автореферат диссертации по технологии материалов и изделия текстильной и легкой промышленности, 05.19.01, диссертация на тему:Разработка методов сравнительной оценки нетканых материалов для спецодежды



ЕЛАЗАЛИ ЕКАТЕРИНА ИГОРЕВНА

РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ СРАВНИТЕЛЬНОЙ ОЦЕНКИ НЕТКАНЫХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ СПЕЦОДЕЖДЫ

Специальность05.19.01 - Материаловедение производств текстильной и легкой промышленности

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 4 МОЯ 2013

005538053

Москва-2013

005538053

ЕЛАЗАЛИ ЕКАТЕРИНА ИГОРЕВНА

РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ СРАВНИТЕЛЬНОЙ ОЦЕНКИ НЕТКАНЫХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ СПЕЦОДЕЖДЫ

Специальность05.19.01 - Материаловедение производств текстильной и легкой промышленности

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва-2013

Работа выполнена на кафедре текстильного материаловедения федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Московский государственный университет дизайна и технологии».

Научный руководитель

кандидат технических наук, профессор Давыдов Александр Федорович Официальные оппоненты

доктор технических наук, профессор зав. кафедрой «Материаловедения» «Московский государственный

университет дизайна и технологии» Кирсанова Е.А

кандидат технических наук, профессор ФГБОУ ВПО«Российский государственный университет туризма и сервиса»Тюменев Ю.Я.

Ведущаяорганизация ФГБОУ ВПО «Костромской государственный

технологический университет» (г.

Кострома)

Защита диссертации состоится « /Л» 2013 года в "/Л. часов

на заседании диссертационного ~~совётад212.144.06 в Московский государственный университет дизайна и технологии по адресу: 117997, г. Москва, ул. Садовническая, д. 33, стр. 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Московский государственный университет дизайна и технологии».

Автореферат разослан «. Х8 » с к 'т Яо 2013 года

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук, профессор

'устов Юрий Степанович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы

Работа имеет большое значение для обеспечения безопасности работников топливно - энергетического комплекса, трудящихся в условиях пониженных температур, что, несомненно, зависит от правильно выбора специальной одежды и ее составляющих, в том числе утепляющих материалов. В процессе эксплуатации спецодежда подвергается физико -механическим и химическим воздействиям, что может влиять на свойства утепляющих материалов, входящих в состав спецодежды, поэтому утеплитель не должен терять своих свойств в процессе эксплуатации, в частности в процессе стирок, что сможет гарантировать высокий уровень защиты в течение всего срока службы.

Цель и задачи исследования

Целью диссертационной работы является:

- обоснованный выбор номенклатуры показателей для оценки защитных, гигиенических и эксплуатационных свойств нетканых утепляющих материалов;

- изучение изменений защитных и физико - механических свойств в процессе эксплуатации, в частности в процессе стирки, нетканых утепляющих материалов различного сырьевого состава, разных методов скрепления и укладки волокон, а также прогнозирование этих изменений на основе теории подобия.

Для достижения данной цели были поставлены следующие задачи:

- разработка стандарта организации (СТО) «Полотна нетканые для пошива спецодежды от пониженных температур. Технические условия»;

- анализ влияние пониженной температуры на жизнь и здоровье работников топливно — энергетического комплекса;

- выбор номенклатуры показателей качества нетканых материалов, используемых в качестве утеплителя в специальной одежде от пониженных температур;

- исследование свойств и показателей безопасности нетканых утепляющих материалов различного сырьевого состава, а также различного метода скрепления, с целью нормирования и оценки показателей до процесса стирок, так и после 5,10,25 и 50 стирок;

- на основе теории подобия прогнозирование показателей: разрывная нагрузка по основе и утку, гигроскопичность, суммарное тепловое сопротивление в процессах стирки.

Методы исследования

Экспериментальные исследования защитных, гигиенических и эксплуатационных свойств нетканых утепляющих полотен проводились с использованием стандартных методов в лабораторных условиях, а также с помощью методик, разработанных на базе кафедры текстильного материаловедения МГУДТ. Для обработки результатов эксперимента в

исследованиях использовались численные методы прикладной математики и математической статистики. В качестве теоретической основы применялись теория подобия и анализа размерностей. Все экспериментальные данные обрабатывались методами математической статистики на ЭВМ с помощью программ Microsoft Excel, Mathad 13. Для обработки графических изображений применялась программа Photoshop и встроенные программы Microsoft office.

Научная новизна работы заключается в том, что:

- определена номенклатура наиболее значимых показателей качества и безопасности для нетканых утепляющих материалов, используемых при пошиве одежды от пониженных температур, используемой в топливно — энергетическом комплексе, на основе детального изучения влияния вредных факторов на жизнь и здоровье;

- разработана методика определения паропроницаемости синтетических нетканых утепляющих полотен;

- предложена методика оптического определения толщины нетканых утепляющих полотен, используемых для пошива спецодежды;

- на основе теории подобия, спрогнозировано изменение показателей качества (разрывная нагрузка по длине и по ширине, гигроскопичность, суммарное тепловое сопротивление) в процессе стирок нетканых материалов, используемых в качестве утеплителей в спецодежде;

- впервые предложено и обоснованно в стандарте организации (СТО) приводить значения защитных показателей, соответствующие 50 стиркам, нетканых полотен используемых для пошива специальной одежды от пониженных температур.

Практическая значимость работы

- Разработанные методы прогнозирования могут быть использованы как методика, позволяющая оценивать изменения свойств в процессах эксплуатации.

