автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.16, диссертация на тему:Применение ЭВМ и математических методов для разработки пакета материалов средств индивидуальной защиты человека в экстремальных условиях

РОССИПСКИИ ЗАОЧНЫЙ ИНСТИТУТ ТЕКСТИЛЬНОЙ И ЛЕГКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

На правах рукописи УДК 681.51:614.895

КРАСНОСЕЛЬСКАЯ Елена Борисовна

ПРИМЕНЕНИЕ ЭВМ И МАТЕМАТИЧЕСКИХ МЕТОДОВ

ДЛЯ РАЗРАБОТКИ ПАКЕТА МАТЕРИАЛОВ СРЕДСТВ ИНДИВИДУАЛЬНОЙ ЗАЩИТЫ ЧЕЛОВЕКА В ЭКСТРЕМАЛЬНЫХ УСЛОВИЯХ

05.13.16—Применение вычислительной техники, математического моделирования и математических методов в научных исследованиях 05.19.01—Материаловедение (текстильное, кожевен-но-меховое, обувное, швейное)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1994

Работа выполнена в Институте биофизики Минздрава РФ, Специализированном Центре экстренной медицинской помощи (СЦЭМП) «Защита»

Научный руководитель — доктор технических наук, профессор

Научный консультант — академик Академии технологических наук РФ,

.доктор технических наук, профессор

«

Официальные оппоненты:

академик Международной Академии Информатизации,

доктор технических наук, профессор

заслуженный деятель науки РФ, доктор химических наук, профессор

Б. С. Былинкин

В. П. Мешалкин

В. М. Ченцов

М. В. Шаблыгин

Ведущая организация:

АО ОТ Научно-производственный комбинат «ЦНИИшерсть» (г. Москва)

Защита состоится 1994 г.

в ..... часов на заседании специализированного совета

Д 064.16.01 в Российском заочном институте текстильной и легкой промышленности по адресу: 123288, Москва, ул. Народного Ополчения, д. 38, корп. 2.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Российского заочного института текстильной и легкой промышленности.

Автореферат разослан « 1994 г

Ученый секретарь специализированного совета кандидат технических наук

А. А. Щеголев

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Развитие рыночных отношений в России в сфере производотва-потребления ведет к необходимости разработки высококачественных и конкурентноспособных товаров легкой промышленности. В настоящее время важен не только контроль за уровнем качества продукции на всех стадиях производственного цикла, но и закладывание ее высокого уровня на начальном этапе разработки, что обеспечивают нетрадиционные подходи к проектированию и определенные "ноу-хау". Современные способа проектирования специальной одежды для работающих в экстремальных условиях объективно требуют активного использования математических методов и ЭВМ. При проектировании средств индивидуальной защити (СИЗ), в том числе специальной одежды, актуальным является поиск новых условий и факторов, влияющих на качество изделий и целенаправленное воздействие на них во всех звеньях технологического цикла. Важнейшим из факторов, влияющих на качество СИЗ, является выбор состава пакета материалов. Управление выбором оптимального состава пакета возможно на начальном этапе проектирования СИЗ, применив для этой цели математические методы и ЭВМ. Особое значение фактор материалов приобретает для СЛЗ, применяемых в экстремальных условиях. Наличие вредных и опасных факторов окружающей среды - тепловое, радиоактивное излучения, пониженные температуры требуют тщательного анализа производственных условий и продуманного выбора материалов. Особенно важен подбор материалов для теплозащитного слоя СИЗ с целью достижения максимальной защиты работающих и создания рационального микроклимата пододежного пространства.

Использование известных теплозащитных материалов, как правило, обеспечивает тепловую защиту человека в определенных условиях эксплуатации. Вместе с тем суммарное тепловое сопротивление пакетов из традиционных текстильных материалов не может превышать 0,95 м^К/Вт, что связано с необходимым ограничением массы спецодежды. Введение в теплозащитный пакет наряду с текстильными полотнами материалов химической технологии - пеноматериалов, может улучшить теплозащитные характеристики СИЗ за счет их стойкости к деформационному сжатию. Объемные конструкции теплозащитных пакетов способны также придать дополнительные теплозащитные свойства СИЗ и: улучшить их эргономические характеристики. ••

3 условиях усиленного потоотделения человека в СИЗ: при пови-

венных температурах, значительных физических нагрузках пакет СИЗ, впитывая выделяемую влагу, частично теряет теплозащитные свойства. Известные зарубежные работы по предметам одемды, выполненные по принципу отведения влаги от внутреннего слоя вглубь пакета, показывают возможность улучаить таким образом тепловдажностный микроклимат спецоделды. Рационально подобранный пакет материалов для теплозащитной оболочки С/.З способен корректировать параметры микроклимата под-одежного пространства - температуру, влажность и нормализовать тем самым тепловой баланс человека в них.

Располагая массивом данных по гигиеническим характеристикам материалов и их пакетов, целесообразно использозать ЭВМ и программные средства для сбора 1: переработки информации - базы данных (Щ) и, оперируя системой управления базами данных (СУЩ), осуществлять целенаправленный выбор рационального сочетания материалов в пакет СИЗ.

