автореферат диссертации по технологии материалов и изделия текстильной и легкой промышленности, 05.19.06, диссертация на тему:Исследование влияния трибоэлектрических свойств обувных материалов на комфортность и электростатическую безопасность обуви

БЕЛИЦКАЯ Ольга Александровна

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ТРИБОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ОБУВНЫХ МАТЕРИАЛОВ НА КОМФОРТНОСТЬ И ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКУЮ БЕЗОПАСНОСТЬ ОБУВИ

Специальность 05.19.06 - «Технология обувных и кожевенно-

галантерейных изделий»

АВТОРЕФЕРАТ диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва-2006

БЕЛИЦКАЯ Ольга Александровна ' ' ^

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ТРИБОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ОБУВНЫХ МАТЕРИАЛОВ НА КОМФОРТНОСТЬ И ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКУЮ БЕЗОПАСНОСТЬ ОБУВИ

Специальность 05.19.06 - «Технология обувных и кожевенно-

галаитерейиых изделий»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 2006

Работа выполнена в Московском государственном университете дизайна и технологии

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент

Леденева Ирина Николаевна

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Бочаров Валерий Григорьевич кандидат технических наук Гатарчук Иван Русланович

Ведущая организация: научно-производственная организация

«Аквелла» (г, Москва)

Защита состоится « » 2006 г. в /^¿¿¿>часов на заседании

диссертационного совета Д 212.144.01 в Московском государственном университете дизайна и технологии по адресу: 115998, г. Москва, ул. Садовническая, 33.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного университета дизайна и технологии.

Автореферат разослан « &» Ычэ^л 2006 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

д.

.н., проф.

Киселев С.Ю.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Во всем мире проводятся разработки различных средств, обеспечивающих защиту .человека от воздействия статического электричества. Последствия воздействия трибоэлектрических явлений на технологические процессы и технические системы связаны с «человеческим фактором», когда заряд, накопившийся на теле человека, приводит к выходу из строя чувствительных микросхем или электронных блоков, возникновению пожаров, ; взрывов нефтепродуктов и легковоспламеняющихся жидкостей. Например, европейские промышленные эксперты оценивают ежегодную потерю денежных средств из-за электростатических разрядов до 8 млрд. долларов. Доля ежегодных потерь изделий оценивается до 30% от объема выпуска. Повышенный уровень электростатического поля (ЭСП) вызывает невротические и психосоматические заболевания. Необходимость регламентации уровня ЭСП на рабочих местах и на поверхности полимерных материалов очевидна. Самый легкий путь избежать нежелательных проявлений статического электричества - это предупредить электризацию.

Одним из методов защиты работающих в условиях действия ЭСП, является обеспечение стекания зарядов с тела человека через специальную обувь, называемую антистатической. Для уменьшения электростатического • поля предлагаются как материалы для антистатической обуви, так и различные конструкторские инновации. Однако только совершенствование конструкции не решает проблему повышения комфортности и электробезопасности обуви. Необходим комплексный подход. В настоящее время актуальность приобретают следующие исследования:.

разработка экспериментальных методов измерений электростатических показателей обувных материалов для различных климатических условий; \

- разработка рекомендаций для формирования нормативной базы при производстве и эксплуатации антистатической обуви;

- разработка предложений по формированию оптимального сырьевого состава бытовой и антистатической обуви различного назначения, в том числе для использования в условиях Крайнего Севера;

- создание базы данных трибоэлектрических показателей обувных материалов; '" '

- разработка расчетных моделей, позволяющих прогнозировать накопление электростатического заряда на теле человека в зависимости от трибоэлектрических и электропроводящих свойств обувных материалов и условий их эксплуатации.

Цель диссертации. Основной целью настоящей работы является разработка динамического метода исследования трибоэлектрических свойств обувных материалов, построение модели накопления и релаксации электрических зарядов на теле человека с учетом электропроводящих свойств низа обуви для прогноза антистатических характеристик при проектировании и изготовлении бытовой и специальной обуви

Для достижения поставленной цели в работег "

- проанализировано современное состояние рассматриваемой проблемы;

- изучены существующие-методики оценки трибоэлектрических свойств материалов;

- обоснованы основные требования к трибоэлектрическим и электропроводящим свойствам обувных материалов;

- разработан новый экспериментальный метод измерений электростатических показателей обувных материалов для различных климатических условий;

- разработана экспресс-методика измерения времени релаксации электростатического заряда на поверхности обувных материалов' для оценки их антистатического качества;

- изучено влияние климатических и технологических факторов на трибоэлектричёские свойства материалов на примере войлоков;

- разработаны модельные представления для оценки уровня накопления зарядов статического электричества при использовании различных материалов и конструкций обуви;

- проведена апробация полученных результатов. '

Объекты и методы исследования. При исследовании трибоэлектрических свойств обувных материалов применялись современные испытательные климатические комплексы с использованием высокочувствительных датчиков ЭСП, микропроцессорной и компьютерной техники. Поставленные в работе задачи решались с учетом теоретических и практических основ физики, конструирования и технологии обуви, материаловедения, а также методов математической статистики.

Научную новизну работы определяют:

1, . Разработанный динамический метод экспериментального исследования трибоэлектрических свойств обувных материалов, позволяющий измерять динамику накопления и релаксации поверхностной плотности заряда а при взаимодействии разнородных материалов в широком интервале температур - от-5 0°С до+60°С;

2. Созданная автоматизированная экспресс-методика измерения времени релаксации заряда т с поверхности деталей обуви, позволяющая

б

оптимизировать состав материалов и конструкцию специальной обуви, удовлетворяющей критериям электростатической безопасности;

3. Впервые разработанная расчетная модель, позволяющая на основе - экспериментальных данных прогнозировать накопление электростатического потенциала на теле человека для типовых конструкций, изготовленных из различных обувных материалов;

4. Впервые, экспериментально изученное влияние отрицательных температур (от 0°С до -35°С) на трибоэлектрические свойства войлоков.

Практическая значимость работы.

1. Разработанный экспериментальный стенд может использоваться в учебном процессе, а также в дальнейших исследованиях при оценке трибоэлектрических свойств и разработке документов, регламентирующих методики . исследования электростатических параметров обувных материалов. ...

2. Разработанная автоматизированная экспресс-методика измерения времени релаксации заряда с поверхности деталей обуви позволяет проводить .рациональный выбор. материалов при проектировании специальной обуви.

3. Рассчитанные на основании предложенной математической модели области электростатической безопасности позволяют провести рациональный выбор материалов при проектировании специальной обуви, обеспечивающей компромиссные требования электрической и электростатической безопасности при воздействии экстремальных условий. во всем диапазоне температуры эксплуатации (от -50°С до +60°С), вызывающих повышенную интенсивность и энергию искровых разрядов.

4. Полученные базы, данных по трибоэлектрическим свойствам современных обувных материалов позволят повысить эргономические и гигиенические показатели проектируемой обуви.

■ Вклад автора. Изложенные в работе результаты получены автором лично или в соавторстве при его участии. >

На защиту автор выносит следующие положения:

1. Конструкцию экспериментального стенда, ; позволяющего проводить измерения накопления заряда при трении различных сочетаний обувных материалов в диапазоне температур от-50°С до+60°С.

2. Динамический метод определения параметров, характеризующих трибоэлектрические свойства материалов. .

3. Результаты экспериментальных исследований факторов, влияющих на электризацию материалов. ,

4. Расчетную модель прогнозирования накопления электростатического потенциала на теле человека. ;

5. Рекомендации по конструкции и сырьевому составу антистатической обуви различного применения.

Реализация результатов.

Исследования проведены в лабораториях кафедры «Технология изделий из кожи» Московского государственного университета дизайна и технологии, в Московском государственном инженерно-физическом институте (Техническом университете). Полученные результаты внедрены в учебный процесс на кафедре «Технология „ изделий из кожи» Московского государственного университета дизайна ■ и технологии: опубликованы учебные пособия для специальностей 28.11.00,.28.12.00 и направления 55.39.00 «Трибоэлектрические свойства обувных материалов», «Обзор методов и средств для • определения трибоэлектрических свойств материалов».

Апробация работы.

Основные положения диссертации ■ и результаты работы докладывались и получили положительную оценку на:

s

1. Заседаниях кафедры технологии изделий из кожи Московского государственного университета дизайна и технологии;

2. 56-ой ^ научной конференции студентов, молодых ученых «Молодые ученые - XXI веку» (г. Москва, 13-16 апреля 2004 г.);

3. 57-ой научной конференции НИДС,. «Молодые ученые - XXI веку», посвященной 75-летию университета (г. Москва, 19-22 апреля 2005 г.); ; - ■ .

4. Научной сессии МИФИ-2006 (г. Москва, 23-27 января 2006 г.);

5. 58-ой научной конференции студентов, .молодых ученых «Молодые ученые - XXI веку» (г. Москва, 11-14 апреля 2006 г.).

■ Публикации. Основные положения проведенных исследований опубликованы в шести печатных работах. ■■

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, выводов но главам и по работе в целом, библиографического списка и приложения. Объем диссертации составляют 158 страниц машинописного текста, включая 35 рисунков, 31 таблицу. Библиография содержит 110 наименований. Приложение представлено на 6 страницах.. .