- Разработанный стандарт организации (СТО) может широко использоваться при выборе нетканых утеплителей и оценки их пригодности, для пошива специальной одежды, от пониженных температур, в отделах охраны труда предприятий топливно - энергетического комплекса и швейных фабриках, осуществляющих пошив спецодежды для топливно — энергетического комплекса.

- Разработанный стандарт организации (СТО) может использоваться при проведении добровольной сертификации нетканых материалов для специальной одежды.

- Разработанные метод исследования паропроницаемости и оптический метод определения толщины могут быть применимы для оценки нетканых утепляющих материалов и предложены в качестве методик для испытаний в техническом регламенте и стандартах.

- Результаты работы могут быть использованы для дипломного и курсового проектирования учащихся высших учебных заведений.

Апробация работы

Основные результаты научных исследований докладывались и получили положительную оценку на Всероссийской научно-технической конференции молодых ученых «Инновации молодых ученых» (Санкт -Петербург, 2011 г), на 65 - ой юбилейной научно - технической конференция молодых ученых и студентов, «Студенты и молодые ученые КГТУ -производству» ( Кострома, КГТУ, 2013 г.), на Международной научно-технической конференции «ПРОГРЕСС» (Иваново, 2013 г.) и на заседания кафедры текстильного материаловедения ФГБОУВПО «Московский государственный университет дизайна и технологии», МГТУ им. А.Н. Косыгина.

Публикации

По теме диссертационной работы опубликовано 11 печатных работ, в том числе 3 статьи в журналах ВАК.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, пяти глав и общих выводов. Работа выполнена на 135 страницах машинописного текста, содержит 36 рисунков, 29 таблиц, список литературы из 90 наименований, 1 приложение.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, определена ее направленность, а также отражена практическая значимость исследований.

В первой главе рассмотрены вредные факторы, влияющие на работников топливно - энергетического комплекса. Выявлено, что одним из вредных для здоровья работников топливно - энергетического комплекса физическим фактором является пониженная температура воздуха рабочей зоны.

В зависимости от области применения рабочая специализированная одежда должна отвечать различным комплексным требованиям. Наряду с общими особенностями качества, такими как устойчивость в носке, длительный срок службы и простой и рациональный уход, материалы и конструкция одежды должны оптимально соответствовать любым условиям применения с функциональной точки зрения. Работоспособность и комфорт в условиях пониженных температур зависят от рационального и осторожного использования защитных мер для снижения и контроля теплопотерь, поэтому безопасность рабочих в условиях пониженных температур, в первую очередь, зависит от правильности выбора специальной одежды и ее составляющих, и в том числе утепляющих материалов.

В данной главе был проанализирован рынок нетканых утепляющих материалов для спецодежды, были выявлены особенности производства и потребления утеплителей в Российской Федерации.

Проведен критический анализ нормативно - технической базы и сертификации нетканых утеплителей. Состояние нормативно-технической

базы и метрологического обеспечения в области нетканых материалов не отвечает требованиям практики, и требует модернизации.

Вторая глава посвящена выбору определяющих показателей качества нетканых утепляющих полотен, использующихся в спецодежде для работы в условиях пониженных температур, а также разработке методик определения паропроницаемости нетканых полотен и их толщины, кроме того определены методики испытания по выбранным показателям качества.

Для выбора номенклатуры показателей качества нетканых утепляющих материалов использовался экспертный опрос (с ограниченным числом показателей). Оценка значимости проводилась по 20 показателям и осуществлялась в соответствии с методикой. При анализе выбраны пять определяющих показателей качества: ХЗ — толщина (г3=0,0,052), Х8 — миграция волокон (г8=0,050), Х15 - воздухопроницаемость (г^ОДЮ), Х13 -гигроскопичность (212=0,082), Х16 - суммарное тепловое сопротивление (г1б=0,28), наиболее значимый показатель Х16 — суммарное тепловое сопротивление, имеющее наибольший коэффициент весомости определяющего показателя качества 216=0,28, наименьшую значимость получил показатель Х20 - несминаемость, у которого г2о =0,014.

Все испытания проводились по стандартным методикам, но в процесс работы было выявлено, что на данный момент для нетканых утепляющих материалов не существует методики оценки такого принципиально важного показателя, как паропроницаемость, а стандартная методика определения паропроницаемости не дает объективной характеристики данного свойства исследуемых утеплителей. Поэтому на базе кафедры текстильного материаловедения Московского государственного университета дизайна и технологии была разработана методика оценки паропроницаемости для нетканых утепляющих полотен.

Схема испытания при определении паропроницаемости для нетканых утепляющих полотен основана на испарении воды из емкости (стаканчика), закрытого пробой нетканого объемного утеплителя, закрепленного прижимным кольцом. Количество испарившейся воды определялось как разность масс стаканчика до и после испарения. В качестве характеристик паропроницаемости исследуемых полотен рассматривались коэффициент паропроницаемости и относительная паропроницаемость.

Заправка проб нетканых объемных утеплителей прижимным кольцом выбрана таким образом, чтобы деформация полотна соответствовала сжатию при давлении 1 г/см2, что соответствует давлению на основной площади используемых в одежде деталей из нетканого утеплителя. Схема заправки приведена на рис. 1.

7 7—7—7 7—7~7—7—7—7—7~7—7—7—7—> ; ; ^ „■—7"

1 - прижимное кольцо, 2 - элементарная проба, 3 - испаряющая ёмкость

Рисунок 1. Схема заправки утеплителя при определении паропроницаемости Температура испаряющейся дистиллированной воды в течении всего испытания должна быть 30°С, расстояние от воды до наружной поверхности пробы 15 мм. Для проведения испытания должна использоваться испытательная камера со стенками высотой 300 - 350 мм. Стаканчики в испытательной камере располагаются определенным образом, для поддержания нужной температуры воды. Схема расположения испаряющих емкостей в испытательной камере представлена на рис. 2.

