Новации в области проектирования, конструирования, технологии изготовления и дизайна швейных изделий и обуви

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. Технология проектирования одежды с утеплителями

ГЛАВА 2. Проектирование специальной одежды

2.1 Принципы разработки пакетов материалов для шумозащитной одежды специального назначения

2.2 Особенности проектирования специальной защитной одежды от воздействия тепловых потоков в широком диапазоне температур для нефтегазовой отрасли

2.3 Об особенностях процесса проектирования одежды для рабочих, занятых в сельском хозяйстве в условиях влажных субтропиков

2.4 Исследование и проектирование защитных костюмов от воздействия воды и повышенной влажности

2.5 Особенности проектирования адаптационной одежды для людей с ограниченными двигательными возможностями

ГЛАВА 3. Проектирование детской одежды

ГЛАВА 4. Проектирование обуви специального назначения

4.1 Реовазографический метод исследования температуры различных зон стопы у людей пожилого возраста

4.2 Научно-методологические основы проектирования спецобуви для пожарных

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

Введение

Данная работа «Новации в области проектирования, конструирования, технологии изготовления и дизайна швейных изделий и обуви» состоит из двух частей, отражающих две параллельно развивающиеся традиции кафедры «Моделирование, конструирование и дизайн»: научно-исследовательскую и творческую.

Весь объём проводимых научных исследований условно можно подразделить на три направления: проектирование специальной одежды и обуви, проектирование спортивной и детской одежды и разработку оригинальных творческих коллекций моделей одежды, обуви и аксессуаров. При этом основной задачей является подготовка творческих специалистов, чувствующих динамику и тенденции изменения моды, с учётом современных экономических реалий.

Первая часть работы посвящена актуальным проблемам проектирования и промышленного изготовления одежды и обуви различного назначения.

После введения федерального закона от 17.07.2009 № 181-ФЗ «Об основах охраны труда в Российской Федерации» на работах с вредными и(или) опасными условиями труда, а также на работах, выполняемых в особых температурных условиях или связанных с загрязнением, выдаются специальная одежда и обувь, а также другие сертифицированные средства индивидуальной защиты. Законодательное повышение регулярности выдачи средств индивидуальной защиты, одежды и обуви повлекло за собой разработку различных ведомственных нормативных документов, в целом повысивших отраслевые требования к этим изделиям. В свою очередь этим были созданы предпосылки для дальнейшего развития научно-исследовательских работ в сфере повышения уровня соответствия специальной одежды и обуви отраслевым производственно-климатическим и гигиеническим требованиям.

Первая глава посвящена вопросам исследования эксплуатационных и физико-механических свойств материалов с целью разработки рациональной технологии проектирования одежды специального назначения с утеплителями. Известно, что основная задача изделий данного вида заключается в обеспечении сохранности защитных свойств на протяжении всего периода её носки. При этом она должна повышать степень защиты человека от неблагоприятных условий окружающей среды и вредных факторов производственной деятельности. В первой главе представлены результаты изучения сохранности физико-химических свойств материалов при длительном воздействии различных внешних факторов.

Вторая глава объединяет научное направление проектирования специальной одежды различного назначения, в том числе:

- защищающей человека от вредных воздействий шума, а также широкого диапазона температур для работников нефтегазовой отрасли;

- защищающей от негативного воздействия повышенной влажности (в том числе и при повышенных температурах) рабочих чайных плантаций, работающих в условиях влажных субтропиков и работников автомоек;

- адаптационной одежды для людей с ограниченными двигательными возможностями, обладающей физиотерапевтическим эффектом.

В третьей главе приведена методика, позволяющая интенсифицировать процесс разработки технического задания при проектировании детской трансформируемой одежды, в том числе и за счёт автоматизации данного этапа.

Четвёртая глава объединяет исследования, направленные на проектирование обуви специального назначения. Рассмотрены вопросы проектирования обуви для пожарных и пожилых людей. Обувь для пожилых людей является средством их социальной адаптации, поэтому при разработке конструкции специалисты должны учитывать не только медико-технические, но и социально-эстетические требования к изделию. Повышение эффективности проектирования и производства специальной обуви для людей пожилого возраста, имеющих возрастную деформацию стопы, требует периодически повторяющихся статистических исследований её формы и размерных признаков, результаты которых представлены в четвёртой главе.

Глава 1. Технология проектирования одежды с утеплителями

Исследование эксплуатационных и физико-механических свойств материалов одежды специального назначения

специальная одежда обувь защищающая

В процессе производственной деятельности человек постоянно находится в тесном контакте с окружающей средой. Поэтому специальная одежда и материалы, используемые при её изготовлении, должны учитывать конкретные условия эксплуатации на протяжении всего периода её носки и сохранять высокую степень защиты от неблагоприятных условий окружающей среды и вредных факторов производственной деятельности. Отсюда следует, что задача подбора материалов является одной из основных, решаемой на стадии предпроектных исследований. Формирование специальной теплозащитной одежды производят, комплектуя многослойный пакет материалов, состоящий из ткани верха, утепляющего слоя (утепляющей прокладки) и подкладки изделия. В качестве утепляющего слоя используют различные виды материалов - это вата, ватины различного способа производства, синтетические объёмные утеплители, искусственный и натуральный мех, тканые материалы, а также перопуховые объёмные материалы. При этом к материалам верха, подкладки и прокладки предъявляют различные требования, определяемые их назначением. Если в качестве утеплителя используются перо и пух водоплавающих птиц, пакет материалов такого изделия должен быть сформирован с учётом особенностей перопухового утеплителя: высокой пористости и разобщённости его структуры, возможности изменения свойств перопуховой массы под воздействием влияния агрессивных сред производственных условий. Специальная одежда должна сохранять все свои свойства (защитные, гигиенические и эксплуатационные) в течение всего периода её носки. В процессе эксплуатации одежды за счёт механических воздействий, влияния метеорологических условий, газовлажностного состава и температуры пододёжного пространства пакет материалов деформируется, свойства материалов меняются, а, следовательно, будут меняться и их физико-механические и химические свойства. Во время стирки и химической чистки изделия испытывают многократные механические деформации, а также воздействие влаги и параметров моющего раствора, которые будут оказывать влияние на тепловые характеристики одежды.

