повітропроникності залежить від товщини текстильних матеріалів, пористості, виду їх переплетення, волокнистого складу, наявності обробки, утеплюючих прокладок, температури і вологості навколишнього простору, а в нашому випадку – полімерного покриття. На підставі аналізу існуючих методів визначення повітропроникності штучних шкір, матеріалів з полімерним покриттям, встановлено, що прилади типу ВПТМ недоцільні через їх малу потужність, оскільки різниця тиску по обидві сторони зразка (49 ± 0,1 Па) створюється вентилятором або насосом і її значення є недостатнім. Тому, для створення різниці тиску, величину якої можна регулювати – запропонований спосіб створення необхідного розрядження у випробувальній камері за допомогою вакуумометрії на базі приладу МПЗ.

Розроблена методика для визначення хімічної стійкості проб спеці- альних матеріалів до дії аміаку, яка на відміну від існуючих методів, полягає в тому, що і технологічна обробка зразків аміаком і констатація факту його проникнення через товщу досліджуваної проби проводяться одночасно, тобто в єдиному пакеті. Обробка матеріалів проводиться в одному з відстійників технологічного обладнання, підключеного до виробничої санітарної колони, що забезпечує безпеку експериментатору і екологічну надійність навколиш- нього середовища.

З метою визначення міцностних характеристик (розривне навантаження, розривне видовження) за існуючим нормативним документом про ниткові з'єднання в системі “проба матеріалу + нитковий шов”, встановлено, що даний стандарт можна застосовувати тільки для тканин, нетканих і трикотажних полотен. Оскільки аналогічного нормативного документа для матеріалів з полімерним покриттям і штучним шкірам немає, автором запропонована методика із зміненим способом виготовлення проб, яка дає можливість оцінити властивості ниткових швів при різних характеристиках тканин. Розроблена методика дає можливість на підставі аналізу експериментів, науково-обгрунтовано вирішити питання, пов'язане з необхідним значенням розривних показників ниткових з'єднань ізолювального костюма, виготовленого із матеріалу з полімерним покриттям.

На підставі аналізу теоретичних основ утворення клейових з'єднань і експериментальних досліджень з пробами матеріалів різного асортименту були підтверджені достатньо високі адгезійні властивості клею 4508 + еластоштучшкіра-Т ІЗК + герметизуюча стрічка № 393 (руйнування – змішане). Характер і величина взаємодії адгезива і субстрата залежить від фізико-хімічної природи зазначених складових і оцінюється рівнянням Юнга:

, (2)

де ? – крайовий кут змочування, град; ?с– поверхневий натяг субстрату, мДж/м2; ?са – поверхневий натяг субстрат-адгезив, мДж/м2; ?а – поверхневий натяг адгезиву, мДж/м2.

Якщо ?с< ?са і cos ? < 0, то ? > 90° поверхня субстрату не змочується, а якщо ? < 90°, то поверхня субстрату змочується частково і лише при ? = 0 – спостерігається повне змочування.

Адгезія клею до поверхні субстрату може бути описана рівнянням Дюпре, яке визначає роботу А по заміні поверхні “субстрат-адгезив” на поверхню “субстрат-пара” і “адгезив-пара”:

A=?c+?a– ?ca , (3)

З рівняння (3), в поєднанні з рівністю Юнга, де

?c = ?ca + ?a · cos ? , (4)

отримаємо:

А = ?a ·(1 + cos ? ) (5)

Залежність (5) відома як рівність Дюпре-Юнга і дозволяє оцінити величину рівноважної роботи адгезії адгезиву до субстрату, яку необхідно затрачувати на розділення фаз. Проте, з урахуванням факторів, які впливають на розглянуті термодинамічні залежності (наприклад, адсорбція поверхнею субстрату пари і газів розчинника адгезива, яка викликає зменшення його вільної поверхневої енергії тощо), залежність приймає вигляд:

А = d + ?a ·(1 + cos ?), (6)

де d – поверхневий тиск плівки пари адгезиву, адсорбованої на поверхні субстрату, Дж.

