автореферат диссертации по технологии материалов и изделия текстильной и легкой промышленности, 05.19.01, диссертация на тему:Разработка метода оценки и исследование поведения тканей бытового назначения при контакте с открытым пламенем

На правах рукописи

Китаев Евгений Сергеевич

904615883

РАЗРАБОТКА МЕТОДА ОЦЕНКИ И ИССЛЕДОВАНИЕ ПОВЕДЕНИЯ ТКАНЕЙ БЫТОВОГО НАЗНАЧЕНИЯ ПРИ КОНТАКТЕ С ОТКРЫТЫМ

ПЛАМЕНЕМ

05.19.01 - Материаловедение производств текстильной и легкой промышленности

- С ЛЕК 7010

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

004615883

На правах рукописи

Китаев Евгений Сергеевич

РАЗРАБОТКА МЕТОДА ОЦЕНКИ И ИССЛЕДОВАНИЕ ПОВЕДЕНИЯ ТКАНЕЙ БЫТОВОГО НАЗНАЧЕНИЯ ПРИ КОНТАКТЕ С ОТКРЫТЫМ

ПЛАМЕНЕМ

05.19.01 - Материаловедение производств текстильной и легкой промышленности

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Российский заочный институт текстильной и легкой промышленности» на кафедре материаловедения.

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Кирюхин Сергей Михайлович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Гусев Борис Николаевич

кандидат технических наук, профессор Тюменев Юрий Якубович

Ведущая организация: Государственное образовательное

учреждение высшего профессионального образования «Московский государственный университет дизайна и технологии»

Защита состоится «■(£ » декабря 2010 г. в \ Т часов на заседании диссертационного совета Д 212.139.02 при Московском государственном текстильном университете имени А.Н.Косыгина, г. Москва, ул. Малая Калужская, дом 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Московский государственный текстильный университет имени А.Н.Косыгина»

Автореферат разослан « /Ь » ноября 2010 г.

Ученый секретарь диссертационного совета- /

Уу

доктор технических наук, профессор Шустов Юрий Степанович

АННОТАЦИЯ

Безопасность является одним из главных требований предъявляемых сегодня к любой продукции, в т.ч. и к текстильным изделиям. С учетом очень широкой области использования текстильных изделий безопасность может выражаться через весьма разнообразные характеристики и показатели. Причем это относится не только к изделиям технического и специального, но и бытового назначения.

Одной из наиболее важных составляющих безопасности текстильных изделий является их пожарная безопасность, т.к. текстиль - это один из потенциальных источников возгораний и пожаров. Свойства, проявляемые при горении и тлении текстильных изделий препятствуют эвакуации людей и ликвидации возгорания особенно на начальной стадии пожара. Жесткие требования должны предъявляться к пожароопасности текстильных изделий, используемых в местах общественного назначения таких как: конференц-залы, театры и кинотеатры, детские сады, отели, общественный транспорт, больницы и дома престарелых, где большое количество пациентов неспособны к самостоятельному спасению.

Исследования в этом направлении связаны не только с разработкой способов получения материалов с пониженной горючестью, но и с разработкой и усовершенствованием методик испытаний и оценки.

Известно более 20 характеристик горючести тканей бытового назначения. Проведен их системный анализ и количественная оценка значимости с учетом специфики эксплуатации тканей. Наиболее значимыми показателями горючести тканей бытового назначения являются: температура воспламенения, токсичность продуктов горения, кислородный индекс, скорость распространения пламени, продолжительность воздействия источника зажигания до воспламенения, продолжительность остаточного горения и тления. Эти показатели проявляются при контакте ткани с открытым пламенем.

Классификация текстиля на 2 группы горючести, применяемая сегодня, недостаточно информативна. Предложена новая классификация на 5 групп от А до Е в зависимости от значений характеристик горючести, а так же вид маркировки тканей бытового назначения.

Разработан новый стенд для определения характеристик горючести. Особенностью стенда является возможность определения динамики изменения температур в различных зонах при контакте ткани с открытым пламенем.

Разработан проект методики сравнительной оценки тканей бытового назначения на основании динамики процесса горения.

Проведены исследования и дана сравнительная оценка тканей бытового назначения различного волокнистого состава.

1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Развитие науки и техники открывает перед человечеством все новые возможности. Стремление к постоянному совершенствованию окружающего мира ставит перед людьми новые задачи. Одной из таких задач является систематическое повышение качества и безопасности текстильных материалов (ТМ), которые находят применение практически во всех сферах жизни человека. Особенно остро сегодня стоят вопросы, касающиеся пожарной безопасности ТМ, т.к. их горючесть способствует распространению пожаров и гибели людей.

Наибольшую угрозу для человека представляют пожары на транспортных средствах, в зданиях и сооружениях. На жилой сектор приходится до 80 % от общего числа пожаров.

Главные причины гибели людей при пожарах - действие продуктов горения и высокая температура. Гибель людей под воздействием опасных факторов пожара происходит в большинстве случаев на его ранней стадии.

Наличие в квартирах и жилых домах легковоспламеняющихся предметов, среди которых значительную часть составляют ТМ, с одной стороны, увеличивает потенциальную возможность возникновения пожаров, а с другой стороны, делает даже самый незначительный пожар опасным для жизни и здоровья людей из-за выделения ядовитых газов при горении.

В предметах домашнего обихода используется множество ТМ, но часто их пожарная опасность недооценивается.

Цель работы заключается в повышении пожарной безопасности тканей бытового назначения за счет усовершенствования методики испытаний и оценки их характеристик горючести.

Задачи работы.