Исследование влияния химических реагентов на материалы одежды специального назначения

Для определения воздействий негативных факторов окружающей среды на материалы специальной одежды, используемой при добыче нефти, была изучена химическая природа структурных образований перопуховой массы. Структурные образования, формирующие перо, состоят из ороговевшего вещества, основным компонентом которого является кератин. Кератин относится к группе белков склеропротеидов, содержащей: углерода - 50-55 %; водорода - 7-8 %; кислорода - 25-30 %; азота - 15-18 %; серы - 0,5-2,0 % [62]. Кератин отличается от других волокнистых белков большим содержанием цистина. Кератин подразделяется на мягкий и твёрдый. Мягкий кератин отличается меньшим серосодержанием, он менее структурирован и менее устойчив к химическим воздействиям, чем твёрдый кератин, который имеет высокодифференцированную морфологическую структуру. Общая формула кератина: NH₂CH(R)COOH, где R - ряд возможных боковых цепей. В молекуле кератина устойчивость его к различным воздействиям обеспечивают дисульфидные связи, прочно соединяющие цепи: R₁ - CH₂ - S - S - CH₂ - R.

Согласно литературным данным [3], кератин отличается высокой устойчивостью к воздействию различных химических реагентов: разбавленным раствором кислот и щёлочей, солей, он не подвергается гидролизу под воздействием ферментов, кроме ферментов кератиназы. Следует отметить, что в химическом составе кератинов пера и пуха птиц различных видов существенных отличий не наблюдается. Перовой покров водоплавающих птиц отличается от пера кур индеек и цесарок более высоким содержанием жира. Таким образом, исследование перопухового сырья водоплавающей птицы позволит обеспечить оптимальность режимов его обработки с целью максимального улучшения его свойств и получения высококачественного полуфабриката.

В работе представлены результаты исследований по определению температуры обработки пуха водоплавающих птиц при сухом нагреве. Обработка пуха проводилась на стандартном приборе для определения температуры плавления. В процессе нагревания при температуре выше 100 єС в кератине образуются новые поперечные связи между карбоксильными и аминогруппами. Свойства кератина изменяются в результате сухого нагрева при температуре выше 160 єС. Нагревание кератина волоса при температурах 180-200 єС приводит к резкому снижению его прочности. Принцип действия прибора основан на нагревании исследуемых веществ в вертикально установленных капиллярах. Стеклянные капилляры вместе с термометром устанавливаются в блок-нагреватель, нагрев которого осуществляется константановой проволокой, навитой бифилярно. Обработку пуха проводили при температурах - 120, 140, 160, 170, 180, 200 єС. Воздействие высоких температур было непродолжительным. Затем обработанный пух визуально исследовался под микроскопом. Начиная с температуры 160 °С наблюдается отклонение ворсинок пуха относительно стержня; при t=180 °С наблюдается изменение цвета, продолжается изменение расположения ворсинок относительно своей оси; при t = 200 °С наблюдается ломкость ворсинок. Из-за малой теплопроводности пуха при сухом нагреве его свыше 200 °С происходит значительный перегрев, что приводит к ломкости ворсин и ухудшению свойств пуха. Сравнительная характеристика пуха и натуральных волокон приведена в таблице 1.1.

Пух водоплавающей птицы обладает большей термостойкостью, чем такие волокна, как хлопок, шерсть. На термическую стойкость птичьего пуха оказывает влияние его начальная влажность. Наличие влаги создаёт условия для быстрого и равномерного прогревания всей массы пуха и снижает возможность его повреждения. Поэтому при разработке режимов обработки птичьего пуха очень важно установить оптимальное соотношение между такими параметрами, как температура, °С, время обработки и начальная влажность материала.

Таблица 1.1

Сравнительная характеристика термостойкости натуральных волокон и пуха [22]

Вид волокна	Температура нагрева, єС	Характеристика состояния волокон
Хлопок	100 120 160	Теряет прочность на 25 % при нагревании более 5 ч Начинает терять прочность Разрушается
Шерсть	140 160	Теряет прочность на 25 % при длительном нагревании Разрушается
Пух	180 200 200	Меняет цвет Начинает терять прочность Появляется ломкость ворсин

Следующим этапом работы были экспериментальные исследования химической стойкости утеплителей, используемых при изготовлении одежды специального назначения, к действию кислот, щёлочей, хлорной воды, раствору NaCl. В качестве объекта исследований взаимодействия объёмных синтетических утеплителей с минеральными кислотами и щёлочами были выбраны утеплители натуральной (гусиная перопуховая масса с процентным содержанием пера 20 и пуха - 80, именуемая в дальнейшем «пух») и химической природы (синтепон, thinsulate и hollowfibre), отличающиеся своей структурой, составом и способом получения.

Объёмное синтепоновое полотно представляет собой систему хаотично расположенных твёрдых полиэфирных волокон, связующим элементом которой является ПВА эмульсия (около 10 % объёма материала) с применением аэродинамической раскладки. Hollowfibre - несвязный синтетический утеплитель, производится также из полиэфирных волокон, имеющих спиральную форму и закрученных в шарики. Отличительной особенностью синтепона и hollowfibre является наличие полостей, формирующих пористую структуру волокон последних, и их силиконизация.

В состав утеплителя Thinsulate (тип THL) входят полиэфирные (77,5 %) и полиолефиновые (22,5 %) волокна, наличие последних обусловливает адсорбционные свойства материала (адсорбция менее 1 %). Микроволоконная структура утеплителя Thinsulate (диаметр волокон от 2 до 10 микрон) обеспечивает наилучшую его теплоизоляцию за счёт способности удерживать достаточный объём воздуха между волокнами утеплителя. Сцеплены волокна термическим способом, что позволяет получить более лёгкий гипоаллергический конечный продукт.

В соответствии с существующими методиками определения химической стойкости пуха [62] и нетканых материалов [6] к воздействию минеральных кислот и щёлочей, отобранные образцы утеплителей подвергались воздействию щёлочи - 0,1н раствора NaOH и минеральной кислоты - 4 Н раствора соляной кислоты HCl. Стойкость исследуемых образцов, К (%), к различным реагентам рассчитывалась по следующей формуле:

(1.1)

где m₀ - масса образца до испытания, г; m₁ - масса образца после испытания, г.