Целью диссертации является: Применение ЭВМ и математических методов для разработки пакета материалов внутреннего слоя средств индивидуальной защиты человека, обеспечивавшего улучаенные тепло-влажностные характеристики для экстремальных условий. Математическая формализация процедуры выбора рационального пакета материалов подкладочного слоя СИЗ. Применение математических методов для оптимизации гигиенических характеристик материалов на основе системного анализа и теории принятия решений. Разработка методики проведения и реализация автоматизированного эксперимента по изучению влияния оптимального пакета материалов на тепловое состояние человека в экстремальных ситуациях. Разработка с применением математических методов и ЭВМ пакета материалов для работающих в условиях агрессивных сред и при повышенных и пониженных температурах.

Для достижения цели необходимо решить следующие задачи: исследование физико-гигиенических (гигро-, гидрогигиенических) свойств материалов, пакетов из них;

исследование теплового сопротивления материалов, их пакетов, объемных конструкций пакетов материалов;

создание баз данных гигиенических характеристик материалов, пакетов материалов;

разработка алгоритма выбора материалов в теплозащитный пакет

СИЗ;

программная реализация разработанного алгоритма выбора материалов;

разработка методики и проведение автоматизированного эксперимента для физиолого-гигиенической оценки пакетов материалов в разра-

ботанных средствах индивидуальной защиты.

Методы исследований: Постановка задача и разработка алгоритма выбора оптимального состава пакета материалов теплозащитного слоя СИЗ для экстремальных условий базировались на системном анализе, теории принятия решений, методе "исследования операций". Для оценки физико-гигиенических свойств материалов использованы стандартные методы. Для исследования способности паро-влагопроводимости пакетов материалов разработана методика составления пакетов материалов, иммитируюсих последовательность слоев в теплозащитной подкладке костомов изолирующего типа. Тепловое сопротивление материалов исследовалось на установке и по методике, разработанной в Институте биофизики (ИБ5) Р2, основанной на измерении стационарных тепловых потоков. £изиолого-гигиенические испытания проводились в микроклиматической камере /'Бг и по методике Статистическая обработка данных проводилась с помощью ЭВ'Л.

Научная новизна работы: Предложено теоретическое обоснование составления теплозащитного пакета материалов СЛЗ для экстремальных условий на основе методологии системного анализа и теории принятия речений, выделены параметры оптимизации: для температур (-20ь-40°С)-тепловое сопротивление ; гигроскопичность; для температур (+20+ - гигроскопичность, алагопоглощение, влагоотдача, тепловое сопротивление; 3 качестве критерия оптимизации выбран минимум масоы пакета.

Разработаны математическая модель и алгоритм выбора оптимального пакета материалов для теплозащитных СИЗ с учетом оптимизации их гигиенических характеристик.

Разработаны методика и алгоритм автоматизированного выбора материалов в пакет теплозащитного слоя ИСИЗ с помощью СУБД на ЭВМ по заданному диапазону свойств.

Проведены экспериментальные исследования физико-гигиенических и теплозащитных свойств материалов и пакетов из них, в том числе объемных конструкций для теплозащитной оболочки СИЗ. Сформированы варианты оптимальных пакетов для различных условий на основе статистической обработки большого объема экспериментальных дачных.

Впервые исследованы пакеты материалов для СИЗ, содержащие во внутреннем слое материал из псливинилхлоридных волокон (ПЗХ-), на основе статистической обработки данных получены графические зависимости и диаграммы, показывающие влагопроводящуа способность ПВХ-—полотна, что позволяет создавать элективные пакеты материалов с

улучшенными гигиеническими характеристиками.

Выявлена эффективность применения объемных пакетов материалов при использовании е наружном слое объемных элементов - "блока" или зигзагообразной складки - "арки", обеспечивающая создание рациональных теплозащитных СИЗ минимальной массы.

Практическая значимость работы. На основе применения ЭВМ и проведенных автоматизированных экспериментов разработаны: многослойный пакет материалов, вомчавший влагопроводя.'кий из ПВХ-полотна и ьлагопоглощавзий из смесового (шерсть, вискоза) полотна, характеризующийся улучшенными теплозащитными, злагоэбкскными и эксплуатационными свойствами; пакет реализован в комплекте подкладочных предметов одежды: комбинезон, злем, перчатки, носки, теплозащитные обувные вкладыши, стельки; двухслойный бельевой материал из вискозного трикотажа с покрытием из ПЗХ-ьолокон, обладающих влагспроводи.мостью; изготовлен опытный комплект белья с влагоотзодллим эффектом; объемные конструкции пакетов из иглопробивного ПЗХ-полотна и пенорезины для СИЗ изолирующего типа.

Предложены объемные конструкции пакетов, содерт.аа,ие элементы "блоки" и "арки" для изолирующих СИЗ, обеспечивающие сохранение теплозащитных свойств СИЗ при снижении массы пакета в 2 раза; получены авторские свидетельства на изобретения.

Совместно с КПК "ЦНЮЬерсть" изготовлена опытная партия (400 п. м.) многослойного материала для обувных вкладышей; поступила заявка от предприятия "Ковотех" на промышленную опробацию материала; изготовлена экспериментальная партия (30 пар) обувных вкладыией для передачи в опытную носку Заляльно-войлочному объединению "Горизонт".