- проведение системного анализа характеристик горючести и количественной оценки их значимости;

- создание лабораторного стенда, позволяющего проводить испытания по оценке горючести тканей бытового назначения;

- исследование поведения тканей при контакте с открытым пламенем и динамики процесса горения;

- разработка усовершенствованной методики оценки поведения тканей бытового назначения при контакте с открытым пламенем;

- проведение испытаний тканей бытового назначения и их сравнительная оценка.

Научная новизна работы состоит в том, что:

- впервые определены коэффициенты значимости характеристик горючести тканей бытового назначения;

- разработан новый стенд для исследования характеристик горючести текстильных изделий;

- исследована динамика процесса горения тканей бытового назначения;

- разработан метод оценки и предложена новая классификация пожароопасности тканей бытового назначения, а также способ их маркировки.

Практическая значимость работы состоит в следующем:

- полученные результаты могут быть использованы при дальнейшем изучении и оценке пожароопасности тканей бытового назначения;

- разработанный метод оценки пожароопасности, классификация и способ маркировки рекомендуются к использованию при разработке технического регламента в области пожарной безопасности и различных нормативных документах.

На защиту выносятся следующие полученные результаты:

- результаты определения коэффициентов значимости характеристик горючести тканей бытового назначения;

- конструкция экспериментального стенда для проведения испытаний;

- результаты теоретических и экспериментальных исследований поведения тканей бытового назначения при контакте с открытым пламенем;

- метод оценки пожароопасности тканей бытового назначения, классификация и способ маркировки.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертации доложены и получили позитивную оценку на:

- международной научно-технической конференции «Современные проблемы текстильной и легкой промышленности» (г. Москва 2008 г.)

- заседании кафедры материаловедения ГОУВПО «РосЗИТЛП»

- заседании кафедры материаловедения ГОУВПО «Московский государственный университет дизайна и технологии».

Публикации. По теме исследований опубликовано 6 печатных работ, список которых приведен в автореферате.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, списка использованной литературы из 64 наименований. Основная часть диссертации изложена на 132 страницах машинописного текста, в число которых входит 36 рисунков, 25 таблиц, 1 приложение.

2. ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Глава 1. Аналитический обзор современного состояния проблемы горючести текстильных материалов. Обоснована актуальность и практическая значимость выбранного направления исследования. Проанализированы статистика пожаров МЧС России за 5 лет, а так же данные ВНИИПО о пожарах, связанных с горением ТМ, согласно которым ежегодно

пожары уносят огромное количество жизней и наносят колоссальный

материальный ущерб (табл.1).

Таблица 1

_Пожары, связанные с горением ТМ в период с 1996 г. по 2002 г._

Деревянные, бумажные Одежда, текстиль Мебель

Пожапы 1998 59982 21903 6110

Ушеиб Ст.вЛ 361109 58225 26862

Погибло 2112 4544 842

Пожаоы 1999 61230 22715 6241

Ушеоб Ст.сЛ 370979 79842 30856

Погибло 2354 5116 1000

Пожавы 2000 60271 24860 6998

Ушеиб (т.п.) 421080 94620 37699

Погибло 2938 5934 1151

Пожаоы 2001 52058 19917 5917

Ушеиб Ст.гЛ 468235 90940 31444

Погибло 2445 4519 1005

Пожаоы 2002 52793 18377 5554

Ушеоб Ст.вЛ 643966 97173 63525

Погибло 2590 4387 1004

Рассмотрены особенности стадий прохождения пожара и теоретические основы горения ТМ.

Горение ТМ проявляется через различные характеристики горючести. Их можно классифицировать в зависимости от интересующего аспекта.

1) По назначению материала:

- характеризующие защитные свойства (спецодежда, защитные костюмы пожарных - воспламеняемость, теплопроводность и др.);

- характеризующие пожароопасность материала (бытовые, декоративные материалы - воспламеняемость, скорость распространения пламени, токсичность и др.);

- характеризующие технологические особенности (фильтры -устойчивость к воздействию теплового потока и раскаленному металлу и др.).

2) По типам измеряемых параметров:

- временные и скоростные характеристики (время воспламенения, время остаточного горения и тления, скорость распространения пламени);

- температурные и тепловые характеристики (температура воспламенения, температура самовоспламенения, температура пламени, температура разложения материала, теплота сгорания, устойчивость к воздействию теплового потока, коэффициент ослабления теплового потока);

- характеристики условий процесса горения (кислородный индекс);

- характеристики деструкции материала в процессе горения (обугливаемость, образование горящих капель пробежка пламени по поверхности, оплавление);

- характеристики процесса выделения продуктов горения (токсичность продуктов горения, коэффициент дымообразования, показатель выделения слезоточивых газов и выгорания кислорода).

3) По характеру воздействия на материал:

- при воздействии малокалорийных источников зажигания (спички, сигареты, таблетки сухого горючего);

- при воздействии открытого пламени (свеча, газовая и спиртовая горелки);

- при воздействии электрической дуги;

- при воздействии радиационной панели с нагревательным элементом.

4) По форме и расположению образцов:

- вертикальная ориентация;

- горизонтальная ориентация;

- расположение под углом;

- комбинированные формы.

Глава 2. Системный анализ и оценка значимости характеристик горючести. Для анализа существующих характеристик применялся метод системного анализа с помощью причинно-следственных схем (схем Исикавы). Из общей совокупности рассматривались характеристики горючести ТМ, определяемые лабораторными методами, т.к. они просты, экономичны и позволяют моделировать условия начальной стадии пожара.