1,2 — стаканчики с испытываемыми образцами Рисунок 2. Расположение стаканчиков в устройстве для поддержания

температуры воды Испытание проводится в течении трех часов, при этом число проб должно быть не менее трех (для относительной ошибки 10%) или 10 (для относительной ошибки 5%).

Разработан оптический метода определения толщины полотна. Определение толщины нетканого полотна является сложным вопросом, так как рыхлая их структур требует жесткого ограничения давления прижимных плоскостей на образец. При этом материалы с разными структурными характеристиками ведут себя по-разному, поэтому толщина не может являться сравнительной характеристикой. Поэтому предложенная нами методика позволяет исключить сжатие полотна рабочими органами приборов при измерении, таких как, например, текстильный микрометр. Сущность

метода состоит в том, что фотографируется поперечный срез полотна с дальнейшей обработкой полученных фотографий на компьютере, в качестве единицы масштаба была взята шкала измерительного прибора с ценой деления 0,1 мм. С помощью данного метода также определялись одноцикловые характеристики сжатия. Цикл состоял из одного часа нагрузки и 5, 20,30, 60 минут разгрузки, что позволяет определить составные части деформации, по которым в дальнейшем проводилась оценка одноцикловых свойств данных нетканых материалов.

Третья глава посвящена исследованию влияния многократных стирок на свойства нетканых утепляющих полотен, используемых в спецодежде для пониженных температур.

Во время стирки и химической чистки материалы одновременно испытывают воздействия физико-химических и механических факторов. Механические воздействия заставляют волокна и нити преодолевать силы трения в местах их контакта, результатом является релаксационный процесс.

Усадка нетканых полотен в основном зависит от их структуры, способа изготовления и сырьевого состава. Специальная одежда от пониженных температур, у которой в качестве утеплителя используются нетканые полотна, в процессе эксплуатации часто подвергается стирке. Поэтому для более точной оценки соответствия данной спецодежды предъявляемым к ней требованиям (удовлетворение требованиям техническим регламентам), необходимо исследовать изменения свойств нетканых утепляющих полотен в процессе стирок. В работе исследуется изменение свойств нетканых материалов в процессе стирок, исследования проводились после 5,10,25 и 50 стирок по показателям качества, выбранным в качестве номенклатуры для нетканых полотен, используемых в спецодежде в качестве утеплителя.

Для исследования были выбраны шесть нетканых утепляющих материалов разного сырьевого состава, а также разного метода скрепления волокон в полотне. Характеристики исследуемых нетканых материалов представлены в таблице 1.

Таблица 1

Утеплители Состав Метод скрепления волокон Производитель

Холлофайбер ТЭК 150 100 %ПЭ Термоскрепление ООО «Термопол»

Холлофайбер ТЭК М 100°/оПЭ Клеевой ООО «Термопол»

Огнестоп 100%ПЭ Термоскрепление ООО Термореал»

Холлофайбер ТЭК У 100 % ПЭ Термоскрепление ООО «Термопол»

Огнестоп У 100% ПЭ Термоскрепление ООО «Термореал»

Шерстон шерсть 70%, хлопок 30% Холстопрошивной ООО «Термопол»

По результатам проведенных испытаний можно сделать вывод, что структурные характеристики испытываемых нетканых утеплителей в.

процессе стирки изменяют свои значения практически одинаково. На рисунках 3 и 4 представлено изменения значений показателей

Ж Холлофайбер ТЭК ISO А ХоллофайбиркЮК М - Огнестоп ♦ Холлофайбер ТЭК У ООгнетопУ ИШерстон

Рисунок 3. Изменение поверхностной плотности в процессе стирки Поверхностная плотность зависит от ориентации волокон в полотне, а также от метода скрепления волокон в полотне.

На рис. 3 видно, что поверхностная плотность всех утепляющих материалов растет, за исключением синтетического нетканого полотна Холлофайбер ТЭК У, его поверхностная плотность в процессе стирок уменьшается, что связано превалирующим влиянием вымывания волокон из полотна над усадкой. После 50 стирок наибольшей поверхностной плотностью также обладает натуральный утеплитель Шерстон, наименьшей поверхностной плотностью обладает утеплитель Холлофайбер ТЭК У.

О 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

Ж Холлофайбер ТЭК 150 А Холлофайбер ТЭК М

-Огнестоп с™рки*ХоллофайберТЭКУ

Рисунок 4. Изменение толщины в процессе стирки (оптический метод)

На рис. 4 представлены изменения толщины в процессе стирок, измеренные оптическим методом. На графике видно, что толщина всех утеплителей уменьшается. Значительное изменение толщины утеплителей происходит в первые пять стирок, что связано с уплотнением волокон в полотне, уменьшением объема утеплителя за счет уменьшения воздушного пространства между волокнами. Наибольшее изменение данного показателя во время стирки отмечено у утеплителей Холлофайбер ТЭК 150 и Шерстон, наименьшее у Холлофайбер ТЭК М.

Неровнота по толщине у всех образцов в процессе стирки уменьшается. Неровнота по массе утеплителей Шерстон, Огнестоп и Огнестоп У уменьшается, у остальных утеплителей растет.

Физические свойства нетканых утеплителей в процессе стирок претерпевают изменения. Изменение значения воздухопроницаемости исследуемых нетканых полотен в процессе стирки представлено на рисунке 5.