Результаты эксперимента по определению химической стойкости пуха и нетканых материалов приведены в таблице 1.2.



Таблица 1.2

Химическая стойкость утеплителей к различным реагентам

Вид утеплителя	Стойкость образцов, %
	0,1н раствор NaOH	4н раствор HCl	3 % раствор NaCl	хлорная вода	бензин
Пух	90,87	95,8	91,0	95,0	-
Синтепон	? 100	? 100	? 100	? 100	? 100
Hollowfibre	? 100	? 100	? 100	? 100	? 100
Thinsulate	? 100	? 100	? 100	? 100	? 100

По результатам экспериментальных исследований были построены диаграммы значений химической стойкости исследуемых утеплителей к воздействию органических кислот и щёлочей, которые представлены на рисунке 1.1.

Рис. 1.1. График химической стойкости объёмных утеплителей к воздействию минеральных кислот и щёлочей

Исследуемые утеплители химической природы: синтепон, thinsulate, hollowfibre характеризуются высокой стойкостью к минеральным кислотам и щёлочам (К? 100 %), несмотря на то, что под действием растворов щёлочей происходит постепенное поверхностное омыление полиэфирных волокон, составляющих основу всех рассматриваемых утеплителей. Пух менее стоек к действию кислот и щёлочей (химическая стойкость к действию кислот К=95,22 %; щёлочей К=90,87 %).

При определении взаимодействия или, другими словами, отношения образцов утиного перопухового сырья к дистиллированной и водопроводной воде методика была несколько изменена: после 24 часов контакта образцов сырья с дистиллированной и водопроводной водой его отфильтровывали и высушивали при t 65 єC до постоянной массы, а затем взвешивали. Результаты анализа приведены в таблице 1.3.

Для определения стойкости перопухового сырья к хлорной воде исходный материал, массой 0,5 г помещали в 3 колбы ёмкостью 250 мл. Концентрация активного хлора до и после анализа определялась йодометрическим методом и рассчитывалась по формуле [62]:

(1.2)

где n - объём тиосульфата Na, израсходованного на титрование, мл; K - поправочный коэффициент, равный 1, если раствор готовят из фиксанала; V - объём анализируемой воды, мл.

Концентрация по активному хлору в начале анализа составила 64 мг/л, в конце - 25 мг/л. После 24 часов контакта исходное сырьё отфильтровали и промыли дистиллированной водой. Затем навеску количественно переносили в бюксы и высушивали до постоянной массы при t 65 єС. Результаты экспериментов по определению стойкости перопухового сырья к химическим реагентам приведены в таблице 1.3.



Таблица 1.3

Стойкость образцов перопухового сырья к химическим реагентам

Среда	Масса перопухового сырья до обработки, г	Масса образцов перо-пухового сырья после обработки, г	Изменение массы	Мера повреждённости, %	Стойкость образцов, %
0,1н раствор NaOH	0,5015 0,5155 0,5110	0,4600 0,4692 0,4583	0,0415 0,0453 0,0527	8,28 8,79 10,31	91,72 91,21 89,69
4н раствор HCl	0,5087 0,5105 0,5082	0,4747 0,4731 0,4761	0,0340 0,0374 0,0321	6,68 7,33 6,32	93,32 92,67 93,68
Водопроводная вода	0,2092 0,2080 0,2044	0,2096 0,1996 0,1932	-0,0004 0,0084 0,0112	- 4,04 5,48	- 95,96 94,52
Дистиллированная вода	0,2027 0,2047 0,2040	0,1966 0,2073 0,1900	0,0061 -0,0026 0,0140	3,01 - 6,86	96,99 - 93,14
Хлорная вода	0,5026 0,5077 0,5057	0,4695 0,5006 0,4946	0,0331 0,0071 0,0111	6,59 1,40 2,19	93,41 98,60 97,81
Раствор NaCl 0,3 %	0,5064 0,5088 0,5065	0,4571 0,4574 0,4505	0,0793 0,0514 0,0560	9,74 11,01 11,10	90,26 88,99 88,90

При определении стойкости образцов утиного перопухового сырья к 0,3 % раствору NaCl эксперимент проводили по аналогичной методике. Расчет стойкости образцов к действию 0,3 % раствора NaCl проводили по формуле (1.2), результаты анализа приведены в таблице 1.3.

Способы повышения потребительских свойств утепляющих материалов

Правила ухода за специальной одеждой и снаряжением находятся в прямой зависимости от вида производственной деятельности. Загрязнение специальной одежды отрицательно сказывается на потребительских свойствах швейных изделий: повышается теплопроводность, уменьшается общая площадь пор материалов, формирующих пакет, увеличивается их масса, изменяется воздухопроницаемость. К тому же некоторые виды микроорганизмов (бактерий) могут сохранять свою жизнеспособность в специальной одежде в течение длительного срока. В сильно загрязнённой ткани под влиянием микробов происходят процессы разложения органических веществ, что сопровождается неприятным запахом. Увлажнение материалов и тканей в процессе эксплуатации специальной одежды, при повышенном потоотделении и отсутствии прямого света способствует лучшей выживаемости микроорганизмов.

В перопуховом сырье в результате длительного хранения при большой влажности и повышенной температуре происходит активизация процессов окисления и распада жира, сопровождающаяся специфическим запахом, что особенно характерно для утиного сырья. Описанные в литературных источниках [65-67] способы устранения запаха с помощью альдегидов, перекиси водорода и избыточного количества ПАВ являются малоэффективными. Для повышения потребительских свойств одежды, утеплителем которой является утиная перопуховая смесь, режим мойки усовершенствовался следующими способами:

? добавлением в моющий раствор ПАВ Na₂CO₃ и последующим полосканием с добавкой 0,2 % раствора «хлорамин Б»;

? одновременным применением анионоактивных и неионогенных ПАВ, Na₂CO₃ и полосканием с добавкой 0,2 % раствора «хлорамин Б»;

? предварительным 30-минутным замачиванием образцов в моющем растворе [101].