Аналіз рівняння (6) показує, що для досягнення високої адгезії необхідно, щоб поверхневий натяг адгезиву мав достатнє високе значення. При цьому необхідно також, щоб поверхневий натяг субстрату був набагато більшим поверхневого натягу на межі розділу системи “субстрат-адгезив”, тобто ?c > ?ca..

В третьому розділі на підставі вивчення умов праці встановлено, що апаратники і робітники-слюсарі, які займаються підготовкою і очищенням закритих ємкостей, повинні бути екіпіровані ізолювальним виробом, здатним повністю захистити не тільки шкірні покриви, але і гармонійно поєднуватися із засобами індивідуального захисту органів дихання, рук і ніг.

Згідно з вихідними вимогами, матеріал, з якого виготовлений ІК, повинен бути на тканій основі з подальшим полімерним покриттям. Природа полімеру повинна забезпечувати хімічну стійкість готового матеріалу від дії сірчаної, соляної, азотної, фосфорної кислот, лугів і розчинів солей на їх основі різних концентрацій, а також аміаку.

Спеціальний матеріал повинен бути міцною тканиною з натуральних, синтетичних або змішаних волокон і ниток з полімерним (одно- або двостороннім) покриттям, яке забезпечує захисну властивість, а саме хемостійкість, проникність і стійкість до згинання при низьких (мінус 40° С) температурах.

Вивчений вплив низьких температур в динамічних і статичних умовах на проби спеціальних матеріалів, також вивчений вплив розчинів мінеральних кислот, аміаку, лугів на міцностні характеристики і проникність проб спеціальних матеріалів вище зазначеними агресивними середовищами. Аналіз впливу низьких температур в динамічних умовах на проби спеціального матеріалу, згідно запропонованої раніше функціонально-логічної схеми (розділ 2) вибору оцінки захисних властивостей спеціальних матеріалів для виготовлення ІК, дозволив визначити стійкість до згинання матеріалів з полімерним покриттям вітчизняного і зарубіжного виробництва (рис. 1).

Рис. 1. Залежність стійкості до згинання від низьких температур спеціальних

матеріалів: 1 – “Треллеборг”; 2 – “Дрегер”; 3 – ПМБК -Н; 4 – ТСК-15; 5 – БЦК; 6 – ІЗК

За показниками стійкості до згинання, згідно з вихідними вимогами, а це 20000 циклів при мінус 40°С, відповідає вітчизняний спеціальний матеріал ІЗК, тому подальші експерименти проводилися з ним і з деякими іншими (по вибору) зразками з метою порівняння їх показників. Аналіз впливу низьких температур в статичних умовах на проби матеріалів для виготовлення ІК визначив необхідність розробки і апробації нового способу контролю зміни повітропроникності і коефіцієнта морозостійкості (рис. 2) матеріалів з полімерним покриттям в режимі “заморожування-розморожування”.

Розроблена методика і технічне забезпечення для проведення указанимх досліджень.

Проведені також дослідження по вивченню впливу розчинів мінеральних кислот, аміаку, лугів на міцностні характеристики проб спеціальних матеріалів (хемостійкість), які показали, що текстильні матеріали, що застосовуються в цей час при виготовленні спеціальних костюмів для проведення робіт в закритих ємкостях, руйнуються в концентрованих розчинах сірчаної, соляної, азотної, фосфорної кислот, лугу і аміаку (рис. 3).

Проведені експерименти довели, що найбільш хемостійким та моро-зостійким виявився матеріал ІЗК з полімерним покриттям СКЕПТ-50 (рис. 2, рис. 3 і табл. 1). Він практично не змінив свої міцностні показники і після годинного контакту з газорідинною фазою аміаку.

Проаналізовані методи оцінки проникності текстильних матеріалів і матеріалів з полімерним покриттям. Мірою проникності нами вибрано час, який зрештою, характеризує захисні властивості спеціальних матеріалів і їх

функціональну залежність від діючих факторів можна представити в такому вигляді:

t = f (C, T, P, V), (7)

де t – час проникнення (проникність), с; С – концентрація агресивного середовища %; P – тиск агресивного середовища, мм вод. ст.;

V – об'єм агресивного середовища, мл.

