Введение к работе
Актуальность темы. Текстильная промышленность постоянно обновляет ассортимент полотен для швейных изделий. К новому перспективному ассортименту материалов относятся и многослойные композиционные текстильные материалы (КТМ), получаемые клеевой технологией соединения двух и более слоев текстильных полотен разного волокнистого состава, структуры и свойств. Эти материалы характеризуются высокими физико-механическими, гигиеническими и эксплуатационными свойствами, однако, обладают повышенной горючестью, что сдерживает их применение в производстве спецодежды и других изделий бытового и технического назначения. В этой связи проведение комплексных исследований направленных на разработку способов придания огнезащитных свойств композиционным текстильным материалам, а также средств и методик исследования теплофизических свойств и показателей горючести текстильных материалов и систем (пакетов) материалов, улучшающих оценку свойств материалов при воздействии высокотемпературного теплового потока, является актуальной проблемой.
Большой вклад в развитие теории и создание огнезащищенных волокон и текстильных полотен внесли работы Роговина З.А., Гальбрайха Л.С., Зубковой Н.С., Перепелкина К.Е., Константиновой Н.И., Асеевой Р.М, Van Krevelen D.W., Jonson P.R. и других российских и зарубежных ученых. Однако поиск эффективных замедлителей горения и способов придания огнезащитных свойств волокнам и текстильным полотнам продолжается. Большинство методов исследования теплофизических свойств и показателей горючести, дают косвенную, сравнительную оценку воспламеняемости и горючести материалов. В связи с этим, работа посвящена разработке новых материалов и способов придания огнезащитных свойств композиционным текстильным полотнам, а также созданию средств и методик исследования, которые позволят получить всестороннюю информацию о теплофизических свойствах и показателях горючести текстильных материалов и пакетов одежды. Это позволит более точно прогнозировать поведение материалов в экстремальных условиях.
Диссертационная работа выполнена в Саратовском государственном техническом университете в соответствии с научным направлением 08 В «Разработка научных основ и производственных технологий для пищевой, химической, машиностроительной и легкой промышленности», а также договорных работ со швейными предприятиями г. Саратова и Энгельса.
Цель работы. Разработка методов придания огнезащитных свойств текстильным материалам и пакетам одежды, расширение ассортимента огнезащищенных материалов бытового и технического назначения, а также создание средств и методик исследования, улучшающих оценку свойств материалов при воздействии высокотемпературного теплового потока.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
- обосновать и разработать принципы и методы повышения огнестойкости текстильных материалов и пакетов одежды;
- исследовать влияние полифосфатов аммония на структуру, физико-механические свойства и показатели горючести текстильных полотен и композиционных материалов;
- исследовать механизм формирования и разрушения клеевого соединения базальтовых волокон с полимерными адгезивами, разработать способ получения базальтовых композиционных материалов и технологию их применения в производстве одежды;
- разработать новые огнезащитные материалы, изучить физико-механические и эксплуатационные свойства, и дать рекомендации их применения в производстве одежды.
- разработать средства и методики исследования текстильных материалов и систем (пакетов) материалов, улучшающих оценку свойств материалов при воздействии высокотемпературного теплового потока.
- провести сравнительный анализ разработанных материалов, средств и методик исследования со стандартными, известными методами и материалами.
Достоверность проведенных исследований. Достоверность и обоснованность основных положений и выводов работы подтверждаются согласованностью результатов теоретических и экспериментальных исследований, выполненных с применением современных взаимодополняющих методов исследования: термогравиметрического анализа (ТГА), инфракрасной спектроскопии (ИКС), рентгеноструктурного анализа (РСА), оптической микроскопии. Использованием математических методов обработки данных, оптимизации параметров технологических процессов и свойств разработанных материалов и компьютерного программного обеспечения, а также широкой апробацией полученных результатов и положительной оценкой их в промышленности. Научные положения, результаты, выводы и рекомендации, сформулированные в диссертации, не противоречат известным положениям и данным.