Жхолофайбер тэк 150 Ахолофайбер тэк м — огне^ТОЯ^холофайбер так у О огнестоп у Ш Шерстон

Рисунок 5. Изменение воздухопроницаемости в процессе стирки

На рис. 5 видно, что синтетическое нетканое клееное полотно Холлофайбер ТЭК М и натуральное холстопрошивное полотно Шерстон при стирках уменьшают свою воздухопроницаемость, что связано с тем, что в процессах стирки волокна набухают, а толщина полотна уменьшается, происходит увеличение плотности упаковки у полотен, что вызывает уменьшение воздухопроницаемости. У синтетических термоскрепленных полотен Холлофайбер ТЭК 150, Холлофайбер ТЭК У, Огнестоп и Огнестоп У в связи с тем, что они состоят из химических волокон, плохо изменяющих свою структуру при воздействии влаго - тепловых обработках. Воздухопроницаемость в процессе стирки увеличивается. Наибольшей воздухопроницаемостью до стирки среди синтетических термоскрепленных полотен имеет утеплитель Холлофайбер ТЭК М, наименьшей - Огенстоп,

нужно отметить утеплители Огнестоп и Огнестоп У здесь испытывались в два слоя.

Исследуемые нетканые полотна обладают малой гигроскопичностью, в процессе стирок гигроскопичность утеплителей уменьшается, наибольшей гигроскопичностью обладает Шерстон.

Показатели безопасности в процессе стирки меняют свои значения у всех утеплителей одинаково. Изменения суммарного теплового сопротивления и индекса токсичности в процессе стирки представлены на рисунках 6, 7.

Суммарное тепловое сопротивление всех утеплителей снижается в процессе стирок, индекс токсичности в процессе стирок также снижается, огнестойкость всех утеплителей остается без изменений, кроме утеплителя Шерстон, в процессе стирок данный утеплитель теряет огнестойкость.

ЖХоллофайберТЭК 150 АХоллофай^йрй^К М —Огнестоп

♦ ХоллофайберТЭКУ О Огнестоп У ■ Шерстон

Рисунок 6. Изменение показателя суммарного теплового сопротивления в процессе стирки

ЖХоллофайбер ТЭК 150 АХоллс^ШйЯ^э ТЭК М -Огнестоп ♦ ХоллофайберТЭКУ О Огнестоп У В Шерстон

Рисунок 7. Изменение показателя индекс токсичности в процессе

стирки

Механические свойства нетканых полотен в процессе стирки значительно изменяются. Разрывная нагрузка исследуемых нетканых полотен в процессе стирки сначала увеличивает свои значения, а затем уменьшает. На начальном этапе процесса стирки в нетканых полотнах происходят структурные изменения, связанные с изменением ориентации волокон и их плотности. В связи с этим разрывная нагрузка увеличивается приблизительно до 25 стирок. Дальнейшее число стирок до 50 дезориентирует структуру, вымывает часть волокон, а в термоскрепленных каландрированных полотнах происходит деструкция скрепляющей пленки (корочки), что приводит в итоге к уменьшению разрывной нагрузки.

Наибольшим значением показателя разрывной нагрузки по длине и по ширине до стирки обладает утеплитель Шерстон, наименьшее значение разрывной нагрузки по длине, как до стирки, так и после 50 стирок у утеплителя Холлофайбер ТЭК 150, что, видимо, связано с небольшой плотностью упаковки и ориентацией волокон в полотне.

Значение разрывного удлинения полотен в процессе стирок сначала также увеличивается, а затем уменьшается. Значения упругой деформации всех утеплителей при сжатии в процессе стирки уменьшается. Миграция волокон в процессе стирки уменьшается. Изменение линейных размеров испытываемых утеплителей в процессе стирки по длине и по ширине ведет себя по - разному, так по длине утеплители Холлофайбер ТЭК У и Холлофайбер ТЭК 150 испытывают усадку, а по ширине - притяжку. Жесткость нетканых полотен при изгибе по ширине и по длине у всех утеплителей уменьшается.

О 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

ЖХоллофайбер ТЭК 150 А Холлофайбер ТЭК М — Огнестоп Стирки

♦ Холлофайбер ТЭК У ООгнстопУ ■ Шерстон

Рисунок 8. Изменение показателя разрывная нагрузка в процессе стирки (длина)

Проведена комплексная оценка качества нетканых утепляющих материалов до стирки и после 50 стирок. Рассчитаны комплексные показатели: К — средне арифметическая комплексная оценка, О - средне

геометрическая комплексная оценка, H - средне гармоническая комплексная оценка, Kg- комбинированная комплексная оценка.

В четвертой главе на основе теории подобия был проведен расчет показателей разрывной нагрузки по основе и утку, воздухопроницаемости и суммарного теплового сопротивления в процессах стирки.

Прогнозирование воздухопроницаемости нетканых полотен, используемых в качестве утеплителя в спецодежде, после действия многократных стирок без учета вида скрепления и укладки волокон в полотне имеет вид:

Функциональная зависимость суммарного теплового сопротивления нетканых синтетических полотен после воздействия многократных стирок от параметров строения и количества стирок имеет следующий вид: Rem =f(Ruc* N, M, Т, S, p„) (1)

где, Rcm — суммарное тепловое сопротивление нетканых полотен, подвергавшихся многократным стиркам/" ' °CVBt;

Rua - суммарное тепловое сопротивление нетканых полотен, не

подвергавшихся воздействиям стирки, ' °CVbt>

N- количество стирок;

М— поверхностная плотность нетканого полотна, г/м2;

S - площадь полотна, м2;

Т- толщина нетканого полотна, мм;

рв - средняя плотность волокон синтетического нетканого полотна, г/см3; рв= 1,3 г/см3.