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность диссертационной работы, сформулированы цель и задачи исследований, отражены научная новизна, и практическая значимость работы. • '

В первой главе обоснована тема исследования, представлен обзор отечественной и зарубежной литературы, . посвященной современным представлениям о влиянии электростатических свойств обувных материалов на электростатическую безопасность обуви. Рассмотрены последствия воздействия электростатических полей на технологические процессы и

здоровье человека, проанализировано состояния нормативной базы по обеспечению электростатической безопасности обуви. ,

При учете влияния электростатических свойств обувных материалов на качество обуви выделяют два основных аспекта: повышение эргономических и гигиенических свойств проектируемой обуви и разработка специальной обуви, обеспечивающей электростатическую безопасность при обслуживании человеком современных технологических процессов (к таким процессам относятся: производство чувствительных к разрядам компонентов микроэлектроники, пожароопасных и взрывоопасных материалов, обслуживание нефтегазового комплекса и т.д.).

Характеристиками электростатических . свойств материалов являются: напряженность электрического поля (Е, кВ/м) на поверхности, плотность электрических зарядов (а, Кл/м2), поверхностное (р$) и объемное (р„) удельное электрическое сопротивление и время релаксации заряда (т, с). _ .

При анализе работ, посвященных проблемам электростатической безопасности, установлено, что имеющиеся в литературе характеристики электростатических свойств обувных материалов либо существенно различаются, либо вообще отсутствуют. Трибоэлектрические ряды, которые получены различными авторами, содержат противоречия и не учитывают влияния таких важных факторов, как влажность, температура и степень загрязнения . поверхности ; исходного материала, что непосредственно отражается на результатах измерений.

Анализ литературы показывает, что человек в период использования одежды и обуви не обладающими антистатическими свойствами, может подвергаться воздействию электростатического поля (наиболее часто накапливаются заряды отрицательной полярности) напряженностью Е = 10-200 кВ/м. Величина и полярность

электростатического поля, действующего при этом на организм человека, зависят, прежде всего, от химической природы и состава материалов одежды и обуви, условий их эксплуатации, конструкции и комплектности, подвижности человека и функционального состояния его кожи, а также ряда других причин. '

В последние годы в зарубежных и отечественных публикациях обобщены экспериментальные и теоретические исследования, в которых затронуты вопросы негативного воздействия статического электричества на электронную аппаратуру, связанные с «человеческим фактором». При изготовлении антистатической обуви для работников электронной промышленности зарубежные специалисты рекомендуется применять специальные материалы: натуральную кожу, пробковое дерево, резину, полиуретан, обеспечивающие соответствие свойств туфель, ботинок, сабо требованиям, регламентируемым европейским стандартом IEC 61340-5-1. Стандарт определяет, что сопротивление низа обуви не должно превышать 35 Мом, что является достаточным для быстрого стекания заряда с тела работника и способствует снижению отказов электронных схем. Исходя из компромиссных условий электробезопасности и электростатической безопасности, минимальное значение полного разрядного сопротивления должно быть больше 0,5 МОм при всех условиях: мокрая обувь, потные ноги и т. п. Поэтому величина R0 должна находиться в пределах 0,5 - 150 МОм. . . -

Основными требованиями к специальной обуви, используемой на взрывопожароопасных производствах являются также ее антистатические свойства. Если наэлектризованный человек прикоснется или близко подойдет к какому-либо объекту, особенно заземленному,, то между ними возникает разряд. Этот разряд может быть источником возгорания или взрыва в соответствующих помещениях. Особенно опасны отрицательные ; проявления ' электростатических явлений в зимнее время, когда

наблюдается пониженная относительная влажность воздуха. Для оценки степени риска взрывопожароопасности по известным критериям энергии поджигающего разряда ■ статического электричества можно

воспользоваться соотношением:

\ув = со (цо)2/2, . (1)

где Со г* эквивалентная емкость человека, которая во всех стандартах принимается от 100 до 200 пФ; и^ —потенциал на теле человека или заряженном предмете. Для нефтегазопродуктов характерные значения АУВ =0,1-1.0 м Дж.

Безопасность выполняется при условиях, если потенциал и, следовательно, энергия накопленная за счет СЭ не превышает При условиях достижения уровня > в случае опасных концентраций газовоздушной смеси, может произойти искровой разряд, который приведет к инициированию взрыва. Для минимальной энергии возгорания ЛУв = 0,1- 1,0 мДж критическими потенциалами СЭ являются напряжения на теле человека 1,3-4,0 кВ.

Обзор нормативной базы (ГОСТов, ОС'Гов, ТУ, СанПиН и др.) показал, что для обувной промышленности нет нормируемого показателя электростатической безопасности обуви. Последние гигиенические нормы составлены более 20 лет назад, в которых показателем электростатической безопасности обуви является напряженность ЭСП, превышающая 30 кВ/м.

Во второй главе систематизированы измерительные приборы, пригодные для контроля ЭСП обувных материалов. По материалам патентного поиска и нормативным документам ~ проанализированы методики измерения электростатического заряда при трении.

Выявлено, что в процессе .эксплуатирования обуви проявляются две основные динамические фазы поведения электростатических зарядов на поверхностях отдельных деталей. Нарастание плотности заряда на материале происходит внутри обуви, где осуществляется контакт

материала на стопе с материалами подкладки, приводящими к ее зарядке. Спад заряда наблюдается при отсутствии натирания подкладки, когда стопа не движется относительно материала подкладки.

Заряд, накапливаемый подкладочными материалами, можно определить из условия его увеличения за счет натирания и релаксации:

ад/<ицш= ¿д/а1|вх+ ад/смрслакс, (2)

где О - величина заряда, Кл; сКЗ/с11|м= 1вх; г - время натирания, с.

Решением дифференциального уравнения является:

д = 1„хт(1-е,/т). (3)

где т - постоянная времени релаксации, с; 1Вх - ток входной, А.

Постоянная времени релаксации рассчитывается по формуле: х = С1, -12> / 1п(р(г,) / (4)

СК*|)> - величины заряда на поверхности образца для

различных значений времени ^ и

Анализ решения уравнения (3) показывает, что при достаточно большом времени натирания материала, когда I » т, величина С| достигает равновесия С?р (численное значение экспоненты в скобках при этом стремится к нулю). Из этого следует, что: 1вх = 0/т. После прекращения натирания релаксация заряда происходит по экспоненциальной зависимости. Таким образом, для экспериментальной оценки основных физических параметров О, 1в* и т, характеризующих электризацию материалов, целесообразно использовать динамический метод накопления и спада заряда.

Разработанный нами испытательный стенд позволяет реализовать динамический метод исследования трибоэлектрических свойств обувных материалов (рис. 1) состоит из нескольких частей, одна из которых представляет собой две металлические пластины 1, выполняющих функцию конденсатора. Пластины связаны между собой стойками 7, а

нижняя пластина заземлена 8. На нижней пластине размещают образец 3 испытуемого материала, который закреплен уголками 9. Другая часть стенда - электромеханический привод 6, благодаря которому планка 4, с закрепленной контактной парой 5 совершает поступательные движения. Контактная пара 5 представляет собой металлическую пластинку, обтянутую материалом, на которую могут устанавливаться грузики различной массы. На отдельной подставке установлен прибор 2 для измерения напряженности, электростатического поля СТ-01, модулятор которого помещен непосредственно между пластинами конденсатора.

Рисунок 1. Схема испытательного стенда: а - вид спереди; б - вид • сверху, верхняя пластина конденсатора снята

На рисунке 2 показаны типичные экспериментальные кривые накопления и релаксации заряда на поверхности образцов обувных подкладочных материалов, полученные при нормальных условиях испытаний (температура 22°С, относительная влажность 65%). Погрешность измерения не превышает 15-20 %.

в ■ ю « го м зо

«МНЯ. т.

Рисунок 2. Зависимость напряженности ЭСП на поверхности образца овчины натуральной от времени

Разработанный динамический метод исследования трибоэлектрических свойств обувных материалов усовершенствован путем совмещения с термоэлектрической камерой тепла-холода ТЭК-50/60. Таким образом, появляется возможность оценить изменения трибоэлектрических свойств обувных материалов в широком диапазоне температур (от -50°С до +60°С). Схема установки представлена на рисунке 3.

Главными элементами стенда являются термоэлектрическая камера тепла-холода ТЭК-50/60 1, пластины 2 конденсатора, вибрационный датчик 3 ЭСП, считывающее устройство 4 вибрационного датчика, испытуемый материал 5, планка 6 крепления контактной пары, контактная пара 7, электрический привод 8 механизма контактной пары, стойки 9 из непроводящего материала, провод заземления 10, лабораторный источник питания ИПР-800 11, пульт 12 управления механизмом контактной пары, контур водяного охлаждения 13 и блок управления камерой 14.