В результате мойки при механическом перемешивании частицы загрязнений отрываются от поверхности пера, сухая поверхность отрыва смачивается, адсорбируя молекулы ПАВ. На частице, оторвавшейся от пера, возникает электрический заряд того же знака, что и на поверхности пера, что приводит к их взаимному отталкиванию. В результате микроструктурного анализа установлено, что загрязнённый белковый слой состоит из остатков эпидермиса кожи, остатков клеток, покрывающих волосяную сумку, отмерших микроорганизмов и других остатков.

Результаты различных режимов мойки перопухового сырья водоплавающих птиц представлены в таблице 1.4.

Таблица 1.4

Результаты различных режимов мойки перопухового сырья водоплавающих птиц

Метод обработки	Время обработки, мин	Усреднение общего микробного числа (ОМЧ)	Запах в баллах после обработки
			через, дней
		До обработки	После обработки	30-40	190-195
Мойка пера с использованием Na2CO3, ПАВ и «хлорамина Б»	45-60	300 ·106	60 · 103	1,2	1,5
Мойка пера с предварительным замачиванием в растворе ПАВ+ Na2CO3	30+(45-60)	300 ·106	1,2 · 103	0,3	0,4
Мойка пера с добавкой «Синтамид-5»	40-60	300 ·106	2 · 103	2,3	2,3

Оценка силы запахов образцов перопухового сырья до обработки и после неё проводилась органолептическим методом экспертных оценок в соответствии с ОСТ 49-187-82. Сила запаха оценивалась по пятибалльной шкале.

Для получения высококачественного полуфабриката используют различные комплексные меры переработки перопухового сырья водоплавающей птицы. Из научных публикаций, касающихся этой проблемы, видно, что придание перопуховому полуфабрикату потребительских свойств, является актуальной проблемой, которой занимаются учёные США, Японии, Франции, Германии. В нашей стране также ведутся такие исследования, которые направлены не только на то, чтобы разработать метод обработки перопухового сырья водоплавающей птицы, позволяющий уничтожить микроорганизмы, сделать сырьё чистым, но и на то, чтобы уничтожить его неприятный запах, придать ему гидрофобность.

Предложены способы переработки утиного перопухового сырья путём воздействия на промытый перопуховой полуфабрикат ионизированного воздуха, в результате чего удаётся частично стерилизовать, обесцветить и уничтожить запах. Японские учёные предлагают способ обработки пера с целью удаления жировых загрязнений и удаления зловонного запаха путём предварительной обработки сырья ультрафиолетовым облучением с последующим отмыванием от загрязняющих веществ в водных растворах поверхностно-активных моющих средств [65].

Английские учёные предлагают способ обработки пера с целью придания ему потребительских свойств и снижения риска возникновения запаха путём обработки промытого сырья фторуглеродом [66]. Экспериментально ими доказано, что обработанное таким образом перо быстро высыхает, имеет повышенное сопротивление образованию комков, устойчиво к действию бактерий, обладает низким трением. С целью придания перопуховому сырью гидрофобных свойств учёные из Германии разработали способ обработки промытого перопухового сырья поликсилоксаном [67]. Однако теоретических обоснований приведённых выше методов учёные пока сделать не могут.

В ЮРГУЭС также проводились опыты по озонированию образцов перопухового сырья. Озон в данном случае использовался как сильный окислитель, который способствует прекращению активности сложных органических веществ белковой природы. Опыты по озонированию сырья проводились на лабораторной озонаторной установке, состоящей из блока осушки, генератора озона, контактной камеры и блока дегазации. Для оценки качества перопухового сырья его помещали в контактную камеру озонаторной установки. Схема озонаторной установки представлена на рисунке 1.2.



.

Рис. 1.2. Схема озонаторной установки

В установке предусмотрена осушка воздушной смеси пропусканием её через слой силикагеля и контрольный слой силикагеля, пропитанный раствором хлорида кобальта. Концентрацию озона в озоно-воз-душной смеси изменяли произвольно и определяли йодометрическим методом. Этот метод основан на окислении озоном йодида калия до йода, количество которого определяется титрованием раствором тиосульфата натрия.

Реакция окисления йодида калия озоном протекает по уравнению:

2KJ + O₃ + H₂O = J₂ + O₂ + 2KOН. (1.3)



Концентрация озона в смеси рассчитывалась по формуле:

(1.4)

где С - концентрация озона в озоно-воздушной смеси, мг/л; n -количество раствора тиосульфата натрия, прошедшего натитрование выделившегося йода, мл; N - нормальность раствора тиосульфата натрия; K - поправочный коэффициент на нормальность раствора тиосульфата натрия; V - объём озоно-воздушной смеси, прошедший через раствор йодида калия, л.

Цель экспериментов заключалась в удалении запаха перопухового сырья без применения дефицитных импортных моющих средств. Определение изменения запаха после обработки образцов перопухового сырья озоном проводилось с использованием метода экспертных оценок.

На основании экспериментальных исследований сделан вывод о том, что озонирование перопухового сырья даже без последующей обработки его химическими реагентами позволяет снизить интенсивность запаха. Сочетание же озонирования с последующей мойкой ПАВ и дезинфицирующим раствором практически удаляет запах, что также экспериментально исследовано в лаборатории кафедры «Химия» [22].

Влияние химической чистки на физико-механические характеристики специальной одежды

Учёными МГУДТ [8] проводились исследования по влиянию химической чистки на изменение теплопроводности материалов, используемых при изготовлении теплозащитной одежды. В качестве тканей верха использовались пальтовая (креп-велюр) и плащевая (графит) ткани, в качестве утеплителя - ватин (синтетический, шерстяной и х/б) и синтепон, в качестве подкладки - подкладочная ткань (Беларусь). Изменение толщины материалов после трёхкратной химической чистки и их теплопроводности отразились на величине термического сопротивления всех материалов. Термическое сопротивление слоёв материалов определялось по формуле:

R = , (1.5)

где - теплопроводность, Вт/(м·К); - толщина слоя, м.

Значения показателей толщины, теплопроводности и термического сопротивления для всех образцов тканей до и после трёхкратной химической чистки представлены в таблице 1.5.