На основании теории подобия и анализа размерности показателей функциональную зависимость суммарного теплового сопротивления нетканых полотен в процессе стирок можно представить в виде комплекса безразмерных показателей:

Rem (.. М-Т\

Для исследуемых нетканых материалов зависимость r|j определяется функцией : .

m*=f(N) = -0,0043 -N + 1 (3)

Зависимость для т]2 при усредненных значениях определяется

S'Pe

представленной ниже функцией:

м-т

<4>

S-P

Формула для расчета суммарного теплового сопротивления нетканых полотен примет окончательный вид:

мт

Rem = 0,98-Rucx • (0,0007 • N + 1) X (-^-) (5)

1,03 ^-i— 21,1У 1 '

М-Т

Формула (5) справедлива для 0 < N < 50, 745 < —< 1505. Отклонение

5-р

расчетных значений от экспериментальных не превышает 3,5 %.

В пятой главе выявлена необходимость внесения в нормативную документацию значений показателей безопасности и качества после 50 стирок, так как в отличии от других материалов нетканые утепляющие полотна резко изменяют свои свойства при данном количестве стирок. Разработан стандарт организации, новизна которого заключается в нормировании показателей безопасности и качества после 50 стирок.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ ПО РАБОТЕ

1. Обзор литературы по данной теме исследования подтвердил её актуальность, связанную с изучением изменения показателей безопасности и качества нетканых утепляющих полотен в процессах стирки, кроме того актуальность данной работы заключается в разработке методик определения некоторых показателей нетканых утепляющих материалов.

2. Разработана номенклатура показателей безопасности и качества для нетканых утепляющих полотен, используемых в спецодежде работников различных производственных отраслей, в том числе работников топливно — энергетического комплекса, которые трудятся в условиях пониженных температур.

3. Разработана методика определения паропроницаемости нетканых утепляющих полотен. Отличием предложенной методики от стандартной является увеличение пропускного диаметра, температура испаряющейся дистиллированной воды в течении всего испытания должна быть 30°С, расстояние от воды до наружной поверхности пробы на основании эксперимента принято 15 мм, также для проведения испытания должна использоваться испытательная камера со стенками высотой 300 — 350 мм, для получения достоверного результата. Количество испарившейся воды определялось как разность масс стаканчика до и после испарения.

4. Разработана методика оптического измерения толщины нетканых полотен, методика основана на фотографировании поперечного среза полотна в свободнолежащем состоянии с дальнейшей обработкой на компьютере, данная методика определения толщины нетканых объемных полотен позволяет исключить сдавливание пробы рабочими органами прибора, исключая тем самым недостоверность получаемых результатов.

5. Исследовано влияние многократных стирок на свойства нетканых утепляющих полотен, использующихся в качестве наполнителя в спецодежде для работников топливно - энергетического комплекса в условиях пониженных температур. Полученные экспериментальные данные показали, что наилучшими показателями обладает утеплитель Холлофайбер ТЭК М по показателям огнестойкости, суммарному тепловому сопротивлению, воздухопроницаемости, миграции волокон, изменению упругой деформации при сжатии, наихудшими показателями обладают

утеплители Огнестоп и Огнестоп У по суммарному тепловому сопротивлению, воздухопроницаемости (испытывались в 2 слоя), миграции волокон, поверхностной плотности, упругой деформации при сжатии.

6. В соответствии с комплексной оценкой, как до стирок, так и после стирки наилучшими можно считать утеплители Шерстон и Холлофайбер ТЭК М, а наихудшими утеплители Огнестоп и Огнестоп У.

7. В работе выявлена необходимость внесения в нормативную документацию значений показателей безопасности и качества после 50 стирок, так как в отличие от других материалов нетканые утепляющие полотна резко изменяют свои свойства при данном количестве стирок.

8. Разработан стандарт организации, основным отличаем которого является нормирование показателей безопасности и качества после 50 стирок.

9. По расчетным формулам на основе теории подобия производилось прогнозирование изменения показателей (разрывной нагрузки по длине и по ширине, суммарного теплового сопротивления, воздухопроницаемости и паропроницаемости) в результате воздействия стирок.

Основное содержание диссертации изложено в печатных работах:

1. Елазали Е.И., Давыдов А.Ф., Комплексная оценка изменения показателей качества и безопасности в процессе стирок // «Научный ж-л «Дизайн и Технологии», № 35 (77) - М.: ИИЦ МГУДТ, 2013, стр.60-64, 126 с. (из перечня ВАК).

2. Елазали Е.И., Давыдов А.Ф., Демократова Е.Б., Разработка методики определения паропроницаемости нетканых объемных утеплителей из синтетических волокон // «Научный ж-л «Химические волокна», № 3,2013, стр. 41-46, 64с. (из перечня ВАК)

3. Елазали Е.И., Давыдов А.Ф., Изменение свойств нетканых утепляющих материалов, используемых для спецодежды, защищающей от пониженных температур, в процессе стирки // «Научный ж-л «Дизайн и Технологии», № 36 (78) - М.: ИИЦ МГУДТ, 2013, стр.60-64, 126 с. (из перечня ВАК).

4. Елазали Е.И., Давыдов А.Ф., Методология определения изменения свойств нетканых утепляющих материалов, используемых для спецодежды, в процессе стирки // Сборник научных трудов по текстильному материаловедению, посвященный столетию со дня рождения Фаузии Хасановны Садыковой, 2013, стр. 127 - 133, Москва.