Рисунок 3. Установка для измерения трибоэлектрических свойств материала в широком диапазоне температур

Вследствие того, что измеритель напряженности электростатического поля СТ-01 не позволяет работать в широком диапазоне температур,, в камеру тепла-холода установлен датчик ЭСГ1 вибрационного типа.

Постоянная времени релаксации заряда является важнейшей характеристикой, влияющей на трибоэлектрические свойства материалов. Поэтому нами разработана автоматизированная экспресс-методика измерения времени релаксации электростатического заряда (рис. 4) на базе установки для изучения трибоэлектрических свойств материалов путем подключения считывающего устройства вибрационного датчика к компьютеру для записи и обработки данных в режиме измерений.

Рисунок 4. Автоматизированная экспресс-методика измерения времени релаксации электростатического заряда

Основные элементы установки: пластины 1 конденсатора, стойки 2, вибрационный датчик 3 измерительного преобразования, считывающее устройство 4 вибрационного датчика, испытуемый образец 5, изоляторы 6, заземление 7, биполярный ионизатор воздуха 8 и компьютер 9.

. Минимальное время спада, которое возможно измерить с помощью установки составляет 2 секунды при погрешности 15-20 %. Образование заряда на испытуемом образце происходит путем натирания его любым материалом (кожа, картон, пластик, шерсть и др.), либо с помощью биполярного ионизатора воздуха, способного образовывать на материале как положительные, так и отрицательные заряды. Автоматизированная экспресс-методика измерения времени релаксации электростатического заряда позволяет проводить исследования всего ассортимента обувных материалов (деталей для верха и низа обуви).

Для обоснованного выбора контактных пар нами проведены исследования наиболее распространенных носочно-чулочных изделий с помощью экспресс-методики •■ измерения времени релаксации электростатического заряда. Проведенные исследования позволили остановиться на следующих материалах: хлопчатобумажная ткань (т = 3,8 с) и смесовая ткань (х/б — 30%, Г1А — 45%, ПАН - 25%) со временем релаксации заряда т = 11 с.

Третья глава посвящена исследованию трибоэлектрических свойств различных обувных материалов. В ходе исследований нами испытаны трибоэлектрические свойства . наиболее распространенных и

востребованных материалов для наружных и внутренних деталей верха

1

обуви — натуральные и искусственные кожи, натуральный и искусственный мех, текстильные подкладочные материалы разного сырьевого состава и войлок. В результате исследований создана база данных по трем трибоэлектрическим характеристикам обувных материалов: напряженность электростатического поля; поверхностная плотность заряда; постоянная времени релаксации заряда (таблица 1).

Исследование обувных материалов для деталей верха обуви показало, что войлоки наиболее подвержены накоплению зарядов статического электричества (Е = 5-35 кВ/м). Натуральные и искусственные кожи электризуются слабо (0,3-6 кВ/м). Постоянная времени релаксации зарядов натуральных и искусственных кож находится в диапазоне 6-30 секунд, а сгекание заряда у войлоков происходит в течение 6-40 мин. Испытания подкладочных обувных материалов показали, что накопление зарядов статического электричества происходит во всех образцах, кроме натуральных подкладок (хлопок, лен Е = 1-2 кВ/м). Напряженность ЭСГ1 натурального меха находится в диапазоне 10-120 кВ/м, искусственного меха - 10-55 кВ/м, искусственных текстильных подкладок - 20-30 кВ/м. Постоянная времени релаксации у натурального меха не превышает 2 минут, у образцов искусственного меха различна — и составляет 2-17 минуты, а у искусственных подкладок составляет 12-40 мин.

Четвертая глава посвящена исследованию влияния технологических и потребительских факторов на трибоэлектрические свойства на примере нетканых валяльных материалов.

Таблица 1. Некоторые типичные трибоэлектрические характеристики обувных материалов

Испытуемый Заряд Напряженность Поверхностная плотность Ток, 18х х Ю-'А/м2 Постоянная

образец электростатического поля заряда, времени

Е, кВ/м а х 10'9 Кл/м2 . релаксация г,

хлопок смесь хлопок смесь ХЛОПОК ■ смесь мин

Натуральные кожи

1 - 0,19 0,14 1,68 1,24 0,840 0,620 менее 0,03

2 - 0,58 0,34 5,13 3,00 : 0,203 • 0,119 0,42

10 + 1,49 2,69 13,19 23,81 0,725 1,308 0,30

Искусственные кожи

И - 5,70 • 1,21 50,45 10,71 1,716 0,364 0,49

15 _ ' 2,19 1,69 19,38 14,96 0,754 0,582 0,43

Войлоки

16 + . 7,31 ■ 12,10 Г 64,69 107,09 0,123 0,203 8,80

17 + 18,00 12,00 159,30 106,20 0,066 . 0,044 ■, 40,20

21 + 5,21 19,70 46,11 174,35 0,0569 0,215 13,50

22 + 6,43 - 31,10 56,91 275,24 0,0536 ' 0,259 17,70

Натуральный мех

23 + 46,7 126,0 413,3 1115,1 4,305 11,615 .1,6

24 + 10,0 54,5 88,5 482,3 .1,134 6,183 1,3

Искусственный мех

25 _ 23,0 11,3 203,6 100,0 0,706 0,347 4,8

26 _ 55,9 45,8 494,7 405,3 0,485 0,397 17,0

27 - 25,6 • 19,0 226,6. 168,5 0,839 0,624 4,5

Текстильные подкладочные материалы

28 1,49 2,69 13,19 23,81 6,595 11,905 менее 0,03

34 2,60 4,75 23,01 42,04 0,00996 0,0182 38,5

Специфика взрывоопасного производства не позволяет использовать смесовые ткани. Утеплитель, на 50% состоящий из шерсти, а на 50 % из синтетических волокон, не пригоден для специальной обуви из-за значительной электризации даже в нормальных условиях.

В соответствии с разработанной методикой трибоэлектрические свойства войлоков исследовались в широком диапазоне температур (от -35"С до +40°С). В качестве исследуемых материалов выбраны образцы войлоков: тонкошерстный технический (№ 16) и тонкошерстный для электрооборудования (№ 17). Исследования проводились как с не обработанными, так и . с войлоками, модифицированными коллагенсодержащими и латексными пропитками.

Результаты исследования позволили предположить, что на механизм накопления и релаксации трибоэлектрического заряда существенным образом влияет пленка влаги, которая всегда находится на поверхности гидрофобного материала. Оказалось, что в логарифмических координатах полученные зависимости постоянной времени стекания заряда (X. = 1п2/т) от 1/Т (Т - температура, °К) описываются прямыми линиями, наклон которых в пределах погрешностей измерений совпадает с наклоном прямой со значениями давления насыщенного пара в атмосферном воздухе над плоской поверхностью воды (рис. 5).

Рисунок 5. Влияние температуры испытания образцов войлока на постоянную времени стекания заряда (1 - значения давления насыщенного пара над плоской поверхностью воды, Па; 2 — \ для образца № 16, с"'; 3 -X, для образца № 17, с'1) При этом функциональная зависимость для постоянных времени стекания зарядов X от температуры изменяется по экспоненциальному закону:

= В0 ехр(-ДЕ>. / ИТ), (5)

где Во - коэффициент, мало зависящий от температуры; Я -универсальная газовая постоянная; ДЕх -энергия активации процесса стекания зарядов.

Таким образом, энергии активации двух процессов — стекание зарядов и давление насыщенных паров воды в атмосферном воздухе и, следовательно, на поверхности гидрофобных образцов, при воздействии температуры совпадают. Поэтому их идентичность и взаимосвязь очевидна.

Полученные экспериментальные данные позволили выявить некоторые закономерности поведения трибоэлектрических характеристик войлоков в диапазоне температур от -35°С до +40°С: электризуемость исходных образцов войлоков практически не меняется от температуры, а постоянная времени релаксации увеличивается при понижении

температуры; состав войлоков практически не. оказывает, влияния на трибоэлектрические характеристики образцов в широком диапазоне температур; вид модификации существенно изменяет электростатические характеристики войлоков; коллагенсодержащие модификаторы способны снизить напряженность ЭСП и релаксацию зарядов на войлоке более чем в 10 раз, что, возможно, связано с одинаковой природой материала; латексные модификаторы снижают напряженность ЭСП в 2 раз, но увеличивает релаксацию заряда на материале.

В процессе производства человек является одним из главных источников возникновения и накопления электростатических зарядов. Появление статического электричества. наблюдается при выполнении практически всех операций. На теле и одежде работника накапливается электростатический потенциал, который образуется за счет контактной электризации элементов одежды и обуви. Одновременно, из-за конечной электропроводности материалов одежды и обуви происходит непрерывное стекание образовавшихся зарядов на проводящие участки тела человека. При расчете максимального электростатического потенциала тела человека учитывали следующие процессы:

- генерирование зарядов на материалах одежды и обуви происходит непрерывно и представляется условно как £ <Ц/сЦ;

- стекание зарядов происходит также непрерывно только через обувь на землю; •■ :

- тело человека обладает определенной электрической емкостью С относительно земли и сопротивлением изоляции, величина которого определяется электрическими свойствами низа обуви.