Таблица 1.5

Значения показателей толщины, теплопроводности и термического сопротивления образцов тканей до и после химической чистки [8]

Наименование материала	Толщина, , мм	Теплопроводность, , Вт/(м·К)	Термическое сопротивление, R, м2К/Вт
	до	после	до	после	до	после
Ткань пальтовая Ткань плащевая Ватин ? синтетический ? шерстяной х/б Синтепон Подкладка	1,62 0,37 2,21 1,34 1,59 1,60 0,20	1,64 0,40 2,15 1,50 1,56 1,48 0,20	0,088 0,076 0,076 0,053 0,067 0,062 0,130	0,101 0,126 0,093 0,079 0,077 0,079 0,143	0,018 0,005 0,029 0,025 0,024 0,026 0,002	0,016 0,003 0,023 0,019 0,20 0,019 0,001

Снижение термического сопротивления исследуемых материалов в результате действия химической чистки свидетельствует об ухудшении теплозащитных свойств исследуемых материалов.

На кафедрах «Моделирование, конструирование и дизайн» и «Материаловедение» ЮРГУЭС проводились исследования влияния химической чистки и стирки на материалы и пакеты материалов пухового изделия. При этом определялись изменения линейных размеров, массы, воздухопроницаемости и толщины пакетов. Для проведения экспериментов были изготовлены образцы пакетов материалов, в состав которых включены различные по характеристикам ткани, представленные в таблице 1.6.

Таблица 1.6

Характеристика исследуемых материалов

Наименование материала	Артикул	Толщина , мм	Волокнистый состав	Поверхностная плотность, г/м2
Плащевая	82270	0,5	ВПЭФ - 67 % ВХ - 33 %	106
Плащевая	52185 ДС	0,65	НК - 100 %	57
Подкладочная	52005	0,2	НК - 100 %	45
Подкладочная	42519	0,1	Н Вис НК	83
Перкаль (прокладка)	7021А	0,2	Х/Б	100

Пробы пакетов, различающиеся между собой тканями верха, подвергались действию сухой чистки тетрахлорэтиленом (перхлорэтиленом) с использованием промышленных машин для химической чистки. Результаты испытаний проб пуховых пакетов отражены в таблице 1.7.

Таблица 1.7

Влияние химической чистки на массу, линейные размеры, толщину, воздухопроницаемость пуховых пакетов

Артикул ткани верха	Количество химчисток	Масса, г	Линейные размеры, мм	Толщина, мм	Воздухо-проницае-мость, дм3/м2с
			длина	ширина
82273	0	84,4	521	176	26,1	7,0
	1	79,3	519	175	18,5	8,3
	2	78,4	498	170	-	-
	3	77,8	494	169	-	-
	4	77,7	490	168	-	-
	5	77,7	485	168	19,8	9,5
52460	0	64,2	522	176	18,5	12,8
	1	60,0	512	175	18,2	11,8
	2	58,6	501	169	-	-
	3	58,3	493	169	-	-
	4	58,2	487	168	-	-
	5	58,1	477	168	17,5	14,0

Пакеты образцов пуховой одежды включают различные ткани, имеющие разнородный волокнистый состав. Химчистка оказывает влияние на изменение воздухопроницаемости тканей, входящих в состав пакета. Так, например, воздухопроницаемость тканей верха и подкладочной ткани значительно возрастает, а воздухопроницаемость прокладочной ткани перкаль «А» артикула 7021 уменьшается. Такое влияние химической читки на ткани из синтетических нитей и в смеси с другими волокнами объясняется исчезновением пропиток этих тканей, а уменьшение воздухопроницаемости хлопчатобумажных тканей, к которым относится прокладочная ткань, объясняется увеличением плотности нитей за счёт усадки.

Рассматривая влияние химчистки на пакеты пуховой одежды, можно отметить, что химическая чистка незначительно влияет на воздухопроницаемость пакетов, и её числовые значения находятся в допустимых пределах для теплозащитной одежды. Анализируя изменение массы пуховых пакетов, можно отметить, что значительное уменьшение массы пакетов происходит в результате первых трёх химических чисток. Увеличение воздухопроницаемости тканей верха и прокладки происходит также в результате проведения первых чисток, а, следовательно, оторвавшиеся мельчайшие частицы утеплителя имеют наибольшую вероятность проникновения через покровную ткань и подкладку. При использовании повторных чисток масса пакета практически не изменяется. Наиболее резкое уменьшение толщины проб пуховых пакетов происходит после первой химчистки, что связано с уменьшением массы проб исследуемых пакетов. Повторные чистки незначительно влияют на изменение массы. Отсюда следует, что с изменением толщины пакета материалов будет происходить изменение теплопроводности и термического сопротивления исследуемых пакетов, что должно учитываться при проектировании пуховой одежды.

Исходя из того, что пух водоплавающих птиц, применяемый при изготовлении теплозащитной одежды, относятся к натуральному природному дорогостоящему материалу, должна быть предусмотрена возможность повторного использования перопуховой массы. Перо и пух водоплавающих птиц - износостойкий материал. В отличие от традиционных утепляющих материалов, износ которых происходит одновременно с другими текстильными материалами, формирующих пакет, пух и перо могут быть использованы повторно [113]. Возникает необходимость изучения микроструктуры перопуховой массы, бывшей в употреблении, а также неоднократно подвергавшейся действию стирки и химической чистки. Представляет также интерес исследование перопуховой массы, которая длительное время находилась в сжатом состоянии. Изучение этого вопроса является актуальным при проектировании специальной теплозащитной одежды и снаряжения, которые длительное время хранились свёрнутыми в ограниченном объёме и распаковывались в аварийных ситуациях.

