Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Современное состояние производства защитных материалов и средств индивидуальной защиты изолирующего типа на их основе 13
1.1 Влияние сильнодействующих, агрессивных и химически опасных веществ на человека и мероприятия по их снижению 13
1.2 Анализ современных защитных материалов и средств индивидуальной защиты изолирующего типа на их основе 15
1.3 Основные принципы создания и особенности производства защитных материалов 26
1.4 Задачи диссертации 37
Глава 2 Описание объектов и методов исследования 39
2.1 Выбор и описание объектов исследования 39
2.2 Технология изготовления защитного текстильно-резинового материала 42
2.3 Методы исследований защитных текстильно-резиновых материалов и средств индивидуальной защиты изолирующего типа на их основе 43
2.4 Методика конструирования изолирующего комбинезона и способы его изготовления 46
Глава 3 Защитный текстильно-резиновый материал, стойкий к воздействию агрессивных и химически опасных веществ 48
3.1 Исследование кинетики деструкции эластомеров, используемых для создания защитного текстильно-резинового материала при воздействии тетроксида азота 48
3.2 Разработка и оптимизация смесевых композиций резин для создания защитного текстильно-резинового материала 54
3.3 Исследование влияния толщины полимерного покрытия на защитные характеристики текстильно-резинового материала 68
3.4 Выбор текстильной основы для защитного текстильно-резинового материала 72
3.5 Влияние состава антипирирующеи группы на огнестойкость защитного текстильно-резинового материала 76
Глава 4 Рекомендации по изготовлению защитного текстильно- резинового материала и средств индивидуальной защиты изолирующего типа на его основе 79
4.1 Изготовление защитного текстильно-резинового материала 79
4.2 Характеристики защитного текстильно-резинового материала 80
4.3 Рекомендации по разработке конструкции защитного изолирующего костюма с учетом специфики эксплуатации в аварийных ситуациях 84
4.4 Изготовление защитного изолирующего костюма на основе полученного текстильно-резинового материала 103
Выводы 107
Литература 108
Приложения 124
- Анализ современных защитных материалов и средств индивидуальной защиты изолирующего типа на их основе
- Технология изготовления защитного текстильно-резинового материала
- Разработка и оптимизация смесевых композиций резин для создания защитного текстильно-резинового материала
- Рекомендации по разработке конструкции защитного изолирующего костюма с учетом специфики эксплуатации в аварийных ситуациях
Введение к работе
Сегодня нет практически ни одной области человеческой деятельности, где бы ни использовались химические продукты, в т.ч. токсичные и весьма опасные для человека и природы. Рост крупных производств приводит к сосредоточению агрессивных и химически опасных веществ на сравнительно небольшом пространстве, что в свою очередь, существенно увеличивает возможность аварийных ситуаций на значительных территориях. При ликвидации техногенных чрезвычайных ситуаций, связанных с выбросом (выливом) агрессивных и химически опасных веществ, для защиты человека наиболее перспективным является применение надежных изолирующих костюмов (ИК) в комплекте с высокоэффективными средствами индивидуальной защиты органов дыхания.
Изучение условий и особенностей эксплуатации средств индивидуальной защиты (СИЗ) личным составом аварийно-спасательных служб показало, что часто имеет место несоответствие состояния индивидуальной защиты условиям чрезвычайных ситуаций.
Традиционно материалы для СИЗ получают методом нанесения на текстильную основу полимерной композиции на основе бутилкаучука (БК), обладающего высокой газонепроницаемостью. Однако материалы на основе БК не обладают стойкостью к воздействию агрессивных веществ, таких как хлор, оксиды азота, азотная кислота.
Создание новых материалов, лишенных существующих недостатков, позволит повысить уровень индивидуальной защиты человека при ведении аварийно-спасательных работ.
Работа направлена на решение актуальной проблемы создания защитного текстильно-резинового материала (ТРМ), стойкого к воздействию агрессивных и химически опасных веществ и обладающего высокой газонепроницаемостью, предназначенного для изготовления защитных ИК.
Работа выполнена в ГОУ ВПО «Казанский государственный технологический университет» по хоздоговору с ОАО «Казанский химический научно-исследовательский институт».