Апробация работы. Основные положения работы докладывались и получили положительную оценку на:

конференции молодых ученых и специалистов МЗ РФ (Москва, 1987 г.);

Всесоюзной конференции "Экстремальная физиология, гигиена и средства индивидуальной зациты" (ИБ$ МЗ Р$, Москва, 1990 г.)

ХУ1 научно-технической конференции ВЗИТЛП, секции "Энерготехнологические процессы и оборудование отрасли", (Москва, 1990);

заседании Ученого Совета НПК "ЦНИИлерсть" "О направлениях совместных разработок "Специализированного центра экстренной медицинской помощи (СЦЭМП) "Зацита" и НПК "ЦНКИдерсть по создаиию многослойных пакетов материалов с улучшенными гигиеническими и эксплуатационными свойствами для средств индизид/ально.": зг.г;;ты человека" (Москва, 1990 г.);

заседании кафедры материаловедения МТИЛП (Москва, 1991 г.);

заседании кафедры теплотехники ВЗИТЛП (Москва, 1993 г.).

Положения, выносимые автором на защиту:

требования к теплозащитному слою СИЗ для экстремальных условий эксплуатации;

теоретические подходы к составлению пакета материалов для СИЗ, используемых при пониженных (-204—'»ОРС) и повизенных (+20+ *+40оС) температурах внесшей среды и воздействии агрессивных сред;

математическая модель выбора материалов в теплозащитный пакет СИЗ для экстремальных условий с учетом оптимизации их гигиенических свойств;

методика выбора материалов в пакет теплозащитного слоя изолирующих СИЗ с помощью СУБД на ЗВМ;

разработка многослойных пакетов материалов, содержащих влаго-отводящее ПВХ-полотно и обладающих улучшенными влагообменными, теплозащитными и эксплуатационными свойствами.

Публикации. Материалы, изложенные в диссертации,опубликованы в II печатных работах, в том числе б авторских свидетельств на изобретения.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы. Работа содержит 200 страниц машинописного текста, 46 рисунков, 29 таблиц и 40 приложений. Библиография включает 98 наименований.

Содержание работы

Во введении кратко изложены основные положения диссертации, обоснована актуальность работы, определены цели и задачи исследования.

В первой главе дан обзор научно-технической и патентной литературы по существующим подходам к формированию пакетов материалов для средств индивидуальной защиты. Особо выделена группа изолирующих СИЗ - водолазные костюмы, комбинезоны для защиты человека, работающего в условиях загрязнения воздушной среды токсическими и радиоактивными веществами, костюмы пожарных и др. Выявлены тенденции формирования теплозащитных пакетов для СИЗ.

Воздействие температурного фактора на СИЗ, особенно СИЗ изолирующего типа, приводит к резкому изменению теплового баланса человека и осуществлению работы терморегуляторного аппарата организма

при затрудненном теплообмене. Показаны особенности тепломассопере-носа через оболочку теплозащитных СИЗ при повышенных и пониженных температурах, которые определяются структурой теплового баланса человека, а также капиллярно-пористой структурой материалов пакета теплозащитного слоя СИЗ. Проанализированы известные способы улучшения тепло-влажностного микроклимата пододежного пространства СИЗ, посредством составления рациональных конструкций пакетов. Однако, совершенствования конструкций пакетов связаны, как правило, с определенным частным видом специальной одежды. Разработка пакетов для СЮ изолирующего типа касается, в основном, повышения теплозащитных свойств пакета путем введения материалов улучшенных структур и составов. Ограничено число публикаций по тепло физическим данным нестандартных пакетов СИЗ; в частности, объемных конструкций. Требует дальнейшего исследования вопрос обеспечения влагопроводных свойств теплозащитных пакетов.

Сохранение комфортного микроклимата под спецодеждой возможно при благоприятном сочетании гигиенических свойств ее материалов: теплового сопротивления, воздухо-, влаго-, паропроницаемости, гигроскопичности и других. Оптимальное сочетание этих свойств приобретает особую значимость для СИЗ, эксплуатируемых в экстремальных условиях.

В настоящее время представляется актуальным использование современных способов накопления исходной информации о материалах, их свойствах с применением ЭВМ. Разработчики СИЗ, специальной одежды ориентируются на различные существующие материалы и не могут рассматривать показатели их свойств как переменные, подлежащие оптимизации. В этом случае правомерна постановка задачи оптимального вы • бора материалов из ассортиментного ряда для заданных условий.

Вторая глава посвящена постановке задачи; принципам составления эффективного пакета материалов теплозащитного слоя СИЗ для экстремальных условий.

Обоснован выбор объектов исследования: текстильных материалов -иглопробивного полотна: шерстяные, смесовые, синтетические; пенома-териалов - пенополиуретан, пенорезина, пенополиэтклен.

Формулируя требования к теплоизоляционной оболочке СИЗ, полагали, что внешний слой, из натуральных, смесовых или синтетических тканей с соответствующими пропитками или из прорезиненных, пленочных материалов, используемых в СИЗ, в основном ограждает человека от действия аэрозолей, пыли, токсических жидкостей или радиоактивных веществ.