Отличие внешнего вида перопуховой массы, долгое время хранившейся в сжатом состоянии, и свежего пуха и пера заметно даже при визуальном обследовании. Свежее перо имеет изогнутый гибкий стержень с ориентированными бородками, пух представляет собой ядро (небольшая ость), из которого радиально во все стороны расходятся «бородки», не скреплённые между собой. Пух и перо представляют отдельные частицы, взаимное переплетение «бородок» отсутствует, чем обусловлено образование рыхлой малоупорядоченной структуры утеплителя. Свежее перо и пух имеют матово-белый цвет. Перо и пух, которые длительное время хранились в сжатом состоянии, по цвету не отличаются от свежих составляющих перопуховой массы, но сразу после распаковки её объёмность снижена, изогнутость стержня пера повышена. С течением времени перо и пух приобретают прежний вид. Пух и перо, неоднократно используемые при изготовлении швейных изделий, отличаются как по внешнему виду, так и по цвету. У большинства перьев отсутствует часть «бородок», а стержни перьев имеют повышенные изгибы и даже изломы.

Таким образом, грамотный подбор материалов одежды специального назначения должен выполняться с учётом определения влияния на них факторов окружающей среды и производственных условий, оказывающих влияние на физико-механические и химические свойства материалов, используемых при формировании пакетов одежды. Это позволит научно обоснованно решить вопросы по проектированию одежды, обеспечивающей комфортные условия эксплуатации, и минимизировать влияние негативных факторов окружающей среды на организм человека. Рассмотренные в работе способы обработки перопухового сырья водоплавающих птиц: мойка с использованием различных компонентов моющих средств и его озонирование, будут способствовать снижению содержания микроорганизмов и уменьшению силы запаха, что будет значительно улучшать потребительские свойства как утеплителя, так и изделия в целом.



Глава 2. Проектирование специальной одежды

2.1 Принципы разработки пакетов материалов для шумозащитной одежды специального назначения

Современная техника развивается в направлении увеличения мощности оборудования, возрастания скоростного режима, и, естественно, это ведёт к появлению больших динамических нагрузок, что, в свою очередь, определяет интенсивность шума.

В борьбе с такими негативными явлениями требуется особое внимание, так как ослабление шумов в промышленности весьма улучшает условия труда, увеличивает работоспособность, благоприятно сказывается на здоровье людей. Именно поэтому научные исследования в этой области весьма активизировались в последнее время.

К числу основных задач, направленных на решение данной проблемы, относятся:

- совершенствование оборудования и создание техники, работающей с меньшим шумом;

- изоляция оборудования, создающего повышенный шум;

- разработка средств, защищающих человека от шума.

По каждой из вышеперечисленных задач проводятся соответствующие исследования, причём по первым двум в бльших объёмах и более активно. Мы сосредоточим внимание на третьем направлении.

В соответствии с системой стандартов безопасности труда для обеспечения функционального состояния человека, его работоспособности в течение всего трудового цикла, предохранения работника от опасных и вредных условий производственной среды используют средства индивидуальной защиты (СИЗ) [1].

Следует отметить, что на промышленных предприятиях негативное воздействие шума усугубляется наличием других неблагоприятных воздействий: высокие и низкие температуры, ветер [2, 3].

Шумовое воздействие на организм человека приводит к разнообразным негативным явлениям: к снижению работоспособности и производительности труда, к появлению профессиональных заболеваний и, в конечном счёте, проявляющимися в сокращении продолжительности жизни.

Уровень шумового воздействия на человека может изменяться в очень широких пределах, как это следует из приводимого ниже перечисления эквивалентного уровня шума (дБ) [4]:

Турбореактивный самолёт.......... 155-158

Шелест листьев .............................. 10

Волновые колебательные явления, действующие на тело человека, вызывают попеременное давление и растяжение ткани, распространяющееся во все стороны в виде волнообразного движения. Быстрота и интенсивность этого движения подчиняется физическим законам распространения колебаний в средах различной упругости. При различных характеристиках распространение колебаний обусловливается степенью демпфирования тканей [4].

Анализ средств индивидуальной защиты от шума

Мероприятия по уменьшению воздействия на человека такого вредного производственного фактора, как шум, можно разделить на три группы. Все они относятся к методам коллективной защиты [5]:

1) меры законодательного характера;

2) внедрение автоматического и дистанционного управления оборудованием, изменение технологии с заменой оборудования на менее шумное;

3) меры биологической профилактики.

В некоторых случаях средств коллективной защиты оказывается недостаточно, и тогда своё применение находят средства индивидуальной защиты человека.

В соответствии с ГОСТ 12.4.051-98 [5] противошумы (антифоны) обеспечивают необходимое снижение уровней шума, не ухудшая восприятия разговорной речи, не вызывая раздражения кожи, слухового канала уха, не оказывая чрезмерного давления на ушную раковину. При выборе средств индивидуальной защиты от шума необходимо учитывать интенсивность и характер спектра шума на производстве, а также вид деятельности работников. При воздействии шумов с уровнями свыше 120 дБ вкладыши и наушники не оказывают необходимой защиты, так как шум непосредственно через кости черепа и позвоночника проникает в головной и спинной мозг. Звуковые колебания могут восприниматься не только непосредственно ухом, но и через костную систему (явление костной проводимости) [3]. Если при невысоких уровнях шума передача за счёт костной проводимости мала, то при высоких уровнях она значительно возрастает и усугубляет вредное воздействие шума [5]. Кроме того, тело человека способно воспринимать звуки, выступая как система звукопоглощения (табл. 2.1) [4].

Таблица 2.1

Коэффициент звукопоглощения некоторых объектов исследования

Наименование объекта наблюдения	Коэффициент звукопоглощения при различных частотах звука
	128 Гц	256 Гц	512 Гц	1024 Гц	2048 Гц	4096 Гц
группа людей в помещении	0,72	0,89	0,95	0,99	1,0	1,0
человек в помещении отдельно от других	0,35	0,41	0,42	0,46	0,49	0,49

Табличные данные наглядно показывают: ткани тела человека являются хорошими звукопоглотителями, что с точки зрения медицины свидетельствует о необходимости серьёзной защиты человека.

В этом случае рекомендуется применять шлемы и специальную противошумную одежду, которая предохранит от воздействия шума не только слуховой канал уха и поверхность головы, но и другие органы. Однако такая одежда пока не производится.



Анализ акустических свойств текстильных материалов

Задача формирования рационального пакета материалов для проектирования специальной одежды обусловлена отсутствием универсальных тканей. Каждый слой такого пакета должен выполнять определённую функцию.

Защитные, эксплуатационные и гигиенические свойства специальной одежды во многом определяются материалами, из которых она изготовляется.