5. Елазали Е.И., Давыдов А.Ф., «Российский рынок нетканых утеплителей» // журнал «Рабочая одежда», № 3, 2011, стр. 4-6, Москва

6. Елазали Е.И., Давыдов А.Ф., 65-й юбилейная межвузовская научно-техническая конференция молодых ученых и студентов, «Студенты и молодые ученые КГТУ - производству», разработка методики определения паропроницаемости нетканых объемных утеплителей, том 2, секция 4-8, стр. 72

7. Елазали Е.И., Давыдов А.Ф., 65-й юбилейная межвузовская научно-техническая конференция молодых ученых и студентов, «Студенты и молодые ученые КГТУ - производству», комплексная оценка нетканых утепляющих материалов для спецодежды до и после процессов стирки, том 2, секция 4-7, 2013 г., стр. 73

8. Елазали Е.И., Давыдов А.Ф., Вестник молодых ученых Санкт -Петербургского университета технологии и дизайна, сборник научных трудов, всероссийская научно-техническая конференции молодых ученых «Инновации молодых ученых», Разработка методов выбора наиболее значимых показателей качеств, для нетканых утепляющих материалов, использующихся в спецодежде, Часть 4,Санкт - Петербург, СПбГУТД, 2011г., стр. 262

9. Елазали Е.И., Давыдов А.Ф., Вестник молодых ученых Санкт -Петербургского университета технологии и дизайна, сборник научных трудов, всероссийская научно-техническая конференции молодых ученых «Инновации молодых ученых», Разработка проектов стандартов организации для выбора нетканых материалов, используемых для спецодежды различных производственных комплексов, Часть 4,Санкт - Петербург, СПбГУТД, 2011г., стр. 261

10. Елазали Е.И., Давыдов А.Ф., Международная техническая конференция «Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности» (Прогресс - 2013), Выбор определяющих показателей качества для нетканых утепляющих материалов, использующихся в спецодежде, часть 1, Иваново, 2013, стр. 366 — 367

11. Елазали Е.И., Давыдов А.Ф., Международная техническая конференция «Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности» (Прогресс - 2013), Разработка оптических методов определения толщины нетканых материалов, стр. 330-332.

Подписано в печать 16.10.13 Формат бумаги 60x84/16 Бумага множ. Усл.печ.л.1,0 Заказ № 142-Т Тираж 80

Редакционно-издательский отдел МГУДХ 115093, Москва, ул. Садовническая, 33, стр.1

Отпечатано в РИО МГУДТ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего

профессионального образования «Московский государственный университет дизайна и технологии»

04201365343

На правах рукописи

Елазали Екатерина Игоревна

РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ СРАВНИТЕЛЬНОЙ ОЦЕНКИ НЕТКАНЫХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ СПЕЦОДЕЖДЫ

Специальность: 05.19.01 - Материаловедение производств текстильной и легкой

промышленности

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель -кандидат технических наук, профессор Давыдов А.Ф.

Москва 2013

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ........................................................................................6

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ...................................................8

ГЛАВА 1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ...............................12

1.1 Топливно-энергетический комплекс Российской Федерации....................12

1.2 Вредные факторы, влияющие на работников топливно-энергетического комплекса..........................................................................................13

1.2.1 Факторы, вредно влияющие на здоровье рабочих..............................13

1.2.2 Климатический фактор в топливно-энергетическом комплексе..............15

1.3 Средство индивидуальной защиты - спецодежда......................................17

1.4 Нетканые утепляющие материалы, используемые в спецодежде - рынок, характеристика, свойства...................................................................................................21

1.4.1 Рынок нетканых утепляющих материалов для спецодежды..............21

1.4.2 Нормативно-техническая база и сертификация нетканых утеплителей..................................................................................25

1.4.3 Производство нетканых утепляющих материалов — способы производства, классификации............................................................29

1.5 Показатели паропроницаемости нетканых утепляющих материалов...........32

1.6 Влияние многократных стирок на свойства текстильных полотен..............36

ВЫВОДЫ по главе.............................................................................39

ГЛАВА 2. Объекты и методы исследования нетканых материалов..................41

2.1. Объекты исследования....................................................................41

2.2. Выбор номенклатуры показателей качества..........................................42

2.3. Методики определения показателей качества.........................................42

2.3.1 Методика определения огнестойкости...........................................42

2.3.2 Методика определения суммарного теплового сопротивления..........45

2.3.3 Методика определения индекса токсичности.................................46

2.3.4 Методика определения толщины..................................................46

2.3.5 Методика определения жесткости при изгибе.....................................47

2.3.6 Методика определения миграции волокон......................................48

2.3.7 Методика определения воздухопроницаемости..............................48

2.3.8 Методика определения изменения линейных размеров нетканых полотен после мокрой обработки и химчистки......................................48

2.3.9 Методика определения гигроскопичности......................................49

2.3.10 Методика определения паропроницаемости нетканых материалов....49

ВЫВОДЫ по главе 2..............................................................................52

ГЛАВА 3. Исследование изменения свойств нетканых полотен, используемых для пошива специальной одежды, в результате стирки.................................54

3.1. Структурные характеристики исследуемых нетканых утепляющих материалов........................................................................................54

3.2. Исследование изменения свойств нетканых полотен в результате стирки..................................................................................................55

3.2.1 Изменение разрывной нагрузки по длине и по ширине в результате стирки.........................................................................................55

3.2.2 Изменение разрывного удлинения по длине и по ширине в результате стирки.........................................................................................58

3.2.3 Изменение огнестойкости в результате стирки...............................61

3.2.4 Изменение суммарного теплового сопротивления в результате стирки.........................................................................................62

