CC BY
8
ОБОСНОВАНИЕ РАЗВИТИЯ ТЕРМОУПРУГИХ КОНСТРУКЦИЙ В ПРОЕКТИРОВАНИИ ЗАЩИТНОЙ ОДЕЖДЫ Черунова Ирина Викторовна, д.т.н., профессор Ковалева Алена Александровна, аспирант Институт сферы обслуживания и предпринимательства (филиал) Донского государственного технического университета в г.Шахты
В статье представлено обоснование требований к конфекционирова-нию материалов для условий критических воздействий Арктического климата на человека с учетом задач стратегических направлений экономического развития Российско Федерации. Установлены механизмы восстановления формы деформируемых поверхностей за счет возможностей современных материалов с «памятью формы». Разработана концепция для создания алгоритма проектирования теплозащитной одежды на основе возможностей современных материалов с «памятью формы».
При исследовании защитной одежды необходимо уделить особое внимание защите человека от воздействия низких температур. Это становится особенно актуальным в связи с утверждением Стратегии развития арктической зоны Российской Федерации до 2020 года [1].
В рамках исследований теплозащитной одежды следует учитывать состояние человека, работающего в зоне пониженных температур за пределами полярного круга. Большой проблемой является акклиматизация человека при резкой смене климатических условий, в результате которой у людей наблюдаются различные заболевания сердечнососудистой системы, патологические изменения в легких, гипокинезия, гиповитаминозы.
■ Некоторые инфекционные и 102 паразитарные болезни
б^д ■ Новообразования
171,1
83,9,
272,5
Болезни крови и кроветворных органов
■ Болезни эндокринной системы
38,3
■ Психические расстройства и расстройства поведения
■ Болезни нервной системы
146,6
535,8
I Болезни глаза и его придаточного аппарата I Болезни уха и сосцевидного отростка Болезни системы кровообращения
Рисунок 1 - Диаграмма общей заболеваемости населения, зарегистрированная в системе здравоохранения ЯНАО по классам болезней (все население ЯНАО)
По данным, взятым из доклада о состоянии здоровья и организации здравоохранения в Ямало-ненецком автономном округе (ЯНАО) за 2014
год, была разработана составлена диаграмма общей заболеваемости людей [2].
Из рисунка 1 наглядно видно, что на первом месте идут болезни, органы дыхания выбросила. Они к статье не лепятся которые неразрывно связаны с постоянной работой в условиях низких температур.
Одним из пунктов Стратегии развития арктической зоны Российской Федерации является разработка материалов, адаптированных к природно-климатическим условиям Арктики: экстремально низким температурам, сильным ветрам и воздействию морской воды [1].
В течение порядка трех часов работники должны находиться на открытом воздухе вне зависимости от метеорологических условий [3]. Для защиты работников от воздействия низких температур используется теплозащитная одежда, которая выполнена из различных материалов, сформированных в теплозащитный пакет, от состава и свойств которых зависит защитная функция всей одежды. Вариант структуры пакета материалов для теплозащитной одежды представлен на рис.2.
Рисунок 2 - Вариант структуры пакета материалов для теплозащитной
одежды
В качестве материалов внешнего слоя могут быть использованы ткани как хлопчатобумажные, так и смешанные с различной отделкой, а также ткани, содержащие арамидные волокна, антистатические нити и др. Внут-ренний—слой (слои) является утеплителем. Последний Слой, замыкающий пакет материалов верхней одежды со стороны тела человека - это подкладка, обеспечивающая комфорт при взаимодействии с телом человека.
Многослойная одежда с объемными утеплителями при эксплуатации теряет форму и заданный внутренний объем, снижая теплозащитные свойства изделия. Поэтому актуальным является обеспечение рационального пакета материалов, сохраняющих/возвращающих в исходное положение свои геометрические параметры после снятия деформирующей нагрузки. Этими свойствами обладают полимеры и полимерные конструкции с термоупругими свойствами, проявляющими эффект «памяти формы». Сферы применения таких материалов достаточно широки (рис. 3).