Свойства, характеризующие отношение материалов к звуку, называются акустическими. Звукоизолирующие и звукопоглощающие свойства текстильных материалов являются наиболее важными акустическими свойствами [6].

Потеря звуковой энергии на поглощение вызывается, главным образом, трением, обусловленным вязкостью воздуха при колебаниях в порах материала. Поэтому для эффективного поглощения звука материал должен обладать пористой структурой, поры должны быть открыты и соединяться между собой, чтобы не препятствовать проникновению звуковой волны в толщу материала [7].

Акустические свойства текстильных материалов начали изучать лишь недавно и то только применительно к строительству для улучшения звучания в театрах, концертных залах, студиях, аудиториях.

Сотрудники Центрального НИИ комплексной автоматизации лёгкой промышленности (ЦНИИЛКА) провели исследования шумозаглушающих свойств чистольняных и льносодержащих тканей и текстильных обоев отечественного производства в диапазоне частот 31,5-8000 Гц.

Изучены материалы, которые в настоящее время используются для изоляции мотоотсеков, капотов и кожухов автомобилей, тракторов, конструкций машинных компрессоров, оборудования для пищевой и фармацевтической промышленности, компьютеров и офисного оборудования и в других областях, где требуется уменьшение воздушного шума [8].

Для шумозащиты в некоторых отраслях промышленности используются также прокладочные материалы, в большинстве случаев нетканые из синтетических волокон. Например, из отходов ацетатных полиэфирных нитей и тканей, а также отходов полиамидных нитей [9].

В авиастроении широко применяются материалы, выработанные из отходов восстановленной шерсти и вискозного волокна (ТУ 409-90) и прокладочных материалов, изготовленных на основе ПВХ-волокон и отходов полиэфирных нитей.

Процесс проектирования рациональной шумозащитной одежды возможно разделить на отдельные составляющие: соответствие гигиеническим требованиям, антропометрическим, психофизиологическим.

Акустические свойства текстильных материалов

Разработка методики эксперимента по изучению акустических свойств текстильных материалов

Выбор материала является одним из важных параметров процесса проектирования специальной одежды. Звукоотражающие и звукопоглощающие свойства текстильных материалов являются наиболее существенными их акустическими свойствами. Они оказывают непосредственное влияние на подбор материалов в пакет.

При падении звуковой волны на преграду (в нашем случае защитный костюм) часть энергии отражается, часть проникает в неё. Некоторое количество энергии поглощается, а остальное - излучается на другую сторону преграды (рис. 2.1).

Рис. 2.1. Схема распределения звуковой энергии при встрече с препятствием

Коэффициент звукопоглощения - =U_пог/U; (2.1)

Коэффициент отражения - =U_отр / U; (2.2)

Коэффициент звукопроводности - =U_пр / U, (2.3)

где U_пог - поглощённая энергия; U_отр - отражённая энергия; U_пр - энергия, проникшая через преграду; U - энергия падающей на преграду звуковой волны.

U= U_пог+ U_отр + U_пр. (2.4)

Проблема уменьшения воздействия шума при использовании текстильных материалов распадается на две задачи:

- уменьшение проникания звуковой энергии;

- увеличение звукопоглощающей способности защитного устрой-ства (ЗУ).

При проведении работ по определению акустических свойств текстильных материалов необходимо установить способность материалов пропускать через себя звуковые волны. Очевидно, что способность уменьшить силу звука, прошедшего через материал или пакет материалов, будет являться показательной для обоснованного проектирования и шумозащитных накладок, и специальной одежды в целом.

Определение отражённой звуковой энергии, коэффициента звукоотражения , поглощённой энергии и коэффициента звукопоглощения представляет собой значительные трудности. Но для нашего исследования выделение этой составляющей не требуется, так как для решаемой задачи всё равно, куда уходит энергия шума, лишь бы она не доходила или доходила в незначительном количестве до защищаемого тела человека.

Звукопроводность и звукопоглощение зависит от поверхностной плотности (кг/м²) и толщины слоя защиты d (м).

Так как падающая энергия может быть отражена, поглощена или пропущена ЗУ, то общая сумма

U_погл / U_пад + U_отр/ U_пад + U_пр / U_пад = 1 (2.5)

или

+ + = 1. (2.6)

Из выражения (2.5) отношение U_пр / U_пад обозначает часть звуковой энергии, дошедшей до человека. Ясно, что в случае U_пр / U_пад = 0 звуковой нагрузки на тело человека не происходит, и к этому нужно стремиться, создавая защитную одежду.

Назовём оставшуюся сумму U_погл / U_пад + U_отр / U_пад коэффициентом защиты К_U. Эта часть звуковой энергии не доходит до тела и подлежит внимательному изучению.

Из выражения (2.5) следует:

К_U=1- U_пр / U_пад, 0 ? К_U ? 1. (2.7)

U_пр = 0 - звуковая энергия до человека не доходит, и К_U=1 - абсолютная защита. Но на практике этот результат сложно получить. Подойти к определению К_U можно, изучив влияние свойств защитного слоя на ослабление потока звуковой энергии, прошедшей через толщину защитного слоя, который в случае проектирования одежды принято называть пакетом материала одежды.

Схема исследования может быть следующей.

Поток энергии U_пад, замеренный непосредственно у источника или на расстоянии слабого затухания, сопоставляется с энергией волны, прошедшей сквозь защитный слой U_пр.

Техническое обеспечение и проведение эксперимента по определению акустических свойств текстильных материалов

Для определения акустических свойств материалов, пакетов материалов, применяемых для изготовления защитной одежды, была разработана установка, состоящая из шумомера ВШВ-003 (измеритель шума и вибрации: паспорт 5Ф2 745.009ПС), генератора сигналов низкой частоты Г3-118, звукоизолирующего контейнера и угольного микрофона МК-10 (прибор для преобразования акустических колебаний среды в электрические).

На разработанную установку получен патент на полезную модель № 62251 «Устройство для измерения акустических параметров текстильных материалов».