Цель и задачи исследования. Целью работы является создание ТРМ, стойкого к воздействию агрессивных и химически опасных веществ, обладающего высокой газонепроницаемостью и огнестойкого, предназначенного для изготовления защитного изолирующих костюмов.
Для достижения поставленной цели последовательно решались следующие задачи:
1. Анализ современных защитных материалов отечественного и
зарубежного производства и СИЗ изолирующего типа на их основе;
2. Экспериментальные исследования изменения показателей физико-
механических и защитных характеристик полимерных композиций,
используемых для создания защитного ТРМ, при воздействии агрессивных и
химически опасных веществ;
Подбор оптимального соотношения эластомеров для создания защитного покрытия ТРМ, обладающего высоким уровнем стойкости к воздействию агрессивных и химически опасных веществ и высокой газонепроницаемостью;
Экспериментальное исследование влияния толщины полимерного покрытия на защитные характеристики ТРМ;
5. Экспериментальное исследование характеристик текстильных
полотен для использования в качестве армирующей основы защитного ТРМ;
Экспериментальное исследование влияния состава антипирирующей группы на огнестойкость защитного ТРМ;
Создание композиционного защитного материала на текстильной основе, стойкого к воздействию агрессивных и химически опасных веществ, для изготовления СИЗ изолирующего типа;
Разработка методики конструирования изолирующего комбинезона;
Разработка рекомендаций по конструкции изолирующего костюма и изготовлению высококачественного СИЗ изолирующего типа на основе
7 полученного ТРМ, с учетом характеристик ТРМ, а также эргономических требований статического и динамического соответствия СИЗ изолирующего типа.
Методы и объекты исследований:
В качестве объектов исследования выбраны следующие марки синтетических каучуков: ХСПЭ марки MP, ПИБ - 118, БК марки 1675 Н, СКЭП - 40, СКЭПТ - 40; текстильные полотна; многослойный защитный ТРМ на их основе.
Изучение характеристик полученного защитного ТРМ включало исследование его защитных и физико-механических характеристик. Для оценки характеристик материала применялись лабораторные методы исследования защитных и физико-механических характеристик материала, и ГОСТированные методы испытаний. Результаты исследований сравнивались и сопоставлялись с известными экспериментальными и теоретическими данными других авторов.
Результаты исследований и измерений обрабатывались с применением методов математической статистики.
Научная новизна работы.
Изучена кинетика взаимодействия агрессивных сред с полимерными системами, используемыми для создания защитного ТРМ.
Впервые установлено, что при подборе оптимального соотношения эластомеров возможно создание защитного ТРМ, обладающего высоким уровнем стойкости к агрессивным средам и высокой газонепроницаемостью; выявлено, что наиболее высокую стойкость к воздействию окислителя и, в то же время, высокую газонепроницаемость обеспечивает полимерная композиция на основе БК и СКЭПТ при соотношении 60:40 соответственно.
3. Показано, что разработанный многослойный ТРМ обеспечивает
высокие защитные характеристики при толщине полимерной пленки не
менее 0,45 мм и массе не менее 470 г/м2.
4. Установлено, что полученный защитный ТРМ на основе
разработанной полимерной композиции с использованием полиамидного
8 полотна арт. 56437 в качестве текстильной основы выдерживает 4-хкратное воздействие жидкой фазы окислителей с нейтрализацией, сохраняет высокие защитные характеристики при воздействии агрессивных и химически опасных веществ в течение >50 мин и обладает стойкостью к воздействию открытого пламени в течение >14 с.
5. Разработана методика конструирования изолирующего комбинезона из защитных ТРМ.
Практическая ценность работы.
1. Получен новый композиционный защитный материал на
текстильной основе, стойкий к воздействию агрессивных и химически
опасных веществ, для изготовления СИЗ изолирующего типа.
2. Теоретически обосновано и экспериментально подтверждено, что
ИК, изготовленный из разработанного ТРМ, обеспечивает высокую
герметичность, защиту при воздействии агрессивных и химически опасных
веществ и огнестойкость, т.е. позволяет проводить аварийно-спасательные
работы с использованием дыхательных аппаратов на сжатом воздухе.