Ниже приведен перечень этих характеристик. Для удобства рассмотрения они были классифицированы на различные группы (Рис. 1):

1. Временные характеристики (1.1 время воспламенения, 1.2 время остаточного горения, 1.3 время остаточного тления, 1.4 скорость распространения пламени, 1.5 время до распространения пламени по всей длине образца)

2. Температурные характеристики (2.1 температура пламени, 2.2 температура воспламенения, 2.3 температура самовоспламенения, 2.4.1 температура размягчения, 2.4.2 температура плавления, 2.4.3 температура разложения, 2.5 теплота сгорания, 2.6 коэффициент ослабления теплового потока, 2.7 кислородный индекс)

3. Характеристики изменения структуры (3.1 обугливаемость, 3.2 образование горящих капель, 3.3 пробежка пламени по поверхности, 3.4 оплавление, 3.5 сквозное прогорание, 3.6 степень повреждения по длине, 3.7 степень повреждения по массе)

4. Характеристики продуктов горения (4.1 токсичность, 4.2 коэффициент дымообразования, 4.3 показатель выделения слезоточивых газов, 4.4 показатель выгорания кислорода)

Экспертной группой был выбран ряд наиболее важных характеристик для дальнейшей количественной оценки их значимости. На Рис.1 номера этих характеристик подчеркнуты.

1 - Временные характеристики 2 - Температурные характеристики

Рис. 1 Причинно-следственная схема влияния характеристик горючести на пожароопасность текстильных материалов.

Количественная оценка значимости характеристик горючести ТМ проводилась на основе экспертного опроса среди специалистов в области пожарной безопасности и текстильного материаловедения. С помощью специального программного обеспечения на персональном компьютере была проведена обработка результатов опроса и подсчитаны коэффициенты значимости.

На гистограмме (Рис.2) определяющими, т.е. наиболее значимыми являются характеристики, коэффициенты значимости которых выше порога, определенного горизонтальной чертой.

В существующих на сегодняшний день методах испытаний для определения этих характеристик используются простейшие средства измерения, такие как секундомер и линейка. Визуальный контроль неизбежно влечет за собой необъективность и низкую точность результатов. Совершенствование методов можно осуществить путем разработки новых современных подходов к определению характеристик горючести. С этой целью разработан стенд, позволяющий получать информацию о изменении температуры во времени в различных зонах испытания.

3.7 :>.о

Пожароопасность тканей

3 - Характеристики 4 - Характеристики

изменения структуры продуктов горения

0,13 0,12 0,11 0,1

-О

о

^ 0,08

X

СО

0,05 0,04 0,03 0,02 0,01 0

Рис. 2 Гистограмма значимости характеристик горючести ТМ XI - Темп. вост.;Х2 - Продолж. воздействия ист. зажигания до вост.;

ХЗ - Скорость распространения пламени; Х4 - Продолж. ост. горения;

Х5 - Продолж. ост. тления; Х6 - Обугливаемостъ; Х7 - Образование горящих капель; Х8 - Пробежка пламени; Х9 - Кислородный индекс;

XI0 - Термостойкость; XII - Теплота сгорания; XI2 - Темп, пламени;

XI3 - Темп, самовоспл.; Х14 - Токсичность; XI5 - Коэф. дымообр.

Глава 3. Разработка стенда для оценки поведения тканей бытового назначения при контакте с открытым пламенем. Базовыми блоками разработанного экспериментального стенда являются измерительный и информационный блоки. Измерительный блок Рис 3 представляет собой металлическую подставку 1 размером 80x50 мм, над которой размещена пластина 3 с направляющей прорезью для перемещения газовой горелки 4 в горизонтальном направлении. Рядом с пластиной располагается штатив 2, основание которого может свободно перемещаться по поверхности подставки. На оси штатива находятся держатели 8,9 термопреобразователей 6,7 и образца 10. Они могут перемещаться в вертикальном направлении, а также вращаться вокруг оси штатива и вокруг собственной оси, что позволяет обеспечивать различные углы между плоскостью образца и пламенем газовой горелки. Измерительный блок располагается в вытяжном шкафу, обеспечивающем отвод образующихся продуктов горения.

,12

11 0,109

0,101

■ ,09

,07

: . ■ ,иь

.05 I

,04 ,04

,03 ,03

■ ,01

- ■

Х1 Х14 Х9 ХЗ Х2 Х4 Х5 Х7 Х13 Х10 Х11 Х12 Х15 Х6 Х8

Показатель

10

1)

3

Рис 3 Схема измерительного блока стенда 1 - подставка; 2 - штатив; 3 - пластина с прорезью; 4 - горелка;

5 - рычаг; 6,7- термопреобразователи; 8 - держатель термопреобразователей;9 - держатель образца; 10 - образец

Информационный блок Рис. 4 включает в себя устройства приема и обработки информации, находящиеся вне зоны проведения испытаний.

3

/2

□

Рис. 4 Схема информационного блока стенда 1 - Термодат; 2 - конвертер; 3 - ЭВМ

Термопреобразователи регистрируют температуру в соответствующих зонах испытания и передают ее на многоканальный измеритель температуры Термодат-17МЗ. На графическом дисплее данного устройства происходит непрерывное отображение значений температуры каждого термопреобразователя и полученные результаты автоматически сохраняются в долговременной памяти прибора.

С помощью конвертора RS-485-USB, подключенного к ЭВМ типа IBM PC, возможно отображение изменения температуры на дисплее ЭВМ в режиме реального времени.

Программное обеспечение, устанавливаемое на ЭВМ, позволяет сохранять информацию, поступающую от Термодата, представлять ее в графическом или табличном виде, а также получать информацию из долговременной памяти прибора для дальнейшей обработки.

Термодат обеспечивает возможность подключения до 4 термопреобразователей, что позволяет одновременно фиксировать температуру

в четырех различных зонах. Имеется возможность задавать различные периоды опроса датчиков.

В работе использовались два преобразователя типа НН (Ы-тип), позволяющие измерять температуру до 1250°С (показатель тепловой инерции не более 2с), для измерений в зонах воздействия пламени и преобразователь ХА (К-тип), с рабочим диапазоном температур до 700°С (показатель тепловой инерции не более 0,5 с), для измерения температуры в окружающей среде внутри вытяжного шкафа.