Таблиця 1

Зміна значення повітропроникності і коефіцієнта морозостійкості проб спеціальних матеріалів від часу впливу низької температури

(мінус 40 °C) в статичних умовах

Час заморожування

проб, c | Найменування спеціальних матеріалів | ІЗК | ПМБК-Н | ТСК-15 | БЦК | Повітро- проникність, В1

дм3/м2с | Коефіцієнт морозостійкості, К | Повітро-проник-ність, В1

дм3/м2с | Коефіцієнт морозостійкості, К | Повітро-проник-ність, В1

дм3/м2с | Коефіцієнт морозостійкості, К | Повітро-проник-ність, В1

дм3/м2с | Коефіцієнт морозостійкості, К | 0 | 0,10 | - | 0,27 | - | 0,13 | - | 0,19 | - | 3600 | 0,10 | 1,0 | 0,29 | 0,93 | 0,13 | 1,0 | 0,22 | 0,86 | 7200 | 0,10 | 1,0 | 0,30 | 0,90 | 0,14 | 0,93 | 0,25 | 0,76 | 10800 | 0,10 | 1,0 | 0,32 | 0,84 | 0,15 | 0,87 | 0,29 | 0,66 | 14400 | 0,10 | 1,0 | 0,36 | 0,75 | 0,17 | 0,74 | 0,32 | 0,59 | 18000 | 0,10 | 1,0 | 0,43 | 0,63 | 0,21 | 0,61 | 0,37 | 0,51 |

Узагальнений аналіз отриманих результатів показав, що при збільшенні концентрації мінеральних кислот, захисні властивості проб матеріалу ІЗК зменшуються незалежно від природи агресивного середовища, проте її вплив суттєвий, якщо розглядати такі летючі кислоти як соляна і азотна (рис. 4). Аналіз отриманих результатів показав, що незалежно від концентрації, найактивнішими реагентами з проникності слід вважати розчини HCl і HNO3, а розчини H2SO4 і H3PO4 можна вважати такими, які до визначеної концентрації істотно не впливають на дифузійний процес. Що ж стосується розчинів NaOH, то тільки до 20 % концентрації спостерігається зменшення в часі дифузійного процесу, поскільки її збільшення приводить до його уповільнення завдяки кристалізації реагентів через сполучення з СО2 що знаходиться в повітрі (рис.4, 5).

Тому, на підставі проведених експериментів, досліджувані мінеральні кислоти за показниками проникності проведених експерімен-тів та лугу можна розташувати в такий ряд активності: HCl, HNO3, H2SO4, H3PO4 і NaOH. При збільшенні концентрації NaOH, розривальні характеристики зразків -

зменшуються, за виключенням проб матеріалу ІЗК, який слід вважати хемостійким (рис. 5). Проникнення газорідинної фази аміаку проводилося згідно методики (розд. 2).

Проведені експерименти показали, що рекомендований матеріал ІЗК з полімерним двостороннім покриттям може бути застосований при виготовленні ізолювального костюма для проведення робіт в закритих ємкостях.

В четвертому розділі приведені результати експериментальних досліджень ступеня руйнування матеріалів з полімерним покриттям від параметрів швейної голки. Встановлена залежність зміни розривальної характеристики, коефіцієнта повітропроникності проб, виготовлених з ПЕ-плівки (фізична модель) і еластоштучшкіри-Т ІЗК від кроку стібків (1, 2, 3, 4 і 5 мм), утворених швейними голками № 100; № 110; № 120; № 130 і № 150.

Результати експериментів показали, що із збільшенням кроку стібка при постійному номері голки ступінь руйнування проби змен- шується, а при постійному значенні кроку стібка і збільшенні номера голки, для проб матеріалів, що вивчаються, самим “небезпечним”кроком стібка слід вважати крок рівний 1 мм і 2 мм, а самою “небезпечною” голкою – голку № 150.