Проведены эргономические исследования статического и динамического соответствия СИЗ изолирующего типа.
Проведены антропометрические исследования сотрудников аварийно-спасательной службы Министерства по ЧС и ГО республики Татарстан.
5. Разработана конструкция защитного ИК в автоматизированном
режиме (САПР «Грация»); составлен алгоритм построения базовой
конструкции, ИМК и МК защитного ИК в САПР «Грация».
Результаты диссертационной работы внедрены в ОАО «Казанский химический научно-исследовательский институт».
На защиту выносятся следующие научные положения и выводы:
1. Результаты экспериментальных исследований механизма
взаимодействия окислителей (на примере тетроксида азота) с эластомерами,
используемыми для создания защитного ТРМ и их смесями; обоснована
возможность подбора оптимального соотношения эластомеров для создания
9 защитного ТРМ, обладающего высоким уровнем стойкости к воздействию агрессивных и химически опасных веществ и высокой газонепроницаемостью.
Результаты экспериментальных исследований изменения физико-механических и защитных характеристик полимерных композиций, используемых при создании защитного ТРМ, при воздействии агрессивных и химически опасных веществ.
Разработана полимерная композиция для создания защитного ТРМ. Выявлено, что наиболее высокую стойкость к воздействию окислителя и, в то же время, высокую газонепроницаемость обеспечивает полимерная композиция на основе БК и СКЭПТ при соотношении 60:40 соответственно.
Результаты экспериментального исследования влияния толщины полимерного покрытия на защитные характеристики ТРМ.
Результаты экспериментального исследования влияния состава антипирирующей группы на огнестойкость защитного ТРМ.
6. Методика конструирования изолирующего комбинезона из
защитных ТРМ.
Личный вклад автора в опубликованных в соавторстве работах состоит в выборе и обосновании методик экспериментов, непосредственном участии в проведении экспериментов, анализе и обобщении полученных экспериментальных результатов, в разработке технологического процесса.
Полученные в диссертационной работе результаты апробированы в промышленных условиях. Акт об использовании результатов работы представлен в Приложении 1.
Апробация работы. Результаты работы докладывались и обсуждались на II Международной научно-технической конференции «Достижения текстильной химии в производство (Текстильная химия - 2004)» (Иваново, 7 - 9 сентября 2004 г.); XXIV Российской школе «Наука и технологии» (Миасс, 22 - 24 июня 2004 г.); Всероссийской научно-практической конференции «Авиакосмические технологии и оборудование (АКТО - 2004)» (Казань, 10 -13 августа 2004 г.); Всероссийской научно-технической конференции
10 «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности» (Москва, 24 ноября 2004 г.; 22 - 23 ноября 2005 г.; 28 - 29 ноября 2006 г.); Международной научно-технической конференции «Актуальные вопросы промышленности и прикладных наук» (Ульяновск, 1 октября - 20 декабря
г.); II конференции студентов, молодых ученых и специалистов « Modern problems of the science and education» (Хургада, Египет, 19-26 февраля 2005 г.); Межвузовской научно-практической конференции, посвященной 25-летию Камского государственного политехнического института «Вузовская наука - России» (Наб. Челны, 30 марта - 1 апреля 2005 г.); V и VI Республиканской школе студентов и аспирантов «Жить в XXI веке» (Казань, 2005 г.; 2006 г.); Международной научно-практической Конференции студентов и молодых ученых «Новые технологии в производстве кожи и меха» (Казань, май 2005 г.); Всероссийской научно-технической конференции «Актуальные проблемы проектирования и технологии изготовления текстильных материалов специального назначения (Техтекстиль - 2005)» (Димитровград, 19-20 октября 2005 г.); Международной научно-практической Конференции студентов и молодых ученых «Новые технологии и материалы легкой промышленности» (Казань, май 2006 г.); XIX Международной научной конференции «Математические методы в технике и технологиях (ММТТ - 19)» (Воронеж, 30 мая - 2 июня 2006 г.); Научной сессии КГТУ (Казань, 3-6 февраля 2004 г.; 1 - 4 февраля
г.; 1 - 4 февраля 2006 г.).