Научная новизна работы заключается в том, что впервые:
- установлена высокая эффективность применения полифосфата аммония EXFLAM APP-201 для придания огнезащитных свойств текстильным материалам, определен механизм его действия на процесс пиролиза и горения, который обеспечивает возрастание кислородного индекса текстильных материалов до 29-30% об;
- доказана высокая эффективность придания огнезащитных свойств КТМ, как модификацией композиционного материала, так и соединением двух слоев огнезащищенных полотен неогнезащищенным клеевым материалом. Эффект огнезащиты достигается за счет диффузии замедлителя горения из структуры волокна в объем расплава адгезива;
- изучен механизм формирования и разрушения клеевого соединения базальтовых волокон и адгезивов, что позволило создать новые огнезащищенные композиционные материалы бытового и технического назначения;
- разработан метод оценки теплофизических свойств и показателей горючести текстильных материалов и пакетов одежды. Установлена зависимость плотности теплового потока от расхода газа и расстояния образца до пламени.
- разработаны методики испытаний, которые позволяют получить всестороннюю информацию о теплофизических свойствах и показателях горючести текстильных материалов и пакетов одежды и прогнозировать поведение материалов в экстремальных условиях.
Результаты исследований могут быть использованы при разработке теоретических основ и способов придания огнезащитных свойств текстильным материалам и швейным изделиям и прогнозировании их поведения в экстремальных условиях.
Практическая значимость и реализация результатов работы:
- впервые разработаны новые водонепроницаемые композиционные текстильные материалы, получены справочные данные физико-механических и эксплуатационных свойств этих материалов, и даны рекомендации по их применению в производстве изделий бытового и технического назначения;
- разработан способ получения огнезащитных базальтовых композиционных текстильных материалов.
- Получены справочные данные свойств базальтовых композиционных материалов и определены области и особенности их применения в производстве спецодежды. Апробация разработанного базальтового композиционного материала в швейном производстве на предприятии ООО «ПСК Геодор» и эксплуатация костюма сварщика в производственных условиях предприятия ООО «САГРИСА» г. Энгельса, дали положительную оценку разработанным материалам и спецодежде;
- разработана установка определения теплофизических свойств и показателей горючести материалов и пакетов одежды, которая позволяет проводить испытания в широком диапазоне плотности теплового потока от 3 до 80 кВт/м2. Разработанный метод дает результаты экспериментов, сопоставимые с результатами, полученными по стандартным методикам.
- разработаны методики определения теплофизических свойств и показателей горючести текстильных материалов и пакетов одежды, которые позволяют улучшить оценку качества материалов, получить всестороннюю информацию о теплофизических свойствах и показателях горючести текстильных материалов и их систем, прогнозировать поведение материалов в процессе эксплуатации изделий.
Теоретические и экспериментальные результаты работы внедрены в учебный процесс подготовки специалистов по специальностям: 260901.65 и 260902.65.
Апробация результатов работы. Основные результаты работы докладывались и получили положительную оценку на: Международной научно-технической конференции «Современные наукоемкие иннова-ционные технологии развития промышленности региона» (Лен-2008, Лен-2010) (г. Кострома); IV международной научно-практической конференции студентов и молодых ученых «Новые технологии и материалы легкой промышленности» (г. Казань); Международной конференции «Перспек-тивные полимерные композиционные материалы. Альтернативные технологии. Переработка. Применение. Экология», («Композит-2007», «Композит-2010») (Саратов); Международной научно-технической конференции «Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности (Прогресс-2007, Прогресс-2008)», (г. Иваново); Международной научно-практической конференции «Безопасность и качество пищевых продуктов и товаров народного потребления» (Алматы 2009.); Межвузовской научно-практической конференции «Инновационные и наукоемкие технологии в легкой промышленности» (г. Москва 2008); Международной научно-технической конференции «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности (Текстиль-2009)» (г. Москва).
Результаты работы принимали участие и награждались в региональных выставках «Саратовский салон изобретений, инноваций и инвестиций».
Личный вклад автора выражается в самостоятельном решении поставленных в диссертации задач на всех этапах исследования.
На защиту выносятся следующие основные положения:
1. Методы придания и закономерности формирования структуры и свойств огнезащищенных текстильных материалов, из натуральных и химических волокон.
2. Способ получения, структура и свойства новых огнезащитных, водонепроницаемых, базальтовых и других разработанных композиционных текстильных материалов и швейных изделий.
3. Метод исследования и методики оценки теплофизических свойств и показателей горючести текстильных материалов и пакетов одежды.
Публикации. Материалы, изложенные в диссертации, нашли свое отражение в 20 печатных работах, из них 3 статьи в изданиях рекомендованных ВАК и 2 статьи в зарубежных изданиях.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка используемой литературы и 8 приложений. Работа изложена на 179 страницах, содержит 24 таблицы, 65 рисунков. Список использованной литературы включает 153 наименования.