Вивчення залежності зміни коефіцієнта повітропроникності від кроку стібків і номера голки показали аналогічні результати, тобто із зменшенням кроку стібка і збільшенням номера голки, його значення зростає. На підставі проведених досліджень був проведений розрахунок коефіцієнта руйнування матеріалів з полімерним покриттям залежно від кроку стібка і номера швейної голки. Вказаний коефіцієнт рекомендується як критерій оцінки ступеню руйнування при нитковому з'єднанні деталей виробу з полімерним покриттям (табл. 2).

Таблиця 2

Вплив параметрів швейної голки, кроку стібка і кількість

проколів на ступінь руйнування проб

Номер голки та її діаметр (d), мм | Крок стібка, мм | Кількість проколів на 30 мм ширини, шт. | Площа одного проколу, мм2 | Зруйнована площа проби, мм2 | Не зруйнована площа проби, мм2 | Коефіцієнт руйнуван-

ня, Кр

100 (1,0) | 1 | 17 |

0,78 |

13,3 | 16,7 | 0,44

2 | 10 | 7,8 | 22,2 | 0,26

3 | 8 | 6,2 | 23,8 | 0,21

4 | 6 | 4,7 | 25,3 | 0,16

5 | 5 | 3,9 | 26,1 | 0,13

110 (1,1) | 1 | 17 |

0,95 | 16,2 | 16,8 | 0,49

2 | 10 | 9,5 | 23,5 | 0,29

3 | 8 | 7,6 | 25,4 | 0,23

4 | 6 | 5,7 | 27,3 | 0,17

5 | 5 | 4,8 | 28,2 | 0,14

120 (1,2) | 1 | 17 |

1,13 | 19,2 | 16,8 | 0,53

2 | 10 | 11,3 | 24,7 | 0,31

3 | 8 | 9,0 | 27,0 | 0,25

4 | 6 | 6,8 | 29,2 | 0,19

5 | 5 | 5,7 | 30,3 | 0,16

130 (1,3) | 1 | 17 |

1,33 | 22,6 | 16,4 | 0,58

2 | 10 | 13,3 | 25,7 | 0,34

3 | 8 | 10,6 | 28,4 | 0,27

4 | 6 | 8,0 | 31,0 | 0,21

5 | 5 | 6,6 | 32,4 | 0,17

150 (1,5) | 1 | 17 |

1,77 | 30,1 | 14,9 | 0,67

2 | 10 | 17,7 | 27,3 | 0,39

3 | 8 | 14,2 | 30,8 | 0,31

4 | 6 | 10,6 | 34,4 | 0,24

5 | 5 | 8,9 | 36,1 | 0,20

Аналіз результатів досліджень показав, що осново визначаючим фактором ступеня руйнування А матеріалу, швейною голкою при постійному значенні її діаметра є крок n стібка:

, (8)

Якщо врахувати, що кожний номер швейної голки характеризується її діаметром d, то (8) можна записати у такому вигляді:

(9)

тобто, ступінь руйнування А одночасно залежить від діаметра d швейної голки і частоти n стібків (проколів).

Графічна залежність між діаметром голки (номером), кроком стібка (кількістю проколів) і ступенем руйнування площі проби від проколів характеризується прямолінійно (рис. 6).

Рис. 6. Залежність ступеня руйнування площі проби від кількості

проколів і номера (діаметра) швейних голок:1 – 100 (1,0 мм);

2 – 110 (1,1 мм); 3 – 120 (1,2 мм); 4 – 130 (1,3 мм); 5 – 150 (1,5мм)

Проведені розрахунки експериментальних даних показали, що при постійному значенні діаметра швейної голки, ступінь руйнування площі проби наскрізними проколами залежить від кроку стібка (табл. 2). Так, наприклад, якщо крок стібка рівний одиниці, то кількість наскрізних проколів на 30 мм довжини матеріалу рівно 17, а якщо крок стібка дорівнює трьом, то вказана кількість проколів буде дорівнювати тільки восьми. Таким чином, між геометричними параметрами голки і стібка існує залежність, яку можна застосовувати для характеристики ступеня руйнування площі проби матеріалу, особливо, з двостороннім полімерним покриттям, який застосовується для виготовлення ізолювальних костюмів, а таким показником може бути коефіцієнт руйнування матеріалу Кр, розрахунок якого не представляє труднощів. Так, якщо номер швейної голки, як було сказане раніше, характеризується діаметром d (мм), то площа S (мм2) одного проколу буде дорівнювати:

, (10)

а коли таких проколів n штук, то загальна площа руйнування вже буде дорівнювати:

. (11)

Кількість проколів на певну довжину строчки регламентується кроком стібка. Так, у нашому випадку було враховано кількість наскрізних проколів нанесених голкою на довжині матеріалу 30 мм.

Що ж стосується ширини проби, то вона була рівною діаметру голки (рис. 7) і її загальна площа Sзаг визначається як:

Sзаг = а ·в, (12), або Sзаг = d ·b. (13)

Рис. 7. Схема проби матеріалу для розрахунку коефіцієнта її руйнування Кр

Тому з урахуванням (11, 12 і 13) для визначення коефіцієнта руйнування Кр матеріалу швейною голкою, автором роботи було рекомендовано таке відношення:

. (14)

Вивчення хемостійкості швейних ниток (табл. 3), що проводиться згідно розробленої методики, показало, що після годинного контакту проб (вісім видів ниток) з вказаними агресивними середовищами різної концентрації, поліпропіленові нитки 60П (100 % поліпропіленового волокна) не руйнуються, і тому рекомендуються для виготовлення ІК.

Для пошиття ізолювального костюма запропоновані основні з'єднувальні шви: зшивний шов, скріплений по зрізах; зшивний шов

з подальшим настрочуванням; допоміжні – накладний шов із закритим зрізом, накладний шов з відкритим зрізом і шов впідгін з відкритим зрізом. Всі шви загерметизовані і забезпечують захист від дії НШВФ.

Таблиця 3

Зміна розривальних характеристик ниток після обробки розчинами агресивних середовищ, %

Волок-нистий склад швейних ниток, % | Найменування агресивних розчинів

H2SO4 % | HCl % | HNO3 % | H3PO4 % | NaOH % | NH3 %

50 | 80 | 90 | 10 | 35 | 56 | 70 | 98 | 20 | 80 | 20 | 40 | 100

лавсан, 100 | - 7,2 | - 12,2 | - 100 | 0,0 | - 1,4 | - 1,8 | - 23,2 | - 100 | - 2,1 | - 9,1 | - 25,4 | - 70,1 | - 11,0

капрон, 100 | - 100 | - 100 | - 100 | - 100 | - 100 | - 100 | - 100 | - 100 | - 3,0 | - 14,1 | 0,0 | 0,0 | 0,0

аримід, 100 | - 2,4 | - 4,7 | - 70 | - 12,3 | - 85,7 | - 10,2 | - 32,8 | - 100 | - 1,5 | - 7,4 | - 3,8 | - 13,2 | - 15,5

поліпро-пілен, 100 | + 7,0 | + 1,1 | - 0,8 | 0,0 | 0,0 | + 2,7 | + 4,0 | + 7,4 | 0,0 | 0,0 | 0,0 | 0,0 | 0,0

бавовна, 100 | - 100 | - 100 | - 100 | - 100 | - 100 | - 100 | - 100 | - 100 | - 1,7 | - 8,2 | 0,0 | 0,0 | 0,0

фенілон, 100 | - 3,7 | - 88,4 | - 100 | - 10,7 | - 37,7 | - 9,4 | - 100 | - 100 | 0,0 | 0,0 | - 6,3 | - 17,0 | - 10,2

терлон, 100 | - 6,6 | - 11,8 | - 100 | - 2,1 | - 7,3 | - 19,7 | - 22,1 | - 100 | - 2,8 | - 10,8 | - 19,4 | - 68,2 | - 12,6