Образец защитного изолирующего костюма демонстрировался на Инновационном форуме Республики Татарстан (Альметьевск, 7-8 июля 2004 г.) и на выставке «Текстиль и мода - 2005» (Казань, 6-13 ноября 2005 г.).
Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов и приложений. В тексте приведены ссылки на 156 литературных источников. Работа изложена на 123 страницах машинописного текста, содержит 30 рисунков и 27 таблиц.
Основные результаты работы изложены в 25 печатных работах (5 статей, 7 публикаций по материалам конференций, 12 тезисов, 1 патент на полезную модель).
Во введении обоснована актуальность диссертационной работы, сформулирована цель исследования, отражены научная новизна и практическая значимость работы, дана структура диссертации.
В первой главе рассмотрено влияние агрессивных и химически опасных веществ на организм человека; представлен обзор отечественной и зарубежной литературы, посвященный анализу современных защитных материалов и СИЗ изолирующего типа отечественного и зарубежного производства; рассмотрены основные принципы создания и особенности изготовления защитных изолирующих материалов. Сформулированы задачи диссертации.
Вторая глава содержит обоснование выбора объектов, средств и методов исследований. Основными объектами исследования выбраны следующие марки синтетических каучуков: ХСПЭ марки MP, ПИБ - 118, БК марки 1675 Н, СКЭП - 40, СКЭПТ - 40; текстильные полотна; многослойный защитный ТРМ на их основе. Разработана методика конструирования изолирующего комбинезона из защитных ТРМ. Приведены способы получения защитных ТРМ и методики проведения экспериментальных исследований защитных и физико-механических характеристик ТРМ.
В третьей главе рассматривается механизм взаимодействия окислителей (на примере тетроксида азота) с эластомерами и их смесями, используемыми для создания защитного ТРМ; подобрано оптимальное соотношение эластомеров для создания защитного ТРМ, обладающего высоким уровнем стойкости к воздействию агрессивных и химически опасных веществ и высокой газонепроницаемостью; рассматриваются результаты экспериментальных исследований изменения физико-механических и защитных характеристик полимерных композиций, используемых при создании защитного ТРМ, при воздействии агрессивных и химически опасных веществ; результаты экспериментального исследования
12 влияния толщины полимерного покрытия на защитные характеристики ТРМ; результаты экспериментального исследования влияния состава антипирирующей группы на огнестойкость ТРМ.
Четвертая глава посвящена разработке композиционного защитного материала на текстильной основе, стойкого к воздействию агрессивных и химически опасных веществ, для изготовления СИЗ изолирующего типа; проведены исследования защитных и физико-механических характеристик полученного защитного ТРМ. Определены оптимальные параметры СИЗ изолирующего типа: проведены эргономические исследования статического и динамического соответствия СИЗ изолирующего типа; проведены антропометрические исследования сотрудников аварийно-спасательной службы Министерства по ЧС и ГО республики Татарстан; проведен анализ отечественных и зарубежных систем конструирования одежды; разработана методика конструирования изолирующего комбинезона; разработана конструкция защитного ИК в автоматизированном режиме (САПР «Грация»); составлен алгоритм построения базовой конструкции, ИМК и МК защитного ИК в САПР «Грация».
Анализ современных защитных материалов и средств индивидуальной защиты изолирующего типа на их основе
В настоящее время одной из причин высокой профессиональной патологии в условиях химических аварий являются недостатки в обеспечении работающих эффективными СИЗ. Изолирующими СИЗ называются технические устройства, подобранные и подогнанные по конкретному индивидууму и проверенные на нем на эффективность их действия по защите от ВПФ и ОПФ человека в целом при выполнении им профессиональной деятельности в течение требуемого времени при сложившихся параметрах окружающей среды. К аварийным относятся СИЗ эпизодического действия, которые должны обеспечивать защиту человека в целом от ВПФ и ОПФ, а также предохранять используемые человеком одежду и обувь от заражения вредными веществами [9, 10].