(
материалы с памятью формы
Рисунок 3 - Схема применения материалов с памятью формы
Самое большое распространение получили материалы, используемые в медицине. В швейном производстве полимеры с «памятью формы» используются достаточно мало. В связи с этим исследование таких материалов и возможность применения их при изготовлении одежды, защищающей от воздействия неблагоприятных условий, является актуальным.
Существует три варианта достижения эффекта памяти формы в полимерах [4]:
1) Начальная форма получается путем формирования из расплава или жидкого субстрата.
2) Использование полимеров с реверсивной формой, управляемой фото- или электрическими реакциями полимеров.
3) Использование полимерных материалов, у которых эффект памяти формы контролируется химическими реакциями.
Следовательно, установлены следующие пути придания термоупругих свойств пакету материалов:
1) Применение специальных нанопокрытий для верхнего слоя теплозащитного пакета. Это пленки из полимеров с широким температурным диапазоном.
2) Применение нанопластин, встраиваемых как еще один слой в теплозащитный пакет. Это пластины из полимерных композитных материалов с широким температурным диапазоном.
Широкий температурный диапазон формирует проблемы расслаивания многослойных покрытий, возникновения в них температурных напряжений. Одним из отрицательных моментов таких покрытий является концентрация напряжений в местах резких изменений геометрии тела и нагрузок, поэтому такие покрытия целесообразно изготавливать из функционально-градиентных покрытий, состоящих из многофазных композитов, которые непрерывно изменяют процентное количество составляющих своих фракций по объему материала [5].
Таким образом, для разработки алгоритма проектирования теплозащитной одежды, ориентированной на решение частных задач стратегии разви-
тия арктической зоны, обоснована и предложена концепция, представленная на рисунке 4.
Ветер
р сила сопротивления материалов с покрытиями, восстанавливающими деформированную форму
Рисунок 4 - Концепция для разработки алгоритма проектирования теплозащитной одежды с повышенными противодеформационными свойствами
Согласно предложенной концепции (рис. 4), сила сопротивления материалов, восстанавливающих деформированную ветром и механическими воздействиями форму, обеспечивает быстрое возвращение исходных параметров одежды, обеспечивая её термоупругие свойства. При этом необходимая термоупругость обеспечивается специальными нанопокрытиями и внедрением нанопластин из композитов, обладающих термоупругими свойствами.
Список литературы
1. Стратегия развития арктической зоны Российской Федерации и обеспечения национальной безопасности на период до 2020 года (утв. Президентом РФ) [Электронный ресурс]. - 2013. - Редим доступа: http://www.consultant.ru/ document/ cons_doc_LAW_142561/ - Загл. с экрана.
2. Доклад о состоянии здоровья и организации здравоохранения в Ямало-ненецком автономном округе (ЯНАО) за 2014 год [Текст]// Доклад Департамента здравоохранения Ямало-ненецкого автономного округа. - Салехард, 2015. - 165 с.
3. Режимы труда и отдыха работающих в холодное время на открытой территории или в неотапливаемых помещениях [Текст]: Боллютень нормативных и методических документов Госсанэпиднадзора. - Введ. 2006 - 11 - 01. - М.: Роспотребнадзор, 2006.
4. Каюмов, Р.А. Математические модели поведения полимерного материала с «памятью формы» / Р.А. Каюмов, И.В. Строганов, В.Ф. Строганов, А.Т. Мухаметешин // Строительные материалы и изделия. - 2009. - № 2. - С. 250-256.
5. Айзикович С. М. Аналитические решения смешанных осесимметричных задач для функционально-градиентных сред [Текст]/ С.М. Айзикович, В.М. Александров [и др.] -М.: ФИЗМАТЛИТ, 2011. - 192 с.