Разработанная методика позволяет получать характеристики динамики изменения температуры во времени. Суть методики заключается в воздействии на образец открытым пламенем, получаемым от газовой горелки, в течение определенного времени и регистрации изменения температур в зонах расположения термопар. Зона 1 - область максимальной температуры пламени горелки, зона 2 - область на поверхности образца, зона 3 - область на расстоянии 25 см от образца. Регистрация температур происходит автоматически. Термодат осуществляет опрос с заданной периодичностью непрерывно.

Характер нарастания температуры отражает поведение материала в открытом пламени и динамику процессов, проходящих с момента начала испытания. Об этом свидетельствую различные подъемы кривых для материалов разного волокнистого состава, толщины и поверхностной плотности. На Рис. 5 показаны в наложении друг на друга кривые динамики изменения температуры во времени для а - 100% хлопковой ткани, б - для ткани из 100% полиэстера. Сравнительный анализ кривых для двух различных материалов позволяет выяснить, на сколько лучше или хуже ведет себя материал на определенном временном отрезке в одинаковых условиях испытаний.

Из Рис. 5 видно, что в течении первых 17 секунд материал из полиэстера лучше сопротивлялся пламени, рост температуры в зоне на поверхности образца проходил медленней, чем у материала из хлопка. Однако после 17 секунды ситуация изменилась прямо противоположено. Такой анализ эффективен не только при сравнении двух материалов, но так же при выборе средств огнезащиты и контроле их эффективности.

При проведении серии испытаний с одним и тем же образцом, расхождение результатов колеблется в пределах 10%. Повторные испытания показали, что характер кривых сохраняется.

^ сек

Рис. 5 Изменение температуры во времени для: а —100% хлопковой ткани, б — для ткани из 100% полиэстера, при контакте с открытым пламенем.

Красный - зона 1, зеленый - зона 2, желтый - зона 3

Глава 4. Разработка метода оценки и исследование поведения тканей бытового назначения при контакте с открытым пламенем.

Разработанный проект методики проведения испытаний включает: предварительную подготовку образцов (форма, размеры, количество); климатическим условиям для кондиционирования и испытаний (температура, влажность воздуха); технике безопасности при проведении испытаний; расходным материалам (газ); подготовке измерительного оборудования (настройка, расположение и ориентация); параметрам испытаний (продолжительность, тип воздействия).

Для проведения испытаний на экспериментальном стенде были выбраны ткани бытового назначения различного волокнистого состава и поверхностной плотности. Во время испытаний кроме динамической характеристики определялось время начала обугливания образца, воспламенения с лицевой и изнаночной стороны, время распространения пламени или тления до кромки. Регистрировались процессы изменения структуры материала (сжатие, образование горящих капель, разрушение с отпаданием горящих частиц и т.п.), высота пламени на поверхности образца. Регистрация этих характеристик позволила дать более детальный анализ кривых изменения температуры.

Горение образцов внутри каждой группы имеет общий характер во всех повторностях. В каждой группе образцов повторности имеют числовые значения одного порядка. Это видно по кривым изменения температур и по характеру процессов деструкции в ходе проведения испытаний.

Кривые изменения температур отражают характер поведения тканей при контакте с открытым пламенем и могут быть использованы и в качестве самостоятельной характеристики и как дополнение к существующим методам.

Для сравнительной оценки испытанных образцов можно использовать различные параметры полученных эмпирических зависимостей. Например, скорость изменения температуры на различных отрезках времени, общая средняя скорость увеличения температуры, ее максимальное значение др.

Нахождение значений параметров для полученных зависимостей удобно проводить с помощью программы Microsoft Office Excel и ее встроенных функций. Для сравнения скоростей изменения температуры предложено воспользоваться аналитическими выражениями, найденными при помощи линейной аппроксимации.

Изменения температуры в процессе горения и тления, фиксируемые термопарами протекают не с постоянной скоростью, т.к. на ход эксперимента оказывает влияние большое количество различных факторов. Свойства образца меняются в ходе деструкции, меняется количество проходящего через него тепла. Эти обстоятельства находят отражение в виде эмпирических зависимостей. Предложено для определения общей средней скорости применять линейную аппроксимацию (табл. 2). Выражения линейной аппроксимации имеют вид:

у = kx + b

где к - тангенс угла наклона прямой к оси абсцисс, у - значение температуры, ах- время, с.

Угол, который образуется осью абсцисс и прямой линией, прямопропорционален общей средней скорости возрастания температуры. Соответственно, чем выше значение коэффициента, тем выше угол, а значит и выше общая средняя скорость изменения температуры.

Таблица 2

Аналитические выражения для экспериментальных данных_

№06. Сырьевой состав, % Поверхностная Толщина, Аналитическое

плотность, г/м2 мм уравнение

1 100 хлоп. 132 0,35 у = 3,46х + 19,87

2 100 пэ 353 0,96 у= 1,79х + 23,54

3 84 вис, 16 пэ 890 2,42 у = 0,41х + 26,67

4 34 вис, 66 пэ 231 0,57 у = 4,87х+ 13,59

5 100 пэ 335 0,97 у= 1,79х +21,94

6 70 вис, 22 хлоп, 8 пэ 352 1,19 у = 3,49х+ 15,44

На Рис.6 показана линейная аппроксимация для каждой ткани на временном

отрезке первых 10 с испытания.