Внутренняя теплозащитная оболочка ^/3 является слоем, регулирующим воздействие температуры и влажности во внутриоделном пространстве. Определены требования к теплозащитному слов СИЗ для условий пониженных (-20*-40°С) и повышенных (+20++40°С) температур. Выделены приоритетные требования: для температур (+20*+40°С) - пакет материалов теплозащитного слоя СИЗ должен содействовать удалению влаги из подкостюмного пространства, для температур (-2Л-40°С) тепловое сопротивление теплозащитной оболочки доллно соответствовать условиям эксплуатации. Требования к теплозащитному ело» И СИЗ конкретизированы согласно установленным физиолого-гигиеническим рекомендациям. При температурах (-10+-ЗЭ°С) величина суммарного теплового сопротивления пакета теплозащитного слоя ИСНЗ должна составлять 0,19+0,23+0,40 м~'К/Вт при тяжелой и работе средней тяжести. Влагопотери при длительной работе в допустимых условиях составляют 400 г/л, при ограниченных по времени работах от 4 до I часа - 600 -- 1200 г/л.

Определены наиболее информативные показатели физико-гигиенических свойств теплозащитного пакета СИЗ на основе анализа теорий теплопередачи, контактной теплопроводности, злагопереноса, материаловедения тканей, теплозащитных полотен.

Рассмотрен/.е переноса тепла через многослойную оболочку одежды ограничено теплопрозодностью, что является достаточно распространенным на практике при изготовлении СИЗ. 3 соответствии с законом сохранения энергии изменение теплосодержания лобого элемента объема в теле за любой промежуток времени а О^ разно сумме количеств тепла, подведенного путем теплопроводности &СЬ и возникшего за счет внутренних источников тепла л 0

д О х " дСЬ . С1) , где

аС^ - су-Ц-^Ыг . йвэ-^Мт.

о

Ьу (ккал/м ч) - производительность внутренних источников тепла. Из формулы (I) следует: -Щ-- = аУ21 + "су—А/Г- гДе а = (м /ч) - коэффициент температуропроводности, у £ - оператор а Лаплаоа.

Рассмотрен процесс теплопереноса через пакет материалов с учетом контактной теплопроводности. Учет контактного теплового сопротивления для нетканных материалов с неупорядоченным расположением волокон определяется формулой (2), которая показывает зависимость

коэффициента теплопроводности от пористости материала:

Я эф . £ I " П )2 + __п2 + _4П_а_г_П)_ ( 2 )

Ят. 3-1 1? V + I

; 1

еде /} эф - эффективны;', коэффициент теплопроводности;)) т - коэффициент теплопроводности твердого материала; П - пористость;^) отношение коэффициентов теплопроводности твердого материала и газа в дисперсной среде. Учет контактного теплообмена приводит к уменьшению А на 10-20!«. Зависимость коэффициента теплопроводности от температуры и влагосодержачия выражается следующей формулой:

/1 "Я0 * А "£иехр(-ви), где /}0 - коэффициент

теплопроводности абсолютно сухого тела при температуре 0°С. А и в -постоянные, определяема из опита.

Теплсвередача через теплозащитный слой одежды представлена теплопередачей через многослоГ:нуо плоскую стенку:

= ___ (ккал)_

где ч

» —~— + ^ —т,— + —-----термическое сопротивление тепло-

I 1={ Л передачи.

Учитывая традиционный подход к выбору теплозащитных материалов для спецодежды по величине суммарного теплового сопротивления, а также существующие, методически отработанные способы определения этого показателя, суммарное тепловое сопротивление выбрано информативным и практически приемлемым показателем теплофизических свойств материалов для выбора в пакет СИЗ. В экстремальных условиях применение СИЗ сопряжено с больаими физическими нагрузками, что создает высокую степень физиологического напряжения и вызывает повышенное потоотделение. Из этого следует необходимость подбора материалов, обладающих высокими показателями гигроскопичности и влагопоглощения. Для улучшения влажностного микроклимата СЛЗ целесообразно формировать пакет материалов теплозащитной оболочки из сочетания влаго-проводящего материала для внутреннего слоя и эффективного поглощающего наружного слоя. Эта предпосылка означает большое значение показателя влагоотдачи для материалов теплозащитного пакета. Для условий повышенных температур наиболее информативными показателями гигиенических свойств зыбраны: гигроскопичность, влагопоглоще-

ние, влагоотдача, суммарное тепловое сопротивление. При пониженных температурах свойство влагопроводимости пакета одеиды работав: не в полной мере. Однако, для создания благоприятного пододе<ного микроклимата, учитывающего неощутимую перспирацию кожи, следует выбирать материалы достаточной гигроскопичности. Температура окружающей среды и уровень физической актизности человека-в СИЗ являются основными факторами, приводящими к физиологическим сдвигам человека. Уровень физической активности человека в большой степени связан с эргономическими характеристиками СИЗ, прежде всего с его рациональной массой. Опыт эксплуатации теплозащитных СИЗ свидетельствует о взаимосвязи гигиенических свойств материалов подкладки и ее массы и взаимообусловленности их влияния на работоспособность человека. Критерием оптимизации физико-гигиенических, теплофизичес-ких свойств материалов выбрана объемная масса пакета материалов, как условие создания СИЗ удовлетворительного эргономического уровня.