Скорость нарастания потенциала на теле человека при условии отсутствия утечки зарядов на землю определяется соотношением: ■ й\№« 1/С ¿яМ, (6)

: где С - емкость человека, пФ (~ 200 пФ); I - время, с.

Решением уравнения является: ,

- U = 1вх R (1 - (7)

где 1вх — ток входной, А/м2; R - сопротивление низа обуви, Ом; 6 = RC — постоянная времени, определяемая параметрами разрядной цепочки,

Соотношение (7) позволяет определить потенциал на человеке в любой момент времени. Потенциал со временем возрастает и достигает предельного значения, которое устанавливается после периода времени, удовлетворяющего условию t » 0.

Предложенная расчетная модель и экспериментально измеренные входные токи, полученные с помощью динамического метода для различных комбинаций материалов и наборов трибоэлектрических пар, позволяют прогнозировать накопление электростатического потенциала на теле человека и возможной максимальной энергии разряда. Для этой цели разработана база данных в оболочке Microsoft Office Excel, позволяющая проводить подобные вычисления.

Разработанная база данных по результатам исследований включает в себя следующие функциональные блоки:

- блок базы данных по конструкционным характеристикам различных типов обуви; ...

- блок базы данных по трибоэлектрическим параметрам обувных материалам, включающий характеристики, отражающие климатические условия эксплуатации обуви (температура, относительная . влажность воздуха);

- блок вычислений и представления полученных данных.

При этом учитывалось, что тело человека имеет электрическую емкость относительно поверхности земли С = 200 пФ. В соответствии с данными литературы, реальные величины сопротивлений утечки зависят от электрических свойств низа обуви и напольного покрытия и изменяются

в широком интервале - от незначительных (0-106 Ом) до достаточно высоких значений (10|3-1014 Ом). Первое значение соответствует обуви, по свойствам близкой к. антиэлектростатической и деревянному либо бетонному покрытию пола, а верхний уровень - обуви, низ которой изготовлен из полимера, а пол имеет синтетическое покрытие (линолеум, тканый материал и т.д.).

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

По результатам исследований, проведенных в настоящей работе, можно сделать следующие выводы:

1. На основании перечня нормативных документов но обеспечению электростатической безопасности товаров народного потребления показано, что значение напряженности ЭСП равное 30 кВ/м на поверхности обуви можно считать пороговой, а 15 кВ/м подпороговой величиной. В нормативной документации на продукцию обувной промышленности в России эти показатели отсутствуют. Вместе с тем, в последнее время, наблюдается тенденция к снижению нормируемого уровня напряженности ЭСП для одежды, которая обусловлена все более широким распространением искусственных и синтетических волокон для одежды и обуви.......

2. Проведенный анализ измерителей ЭСП, методов и установок для изучения электростатических свойств материалов показал, что отсутствует возможность проводить непрерывную регистрацию динамики изменения ЭСП на поверхности образца, метрологические характеристики испытательных стендов не позволяют корректно регистрировать параметры ЭСП (поверхностная плотность заряда и т.д.), отсутствие возможности изучения трибоэлектрических свойств обувных материалов для различных климатических условий.

3. Разработан динамический метод экспериментального исследования трибоэлектрических' свойств обувных материалов, позволяющий исследовать динамику накопления и релаксации поверхностной плотности заряда о при взаимодействии разнородных материалов в широком интервале температур — от —50°С до +60°С. ; '

4. Создана автоматизированная экспресс-методика измерения времени релаксации заряда т с поверхности деталей обуви, позволяющая оптимизировать пакет материалов и конструкцию специальной обуви, удовлетворяющей критериям электростатической безопасности.

5. С помощью нового динамического метода экспериментально исследованы трибоэлектрические свойства наиболее распространенных на отечественных . предприятиях материалов для наружных и внутренних деталей обуви.

6. Впервые исследованы трибоэлектрические свойства обувных войлоков — перспективных материалов, используемых в качестве утеплителей для антистатической обуви работоспособной в условиях Крайнего Севера. Выявлено, что их смесовой состав влияет на значения напряженности ЭСП и постоянную времени релаксации в диапазоне температур (-35°С до +40°С), но не влияет на общую картину и динамику роста этих величин. При этом уровень электризации существенно зависит от материала контактной пары. Электризуемость войлоков со смесовой тканью (которая составляет 100-200 кВ/м) на порядок превышает электризуемость при взаимодействии с хлопчатобумажной тканью (20-25 кВ/м). Постоянная времени релаксации неизменно растет с понижением температуры и достигает 500-600 мин.

7. Впервые экспериментально подтверждено влияние влаги на процесс электризации гидрофобных материалов в диапазоне температур от -35°С до +40°С. Показано, что энергии активации двух процессов — стекание зарядов и содержание паров воды в атмосферном воздухе и,

следовательно, на поверхности гидрофобных образцов, при воздействии температуры совпадают. ,

8. Исследовано влияние на трибоэлектрические свойства войлоков модифицирующих пропиток. Показано, что коллагенсодержащие пропигки способны снизить напряженность ЭСП и релаксацию зарядов на войлоке более чем в 10 раз. Латексная пропитка также снижает электризуемость в 2 раза, но способствует росту времени релаксации заряда на материале в 1,3 раза.

9. Разработана расчетная модель, включающая в себя базы

данных и позволяющая на основе полученной экспериментальной

информации по трибоэлектрическим характеристикам прогнозировать

накопление электростатического потенциала на теле человека для типовых

■ ■ ■ > . конструкций обуви, изготовленных из различных пакетов материалов.

10. Работа имеет социальный ^ и1 экономический эффекты, ' выражающиеся в том, что результаты исследований трибоэлектрических показателей обувных материалов, позволят более обосновано подходить к пакету материалов обуви. Это повысит комфортность повседневной обуви

и позволит обосновано подбирать материалы при проектировании специальной антистатической обуви, применяемой персоналом при производстве чувствительной к электростатическим разрядам компонентов микроэлектроники, на пожароопасных и взрывоопасных предприятиях, в том числе в нефтегазовом комплексе.

Опубликованные работы по теме диссертации:

1. Бирюкова М.Ф., Леденева И.Н., Белицкая O.A. Метод динамической оценки электриэуемости обувных материалов // Вестник Московского государственного университета дизайна и технологии. Выпуск №1 (43). - М.: ИИЦ МГУДТ, 2003. - С. 117-120.

2. Бирюкова М.Ф., Леденева И.Н., Костригина Ю.А., Белицкая O.A. Оценка электростатических свойств обувных материалов динамическим методом измерения // Кожевенно-обувная промышленность. - 2004. - №2. - С. 46-47.

3. Белицкая O.A., Леденева И.Н. Метод оценки времени релаксации электростатического заряда на обувных материалах Н Сборник статей «Факторы, влияющие на качество одежды и обуви» под ред. Павловой М.-Радом, 2004.-С. 191-194.

4. Белицкая O.A., Бирюкова М.Ф., Леденева И.Н. Исследование трибоэлектрических свойств обувных материалов // Вестник Московского государственного университета дизайна и технологии. Выпуск №2 (44).- М.: ИИЦ МГУДТ, 2004. - С. 181-185.

5. Белицкая O.A., Леденева И.Н. Исследование электростатических свойств обувных войлоков // Наука и образование. Новые технологии. Межвузовский сборник научных трудов, выпуск № 1 «Техника й технология». - М.: ИИЦ МГУДТ, 2005. - С. 51-57.

6. Белицкая O.A., Леденева И.Н. Разработка утепленной специальной обуви для нефтяников, работающих в условиях Крайнего Севера // Кожевенно-обувная промышленность. - 2006! - № 3. — С. 50-51.

БЕЛИЦКАЯ ОЛЬГА АЛЕКСАНДРОВНА

Исследование влияния трибоэлектрических свойств обувных материалов на комфортность и электростатическую безопасность обуви

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Усл.-печ. Тираж 70 экч Заказife^M* "ОG Информационно-издательский центр МГУДТ 115998, г. Москва, ул. Садовническая, 33 Отпечатано в ИИЦ МГУДТ

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1 СОВРЕМЕННЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О ВЛИЯНИИ ТРИБОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МАТЕРИАЛОВ НА ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКУЮ БЕЗОПАСНОСТЬ ОБУВИ.

1.1 Физические характеристики электростатического поля и его воздействие на технологические процессы.

1.1.1 Физические характеристики электростатического поля, накопление, релаксация и нейтрализация зарядов в материалах.

1.1.2 Последствия воздействия электростатических полей на технологические процессы и технические системы.

1.2 Воздействия электростатических свойств на здоровье человека.

1.3 Пути повышения комфортности и электростатической безопасности обуви.

1.3.1 Совершенствование конструкции обуви с антистатическим эффектом.

1.3.2 Нормативно-техническая документация, регламентирующая величины электростатических полей.

ВЫВОДЫ ПО ПЕРВОЙ ГЛАВЕ.

ГЛАВА 2 РАЗРАБОТКА МЕТОДА ИССЛЕДОВАНИЯ

ТРИБОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ОБУВНЫХ МАТЕРИАЛОВ.

2.1 Приборы для изучения электростатических свойств обувных материалов.