_^с_

-- Обр№1— Обр№2 — Обр№3 — Обр№4 --- Обр№5.....- Обр№6

_. Тренд1 — Тренд2 -• ТрендЗ -• Тренд4 - • Трендб ■•■• Трендб

Рис.6 Построение линейной аппроксимации для образцов на временном отрезке

первых 10 с испытания

У образца №4 наибольшее значение коэффициента к = 4,87. Следовательно, по данному показателю ткань является наиболее пожароопасной. Наименее опасным оказался образец №3 со значением коэффициента к = 0,41.

Для определения пожароопасности тканей по результатам испытаний разработана более информативная классификация (табл. 3).

Таблица 3

Классификация пожароопасности тканей бытового назначения

Гр.пожа-рооп. Показатель

Воспл. от малокал. ист. заж. Время воспл., с Время ост. горения, тления, с Обугливаемость, мм Возгорание от падающих частей

А + + + + +

В - + + + -

С - <5 <5 <100 -

Б - . <15 <5 <100 -

Е - >15 <120 <100 -

«+» - проявление показателя; «—» - проявление показателя недопустимо

Ее преимуществом является то, что каждая группа определяет более узкий круг материалов. В соответствии с этими группами в работе предлагается использовать специальную маркировку для тканей бытового назначения.

3. ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Одной из наиболее важных составляющих безопасности текстильных изделий является их пожарная безопасность. Свойства, проявляемые при горении и тлении текстильных изделий препятствуют эвакуации людей и ликвидации возгорания на начальной стадии пожара.

2. Проведен системный анализ и количественная оценка значимости более 20 характеристик горючести с учетом специфики эксплуатации тканей бытового назначения.

3. Наиболее значимыми характеристиками горючести являются: температура воспламенения (г( = 0,17), токсичность продуктов горения (^=0,16), кислородный индекс = 0,16), скорость распространения пламени (г, = 0,14), продолжительность воздействия источника зажигания до воспламенения (г\ = 0,13), продолжительность остаточного горения (ъ\ = 0,13) и продолжительность остаточного тления (ъ\= 0,11), где ъ\ - коэффициент значимости характеристики.

4. В методах определения характеристик горючести выявлен ряд недостатков, среди которых: отсутствие учета значимости применяемых характеристик горючести, необъективность методик, основанных на визуальном контроле, низкая точность, отсутствие подробной классификации материалов при оценке горючести, отсутствие указаний к маркировке изделий.

5. Разработана конструкция экспериментального стенда для определения характеристик горючести ТМ бытового назначения. Обоснован выбор его аппаратного обеспечения. Стенд позволяет проводить испытания тканей на стойкость к воздействию пламени газовой горелки. Оснащение стенда термопарами позволило получать динамические характеристики горения.

6. Разработана методика проведения испытаний и оценки тканей бытового назначения при контакте с открытым пламенем. Обоснованы требования к предварительной подготовке образцов, их размерам, климатическим условиям для кондиционирования и испытаний, технике безопасности, подготовке измерительного оборудования и параметрам испытаний.

7. Предложена классификация и маркировка тканей бытового назначения по степени пожароопасности по 5 группам, имеющим буквенное обозначение от наиболее пожароопасной - А до наименее пожароопасной - Е.

8. Проведен анализ результатов испытаний 6 различных образцов тканей бытового назначения. Проанализированы полученные динамические характеристики и их связь с характером горения образцов тканей. Проведена сравнительная оценка образцов.

По материалам диссертации опубликованы следующие работы:

1. Китаев Е.С., Кирюхин С.М. «Классификация пожароопасности декоративных тканей», // Известия высших учебных заведений. Технология текстильной промышленности №3 - Иваново, 2008. с.13-15

2. Китаев Е.С., Кирюхин С.М. «Безопасность текстильных материалов», // Наука - сервису: XI-я Международная научно-практическая конференция. Секция «Проблемы и решения теоретических и прикладных задач сервисных технологий» 4.II: Сборник научных статей. - М., 2006 с. 16

3. Китаев Е.С., Кирюхин С.М., Атаулин Р.Ж. «Качество, надёжность и безопасность текстильных материалов», // Сборник научных трудов по текстильному материаловедению. Посвящается 100-летию со дня рождения Г.Н.Кукина - М., 2007 с.38-47

4. Китаев Е.С., Кирюхин С.М. «Пожароопасность декоративных тканей», // Всероссийская научная студенческая конференция «Текстиль XXI века», МГТУ им. А. Н. Косыгина, М., 2007

5. Китаев Е.С., Кирюхин С.М. «Характеристики горючести и их использование при оценке безопасности текстильных материалов», // Международная научно-техническая конференция «Современные проблемы текстильной и легкой промышленности» - М., 2008

6. Китаев Е.С., Середа Н.Г., Кирюхин С.М., Кричевский Г.Е. «Установка для оценки характеристик горючести текстильных материалов» // Известия высших учебных заведений. Технология текстильной промышленности №5, - Иваново, 2009. с.8-10

Подписано в печать 11.11.10 Формат бумаги 60x84/16 Бумага множ. Усл.печ.л. 1 Заказ 358 Тираж 80 ГОУВПО «МГТУ им. А.Н. Косыгина», 119071, Москва, ул. Малая Калужская, 1

Введение.

Глава 1. Аналитический обзор современного состояния проблемы горючести текстильных материалов.

1.1. Анализ основных причин возникновения пожаров.

1.2. Общая теория горения и ее применение к текстильным материалам.

1.3. Характеристики горючести текстильных материалов.

1.4. Обсуждение и выводы.

Глава 2. Системный анализ и оценка значимости характеристик горючести.

2.1. Системный анализ характеристик горючести тканей бытового назначения.

2.2. Количественная оценка значимости характеристик горючести тканей бытового назначения.

2.3. Обсуждение и выводы.

Глава 3. Разработка стенда для оценки поведения тканей бытового назначения при контакте с открытым пламенем.

3.1. Общая методика исследования.