Для постановки задачи выбора пакета материалов с учетом оптимизации их гигиенических свойств привлечена системная методология; теория принятия репений, метод "исследования операций". Анализ боль-пого массива информации по показателям свойотз материалов расширяет возможность выбора проектировщиками оптимальных решений. Одновременно эти обстоятельства еще более усложняют задачу, так как не располагая научно-обоснованными методами принятия реиений противоречивой задачи проектирования, увеличивается область поиска и неопределенность при. принятии репений.

На основе анализа заданных условий эксплуатации, недостатков применяемых СИЗ, установлена номенклатура свойств, которые необходимо учитывать для репения данной проблемы. Определено направление оптимизации. Получен ряд альтернативных признаков, позволяющих сузить область поиска оптимального варианта.

Задача формирования оптимального теплозащитного пакета СИЗ посредством применения различных материалов и их комбинаций определена для условий пониженных (-204—!»0°С) и повышенных температур (+20++<t00C). Выбраны параметры оптимизации: для температур (-20+-40°С

тепловое сопротивление -----»«-max ; гигроскопичность Г----»-max ;

для температур (+20я-400С) гигроскопичность Г---»-may ; влагопог-

лоцение Вп----— nia* ; влагоотдача BQ-----»- max ; тепловое сопротивление ------min • Общая постановка задачи формулируется

следующим образом: даны Aj, Ag, A3,..., А л материалов, характеризующихся комплексом показателей гигиенических (теплофизических, гигро-, гидрогкгиеиических) свойств. Требуется из совокупности ма-

териачов А;, к^. А^,... ,АП выбрать такие, чтобы состав теплозащитного пакета, в который они войдут удовлетворял бы по гигиеническим свойствам требованиям, обеспечивающим состояние тепло-влажностного комфорта проектируемых СИЗ, Показателем эффективности при этом выбрана масса пакета М----ГШ[) • Процедура выбора материалов в пакет формализована в виде дизъюнктивного линейного программирования ;■ ограничением в виде неравенств, отображающих свойства пакетов СИЗ -- гигроскопичность Г, влагопогло^ение Вп> влагоотдача В0, тепловое сопротивление 1} . В качестве критерия оптимизации вкбрана минимальная масса пакета материалов.

Третья глава посвящена оптимизации гигиенических свойств мате-риачсв пакета для теплозащитных СИЗ. Располагая значительным числом разнообразных материалов и их сочетаний и оценивая большой ассортиментный ряд теплозащитных материалов, применяемых в СИЗ, воспользоваться известными методами оптимизации затруднительно. Расчетные схемы, основанные на исследовании теплового баланса человека в системе человек-С/.З-окруяавщая среда, достаточно приближенны, применятся для частных задач, эследствие сложности, трудоемкости. Для использования метода планирования эксперимента процесс должен быть управляем. Ориентируясь на различные существующие материалы, невозможно рассматривать показатели их свойств как переменные, подлежащие оптимизации. Метод "исследования операций" предполагает организацию целенаправленного мероприятия (.системы действий), в результате которого можно выбрать "решение" из ряда возможных вариантов.

Используя возможности автоматизированных систем сбора и хранения данных в базах и применяя метод "исследования операций" к задаче выбора оптимального варианта из ряда материалов и пакетов по установленным параметрам к определенному критерию оптимизации, можно достаточно просто выявить наилучший вариант.

Формализован этап подбора материалов в пакет теплозащитных ИСИЗ. Разработан алгоритм выбора материалов в теплозащитный пакет ИСЛЗ (.Схемы 1,2).

Решена задача выбора материалов с оптимальных комплексом гиг/.ени-ческих свойств для теплозащитных '/.СИЗ, используемых при пон/.текных температурах (-2С+-40°С), на основе предложенного алгоритма выбора. Совместно с МТИЛП разработан м^тод составления сптимялыюге пакета материалов по комплексу физико-гкгиек:'чес;'.их топ физических сгзйстл

СЗ)

материалов о помощью баз данных (Щ). Метод предполагает автоматизированный анализ, поиск, выбор теплоизоляторов для последующего включения их в пакет теплозащитных СИЗ по заданным показателям свойств Для создания банка данных теплозащитных материалов выбраны 9 основных характеристик гигиенических свойств материалов: наименовании, сырьевой состав, толщина, мм, позерхностная плотность, г/м2, обг.ьм ная масса, г/см , а также характеристики, определяемые в ходе гигиенических испытаний - гигроскопичность, %, влагопоглощение, %, влагоотдача, %, суммарное тепловое сопротивление, м2"К/Зт. Применение баз данных показателей свойств материалов и пакетоз теплозащитных СИЗ в сочетании с программой выбора материалов в пакет теплозащитного слоя СИЗ позволяет: выделив область оптимальных решений по установленным ограничениям и выбранному критерию оптимизации, создать предпосылки для принятия реиения по оптимальному варианту, выбрать оптимальное решение из определенной узкой области наилучших решений с учетом критерия оптимизации.