2.1.1 Измерение поверхностной плотности зарядов.

2.1.2 Измерение потенциалов заряженных тел.

2.1.3 Устройства, используемые для придания электрического заряда материалам.

2.2 Методики и установки для изучения электростатических свойств обувных материалов.

2.3 Обоснование динамического метода измерения накопления и релаксации электростатического заряда на образцах материалов при трении.

2.4 Динамический метод измерения трибоэлектрических свойств обувных материалов.

2.5 Установка для исследования трибоэлектрических свойств материалов при отрицательных температурах.

2.6 Автоматизированная экспресс-методика измерения времени релаксации электростатического заряда.

2.7 Выбор контактных пар.

ВЫВОДЫ ПО ВТОРОЙ ГЛАВЕ.

ГЛАВА 3 ИССЛЕДОВАНИЯ ТРИБОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СВОЙСТВ

ОБУВНЫХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ ВЕРХА ОБУВИ.

3.1 Материалы для наружных деталей верха обуви.

3.1.1 Натуральные кожи.

3.1.2 Искусственные и синтетические кожи.

3.1.3 Войлоки.

3.2 Материалы для внутренних деталей верха обуви.

3.2.1 Натуральный мех.

3.2.2 Искусственный мех.

3.2.3 Текстильные подкладочные материалы.

ВЫВОДЫ ПО ТРЕТЬЕЙ ГЛАВЕ.

ГЛАВА 4 ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ И КЛИМАТИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА ТРИБОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА НА ПРИМЕРЕ НЕТКАНЫХ ВАЛЯЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ.

4.1 Основные требования к материалам утеплителей для антистатической обуви пригодной к использованию в условиях Крайнего Севера.

4.2 Определение зависимости показателей трибоэлектрических свойств нетканых валяльных материалов от рецептурно-технологических параметров и климатических условий.

4.2.1 Влияние состава исследуемых материалов и климатических условий.

4.2.2 Влияние процесса модификации и вида модификатора.

4.3 Анализ результатов экспериментальных исследований и разработка практических рекомендаций по сырьевому составу различных видов антистатической обуви.

ВЫВОДЫ ПО ЧЕТВЕРТОЙ ГЛАВЕ.

Актуальность темы. Во всем мире проводятся разработки различных средств, обеспечивающих защиту человека от воздействия статического электричества. Последствия воздействия трибоэлектрических явлений на технологические процессы и технические системы связаны с «человеческим фактором», когда заряд, накопившийся на теле человека, приводит к выходу из строя чувствительных микросхем или электронных блоков, возникновению пожаров, взрывов нефтепродуктов и легковоспламеняющихся жидкостей. Например, европейские промышленные эксперты оценивают ежегодную потерю денежных средств из-за электростатических разрядов до 8 млрд. долларов. Доля ежегодных потерь изделий оценивается до 30% от объема выпуска. Повышенный уровень электростатического поля (ЭСП) вызывает невротические и психосоматические заболевания. Необходимость регламентации уровня ЭСП на рабочих местах и на поверхности полимерных материалов очевидна. Самый легкий путь избежать нежелательных проявлений статического электричества - это предупредить электризацию.

Одним из методов защиты работающих в условиях действия ЭСП, является обеспечение стекания зарядов с тела человека через специальную обувь, называемую антистатической. Для уменьшения электростатического поля предлагаются как материалы для антистатической обуви, так и различные конструкторские инновации. Однако только совершенствование конструкции не решает проблему повышения комфортности и электробезопасности обуви. Необходим комплексный подход. В настоящее время актуальность приобретают следующие исследования: разработка экспериментальных методов измерений электростатических показателей обувных материалов для различных климатических условий;

- разработка рекомендаций для формирования нормативной базы при производстве и эксплуатации антистатической обуви;

- разработка предложений по формированию оптимального сырьевого состава бытовой и антистатической обуви различного назначения, в том числе для использования в условиях Крайнего Севера;

- создание базы данных трибоэлектрических показателей обувных материалов;

- разработка расчетных моделей, позволяющих прогнозировать накопление электростатического заряда на теле человека в зависимости от трибоэлектрических и электропроводящих свойств обувных материалов и условий их эксплуатации.

Цель работы. Основной целью настоящей работы является разработка динамического метода исследования трибоэлектрических свойств обувных материалов, построение модели накопления и релаксации электрических зарядов на теле человека с учетом электропроводящих свойств низа обуви для прогноза антистатических характеристик при проектировании и изготовлении бытовой и специальной обуви

Для достижения поставленной цели в работе: проанализировано современное состояние рассматриваемой проблемы;

- изучены существующие методики оценки трибоэлектрических свойств материалов;

- обоснованы основные требования к трибоэлектрическим и электропроводящим свойствам обувных материалов; разработан новый экспериментальный метод измерений электростатических показателей обувных материалов для различных климатических условий;

- разработана экспресс-методика измерения времени релаксации электростатического заряда на поверхности обувных материалов для оценки их антистатического качества;

- изучено влияние климатических и технологических факторов на трибоэлектрические свойства материалов на примере войлоков;

- разработаны модельные представления для оценки уровня накопления зарядов статического электричества при использовании различных материалов и конструкций обуви;

- проведена апробация полученных результатов.

Объекты и методы исследования. При исследовании трибоэлектрических свойств обувных материалов применялись современные испытательные климатические комплексы с использованием высокочувствительных датчиков ЭСП, микропроцессорной и компьютерной техники. Поставленные в работе задачи решались с учетом теоретических и практических основ физики, конструирования и технологии обуви, материаловедения, а также методов математической статистики.

Научную новизну работы определяют:

1. Разработанный динамический метод экспериментального исследования трибоэлектрических свойств обувных материалов, позволяющий измерять динамику накопления и релаксации поверхностной плотности заряда с при взаимодействии разнородных материалов в широком интервале температур - от -50°С до +60°С;

2. Созданная автоматизированная экспресс-методика измерения времени релаксации заряда т с поверхности деталей обуви, позволяющая оптимизировать состав материалов и конструкцию специальной обуви, удовлетворяющей критериям электростатической безопасности;

3. Впервые разработанная расчетная модель, позволяющая на основе экспериментальных данных прогнозировать накопление электростатического потенциала на теле человека для типовых конструкций, изготовленных из различных обувных материалов;

4. Впервые экспериментально изученное влияние отрицательных температур (от 0°С до -35°С) на трибоэлектрические свойства войлоков.

Практическая значимость работы.

1. Разработанный экспериментальный стенд может использоваться в учебном процессе, а также в дальнейших исследованиях при оценке трибоэлектрических свойств и разработке документов, регламентирующих методики исследования электростатических параметров обувных материалов.

2. Разработанная автоматизированная экспресс-методика измерения времени релаксации заряда с поверхности деталей обуви позволяет проводить рациональный выбор материалов при проектировании специальной обуви.

3. Рассчитанные на основании предложенной математической модели области электростатической безопасности позволяют провести рациональный выбор материалов при проектировании специальной обуви, обеспечивающей компромиссные требования электрической и электростатической безопасности при воздействии экстремальных условий во всем диапазоне температуры эксплуатации (от -50°С до +60°С), вызывающих повышенную интенсивность и энергию искровых разрядов.

4. Полученные базы данных по трибоэлектрическим свойствам современных обувных материалов позволят повысить эргономические и гигиенические показатели проектируемой обуви.

Вклад автора. Изложенные в работе результаты получены автором лично или в соавторстве при его участии.

На защиту автор выносит следующие положения:

1. Конструкцию экспериментального стенда, позволяющего проводить измерения накопления заряда при трении различных сочетаний обувных материалов в диапазоне температур от -50°С до +60°С.

2. Динамический метод определения параметров, характеризующих трибоэлектрические свойства материалов.

3. Результаты экспериментальных исследований факторов, влияющих на электризацию материалов.

4. Расчетную модель прогнозирования накопления электростатического потенциала на теле человека.

5. Рекомендации по конструкции и сырьевому составу антистатической обуви различного применения.

Апробация работы и публикации.

Основные положения диссертации и результаты работы докладывались и получили положительную оценку на:

1. Заседаниях кафедры технологии изделий из кожи Московского государственного университета дизайна и технологии;

2. 56-ой научной конференции студентов, молодых ученых «Молодые ученые - XXI веку» (г. Москва, 13-16 апреля 2004 г.);

3. 57-ой научной конференции НИДС, «Молодые ученые - XXI веку», посвященной 75-летию университета (г. Москва, 19-22 апреля 2005 г.);

4. Научной сессии МИФИ-2006 (г. Москва, 23-27 января 2006 г.);

5. 58-ой научной конференции студентов, молодых ученых «Молодые ученые - XXI веку» (г. Москва, 11-14 апреля 2006 г.).

Полученные результаты внедрены в учебный процесс на кафедре «Технология изделий из кожи» Московского государственного университета дизайна и технологии: опубликованы учебные пособия для специальностей 28.11.00, 28.12.00 и направления 55.39.00 «Трибоэлектрические свойства обувных материалов», «Обзор методов и средств для определения трибоэлектрических свойств материалов».