3.2. Анализ методов определения характеристик горючести текстильных материалов бытового назначения.

3.3. Разработка стенда для оценки поведения тканей бытового назначения при контакте с открытым пламенем.

3.4. Обсуждение и выводы.

Глава 4. Разработка метода оценки и исследование поведения тканей бытового назначения при контакте с открытым пламенем.

4.1. Разработка метода оценки поведения тканей бытового назначения при контакте с открытым пламенем.

4.2. Оценка и исследование поведения тканей бытового назначения при контакте с открытым пламенем.

4.3. Обсуждение и выводы.

Безопасность является одним из главных требований предъявляемых сегодня к любой продукции, в том числе и к текстильным изделиям. С учетом очень широкой области использования текстильных изделий безопасность может выражаться через весьма разнообразные характеристики и показатели. Причем это относится не только к изделиям технического и специального, но и бытового назначения.

Одной из наиболее важных составляющих безопасности текстильных изделий является их пожарная безопасность, так как текстиль - это один из потенциальных источников возгораний и пожаров. Свойства, проявляемые при горении и тлении текстильных изделий препятствуют эвакуации людей и ликвидации возгорания на начальной стадии пожара. Жесткие требования должны предъявляться к пожароопасности изделий, используемых в местах общественного назначения таких как: конференц-залы, театры и кинотеатры, детские сады, отели, общественный транспорт и особенно больницы и дома престарелых, где по причине болезни или прохождения медицинских процедур большое количество пациентов обездвижены и неспособны к самостоятельному спасению.

Исследования в этом направлении связаны не только с разработкой способов получения материалов с пониженной горючестью, но и с разработкой и усовершенствованием методик их испытаний и оценки.

Проведены системный анализ и количественная оценка значимости характеристик горючести с учетом специфики эксплуатации тканей бытового назначения. Наиболее значимыми показателями горючести тканей бытового назначения являются: температура воспламенения, токсичность продуктов горения, кислородный индекс, скорость распространения пламени, продолжительность воздействия источника зажигания до воспламенения, продолжительность остаточного горения и продолжительность остаточного тления. Эти показатели проявляются при контакте ткани с открытым пламенем.

Предложена классификация на группы пожароопасности от А до Е в зависимости от значений характеристик горючести, а так же вид маркировки тканей бытового назначения.

Разработан новый стенд для определения характеристик горючести. Особенностью стенда является возможность определения динамики изменения температур в различных зонах при контакте ткани с открытым пламенем.

Разработан проект методики оценки тканей бытового назначения на основании динамики процесса горения.

Проведен анализ результатов испытаний и сравнительной оценки тканей бытового назначения различного волокнистого состава.

Актуальность темы. Развитие науки и техники открывает перед человечеством новые возможности. Стремление к постоянному совершенствованию окружающего мира ставит перед людьми новые задачи. Одной из таких задач является систематическое повышение качества и безопасности текстильных материалов (ТМ), которые находят применение практически во всех сферах жизни человека. Особенно остро сегодня стоят вопросы, касающиеся пожарной безопасности ТМ, т.к. их горючесть способствует распространению пожаров и гибели людей.

Наибольшую угрозу для человека представляют пожары на транспортных средствах, в зданиях и сооружениях. На жилой сектор приходится до 80 % от общего числа пожаров.

Главные причины гибели людей при пожарах - действие продуктов горения и высокая температура. Гибель людей под воздействием опасных факторов пожара происходит в большинстве случаев на его ранней стадии.

Наличие в помещениях легковоспламеняющихся предметов, таких как ТМ, с одной стороны, увеличивает потенциальную возможность возникновения пожаров, а с другой стороны, делает далее самый незначительный пожар опасным для жизни и здоровья людей из-за выделения ядовитых газов при горении.

В быту используется множество ТМ, но часто их пожарная опасность недооценивается.

Цель работы заключается в повышении пожарной безопасности тканей бытового назначения за счет усовершенствования методики испытаний и оценки их характеристик горючести.

Задачи работы.

- проведение системного анализа характеристик горючести и количественной оценки их значимости;

- создание лабораторного стенда, позволяющего проводить испытания по оценке горючести тканей бытового назначения;

- исследование поведения тканей при контакте с открытым пламенем и динамики процесса горения;

- разработка усовершенствованной методики оценки поведения тканей бытового назначения при контакте с открытым пламенем;

- проведение испытаний тканей бытового назначения и их сравнительная оценка.

Методы исследования. При исследовании характеристик горючести тканей бытового назначения применялись теоретические и экспериментальные методы. При теоретическом исследовании пожароопасности тканей бытового назначения был использован экспертный метод. Достоверность получаемых опытных данных проверялась методами теории вероятностей и математической статистики. Все экспериментальные исследования проводились в лабораториях кафедры Текстильного колорирования и дизайна и кафедры Материаловедения ГОУВПО «РосЗИТЛП».

Научная новизна работы состоит в том, что:

- впервые определены коэффициенты значимости характеристик горючести тканей бытового назначения;

- разработан новый стенд для исследования характеристик горючести текстильных изделий;

- исследована динамика процесса горения тканей бытового назначения;

- разработан метод оценки и предложена новая классификация пожароопасности тканей бытового назначения, а также способ их маркировки.

Практическая значимость работы состоит в следующем:

- полученные результаты могут быть использованы при дальнейшем изучении и оценке пожароопасности тканей бытового назначения;

- разработанный метод оценки пожароопасности, классификация и способ маркировки рекомендуются к использованию при разработке технического регламента в области пожарной безопасности и различных нормативных документах.