Использование СИЗ в каждом отдельном случае должно осуществляться с учетом характера аварии, условий труда и особенностей выполняемых работ. Необходимо учитывать степень опасности и продолжительность контакта работающих с ОПФ и ВПФ, величину физических нагрузок при выполнении аварийно-спасательных работ. Неправильное использование СИЗ может повлечь за собой недостаточную эффективность используемой защиты, неоправданное напряжение организма человека, а также неоправданный перерасход СИЗ или преждевременный их выход из строя [11 ... 13].
Проектирование изолирующих СИЗ в соответствии с реальными условиями эксплуатации является сложной научной и практической задачей. Основными этапами, на которых устанавливаются параметры защитной одежды, определяющие ее соответствие условиям эксплуатации, являются этапы проектирования и выбора материалов [13].
Ниточное соединение при изготовлении одежды является преобладающим - 90% общего объема соединений деталей одежды всеми известными способами [14 ... 16]. Большая часть соединительных швов в СИЗ подвергается механическим воздействиям значительной интенсивности и воздействию агрессивных сред [17 ... 19]. Поэтому для обеспечения долговечности СИЗ важное значение приобретают конструкция шва, метод соединения и параметры соединения. При изготовлении защитных изолирующих костюмов обязательным условием является обеспечение герметичности мест ниточных соединений деталей.
В связи с этим для соединения деталей СИЗ важное значение приобретают новые физико-химические способы соединения: сварка токами высокой частоты, ультразвуком и термоконтактным способом [20]; склеивание деталей СИЗ [21] и проклеивание ниточных соединений для герметизации этих швов; соединение вулканизацией при помощи сырой резины (обеспечивает наиболее высокую прочность - 100 даН на 50 мм шва-и долговечность соединений, а также высокую герметичность) [22].
При применении ниточно-сварного способа образования швов снижается трудоемкость изготовления изделий за счет исключения следующих операций: подготовки зоны шва к герметизации, многократного нанесения клея на поверхность ниточного соединения и герметизирующей ленты, пропудривания готового соединения с целью избежания слипания, а также за счет совмещения ниточного соединения и его герметизации [23].
Технологии, основанные на использовании термопластичных свойств материалов (сварные, ниточно-сварные, ниточно-термоклеевые), требуют дополнительного оборудования, значительных материальных и трудовых затрат. Использование швейных ниток с гидрофобными отделками не обеспечивает необходимого уровня герметичности ниточных соединений [23].
В качестве герметизирующих препаратов применяют кремний-органические продукты и масла, сложные расплавы на основе парафинов и гидрофобизирующие составы [24]. В качестве гидрофобизатов для герметизации швов могут быть использованы следующие препараты: аламин С, кремнийорганическая жидкость ГКЖ - 94, хромолан, плювион «ПЕГ», персистоль [25, 26]. Однако данные процессы обеспечивают герметизацию мест ниточных соединений лишь для водозащитной одежды и являются непригодными для обеспечения герметичности СИЗ, предназначенных для защиты от агрессивных и химически опасных веществ.
Основными требованиями, предъявляемыми к герметикам и клеям, являются высокая адгезионная способность к различным субстратам (в том числе, во влажной среде), устойчивость к повышенным температурам, действиям статических и динамических механических нагрузок, сохранение внешнего вида изделия после нанесения герметика, совместимость и экологическая безопасность герметиков и клеев [27].
В связи с все более возрастающими экологическими требованиями при выборе веществ для герметизации предпочтение отдается клеевым составам, не содержащим органических растворителей. При проектировании герметизирующего материала необходимо обеспечение следующих требований: адгезии к основному материалу, способности к образованию прочного клеевого соединения под воздействием давления в течение короткого промежутка времени без воздействия температуры, малой жесткости, не увеличивающейся в процессе эксплуатации изделия, оптимальной толщины и растяжимости [23].