Публикации. Основные положения проведенных исследований опубликованы в шести печатных работах.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, выводов по главам и по работе в целом, библиографического списка и приложения. Объем диссертации составляют 158 страниц машинописного текста, включая 35 рисунков, 31 таблицу. Библиография содержит 110 наименований. Приложение представлено на 7 страницах.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

По результатам исследований, проведенных в настоящей работе, можно сделать следующие выводы:

1. Последствия воздействия трибоэлектрических явлений на технологические процессы и технические системы связаны с «человеческим фактором», когда заряд, накопившийся на теле человека, приводит к выходу из строя чувствительных микросхем или электронных блоков, возникновению пожаров и взрывов нефтепродуктов и легковоспламеняющихся жидкостей. Повышенный уровень ЭСП вызывает невротические и психосоматические заболевания, поэтому необходимость регламентации электростатических полей, создаваемых материалами одежды и обуви очевидна.

2. На основании перечня нормативных документов по обеспечению электростатической безопасности товаров народного потребления показано, что значение напряженности ЭСП равное 30 кВ/м на поверхности обуви можно считать пороговой, а 15 кВ/м подпороговой величиной. В нормативной документации на продукцию обувной промышленности в России эти показатели отсутствуют. Вместе с тем, в последнее время, наблюдается тенденция к снижению нормируемого уровня напряженности ЭСП для одежды, которая обусловлена все более широким распространением искусственных и синтетических волокон для одежды и обуви.

3. Проведенный анализ измерителей ЭСП, методов и установок для изучения электростатических свойств материалов показал, что отсутствует возможность проводить непрерывную регистрацию динамики изменения ЭСП на поверхности образца, метрологические характеристики испытательных стендов не позволяют корректно регистрировать параметры ЭСП (поверхностная плотность заряда и т.д.), отсутствие возможности изучения трибоэлектрических свойств обувных материалов для различных климатических условий.

4. Разработан динамический метод экспериментального исследования трибоэлектрических свойств обувных материалов, позволяющий исследовать динамику накопления и релаксации поверхностной плотности заряда а при взаимодействии разнородных материалов в широком интервале температур - от -50°С до +60°С.

5. Создана автоматизированная экспресс-методика измерения времени релаксации заряда т с поверхности деталей обуви, позволяющая оптимизировать пакет материалов и конструкцию специальной обуви, удовлетворяющей критериям электростатической безопасности.

6. С помощью нового динамического метода экспериментально исследованы трибоэлектрические свойства наиболее распространенных на отечественных предприятиях материалов для наружных и внутренних деталей обуви. Для наружных обувных материалов установлено, что наиболее подвержены накоплению зарядов статического электричества войлоки (Е = 5-35 кВ/м). Натуральные и искусственные кожи слабо электризуются (0,3-6 кВ/м). Постоянная времени релаксации зарядов натуральных и искусственных кож находится в диапазоне 6-30 секунд, а стекание заряда у войлоков происходит в течение 6-40 минут. Испытания внутренних обувных материалов показали, что накопление зарядов статического электричества происходит во всех испытанных образцах материала, кроме натуральных подкладок (хлопок, лен Е = 1-2 кВ/м). Напряженность ЭСП натурального меха находится в диапазоне 10-120 кВ/м, искусственного меха - 10-55 кВ/м, искусственных текстильных подкладок -20-30 кВ/м. Постоянная времени релаксации у натурального меха не превышает 2 минут, у образцов искусственного меха различна - от 2 до 17 минут, а у синтетических подкладок составляет 12-40 минут.

7. Впервые исследованы трибоэлектрические свойства обувных войлоков - перспективных материалов, используемых в качестве утеплителей для антистатической обуви работоспособной в условиях Крайнего Севера. Выявлено, что их смесовой состав влияет на значения напряженности ЭСП и постоянную времени релаксации в диапазоне температур (-35°С до +40°С), но не влияет на общую картину и динамику роста этих величин. При этом уровень электризации существенно зависит от материала контактной пары. Электризуемость войлоков со смесовой тканью (которая составляет 100-200 кВ/м) на порядок превышает электризуемость при взаимодействии с хлопчатобумажной тканью (20-25 кВ/м). Постоянная времени релаксации неизменно растет с понижением температуры и достигает 500-600 мин.

8. Впервые экспериментально подтверждено влияние влаги на процесс электризации гидрофобных материалов в диапазоне температур от -35°С до +40°С. Показано, что энергии активации двух процессов - стекание зарядов и содержание паров воды в атмосферном воздухе и, следовательно, на поверхности гидрофобных образцов, при воздействии температуры совпадают.

9. Исследовано влияние на трибоэлектрические свойства войлоков модифицирующих пропиток. Показано, что коллагенсодержащие пропитки способны снизить напряженность ЭСП и релаксацию зарядов на войлоке более чем в 10 раз. Латексная пропитка также снижает электризуемость в 2 раза, но способствует росту времени релаксации заряда на материале в 1,3 раза.

10. Разработана расчетная модель, включающая в себя базы данных и позволяющая на основе полученной экспериментальной информации по трибоэлектрическим характеристикам прогнозировать накопление электростатического потенциала на теле человека для типовых конструкций обуви, изготовленных из различных пакетов материалов.

11. Работа имеет социальный и экономический эффекты, выражающиеся в том, что результаты исследований трибоэлектрических показателей обувных материалов, позволят более обосновано подходить к пакету материалов обуви. Это повысит комфортность повседневной обуви и позволит обосновано подбирать материалы при проектировании специальной антистатической обуви, применяемой персоналом при производстве чувствительной к электростатическим разрядам компонентов микроэлектроники, на пожароопасных и взрывоопасных предприятиях, в том числе в нефтегазовом комплексе.

12. Представляется целесообразным проведение экспериментов, аналогичных описанным в главе 3 и 4, для расширения изучения электростатических свойств обувных материалов.

ПЕРЕЧЕНЬ ПРИНЯТЫХ СОКРАЩЕНИЙ

Е - напряженность электростатического поля, кВ/м;

F - сила, действующая на неподвижный точечный положительный электрический заряд, Н;

Q - величина заряда, Кл;

Qt-заряд, оставшийся на материале, Кл;

Qo - начальный заряд, Кл;

Qp - равновесный заряд, Кл; а - поверхностная плотность заряда, Кл/м ;

S - площадь поверхности материала, м2;

S3 - площадь контакта измерительного электрода, м ;

ST - площадь контакта соприкасающихся тел, м2;

S„ - площадь сечения проводника, м2;

Sn 3 - площадь приемного электрода, м ;

R - омическое сопротивление материала, Ом;

Rx - измеряемое поверхностное сопротивление, Ом;

R'x - измеренное объемное электрическое сопротивление, Ом; ри - удельное объемное сопротивление, Ом х м; ps - поверхностное объемное сопротивление, Ом;

С - длина проводника, м;

8 - проводимость, 1/Ом*м; h - толщина пробы материала, м;

Ф - потенциал двойного слоя, В; d - толщина электрического слоя, мм; е - относительная диэлектрическая проницаемость среды; е0 - электрическая постоянная, (е0= 8,854 * 10'12 Ф/м);

DM - коэффициент диффузии ионов, м2/с; т - постоянная времени релаксации заряда, с; t - время, с;

С - емкость конденсатора, пФ;

Со - эквивалентная емкость человека, пФ;

R - универсальная газовая постоянная (R = 8,314 Дж/К-моль);

Т - температура, °К;

Wb - энергия поджигающего разряда, Дж;

Uo - потенциал на теле человека или заряженном предмете, В;

1ВХ - ток входной, А;

Q(ti), Q(t2) - величины заряда на поверхности образца для значений времени ti и t2;

ДЕ^- энергия активации процесса стекания зарядов; 0 - постоянная времени, определяемая параметрами разрядной цепочки, с.

1. Василенок Ю.И Защита полимеров от статического электричества. Л.: «Химия», 1975.- 192 с.

2. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теоретическая физика. ТОМ VIII. Электродинамика сплошных сред. -М.: Наука, 1982. 621 с.

3. Жихарев А.П., Петропавловский Д.Г., Кузин С.К., Мишаков В.Ю. Материаловедение в производстве изделий легкой промышленности. Учебник для студ. высш. учеб. заведений. М.: Издательский центр «Академия», 2004. - 448 с.

4. Кечиев Л.Н., Пожидаев Е.Д. Защита электронных средств от воздействия статического электричества. М.: Издательский Дом «Технологии», 2005.-352 с.

5. Хорват Т., Берта И. Нейтрализация статического электричества. М.: Энергоатомиздат, 1987. - 104 с.

6. Изгородин А.К., Семикин А.П. Электризация волокнистых материалов. -Иваново: ИГТА, 2002. 200 с.

7. Гефтер П.Л. Электростатические явления в процессах переработки химических волокон. М.: Легпромбытиздат, 1989. - 272 с.

8. Статическое электричество при переработке химических волокон. М.: Легкая индустрия, 1966. - 346 с.