На защиту выносятся следующие полученные результаты:

- результаты определения коэффициентов значимости характеристик горючести тканей бытового назначения;

- конструкция экспериментального стенда для проведения испытаний;

- результаты теоретических и экспериментальных исследований поведения тканей бытового назначения при контакте с открытым пламенем;

- метод оценки пожароопасности тканей бытового назначения, классификацию и способ маркировки.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертации доложены и получили позитивную оценку на:

- международной научно-технической конференции «Современные проблемы текстильной и легкой промышленности» (г. Москва 2008 г.)

- заседании кафедры Материаловедения ГОУВПО «РосЗИТЛП»

- заседании кафедры Материаловедения ГОУВПО «Московский государственный университет дизайна и технологии».

Публикации. По теме исследований опубликовано 6 печатных работ, список которых приведен в автореферате.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, списка использованной литературы из 64 наименований и приложения. Основная часть диссертации изложена на 132 страницах машинописного текста, в число которых входит 36 рисунков, 25 таблиц, 1 приложение.

Общие выводы и рекомендации по работе.

1. Одной из наиболее важных составляющих безопасности текстильных изделий является их пожарная безопасность. Свойства, проявляемые при горении и тлении текстильных изделий препятствуют эвакуации людей и ликвидации возгорания на начальной стадии пожара.

2. Проведен системный анализ и количественная оценка значимости более 20 характеристик горючести с учетом специфики эксплуатации тканей бытового назначения.

3. Наиболее значимыми характеристиками горючести являются: температура воспламенения (г, = 0,17), токсичность продуктов горения (г, = 0,16), кислородный индекс = 0,16), скорость распространения пламени (г\ = 0,14), продолжительность воздействия источника зажигания до воспламенения = 0,13), продолжительность остаточного горения — 0,13) и продолжительность остаточного тления (г! = 0,11), где - коэффициент значимости характеристики.

4. В методах определения характеристик горючести выявлен ряд недостатков, среди которых: отсутствие учета значимости применяемых характеристик горючести, необъективность методик, основанных на визуальном контроле, низкая точность, отсутствие подробной классификации материалов при оценке горючести, отсутствие указаний к маркировке изделий.

5. Разработана конструкция экспериментального стенда для определения характеристик горючести ТМ бытового назначения. Обоснован выбор его аппаратного обеспечения. Стенд позволяет проводить испытания тканей на стойкость к воздействию пламени газовой горелки. Оснащение стенда термопарами позволило получать динамические характеристики горения.

6. Разработан проект методики проведения испытаний и оценки тканей бытового назначения при контакте с открытым пламенем. Обоснованы требования к предварительной подготовке образцов, их размерам, климатическим условиям для кондиционирования и испытаний, технике безопасности, подготовке измерительного оборудования и параметрам испытаний.

7. Предложена классификация и маркировка тканей бытового назначения по степени пожароопасности по 5 группам, имеющим буквенное обозначение от наиболее пожароопасной — А до наименее пожароопасной - Е.

8. Проведен анализ результатов испытаний 6 различных образцов тканей бытового назначения. Проанализированы полученные динамические характеристики и их связь с характером горения образцов тканей. Проведена сравнительная оценка образцов.

1. Брушлинский Н., Соколов С., Вагнер П. «Мировая пожарная статистика» // «Пожарное дело», № 7 - 2008

2. Статистика МЧС России // http://www.mchs.gov.ru

3. Пожары и пожарная безопасность И Статистический сборник ВНИИПО. М., 2003.

4. Болодьян Г.И. «Комплексный подход к созданию пожаробезопасных текстильных материалов и изделий» : Дис. канд. техн. наук : 05.26.03 М., 2003

5. Перепелкин К.Е. Горючесть текстиля как одна из его важнейших характеристик // Лег. Пром. Бизнес-Директор. — 2001. №8.

6. Российский государственный педагогический университет имени А. И. Герцена, «Обеспечение жизнедеятельности людей в чрезвычайных ситуациях. Выпуск1: Чрезвычайные ситуации и их поражающие факторы». С.-Петербург, изд. «Образование», 1992

7. Предпринимателю о пожарной безопасности предприятия: Пособие / Собурь С.В. — 2-е изд. (с изм.). — М.: Пожнаука, 2004

8. Молчадский И.С. Пожар в помещении. М.: ВНИИПО, 2005

9. Алексашенко, Ю.А. Кошмаров, И.С. Молчадский. Тепломассоперенос при пожаре // — М.: Стройиздат, 1982

10. Ю.Астапенко В.М., Кошмаров Ю.А., Молчадский И.С., Шевляков А.Н.Термодинамика пожаров в помещениях // М.: Стройиздат, 1988

11. СНиП 21-07-97. Пожарная безопасность зданий и сооуружений

12. Неплохов И. «Противопожарные системы: два столетия эволюции.» Все о вашей безопасности №2, 2005

13. Варнатц Ю., Маас У., Диббл Р., Горение. Физические и химические аспекты, моделирование, эксперименты, образование загрязняющих веществ. 2003

14. Булгаков В.К., Кодолов В.И., Липанов A.M. Моделирование горения полимерных материалов. //М: Химия, 1990 с. 240

15. J. Н. Hendrix, G. L. Drake, R. Н. Harker, J. appl. Polym. Science, 16, 41, 257 (1972).

16. H. Petersen, Textilveredlung 5, 570, 1970

17. Хвала А., Ангер В. «Текстильные вспомогательные вещества (Справочное пособие): Пер. с нем. В 2 ч.» М.:Легпромбытиздат, 1991. 4.2. - 344 с.