Технология изготовления защитного текстильно-резинового материала
Резиновая смесь на основе БК марки 1675 Н и СКЭПТ - 40 готовилась в две стадии. На первой стадии в резиносмесителе марки GTL-2 в эластомеры вводились наполнители и остальные ингредиенты, кроме вулканизующей группы. На второй стадии в приготовленную маточную смесь на вальцах типа ЛВ 320x160x160 вводилась вулканизующая группа. Изучение степени набухания, защитных и физико-механических характеристик смесевых систем осуществлялось на вулканизованных образцах пленок толщиной 0,30±0,02 мм. Смеси перерабатывали в пленки на трехвал-ковом каландре марки 3 - 160 - 320П по ГОСТ 11993 - 71 при температуре среднего и верхнего валков 368 ... 383 К. Пленки вулканизовали в паровом котле марки КВТРМ / 200 - 1500 = 12,5 / 6 при температуре 416 К (0,29 МПа) в течение 100 минут. Защитный материал получали в две стадии по каландровой технологии. Схема изготовления защитного ТРМ представлена на рисунке 2.1. При изготовлении защитного ТРМ на текстильную основу методом каландрования наносилась полимерная смесь на основе БК марки 1675 Н и СКЭПТ - 40, далее полученный двусторонний материал вулканизовался в паровом котле КВТРМ / 200 - 1500 = 12,5 / 6 при температуре (143±2) С в течение (90±5) минут. При использовании СИЗ изолирующего типа и защитных ТРМ, из которых они изготовлены, важное значение имеет исследование их физико-механических защитных характеристик. Для исследований использовались как стандартные, так и специальные методы. Результаты экспериментов сравнивались и сопоставлялись с известными теоретическими и экспериментальными данными. Оценка физико-механических характеристик защитного текстильно-резинового материала
Стандартные испытания физико-механических характеристик защитного ТРМ проводились в соответствии с ГОСТ: - определение массы материала (1 м2) по ГОСТ 3811 - 72. «Материалы текстильные. Ткани, нетканые полотна и штучные изделия. Методы определения линейных размеров, линейной и поверхностной плотностей (масса 1 м )»; - определение толщины материала по ГОСТ 17073 - 71. «Кожа искусственная. Метод определения толщины и массы»; - определение разрывной нагрузки по ГОСТ 30303 - 95 «Ткани с резиновым или пластмассовым покрытием. Определение разрывной нагрузки и удлинения при разрыве»; - определение сопротивления раздиру по ГОСТ 30304 - 95 «Ткани с резиновым или пластмассовым покрытием. Определение сопротивления раздиру»; - определение жесткости материала по ГОСТ 8977 - 74. «Кожа искусственная и пленочные материалы. Методы определения гибкости, жесткости и упругости». - определение стойкости к истиранию по ГОСТ 12.4.167 - 85. «ССБТ. Материалы пленочные полимерные для средств защиты рук. Метод определения устойчивости к истиранию», ГОСТ 15967 - 70. «Ткани льняные и полульняные. Метод определения стойкости к истиранию на плоскости». Оценка защитных характеристик защитного текстильно-резинового материала Для оценки защитных характеристик ТРМ использовались следующие стандартные методы: - метод определения стойкости к действию кислот и щелочей по ГОСТ 12.4.146 - 84. «ССБТ. Материалы с полимерным покрытием для специальной одежды и средств защиты рук. Метод определения стойкости к действию кислот и щелочей»; - метод определения стойкости к действию органических растворителей по ГОСТ 12.4.170 - 86. «ССБТ. Материалы с полимерным покрытием для специальной одежды. Метод определения к действию органических растворителей»; - метод определения стойкости материала к открытому пламени по ГОСТ 12.4.200-99. «ССБТ. Одежда специальная для защиты от тепла и огня. Метод испытаний при ограниченном распространении пламени». Определение времени защитного действия СИЗ от высокотоксичных паров агрессивных и химически опасных веществ (хлор, аммиак, хлористый водород и т.д.) определялось по специальной методике [97]. Оценка погрешности измерений характеристик и свойств эластомеров, резиновых смесей, текстильных основ и защитных текстильно-резиновых материалов Статистическую обработку опытных данных проводили классическим методом с помощью методов статистической обработки экспериментальных данных [98]. Определение погрешности при определении массы образцов защитного текстильно-резинового материала. Приборы: весы аналитические или весы лабораторные квадрантные.