В ходе работы с СУЩ ЭВМ созданы базы данныхZASHIT пакетов материалов, HATERI материалов, Mj WY60R# включающие материалы и пакеты материалов, суммарное тепловое сопротивление которых 0»230 м^'К/Зт, MYVj-, MWg. 'AV3, MYVÍj, содержащие материалы, пакеты материалов, отсортированное по убыванию или возрастанию фиксированных показателей гигроскопических свойств: влагопоглощения, влагоотдачи, гигроскопичности, а также объемной массы. По программе отсортированы группы материалов и пакетов материалов по мере ухудшения значений фиксированных показателей гигроскопичности, влагопоглощения, суммарного теплового сопротивления. Отсортированные Щ MWj. MVV2' ''W3 выявляют группы материалов /. пакетов, обладающих наилучшими показателями гигиенических характеристик. Из материалов, пакетов материалов, зкляченных з базы данных, определена область, оптимальных вариантов, содержащая иглопробивное смесовое полотно (шерсть+ПВХ-волокно), синтетическое ПЗХ-полотно в сочетании с пенополиуретаном и пенорезиной, обладающие з большей степени сочетанием влагопроводящих, теплозащитных ззойстз.

Б четвертой главе представлены исследования гигиенических характеристик материалов и пакетоз для теплозащитной оболочки СИЗ. Для исследозглия способности паро-влагопроводимэсти пакетоз материалов была разработана методика определения гигроскопических свойств пакетоз. Были составлены пакеты материалов, иммитиругсщие последовательность слоев в теплозащитной подкладке ИСИЗ. Боковые срезы пакетов з пир: нал и псоресине!:ко.: тканью л проклеивали. Результаты испытаний

представлены в диаграммах г/гроскопичности, водопоглоцения, влагоотдачи, паропроницаекости материалов и пакетов. Получены графические зависимости капиллярного подъема жидкости в материалах и пакетах материалов от времени. Исследования капиллярных свойств выявили динамику капиллярного впитывания материала в течение 21 часа. Высота капиллярного подъема иглопробинного смесового полотна Ь =■ 2,2 ом, иглопробивного ПВХ-полотна Ь = 1.6 см, шерстяного ватина И =0,3 см. Данные экспериментов показали увеличение гигроскопичности пакетов, содержащих текстильные и вспененные материалы, в отличие от отдельно взятых текстильных полотен. Величины водопоглощения пакетов материалов, набранных из сочетаний текстильных и вспененных материалов находятся на уровне 9,0-17,0 %, что несколько ниже в сравнении с водопоглощением иглопробивных полотен (.12,0-28,0 %). Влагоотдача пакетов, содержащих текстильные и пеномагериалы, преимущественно возрастает в сравнении с отдельными материалами, составляющими комбинацию. Введение полотен, содержащих ПВХ-волокна, придают им свойства влагопрсводимости. По результатам экспериментов, учитывая большую значимость влаго- и паропэглоцения пакетов подкладки СИЗ и целесообразность отвода влаги от кожных покровов человека, выделены пакеты: смесовое полотно (иерсть-505?, ПВХ-50»)+пенорезина; ПЗХ-полот-но+поролон; ПВХ-полотно+пенорезина. Это согласуется с данными автоматизированного выбора материалов в пакет на основе разработанного алгоритма. Смесовое и ПВХ-полотна з сочетании с пеноматериалами являются наиболее рациональными комбинациями пакетов для С'ЛЗ в сравнении с традиционно применяемым перстяным ватином.

Статистическая обработка данных по показателям гигиенических свойств проводилаоь на ЭВМ.

Получены сравнительные результаты исследования тепло физических характеристик материалов с целью подбора из них пакетов для теплозащитного гидрокомбинезона (ТГК). Показано, что при одном слое теплозащитного материала тепловое сопротивление пакетов находится в пределах 0,260+0,280 м^'К/Вт, при введении в качестве дополнительного слоя иглопробивного полотна на основе шерсти этот показатель возрастает в среднем на 30 %.

Разработаны и исследованы объемные конструкции пакетов, содержа-щи.". текстильное иглопробизное полотно и пенорезину. Объемность пакета достигалась применением во втором слое элементов "блока" или "арки". Результаты показали, что используя нетрадиционный пакет, в котором используется "блок" или зигзагообразная складка "арка" воз-

можно сохранить теплозащитные качества пакета одежды, снижая массу приблизительно в два раза.

Пятая глава посвящена разработке СИЗ, корректирующих теплообмен человека и исследованию их физиолого-гигиенической эффективное-, ти. В экстремальных условиях эксплуатации применяют наиболее эффективные и надежные ИСИЗ, для которых требования гигиеничности ужесточаются. 3 связи с этим разработка комплекта подкладочных СИЗ с улучшенными гигиеническими свойстгзами является актуальной. Представлены технические предложения по конструкциям СИЗ и технологии их изготовления. Получены б азторских свидетельств на изобретения.