3.2.5 Изменение воздухопроницаемости в результате стирки....................64

3.2.6 Изменение гигроскопичности в результате стирки..........................65

3.2.7 Изменение толщины в результате стирки......................................66

3.2.8 Изменение неровноты по массе и неровноты по толщине в результате стирки...................................................................................................68

3.2.9 Изменение миграции волокон в результате стирки...........................71

3.2.10 Изменение поверхностной плотности в результате стирки...............72

3.2.11 Изменение индекса токсичности в результате стирки.....................73

3.2.12 Изменение значений быстрообратимой деформации при сжатии в результате стирки..........................................................................74

3.2.13 Изменение жесткости при изгибе по длине и по ширине в результате стирки.........................................................................................75

3.2.14 Изменение паропроницаемости в результате стирки.....................77

3.2.15 Изменение линейных размеров нетканых полотен по длине и по ширине в результате стирки..............................................................80

3.3. Комплексная оценка качества нетканых утепляющих материалов,

используемых для спецодежды...............................................................82

ВЫВОДЫ по главе 3............................................................................87

ГЛАВА 4. Прогнозирование изменения свойств синтетических нетканых утепляющих материалов, использующихся в специальной одежде работников топливно-энергетического комплекса, в качестве утеплителя..........................89

4.1. Прогнозирование изменения разрывной нагрузки по длине и по ширине синтетических нетканых материалов, использующихся в качестве утеплителя в специальной одежде после действия многократных стирок без учета способа скрепления и укладки волокон в полотне.................................................89

4.2.Прогнозирование изменения воздухопроницаемости синтетических нетканых материалов, использующихся в качестве утеплителя в специальной одежде после действия многократных стирок без учета способа скрепления и укладки волокон в полотне....................................................................................................94

4.3. Прогнозирование изменения суммарного теплового сопротивления синтетических нетканых материалов, использующихся в качестве утеплителя в специальной одежде после действия многократных стирок без учета способа

скрепления и укладки волокон в полотне.......................................................................97

ВЫВОДЫ по главе 4...........................................................................100

ГЛАВА 5. Разработка проекта стандарта организации, регламентирующего требования к полотнам синтетическим нетканым, используемым в специальной

одежде от пониженных температур........................................................101

5.1. Общие характеристики стандартов организации....................................101

5.2. Проект стандарта организации СТО 001-...-2013 «Полотна нетканые для изготовления спецодежды для защиты от пониженных температур. Технические

условия».........................................................................................102

ВЫВОДЫ по главе 5..........................................................................116

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ...........................................................117

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.....................................................................119

Приложение А....................................................................................132

ВВЕДЕНИЕ

Производство нетканых материалов является перспективной областью развития в текстильной промышленности. В России появляются новые современные предприятия по выпуску нетканых материалов и запускается новое оборудование.

Климатические условия России формируют высокий уровень спроса на тёплую и качественную одежду. В настоящее время для утепления одежды используются натуральные и синтетические материалы, а также их сочетания. Ведущие производители нетканых утепляющих материалов, такие как «Термопол», «Тинсулейт» и другие, осуществляют производство широкого спектра таких материалов, в том числе и для спецодежды, предназначенной для работы в области пониженных температур и в зонах повышенной опасности распространения пламени.

Утепляющие материалы при их использовании должны осуществлять защитные функции от вредных факторов воздействия и, в то же время, не являться источником вредных влияний на человека, кроме того, для обеспечения безопасной работы важно иметь необходимый уровень свойств показателей качества и безопасности, удовлетворяющий требованиям технических регламентов. Важнейшим условием является способность сохранения свойств в процессе всего срока эксплуатации. В процессе эксплуатации спецодежда подвергается физико-механическим и химическим воздействиям, что может влиять на свойства утепляющих материалов, входящих в состав спецодежды, поэтому утеплитель не должен терять своих свойств в процессе эксплуатации, в частности в процессе стирок, что сможет гарантировать высокий уровень защиты в течение всего срока службы данной спецодежды и ее утеплителя.

В настоящее время перед текстильным материаловедением стоит задача разработки сравнительной оценки качества нетканых утеплителей разного сырьевого состава, которая помогла бы выявить возможность применения сравниваемых нетканых материалов в спецодежде для работников

нефтегазодобывающих комплексов в условиях пониженных температур. В зависимости от областей применения к одежде специального назначения, в том числе к утепляющим материалам, должен предъявляться комплекс требований, который бы отражал возможность использования нетканых утепляющих материалов в конкретных условиях труда, для этого необходим обоснованный выбор номенклатуры показателей для оценки защитных, гигиенических и эксплуатационных свойств нетканых материалов.

Изучение изменений этих свойств, прогнозирование их изменения в процессе эксплуатации, в частности в процессе стирки, является ключевым составляющим в процессе сравнительной оценки нетканых полотен.

Для получения сравнительной оценки нетканых утепляющих полотен с учетом изменения их свойств в процессе эксплуатации необходимо провести значительное количество опытов, поэтому в нормативной документации для нетканых утепляющих полотен необходимо устанавливать требования большим количеством воздействия стирок на изменение свойств исследуемых нетканых материалов.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы

В процессе эксплуатации спецодежда подвергается физико-механическим и химическим воздействиям, что может влиять на свойства нетканых утепляющих материалов, входящих в состав спецодежды, поэтому утеплитель не должен терять своих свойств в процессе эксплуатации, что сможет гарантировать высокий уровень защиты в течение всего срока службы. Работа имеет большое значение для обеспечения безопасности работников топливно-энергетического комплекса, трудящихся в условиях пониженных температур. Что, несомненно, зависит от правильно выбора специальной одежды и ее составляющих, в том числе утепляющих материалов.