Разработка и оптимизация смесевых композиций резин для создания защитного текстильно-резинового материала
Наибольшей устойчивостью и наименьшей степенью набухания в агрессивных средах обладает СКЭПТ - 40. В то же время он имеет неудовлетворительную газонепроницаемость, недостаточно высокие защитные характеристики по отношению к опасным химическим веществам. Устранить это, вероятно, можно созданием смесевых систем, в которых недостаток (газопроницаемость) СКЭПТ - 40 должен компенсироваться преимуществом других и, в первую очередь, высокогазонепроницаемыми ПИБ - 118 и БК марки 1675 Н. Исходя из этого, исследования велись по пути создания смесевых систем и рецептур защитного покрытия ТРМ, где основу составляет СКЭПТ - 40. Изучалась возможность создания рецептур защитного покрытия ТРМ с использованием БК марки 1675 Н, ПИБ - 118 и ХСПЭ марки MP (использовался в качестве негорючей добавки). Естественно, введение БК марки 1675 Н, ПИБ - 118 и ХСПЭ марки MP должно быть ограничено такими количествами, которые, с одной стороны, могли повысить до необходимого уровня защитные характеристики при воздействии химически опасных веществ, а с другой - не снизить в существенной мере стойкость полимерной композиции при воздействии агрессивных сред.
При создании полимерных композиций на основе смесей эластомеров определенное внимание должно быть уделено вопросу их совместимости.
Неполярный характер, близкие температуры стеклования (Т , К) позволяют предположить хорошую совместимость СКЭПТ - 40 с ПИБ - 118 и БК марки 1675 Н, и, наоборот, большая разница в температурах стеклования неполярного СКЭПТ - 40 и полярного ХСПЭ марки MP -плохую их совместимость.
В то же время известно [117], что определенную информацию о совместимости могут дать параметры растворимости полимеров ((3). Для оценки способности к совмещению различных эластомеров необходимо найти не абсолютную величину, а разность между значениями параметров растворимости (Ар) смешиваемых эластомеров. Использование табличных значений параметров растворимости [117], простота и достаточно хорошее согласие с другими свойствами позволяет по величине Ар проводить предварительный выбор смесевых систем. В таблице 3.2 приведены значения параметров растворимости и температур стеклования исследуемых эластомеров. Действительно, при изучении физико-механических показателей и стабильности растворов смесей СКЭПТ с ПИБ и СКЭПТ с БК рядом авторов [118, 119] показано, что указанные пары образуют технологически совместимые системы. Нахождение оптимальных соотношений смесевых систем может быть осуществлено лишь в результате изучения совокупности целого ряда показателей: степени набухания смесей, защитных характеристик по стойкости к агрессивным, опасным химическим веществам и физико-механических характеристик смесей. Необходимость в такой комплексной оценке обуславливается тем, что изменение в ту или иную область соотношений эластомеров, улучшая один показатель, может отрицательно сказаться на другом показателе. Изучение степени набухания, защитных и физико-механических характеристик смесевых систем осуществлялось на вулканизованных образцах толщиной 0,30±0,02 мм. Смеси перерабатывали в пленки на трехвалковом каландре марки 3 - 160 - 320П при температуре среднего и верхнего валков 368 ... 383 К. Пленки вулканизовали в паровом котле марки КВТРМ / 200 - 1500 = 12,5 / 6 при температуре 416 К (0,29 МПа) в течение 100 минут. На рисунке 3.4 приведены зависимости степени набухания смесевых систем СКЭПТ - 40 с ХСПЭ марки MP, ПИБ - 118 и БК марки 1675 Н от их состава при воздействии N204 в течение 1 часа. Исследование влияния второго компонента на степень набухания композиций вулканизатов на основе СКЭПТ - 40 показывает, что по устойчивости к N2O4 лучшими являются смесевые системы СКЭПТ - 40 / ПИБ - 118 и СКЭПТ - 40 / БК марки 1675 Н. Для системы СКЭПТ - 40 / ХСПЭ марки MP повышение содержания последнего приводит к почти линейному увеличению степени набухания. Кривая набухания приближается к линии аддитивности. Такая же зависимость наблюдается и для смесевой системы СКЭПТ - 40 / ПИБ - 118. Вероятно, при вулканизации этих систем происходит закрепление по принципу «сетка в сетке» равномерно распределенных макромолекул второго компонента. Иная картина наблюдается при набухании в N204 системы СКЭПТ - 40 / БК марки 1675 Н, для которой обнаруживается минимум степени набухания в области их равных соотношений. Этот факт можно объяснить, вероятно, образованием единой пространственной сетки, т.е. процесса совулканизации системы двух эластомеров в межфазном слое. Косвенно это подтверждают близкие параметры растворимости СКЭПТ - 40 и БК марки 1675 Н /Д(3=0,1 (МДж/м ) 7 (таблица 3.2), общие вулканизующие агенты и одинаковые режимы вулканизации (таблицы 3.3, 3.4). Данное предположение согласуется с литературными данными о совулканизации СКЭПТ с БК. Так, методом разово-контрастной микроскопии [120] было обнаружено, что в смесях БК со СКЭПТ при соотношении компонентов, близком к 1:1, возникают сетчатые структуры в виде контактирующих частиц шириной 2 ... 4 мкм.