внівлон, 100 | - 3,5 | - 86,8 | - 100 | - 2,3 | - 8,0 | - 1,9 | - 9,5 | - 100 | 0,0 | 0,0 | - 2,6 | - 8,4 | 0,0

В п'ятому розділі, згідно аналізу умов праці робочих слюсарів, які займаються підготовкою і очищенням закритих ємкостей від залишків мінеральних кислот, лугів і розчинів солей на їх основі, аміаку, відповідно до сформованих вихідних вимог до ЗІЗ для вище згада-них робіт, топографії дії НШВФ, з урахуванням результатів проведених досліджень, було розроблено конструкторсько-технологічне рішення костюма. Суконний костюм, який використовується в цей час для робіт з очищення ємкостей, не може бути аналогом конструкції ізолювального костюма, тому для побудови базової основи ІК була використана методика побудови ЦОТШЛ, а також рекомендації ЦНДІШП з конструювання спеціального одягу, технічні умови ТУ 17-08-216-84 “Основные параметры базовых конструкций специальной одежды. Комбинезоны мужские”, ОСТ 17-325-86 “Типовые фигуры мужчин. Размерные признаки для проектирования одежды”. При конструюванні ІК враховані припуски на вільне облягання та динаміка руху під час роботи, створений повітряний прошарок для забезпечення комфортного мікроклімату. Ізолювальний костюм, виготовлений з матеріалу з полімерним покриттям еластоштучшкіри-Т ІЗК, це комбінезон з вшивними рукавами з поглибленою проймою, капюшоном з обтюратором, герметичними панчохами (чоботи знімні), які повністю захищають робітника від дії НШВФ, особливо від їх газоподіб- ної фази, ІК комплектується засобами індивідуального захисту органів дихання (ЗІЗ ОД) і іншими ЗІЗ.

Враховуючи динаміку руху під час роботи, властивості ма- теріалу з полімерним покриттям, з якого він виготовлений, запропонована конструкція ІК з амортизаційними ліктьовими і наколінними накладками. Амортизаційні накладки виконані у вигляді вільно розташованих прямокутних пластин і заздалегідь напруженими по довжині, тобто дугоподібні (рис. 8).

Рис. 8. Схема ударозахисної накладки для колінноліктьових суглобів, що

складається з: 1,4 – еластоштучшкіра-Т ІЗК; 2 – ударопоглинаючий еле- мент; 3 – еластична стрічка

Відпрацьовано технологічне рішення та особливості обробки ІК. Герметичність готового виробу перевіряється манометричним методом, тобто визначення мінімального падіння тиску в підкостюмному просторі за одиницю часу.

Розроблені технічні умови на ізолювальний костюм КІ-Є “Сатурн” (ТУ У 18.2-00209102-054-2005), інструкція з експлуатації і технологічна послідовність обробки виробу.

Проведені фізіологічні дослідження і оцінка можливої тривалості роботи в даному ізолювальному костюмі для проведення робіт в закритих ємкостях. Розробка впроваджена на ЗАТ “Сєвєродонецьке об'єднання Азот” і отримала позитивну оцінку, тобто КІ-Є надійний за захистом, зручний по його конструкції і значно дешевше за іноземні аналоги (в 5 – 7 разів).

ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ І РЕКОМЕНДАЦІЇ

1. На підставі аналізу умов праці робітників, зайнятих підготовкою і очищенням закритих ємкостей для зберігання (транспортування) хімічної продукції, встановлено, що проблема, пов'язана з ЗІЗ існує, актуальність якої очевидна. Оскільки закриті ємкості, згідно класифікації за кількістю в них кисню, відносяться до газонебезпечних об'єктів, то ЗІЗ повинні бути ізолювального типу. Для проектування ізолювального костюму необхідний комплексний підхід, тобто вибір матеріалу, конструкції і технології виготовлення виробу.