Для нормализации теплового состояния персонала аварийных отрядов, работающих в условиях загрязнения окружающей среды и воздействия температур, разработан комплект подкладочных предметов одежды: комбинезон, шлем, перчатки, носки, обувные вкладыши, стельки. Изделия содержат многослойный пакет материалов, включающий внутренний слой, прилегавший к коже из ПВХ-полотна, голаиной 1,5-2,5 мм, обладающий влагопроводимостью и наружный слой из поглощающего иерстяно-го полотна - 5,0-6,0 мм, или вискозного - 1,5-2,0 мм (облегченный вариант) материала. Предварительная физиолого-гигиеническая оценка изготовленного комплекта показала возможность использования этих теплозащитных изделий в комплекте с изолирующим костимом (Т=40°С,

=60 %). Эксперименты автоматизированы. Испытатель, одетый в изолирующий костим поверх экспериментального комплекта, выполнял физическую работу з течение 50 мин. Энерготраты во зремя эксперимента составили 1,2-4,2 ккал/мин. Общие Елагопзтери испытателя за время эксперимента - 800 г, подкладка впитала 316 г (39,4 %), что согласуется с данными злагопотерь для ИСИЗ. Отмечено, что испытатели не оиудали обильной злати, стекающей по телу. После снятия костюма кожа испытателей и внутренняя поверхность подкладочного комбинезона (ПВХ- слой), а также внутренняя поверхность изолирующей одежды оставались практически сухими. .Многослойные пакеты из иглопробивных полотен, характеризующиеся улучшенными гигиеническими свойствами, разработаны совместно с НПК "ЦНИИзерсть" и приняты к использованию з макетных образцах по темам Института биофизики и Специализированного Центра Экстренной медицинской помощи (СЦЭМП) "Защита" в .ходе разработки СИЗ для различных профессиональных групп персонала объектов атомной промышленности и энергетики при лнептатных ситуациях и выполнении ремонтно-зосстановительных работ. Изготовлена опытная партия 400 п.м. многослойного материала для обувных вкладышей. Изготовлена экспериментальная партия (ЗОпар) обувных вкладышей для пере-

дачи в опытную носку Заляльно-зойлочному объединению "Горизонт". Совместно с НПК "ЦНИИшерсть"разработан бельевой двухслойный материал на основе вискозного трикотажа с ПВХ-покрытием технологией игло-прокалывания. Разработанный материал обладает достаточно высокой гигроскопичностью (10.7 %) и водопоглощением (176,1 %). Проведены сравнительные физиолого-гигиенические испытания опытного белья из разработанного материала, содержащего влагопроводящий ПВХ-слой, и штатного хлопчатобумажного белья. Исследования проводились в микроклиматической камере при температуре воздуха +40°С, относительной влажности 55+5 %. Испытатель выполнял дозированнуп физическую работу с энерготратами 175+2^5 Вт. Проведена оценка динамики показателей, характеризующих температурный режим организмах - ректальная температура (Т ^ ), средневзвешенная температура кожи (СВТ), средняя температура кожи (СТТ), интенсивность потоотделения. Анализ характеристик теплового состояния испытателей показал возможность исследуемого белья в комплекте с ИСИЗ. При плотном облегании белья пот не стекал по телу. Проведенный автоматизированный физиолого-гигиенический эксперимент с опытным бельем в -комплекте с хлопчатобумажным костюмом при Т = +^0оС, относительной влажности W = 20 + 5 % подтвердил влагоотводящий эффект исследуемого белья.

Исследования проводились в микроклиматической камере, по методике Института Биофизики МЗ РФ. Обраоотка данных эксперимента велась на ЭВМ.

Выводы

1. На основе методологии системного анализа и теории принятия решений разработан метод формирования теплозащитного пакета материалов средств индивидуальной защиты. Выбран критерий, оптимизации пакета по массе при заданных условиях гигиеничности.

2. Разработаны математическая модель и алгоритм выбора материалов для оптимального пакета теплозащитных СИЗ, предназначенных для работы в экстремальных тепловых условиях.

3- На основе предложенных математической модели и алгоритма разработаны многослойные пакеты материалов, содержащие влагопроводящий- ПВХ-слой и поглощающий слой из шерстяного или вискозного полотна (облегченный вариант), характеризующиеся улучшенными теплозащитными, влагообменными и эксплуатационными свойствами. Пакет разработан для комплекта подкладочных предметов одежды: комбинезон, шлем, перчатки, носки, теплозащитные обувные вкладыши, стельки. Изготовлен комплект белья из двухслойного материала на основе вискозного трикотажа и ПВХ-покрытия с влагоотводящим эффектом.

4. Проведены экспериментальные исследования физико-гигиенических и теплозащитных свойстз материалов, пакетов, статистическая обработка и систематизация полученных результатов с помощью ЭВМ, которые позволили выбрать варианты для различных экстремальных '/ело вий.

5. Разработана методика и проведены модельные автоматизирован ные физиолого-гигиенические эксперименты для оценки влияния пакетов материалов разработанных СИЗ на тепловое состояние человека.

6. Совместно с НПК "ЦНИИшерсть" изготовлена опытная партия (400 п.м.) многослойного материала для обувных вкладышей с целью промышленной опробации материала на предприятии "Новотех", изготовлена партия обувных вкладышей (30 пар) для проведения опытной носки на Заляльно-войлочном объединении "Горизонт".