9. Regional Publication European Series N 10/ Nonionizing Radiation Protection. Copengagen: WHO, 1982. - pp. 267-267.

10. Sheppard A.R. Biological effects of high voltage direct current transmission lines: Report available /- Springfield: Port Royal Rd, 1983. pp. 190-190.

11. Гигиена труда при воздействии электромагнитных полей. Под ред. Ковшило В.Е. -М.: Медицина, 1983. 178 с.

12. Чекаль В.Н., Акименко В.Я., Бей Т.В. и др. Гигиенические особенности одежды из искусственных материалов. Киев: Здоровье, 1982. - С. 120120.

13. Меркулова А.И. Методы и средства защиты организма человека от статического электричества-М.: МДНТИ, 1968.

14. Правила защиты от статического электричества в шелковой промышленности-М.: ЦНИИТЭИЛегпром, 1977

15. Кадников О.Г., Товстяк В.В. Изучение влияния электростатического поля на эритроциты крови человека // Тр. Ленинградского института цитологии. Общие механизмы клеточных реакций на повреждающее воздействие. Л., 1977. - С. 116-117.

16. Арцруни Г.Г., Оганесян О.В. Электрофизические свойства ДНК при воздействии электростатического поля // Биологический журнал Армении. 1982. - № 9. - С. 727-730.

17. Ковальчук Е.В., Чихунова С.Д., Саргуне А.И. Изучение влияния электростатического поля на частоту хромосомных аберраций в соматических клетках // Тезисы докладов I Всесоюзного съезда медицинских генетиков М., 1983.-С. 150-151.

18. Арцруни Г.Г., Межлулян Л.М., Саакян Р.А. Липидная пероксидация и некоторые факторы ее регуляции после воздействия электростатического поля // Биологический журнал Армении. 1980. -№ И.-С. 1185-1187.

19. Станкевич К.И., Шумова Л.З. Влияние статических электрических полей на проницаемость клеточных мембран // Гигиена применения,токсикология пестицидов и полимерных материалов. Киев, 1987. - С. 131-133.

20. Bean С., Bennett A. Conformational changes of polypeptides in intense electric fields /- Biopolimers, №4, 1973. pp. 817-824.

21. Пирузян Л.А., Арцруни A.A., Романов Г.В. и др. Воздействие статического электрического поля на оксигемоглобин белых беспородных мышей // Изв. АН СССР. 1984. - № 4. - С. 597-598.

22. Станкевич К.И., Алехина С.М., Ершова Л.К. и др. Биологические реакции организма животных при воздействии статического электрического поля малой интенсивности // Актуальные вопросы гигиены водного транспорта. Одесса, 1984. - С. 48-48.

23. Gneno R., Azzar G., Got R. Permeabiliti of membrane of Babesia canis infected erythrocytes influence of an external electric fields / Int. J. Biochem, № 12, 1986.-pp. 1151-1154.

24. Антипов B.B., Добров H.H., Добрышев В.И. и др. Некоторые биологические эффекты действия постоянного электрического поля высокого напряжения // Космическая биология. 1983. - № 4. - С. 50-54.

25. Арцруни Г.Г., Зильфян А.В., Азгалдян Н.Р., Довлатян Р.А. Влияние внешнего электростатического поля на секрецию катехоламинов надпочечников крыс // Космическая биология. 1987. - № 6. - С. 67-70.

26. Методические указания по определению электромагнитного поля воздушных линий электропередачи и гигиенические требования к их размещению: Методические указания. М.: МЗ СССР, 1986. - 10 с.

27. Протасов В.Р., Сердюк О.А. Биоэлектрические поля: источники, характер, назначение // Успехи современной биологии. 1982. - Т. 93. -Вып. 2. - С. 270-286.

28. Станкевич К.И. Биологическое действие и гигиеническая регламентация статического электричества, накапливаемого на синтетических полимерных материалах // Пластические массы. 1975. - № 4. - С. 7072.

29. Толстопятова В.Н., Кривова Т.П. О нормировании разрядов в электрическом поле // Сборник научных работ «Вопросы техники безопасности и производственной санитарии». М.: Институт охраны труда ВЦСПС, 1982.-С. 101-105.

30. Кривова Т.И., Морозов Ю.А., Якубенко А.В. и др. Гигиенические нормы допустимой напряженности электростатического поля // Сборник научных работ институтов охраны труда ВЦСПС. М., 1981. - С. 131136.

31. Патент «Обувь» (А 43 В, А 43 В 7/36 № 1206288, от 23.11.1970), Англия.

32. Патент «Антистатическая обувь с мягкой подошвой» (А 43 В 7/36 № 2007966, от 31.05.1979), Англия.

33. Патент «Обувь» (А 43 В 7/36 № 1319294, от 06.061973), Англия.

34. Патент «Электропроводная обувь» (А 43 В 7/00 № 3287260, 1966), США.

35. Патент «Электропроводящая обувь» (А 43 В 7/36 № 3315480, от 31.10.1984), Франция.

36. Патент «Обувь с антистатиком» (А 43 В 7/36 № 2380751, от 20.10.1978), Германия.

37. Патент «Антистатический ботинок» (А 43 В 7/36 № 2363320, 1975), Германия.

38. Патент «Антистатическая обувь» (А 43 В 7/36 № 2649924, от 25.05.1980), Германия.

39. Патент «Обувь с антистатической подошвой» (А 43 В 7/36 13/14 № 2343438, от 11.11.1987), Франция.

40. Патент «Контактная обувь» (А 43 В 7/36 № 0079572, от 25.05.1983), Франция.

41. Патент «Обувь с антистатическими свойствами», (А 43 В 7/36 № 4689900), США.

42. Патент «Материал для антистатической обуви», (А 43 В 7/36 № 1546577), Англия.

43. Патент «Антистатическая обувь», (А.с. 71а, 7/04 № 244910, от 24.10.1969) / Минеев А.Н., СССР.

44. Патент «Обувь антистатическая для стимуляции рефлекторных зон стопы» ((19) RU (11) № 2159567 (13) С1, (51) 7 А 43 В 7/36, от 06.01.2000) / Кузьмин В.Н., Россия.

45. Патент «Обувь с антистатиком», (А 43 В 7/36 № 2380751, от 20.10.1978), Франция.

46. Патент «Антистатическая обувь», (А 43 В 7/36 № 344720Б), Германия.

47. Патент «Антистатический подпятник» ((19) RU (11) № 94017883 (13) А1, (51) 6 А 43 В 7/36, от 10.01.1996) / Шутов В.П.; Штром М.И.; Мацеевич Б.В.; Глинский В.П.; Чевиков С.А.; Хоперский В.Д.

48. Савчук Н.П. Конструкция антистатической обуви // Сборник научных трудов «Конструирование и технология изделий из кожи». М.: ЦНИИТЭИЛегпром, 1990.-С. 125-126.

49. Патент «Жидкий нелетучий антистатик для поливинилхлоридных композиций» (19 RU 11 № 2091419 13 С1 от 27.09.1997) / Мальцев В.В., Каминский M.J1.

50. Патент «Состав, обладающий антистатическими свойствами, и смесь антистатических веществ» (19 RU 11 № 2188220 13 С2 от 27.08.2002) / Хилти Др. Бруно, Миндер Эрнст, Пфайффер Юрген, Гроб Др. Маркус.

51. Санитарно-гигиенические нормы допустимой напряженности электростатического поля. № 1757-77. Минздрав СССР. Введен 10.10.1977. -М.: Издательство стандартов, 1977. С. 4-4.

52. ГОСТ 12.1.045-84. Электростатические поля. Допустимые уровни на рабочих местах и требования к проведению контроля. М.: Издательство стандартов, 1984. - 4 с.

53. ГОСТ 12.4.124-83. Средства защиты от статического электричества. Общие технические требования. М.: Издательство стандартов, 1983. - 3 с.

54. Методические указания по гигиенической оценке одежды и обуви из полимерных материалов. Утв. заместителем Главного государственного санитарного врача СССР 31 августа 1987 г. № 1353-87.

55. СанПиН 2.4.7/1.1.1286 03. Гигиенические требования к одежде для детей, подростков и взрослых. - М.: Федеральный центр Госсанэпиднадзора Минздрава России, 2003. - 16 с.

56. СанПиН 2.1.2.729 99. Полимерные и полимерсодержащие строительные материалы, изделия и конструкции: Санитарные правила и нормы. - М.: Федеральный центр Госсанэпиднадзора Минздрава РФ, 1999.- 12 с.

57. ГОСТ 30877-2003. Материалы текстильные. Покрытия и изделия ковровые машинного способа производства. Показатели безопасности и методы их определения. М.: Издательство стандартов, 2003. - 7 с.

58. Имянитов A.M. Приборы и методы изучения электричества атмосферы. -М.: ГТТИ, 1957.-483 с.

59. Сушко Б.К. Измеритель параметров электростатических полей / Журнал «Датчики и Системы», №2, 2001. С. 29-31.

60. А. с. «Измеритель напряженности электростатического поля», № 1718150// Изобретения,. 1992. - № 9.

61. Бахтизин Р.З., Гоц С.С., Сушко Б.К. Измеритель полей электростатических зарядов // Приборы и техника эксперимента. 1982. -№3.-С. 240.