Измеритель ВШВ-003, входящий в состав установки, предназначен для измерения и частотного анализа параметров шума и вибрации, может применяться для исследования шумов и вибраций в жилых и производственных помещениях; измерения и анализа шума и вибрации в промышленности при разработке и контроле качества изделий [10]. Прибор входит в агрегатный комплекс средств измерения вибрации (АСИВ) и может работать в лабораторных, производственных и полевых условиях. Прибор по метрологическим параметрам и техническим характеристикам соответствует 1 классу точности по ГОСТ 17187-81 [11] и 10 классу по ГОСТ 16826-71 [12]. По устойчивости к климатическим воздействиям измеритель ВШВ-003 соответствует 4 группе по ГОСТ 22261-82 для температур от -10 до +50 °С.

В разработанном нами приборе звукоизолирующий контейнер представляет собой коробчатую структуру из металла с двумя отверстиями на противоположных плоскостях. В одно из отверстий вмонтирован динамик, к которому по проводу от генератора поступает звуковой сигнал.

Образец вырезается из куска материала или, в случае определения акустических параметров пакетов материала, из материалов, входящих в пакет. Образец размером 100 ? 100 мм помещается на плоскость контейнера над отверстием.

Посредством системы генератор-динамик, настроенной на заданную частоту, в звукоизолирующей коробке возбуждается стоячая волна с периодически повторяющимися максимумами и минимумами звукового давления. Над отверстием изолирующего контейнера мощность звуковой волны фиксируется микрофоном. Отличие величины мощности звукового сигнала на шкале шумомера после прохождения через образец и мощности звукового сигнала от генератора есть искомый параметр для характеристики акустических свойств текстильных материалов.

Над вторым отверстием (диаметром 15 мм) на расстоянии 20 мм располагается микрофон (рис. 2.2).

Рис. 2.2. Устройство для определения акустических свойств

текстильных материалов

Особенностью разработанной и предложенной к практическому использованию установки является возможность определения мощности звука, прошедшей через образец материала, как через препятствие.

В таблице 2.2 приведены значения К_U для некоторых материалов, полученные после проведения серии экспериментов на разработанной установке.



Таблица 2.2

Коэффициент защиты К_U для некоторых текстильных материалов на различных частотах

Состав и характеристики материала	Коэффициент защиты КU текстильных материалов при различной частоте звука, Гц
	128	256	512	1024	2048	4096
Х/б, 350 г/м2	0,03	0,04	0,11	0,17	0,24	0,35
Х/б, 500 г/м2	0,04	0,07	0,13	0,22	0,32	0,35
Х/б, 500 г/м2, задрапирована на 7/8 площади	0,03	0,12	0,15	0,27	0,37	0,42
Та же ткань, задрапирована на 1/2 площади	0,07	0,31	0,49	0,81	0,66	0,54
Та же ткань, задрапирована на 3/4 площади	0,05	0,23	0,4	0,57	0,53	0,4

Исследование акустических свойств текстильных материалов

Каждый образец ткани и пакет материалов подвергался испытанию три раза в диапазоне звуковых частот 500, 1000, 3000 Гц. Были проведены исследования акустических свойств образцов тканей и материалов, пакетов материалов различного назначения и волокнистого состава.

В результате эксперимента выявлено, что направление нити основы не оказывает решающего значения на шумопоглощающие свойства материалов (разница измерений составляет 0,2-0,6 дБ). Наличие на образцах швов, отделочных строчек, ориентация образцов «лицо-изнанка» на результатах исследования не отразилось, поэтому данные факторы в исследованиях не учитывались.

В результате анализа данных было выявлено, что:

- ткани и другие материалы большей толщины и плотности обладают большей способностью к шумопоглощению;

- прорезиненные ткани и материалы, материалы с плёночным и водоотталкивающим покрытием имеют незначительное шумопоглощение на низких и средних частотах и относительно высокое при частоте звука свыше 2000 Гц (7,5-21 дБ в зависимости от плотности);

- коэффициент К_U зависит от толщины материала, его плотности и частоты звука;

- низкие тоны поглощаются материалами хуже, чем высокие;

- самые высокие результаты шумопоглощения (от 13 до 18 дБ на частоте 3000 Гц).

Выявлены у следующих тканей верха:

а) лидер-комфорт-250 (20 % ПЭ, 80 % х/б) - 1,7; 3,4; 3,5 дБ;

б) грета-М (53 % х/б, 47 % ПЭ) - 1; 2,4; 13 дБ;

в) лидер 210 (67 % ПЭ, 33 % х/б) - 1,2; 2,2; 11 дБ;

г) вельвет (100 % вискоза) - 0,8; 4; 18 дБ;

д) сheltnger (60 % х/б, 40 % ПЭ) - 0,8; 6; 18 дБ;

е) titan reqular (55 % ПЭ, 45 % х/б) - 1,4; 5,6; 18,9 дБ;

ж) сoverstat-RW (68,7 % х/б, 6 % ПЭ, 0,7 % спец. нить) - 1,4; 5,6; 19 дБ;

тканей подкладки:

а) фланель (100 % х/б) - 1; 1,5; 9 дБ;

б) флис (60 % ПЭ; 40 % х/б) - 0,8; 1,1; 7,9 дБ;

утепляющего подкладочного материала:

а) ватин (100 % шерсть) - 7,6; 14,5; 21,5 дБ;

б) шерстон (85 % шерсти, 15 % х/б) - 3,5; 7; 21 дБ.

Основываясь на данных [2], снижение шума на 10-16 дБ в диапазоне частот от 31,5 до 8000 Гц является весомым результатом звукопоглощения для текстильных обоев и тканей в один слой. Например, у берушей снижение шума составляет 7-32 дБ на частотах 125-8000 Гц.

Анализ проверенных тканей показал, что большая часть из них обладает высокой плотностью и состоит из смеси полимерных и х/б волокон и нитей.

Как известно, в полимерных материалах, текстильных нитях и химических волокнах происходит явно выраженный процесс затухания звуковых волн при воздействии звуковых напряжений. В реальных условиях эксплуатации волокна нити подвергаются воздействию различного рода напряжений, прикладываемых в произвольном направлении относительно оси структуры. Причём коэффициенты, характеризующие акустические свойства, сложным образом зависят от строения, структуры, химической природы волокна [12].