18. Пиротехника и взрывчатые вещества // http://www.pirotek.info

19. Кричевский Г.Е. «Химическая технология текстильных материалов Т.3».-М. 2001

20. Ксандопуло Г.И. Химия пламени. — М.:Химия, 1980

21. Кобляков А.И., Кукин Г.Н., Соловьев А.Н. «Лабораторный практикум по текстильному материаловедению». — М.: Легпромбытиздат, 1986

22. Халтуринский H.A., Попова Т.В., Берлин A.A., "Горение полимеров и механизм действия антипиренов" // Успехи химии №2 -1984

23. Антонов A.B., Решетников И.С., Халтуринский H.A., «Горение коксообразующих полимерных систем» // Успехи химии 68 (7) 1999

24. Guowen Song, Roger L. Barker «Modeling the Thermal Protective Performance of Heat Resistant Garments in Flash Fire Exposures» // Textile Res. J. 74(12), 2004

25. Кирюхин C.M., Соловьев А.Н. Контроль и управление качеством текстильных материалов. М.: «Легкая индустрия», 1977. 312 с.

26. Соловьев А.Н., Кирюхин С.М. Оценка и прогнозирование качества текстильных материалов. М.: Легкая и пищевая промышленность, 1984.-215 с.

27. ГОСТ 23554.1-79. Система управления качеством продукции. Экспертные методы оценки качества продукции. Организация и проведение экспертной оценки качества продукции.

28. Классики менеджмента. Под ред. М. Уорнера, СПб.: Питер, 2001.

29. ГОСТ 12.1.004-91 Система стандартов безопасности труда. Пожарная безопасность. Общие требования

30. ГОСТ 12.1.044-89 Система стандартов безопасности труда. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов. Номенклатура показателей и методы их определения.

31. DIN 54331 Testing of textiles; determination of the burning behaviour, method of test by semi-circle

32. ГОСТ P 50810-95 Пожарная безопасность текстильных материалов. Ткани декоративные. Метод испытания на воспламеняемость и классификация

33. НПБ 257-2002 Материалы текстильные. Постельные принадлежности. Мягкая мебель. Шторы. Занавеси. Методы испытаний на воспламеняемость

34. DIN 54335. Испытание текстильных изделий. Определение характеристик горения.

35. ISO 8191-83 Воспламеняемость мягкой мебели

36. ISO DIS ASTM-98 Постельные принадлежности. Поведение постельных принадлежностей при горении

37. ISO DIS 9151 Защитная спецодежда. Оценка свойств материалов для защиты от огня.

38. Стандарт ВИАМ. Материалы текстильные для авиастроения. Определение горючести.

39. NBN S 21-302 Cigarette and match type flame test/ Draft 1982.

40. ASTM E 698-79.Standart test metod.

41. IMO Методика огневых испытаний тканей

42. DIN 4102. Part 1. Fire performance of building materials and components. Building materials.

43. Баратов A.H., Константинова Н.И., Молчадский И.С. "Пожарная опасность текстильных материалов" . — М., 2006

44. Methods of test for assessment of the ignitability of upholstered seating by smouldering and flaming ignition sources.

45. Способы и средства огнезащиты текстильных материалов: Руководство. М.: ВНИИПО, 2004

46. ГОСТ Р ИСО 6942-2007 ССБТ. Одежда для защиты от тепла и огня. Методы оценки материалов и пакетов материалов, подвергаемых воздействию источника теплового излучения.47.0лейник Б.М. Приборы и методы температурных измерений. — М., 1987

47. Афонин A.B., Ньюпорт Р.К., Поляков B.C. и др. Инфракрасная термография в энергетике. Т 1. Основы инфракрасной термографии. — СПб., 2000

48. Альмяшев В.И., Гусаров В.В. Термические методы анализа. Учебное пособие. Санкт-Петербург, 1999.

49. Молчадский О.И. Смирнов Н.В. Дудеров Н.Г. Применение термического анализа для оценки теплофизических характеристик и прогноз пожарной опасности строительных материалов. Пожарная безопасность, №3, 1999.

50. Шестак Я. Теория термического анализа. М.: Мир, 1987

51. Константинова Н.И. Огнезащита текстильных материалов: дисс. М., 2004

52. Болгарский A.B., Мухачев Г.А., Щукин В.К. Термодинамика и теплопередача, 1975

53. Китаев Е.С., Кирюхин С.М., Классификация пожароопасности декоративных тканей. Известия высших учебных заведений. Технология текстильной промышленности №3, Иваново, 2008

54. Кобзарь А. И. Прикладная математическая статистика. — М.: Физматлит, 2006. — 626-628 с.

55. Лагутин М. Б. Наглядная математическая статистика. В двух томах. — М.: П-центр, 2003. — 343-345 с.

56. Лапач С. H., Чубенко А. В., Бабич П. Н. Статистика в науке и бизнесе. — Киев: Морион, 2002. — 182-184 с.

57. Константинова Н.И. Системный подход при исследовании характеристик пожарной опасности текстильных материалов и изделий из них // Полимерные материалы пониженной горючести: Тез. Докл. Всерос. Конф. — Волгоград, 1994

58. Смирнов Н.В. Константинова Н.И. Методология огневых испытаний полимерных материалов // Полимерные материалы пониженной горючести: Тез. Докл. Всерос. Конф. Волгоград, 1994

59. Константинова Н.И. Совершенствование нормативной базы пожаробезопасного применения текстильных материалов // Текстильная химия. 1999. — №1

60. ГОСТ 10681-75 Материалы текстильные. Климатические условия для кондиционирования и испытания проб и методы их определения

61. Дудеров Н.Г., Смирнов Н.В. Перспективы развития методов оценки пожарной опасности материалов и средств огнезащиты. // Юбилейный сборник трудов ВНИИПО МВД России, М., 1997

62. Филин Л.Г., Михайлова Е.Д. Методы оценки воспламеняемости текстильных материалов: Обзор, инф. М.: ВНИИПО МВД, 1991,45 с.

63. Электронное справочное руководство Microsoft Office 2010 // http://office.microsoft.com/ru-ru/excel-help/