Рекомендации по разработке конструкции защитного изолирующего костюма с учетом специфики эксплуатации в аварийных ситуациях
Анализ имеющихся вариантов конструкции изолирующих СИЗ [136 ... 138] для аварийно-спасательных работ, позволил выявить ряд недостатков, которые отрицательно сказываются на эргономических показателях изделия: 1. из-за отсутствия конструктивных формообразующих линий затрудняются движения при выполнении аварийно-спасательных и ремонтных работ; 2. места, подвергающиеся наибольшей нагрузке, не имеют дополнительной защиты; 3. из-за недостаточного размера лаза изделия неудобны при надевании и снятии и использовании (рис. 4.3 а, б, в); 4. из-за отсутствия припуска для расположения дыхательного аппарата возникают трудности при его размещении в подкостюмном пространстве (рис. 4.3 г); 5. обувь, выполненная в виде сапог, увеличивает массу изделия в целом; 6. рукавицы и обувь не зафиксированы в области конечностей. При разработке и изготовлении ИК необходимо соблюдение следующих условий [139, 140]: - соединительные узлы лицевых частей, перчаток, обуви и других конструктивных элементов следует максимально унифицировать и сделать герметичными; - материалы для изготовления ИК должны исключать возможность токсического, раздражающего и сенсибилизирующего воздействия на организм человека; - ИК не должен иметь открытых карманов и складок, куда могли бы затекать кислоты или другие агрессивные жидкости; - при создании СИЗ с капюшоном необходимо обращать особое внимание на акустические свойства материалов и рациональность конструкции изделия (ширину и высоту лицевого выреза), чтобы изделие не вызывало снижения порога слуха у человека или уменьшения поля его зрения; - удобная в динамике конструкция СИЗ должна позволять работающим осуществлять комплекс различных движений.
Эргономические исследования статического и динамического соответствия средств индивидуальной защиты изолирующего типа для использования в аварийных ситуациях Сложность применяемого снаряжения изначально накладывает ограничения на возможности улучшения эргономичности конструкции защитного изолирующего костюма. Значительная масса комплекта обусловливает особенности в эргономических характеристиках аварийно-спасательных работ. С целью исследования эргономических характеристик СИЗ на основе изучения особенностей телодвижений человека при ведении аварийно-спасательных работ составлены эргономические схемы. Выявление специфических видов телодвижений осуществлялось с использованием данных [141]. Основные динамические позы представлены на рисунке 4.4 и рассмотрены в таблице 4.5. При определенных движениях обнаруживаются существенные изменения отдельных размерных признаков человека. Это обусловлено активизацией отдельных органов и мышц при выполнении аварийно-спасательных работ, относящихся к категории работ большой тяжести. Анализ характерных движений при выполнении аварийно-спасательных работ представлен в таблице 4.6. По данным таблицы 4.6 можно сделать вывод о том, что при выполнении работ основным изменениям подвергаются конструктивные участки: Т22, Т28, Т36, Т40, Т41, Т45, Т47, Т50 (рис. 4.5). По всем участкам изделия требуется обеспечить необходимую свободу, т.е. при разработке конструкции изолирующего костюма конструктивные участки необходимо проектировать с учетом динамических приростов. В таблице 4.7 приведена характеристика динамических размерных признаков и способы их измерения [142].