2. Встановлено, що для виконання технологічних операцій по очищенню закритих ємкостей в режимі “30 хвилин робота і 10 хвилин відпочинок”, кількість необхідних характерних робочих рухів дорівнює 11: пози № 1 - № 4 слід вважати незручними і складно-напруженими (час перебування 985 с або 54,7 %), пози № 5 - № 7 відносяться до середньо-напружених (час перебування 429 с або 23,8 %), пози № 8 - № 11 – до легко-напружених (час перебування 386 с або 21,5%) а до найбільш енергетично-напруженої – поза № 9. Виконання технологічних операцій в позі № 1 і № 3 на протязі 512 с (28,4 %), потребують постійного захисту колінно-локтьових суглобів від статичного навантаження що створюється масою робітника.

3. Розроблені і вдосконалені методики для вивчення: морозостійкості проб матеріалів в статичних умовах, їх проникності і хемостійкості до впливу аміаку, розривальних характеристик ниткових з'єднань, а також оцінки ступеня їх руйнування швейною голкою залежно від її номера і кроку стібка.

4. Експериментально доведено, що морозостійкість проб матеріалів в статичних умовах задовільно оцінюється коефіцієнтом морозостійкості, що дорівнює відношенню вихідної повітропроникності (В0) до її величини (В1) після досліджень в режимі “заморожування - розморожування”, із застосуванням розробленого приладу МПЗ, на який отримано два патенти України.

Встановлена залежність між природою полімерного покриття і стійкістю до багаторазового згинання проб при низьких (мінус 40°С) температурах в динамічних умовах. Найпридатнішим матеріалом для виготовлення ІК рекомендується еластоштучшкіра-Т ІЗК, яка витримує 23710 циклів при нормі 20000 циклів.

5. Аналізи результатів по вивченню хемостійкості і проникності показали, що спеціальний матеріал ІЗК не руйнується і непроникний в процесі впливу сірчаної, соляної, фосфорної кислот, лугів різних концентрацій, а також газорідинної фази аміаку.

6. Для захисту робітників-слюсарів, що виконують підготовчі роботи і очищення закритих ємкостей, а також враховуючи динаміку при цьому і захисні властивості матеріалу, запропонована конструкція ІК з амортизаційними ліктьовими і наколінними накладками. Визначені технологічні особливості виготовлення ізолювального костюма.

Розроблені технічні умови ТУ У 18.2-00209102-054-2005 “Костюми ізолювальні для проведення робіт по очистці ємкостей” і технологічна послідовність обробки виробу, проведені фізіологічні дослідження і дана оцінка можливої тривалості роботи в ізолювальному костюмі. Розробка значно дешевша зарубіжних аналогів і впроваджена на ЗАТ “Сєвєродонецьке об'єднання Азот”.

ОСНОВНІ ПУБЛІКАЦІЇ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Михайлова Н.В., Мичко А.А. Аналіз методики оцінки якості ниткового з'єднання // Вісник Технологічного університету Поділля. – 2002. – № 1. – С. 64 – 66.

2. Буханцова Л.В., Михайлова Н.В., Мичко А.А. Визначення впливу основних факторів на міцність ниткових з'єднань // Вісник Технологічного університету Поділля. – 2003. – № 1, Ч. 1. – С. 42-45.

3. Привала В.О., Мичко А.А., Михайлова Н.В. Новий прилад по визначенню повітропроникнення матеріалів для одягу // Вісник Технологічного університету Поділля. – 2003. – № 5, Ч. 1. – С. 63-65.

4. Михайлова Н.В., Ковтун Р.И., Мичко А.А. Методика вивчення водотривкості проб спеціальних матеріалів для ізолювальних костюмів // Вісник Східноукраїнського національного університету імені Володимира Даля. – 2005. – № 11[93]. – С. 86-91.

5. Михайлова Н.В. Средства индивидуальной защиты в соответствии с европейскими стандартами // Уголь Украины. – 2002. – № 10. – С. 29 – 30.

6. Михайлова Н.В., Болібрух Б.В., Мичко А.А. Вплив товщини адгезиву на міцність з'єднання спеціальних матеріалів // Пожежна безпека. – 2002. – № 2. – С. 67 – 71.

7. Михайлова Н.В., Ковтун Р.І., Дейнека І.Г., Мичко А.А. Розробка методики для оцінки розривальних