62. Мусин Р.Ф., Морозов В.А., Матлашов А. Н. Модуляционный измеритель напряженности слабых квазистатических электрических полей // Приборы и техника эксперимента. 1985. - №4. - С. 127-128.

63. Клейтор. Автоматическое устройство для измерения времени спада эффективного поверхностного заряда неэкранированных электретов // Приборы для научных исследований. 1988. - №12. - С. 95-96.

64. Измеритель напряженности электростатического поля СТ-01. Руководство по эксплуатации МГФК 410000.001РЭ. ООО «НТМ-ЗАЩИТА», 2003.-23 с.

65. Приборы санитарного и экологического контроля. Каталог компании «Октава +», 2004. 78 с.

66. Богуш Г.Е., Гросс Л.Г., Кравцов Л.И., Павленко Е.С., Петров Ю.А. Измеритель электростатических зарядов ИЭЗ-П // Измерительная техника. 1978.-№5.-С. 70-71.

67. Хоренстайн М.Н. Вибрационный датчик для измерения напряженности электрического поля в присутствии пространственных зарядов // Приборы для научных исследований. 1983. - № 5. - Т.54. - С . 70-73.

68. Артамонов О.М., Зынь В.И., Курочкнн Е.П. Измерение потенциалов на поверхности диэлектриков динамическим конденсатором // Измерительная техника. 1974. - №6. - С . 59-61.

69. Юнда Н.Т. Измеритель распределения поверхностного потенциала // Приборы и техника эксперимента. 1984. - №4. - С. 201-204.

70. Пронин В.П. Панорамный прибор для исследования процессов накопления и релаксации электрических зарядов // Приборы и техника эксперимента. 1987.-№3.-С. 184-186.

71. Пронин В.П. Одновременное определение электростатического заряда и параметров диэлектрических слоев // Техническая физика. 1984. - Т.54. -С. 1479-1487.

72. Сакалаускас С.Ю., Добровольские А.Т. Измеритель распределения поверхностного электрического потенциала // Приборы и техника эксперимента. 1978,-№3,-С. 165-168.

73. Шкилько A.M., Борисов В.В., Полищенко Р.Ф. Измеритель поверхностного потенциала // Приборы и техника эксперимента. 1990. -№3. - С. 228.

74. Алейников Н.М., Грибков С.П. Автоматизированный измеритель поверхностного потенциала // Приборы и техника эксперимента. 1984. -№2.-С. 213-216.

75. Гефтер П.Л., Стысис В.Н. Измерение электрических зарядов на перемещающейся диэлектрической нити // Измерительная техника. -1978.-№5.-С. 60-61.

76. Володарский В.В., Иванкин А.Г., Мисьник А.А. Измеритель электростатических потенциалов // Приборы и техника эксперимента. -1988. -№5. -С. 244.

77. Кальницкий А.П., Файнштейн А.И. Устройство для измерения поверхностного заряда // Измерительная техника. 1980. - №5. - С . 5659.

78. Жилинскас М.А., Ивашка В.П., Сакалаускас С.Ю. Определение электростатического потенциала неподвижным зондом // Литовский физический сборник XXVI. 1986. -№4. - С. 435-441.

79. Измеритель электростатического потенциала ИЭСП-6. Техническое описание. Инструкция по эксплуатации КС.1597.ЭМС.ТО. Научно-производственный центр ЭМС, 1997. 11 с.

80. Измеритель напряженности электростатического поля ИЭСП-5Ц. Руководство по эксплуатации КС.1495.ЭМС.ТО. Научно-производственный центр ЭМС, 1996. 11 с.

81. Проблемы гигиенической регламентации статического электрического поля как фактора городской и производственной среды. Обзорная информация. Выпуск 1. М.: «Союзмединформ», 1989.

82. Шилкин А.А., Губернский Ю.Д., Миронов A.M. Аэроионный режим в гражданских зданиях. М.: Стройиздат, 1988. - С. 110-120.

83. ГОСТ 25937 83. Материалы обувные. Метод определения удельных объемного и поверхностного электрических сопротивлений. - М.: Издательство стандартов, 1983. - 7 с.

84. Жихарев А.П., Краснов Б.Я., Петропавловский Д.Г. Практикум по материаловедению в производстве изделий легкой промышленности. Учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений. М.: Издательский центр «Академия», 2004. - 464 с.

85. ГОСТ 19616 74. Ткани и трикотажные полотна. Метод определения удельного поверхностного электрического сопротивления. - М.: Издательство стандартов, 1975. - 4 с.

86. МУК 4.1/4.3.1485 03. Гигиеническая оценка одежды для детей, подростков и взрослых. - М.: Федеральный центр Госсанэпиднадзора Минздрава России, 2003. - 15 с.

87. Кроткова Р.Д. Измерение электризуемости обувных материалов. Экспресс-информация. М.:ЦНИИИТЭИЛП, 1972. - 8 с.

88. Патент «Устройство для измерения электростатического заряда при тернии» ((11) № 33123 3 (51) G 01 R 29/12, от 15.12.1982) / Стоянов С.Д., Иванова Р.Г., Атанасова К.Д., Димов К.Д.

89. Патент «Устройство для измерения электростатического заряда при трении», ((19) SU (И) № 1500953 А1, (51) 4 G 01 R 29/12, от 15.08.1989) / Гараев Ф.М, Рыжанушкин О.В., Обыденнова Е.В.

90. Таточенко И.М. Исследование влияния сырьевого состава пакета одежды на его электростатические свойства / Дисс. канд. тех. наук -М.: 2003.-184 с.

91. Бирюкова М.Ф., Леденева И.Н., Костригина Ю.А., Белицкая О.А. Оценка электростатических свойств обувных материалов динамическим методом измерения // Кожевенно-обувная промышленность. 2004. -№2. - С. 46-47.

92. Бирюкова М.Ф., Леденева И.Н., Белицкая О.А. Метод динамической оценки электризуемости обувных материалов // Вестник Московского государственного университета дизайна и технологии. Выпуск №1 (43). М.: ИИЦ МГУДТ, 2003. - С. 117-120.

93. Белицкая О.А., Леденева И.Н. Метод оценки времени релаксации электростатического заряда на обувных материалах // Сборник статей «Факторы, влияющие на качество одежды и обуви» под ред. Павловой М. Радом, 2004. - С. 191-194.

94. Дунаевская Т.Н. и др. Размерная технология населения с основами анатомии и морфологии человека. М.: Легпромбытиздат, 1980. - 284 с.

95. Белицкая О.А., Леденева И.Н. Специальная обувь для нефтяников, работающих в условиях Крайнего Севера // Кожевенно-обувная промышленность. 2006. - № 3. - С. 50-51.

96. Термоэлектрическая камера тепла-холода ТЭК 50/60. Руководство по эксплуатации. ЗАО «ТЭРИФ-Н», 2004. 11 с.

97. Белицкая О.А., Леденева И.Н. Исследование электростатических свойств обувных войлоков // Наука и образование. Новые технологии. Межвузовский сборник научных трудов, выпуск № 1 «Техника и технология». М.: ИИЦ МГУДТ, 2005. - С. 51-57.

98. Ю1.Владыко М.В., Свиридов О.С., Белицкая О.А., Леденева И.Н., Белгородский B.C. Исследование трибоэлектрических свойств обувных материалов // Тезисы докладов 57 научной конференции НИДС «Молодые ученые XXI веку». - М.: ИИЦ МГУДТ, 2005. - С. 110-110.

99. Белицкая О.А., Бирюкова М.Ф., Леденева И.Н. Исследование трибоэлектрических свойств обувных материалов // Вестник Московского государственного университета дизайна и технологии. Выпуск №2 (44). -М.: ИИЦ МГУДТ, 2004. С. 181-185.

100. Зимин А.С. С электростатикой не шутят // Охрана труда и социальное страхование.-2005.-№ 1.-С. 52-55.

101. Актуальные проблемы и новые технологии освоения месторождений углеводородов Ямала в XXI веке / Материалы отраслевой научно-практической конференции. Приложение к журналу «Наука и техника в газовой промышленности». М. - 2004. - С. 320-329.

102. Плотникова Т.Г. Разработка способа придания деталям одежды формоустойчивости полимерными композициями / Дисс. канд. тех. наук-ML: 1993.

103. Баяндин В.В. Исследование в области улучшения эксплутационных свойств материалов на основе коллагена / Дисс. канд. тех. наук М.: МТИЛП, 1974.

104. Ю8.Каспарьянц С. А. Исследование условий получения и свойств волокнистых структур и продуктов растворения коллагенсодержащих отходов и неполноценного сырья кожевенного производства / Дисс. канд. тех. наук М.: МТИЛП, 1965.

105. Языков В.К. Некоторые пути использования коллагенсодержащих отходов кожевенного производства / Дисс. канд. тех. наук М.: МТИЛП, 1965.

106. Юдина М.В. Разработка метода проектирования формованных деталей одежды из коллагенсодержащих материалов / Дисс. канд. тех. наук -М.: МГАЛП, 1998.