По материалам диссертации опубликованы следующие работы:

1. Красносельская Е.Б., Петрова JI.С., Осадчая Т.М., Алыменкова Н.Д., Бузов Б.А. О рациональном пакете материалов внутреннего слоя изолирующих средстз индивидуальной защиты и возможности использования в нем иглопробивного полотна на основе поливинилхлоридных волокон// Медико-технические проблемы индивидуальной защиты человека: Сб.науч.работ кн-та Биофизики МЗ PJ-M., 1989, с.170-177.

2. Бабанская Е.А., Хухрева И.И., Красносельская Е.Б., Петрова Л.С. Сравнительные исследования теплозащитных свойств материалов и пакетов из них для гидрокомбинезонов// Медико-технические проблемы индивидуальной защиты человека: Сб.науч.работ ин-та Биофизики МЗ РФ., 1У90, с.169-177.

3. А.с.I651833.Съемная подкладка для изолирующей одежды/ Е. Б.Красносельская, Л.С.Петрова, С.П.Райхман, 1989.

4. A.c.4801307. Защитная одежда/Е.Б.Красносельская, Т.М.Осадчая, З.К.Маркичева, Н.Д.Алыменкова, Т.П.Винокурова, Г.Н.Тюлякоза, 1990.

5. А.с.4838470. Способ изготовления уплотнительной манжеты для защитной одежды/Е.Е.Красносельская, Т.М.Осадчая, З.К.Маркичева,

Н.Д.Алыменкова, Т.П.Винокурова, Г.Н.Тюлякова, 1990.

6. Положительное решение на изобретение 4776782/2 Способ соединения полотен/Е.Б.Красносельская, Г.Н.Тюлякова, 1990.

7. Положительное решение на изобретение 4838470/12 Способ изготовления многослойного пакета материалоэ/Е.Б.Красносельская, Т.М.Осадчая, З.К.Маркичева, 1990.

8. Положительное решение на изобретение 4719890/ Многослойный теплозащитный пакет/Е. Б.Красносельская, Л.С.Петрова, Г.Н.Тюлякова, 1990.

9. Красносельская Е.Б., Бабанская Е.А., Петрова Л.С. Формирование пакетов материалов для специальной теплозащитной одежды и исследование их теплового сопротивления//Медико-технические проблемы индивидуальной зашиты человека:Сб.науч,работ ин-та Биофизики МЗ РФ.,1991.

10. Красносельская Е.Б., Петрова Л.С., Петропавловский Д.Г., Свешников С.А. Использование реляционной системы управления базами данных микро-ЭВМ для создания, информационного поиска и анализа банка данных по теплозащитным материалам на начальном этапе проектирования специальной одежды// Тезисы докладов III Всесоюзной конференции "Экстремальная физиология, гигиена, средства индивидуальной защиты человека", М., 1990, с.479-^80.

11. Красносельская Е.Б., Таратушка В.А., Самохвалов С.К., Петрова i.C., Райхман С.П. Разработка комплекта подкладочных СИЗ и исследование их физиолого-гигиенической эффективности//Недико-технические проблемы индивидуальной защиты человека: Сб.науч.работ ин-та Биофизики МЗ РФ,, 1991.

Блок-схема алгоритма анализа гигиенических свойств материалов, пакетов материалов для теплозащитного слоя СИЗ с помощью реляционной СУБД ЭВМ

Блок-схема алтсматизироваяной процедур ьыбера оптимального пакета мптгрислоь С ПОМОЙЬС реляцквч.чой T/EZ ?ЗМ

baso ckjHUNi НЛ1ГР/

fu!pOCKOnUQXCCfb, f

?>u:tc*rrfuixi, 6o

Суммарное теню rçtvcnfuf-ecwc &

CEbivHO* масса

5o io донньп HWi

потери аяы. not etы

1 Гигрсаъпочнсс*. г

Scâcncutxuiw. 6*

Kitùb

wjeot

r>orprfit> мпх-

a/aec¿ K/fir

C't.'X*

§

&

'azccmîkxrtJ, S»

¿OS3 àuHHbtt Mu.'

чогперио/и*, ^окепш

боза ¿омыл мап^риалы, notpit*

HbVSCH'KjBt В* -»mi.

baso ¡анмыг

MWJ wrtTHpL/аяы, mxtru

см'/гА&- е-»'.

Вриняше решемм

Оптимальный пакет, материалы см PfímuMOJttMCfO noten.

*сс ее ycspu /■¿•"¿«Г

bûiO cb

¿AS Ht* Dotrns H*>W<f *c¿__

Sota донны*

MW*f

ногероаяы, пакы*

i

fVi

о

Btísa ckrn>** r

блси - (¡сна ¿

Экспериментальные данные водопоглощения материалов и пакетов из них

-иглопробивное смесовое полотно

- синтепон

поролон

-пенорезина Рис.3

~ ч - ПЗХ-полотно

ватин шерстяной

Принципиальная схема автоматизации эксперимента

В I

ЭВМ

В 2 Внх.П

В 3 Вых. И

Вых.И

В 4

Г

ДТ-датчик температуры; Э-мостовое измерительное устройство; Пр-преобра-зователь; У 1-предварительшш усилитель; ФВ-$азовый выпрямитель;У 2-уси-литель мощности; 3 Г-3 А -выпрямители; ОС-отрицательная обратная сггязь; Ш-'лок питания. Рис.4