Цель и задачи исследования

Целью диссертационной работы является:

— обоснованный выбор номенклатуры показателей для оценки защитных, гигиенических и эксплуатационных свойств нетканых утепляющих материалов;

— изучение изменений защитных и физико-механических свойств в процессе эксплуатации, в частности в процессе стирки, нетканых утепляющих материалов различного сырьевого состава, разных методов скрепления и укладки волокон, а также прогнозирование этих изменений на основе теории подобия.

Для достижения данной цели были поставлены следующие задачи:

— разработка стандарта организации (СТО) «Полотна нетканые для изготовления спецодежды для защиты от пониженных температур. Технические условия»;

— выбор номенклатуры показателей качества нетканых материалов, используемых в качестве утеплителя в специальной одежде для защиты от пониженных температур;

- исследование свойств и показателей безопасности нетканых утепляющих материалов различного сырьевого состава и метода скрепления с целью их оценки как до стирки, так и после 5, 10, 25 и 50 стирок;

- прогнозирование показателей разрывной нагрузки по длине и по ширине, воздухопроницаемости, суммарного теплового сопротивления в результате воздействия стирки на основе теории подобия.

Методы исследования

Экспериментальные исследования защитных, гигиенических и эксплуатационных свойств нетканых утепляющих полотен проводились с использованием стандартных методов в лабораторных условиях, а также с помощью методик, разработанных на кафедре текстильного материаловедения МГУДТ. Для обработки результатов эксперимента в исследованиях использовались численные методы прикладной математики и математической статистики. В качестве теоретической основы применялись теория подобия и анализа размерностей. Все экспериментальные данные обрабатывались методами математической статистики на ЭВМ с помощью программ Microsoft Excel, Mathad 13. Для обработки графических изображений применялись встроенные программы Microsoft office (Paint).

Научная новизна работы заключается в том, что:

- определена номенклатура наиболее значимых показателей качества и безопасности нетканых утепляющих материалов, используемых при пошиве одежды для защиты от пониженных температур, используемой в топливно-энергетическом комплексе, с учетом влияния вредных факторов на жизнь и здоровье;

- разработана методика определения паропроницаемости нетканых утепляющих полотен;

- предложена методика оптического определения толщины нетканых утепляющих полотен, используемых для пошива спецодежды;

- на основе теории подобия, спрогнозировано изменение показателей качества нетканых материалов (разрывная нагрузка по длине и

по ширине, воздухопроницаемость, суммарное тепловое сопротивление) в результате воздействия многократных стирок;

- впервые предложено и обосновано в стандарте организации (СТО) нормировать значения защитных показателей нетканых полотен, используемых для пошива специальной одежды, после воздействия 50 стирок.

Практическая значимость работы

1. Разработанные методы прогнозирования могут быть использованы для оценки изменения свойств нетканых материалов в процессе эксплуатации.

2. Разработанный стандарт организации может широко использоваться при выборе нетканых утеплителей и оценки их целесообразности, для пошива специальной одежды, а также в отделах охраны труда предприятий топливно-энергетического комплекса.

3. Разработанный стандарт организации может использоваться при проведении добровольной сертификации нетканых материалов для специальной одежды.

4. Разработанные метод исследования паропроницаемости и оптический метод определения толщины могут быть применимы для оценки нетканых утепляющих материалов и предложены в качестве методик для испытаний в техническом регламенте и стандартах.

5. Результаты работы могут быть использованы для дипломного и курсового проектирования студентов высших учебных заведений.

Апробация работы

Основные результаты научных исследований докладывались и получили положительную оценку на Всероссийской научно-технической конференции молодых ученых «Инновации молодых ученых» (Санкт -Петербург, 2011 г), на 65-ой юбилейной научно-технической конференции молодых ученых и студентов «Студенты и молодые ученые КГТУ -производству» (Кострома, КГТУ, 2013 г.), на Международной научно-

технической конференции «ПРОГРЕСС» (Иваново, 2013 г.) и на заседаниях кафедры текстильного материаловедения ФГБО УВПО «Московский государственный университет дизайна и технологии», ТИ им. А.Н. Косыгина. Публикации

По теме диссертационной работы опубликовано 11 печатных работ, в том числе 3 статьи в журналах, рекомендованных ВАК РФ. Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, пяти глав и общих выводов. Работа выполнена на 135 страницах машинописного текста, содержит 36 рисунков, 29 таблиц, список литературы из 120 наименований, 1 приложение.

ГЛАВА 1. Аналитический обзор литературы 1.1. Топливно-энергетический комплекс Российской Федерации

Россия является крупной энергетической державой, энергетический фактор играет определяющую роль в обеспечении надежного функционирования экономики и социальной сферы страны, укреплении ее позиций на международной арене.

Все процессы добычи и переработки топлива, производства, транспортировки и распределения электроэнергии охватывает один из важнейших межотраслевых комплексов — топливно-энергетический комплекс (ТЭК). Он состоит из двух главных частей: топливной промышленности и электроэнергетики, а также инфраструктуры.

Топливно-энергетический комплекс Российской Федерации представляет собой сложную систему - совокупность производств, процессов, материальных устройств по добыче топливно-энергетических ресурсов (ТЭР), их преобразованию, транспортировке, распределению и потреблению как первичных ТЭР, так и преобразованных видов энергоносителей.

В состав ТЭК входят взаимодействующие и взаимообусловленные подсистемы: отрасли топливной промышленности (угольная, нефтяная, газовая), добывающая подсистема и электроэнергетика,