CC BY
9
удк 677.01
н.м. защепк1на
Нацюнальний техшчний ушверситет Укра!ни «Кшвський полiтехнiчний шститут»
н.р. терентьева
Кшвський нацюнальний ушверситет технологш та дизайну
РОЗРОБКА ТА КОНТРОЛЬ ЯКОСТ1 МАТЕР1АЛ1В ДЛЯ ЗАХИСТУ
ЛЮДИНИ В1Д Д11 ПИЛУ
У cmammi розглянуто вплив пилу на здоров'я людини, запропоновано використовувати для захисту eid пилу маски, виготовленi з текстильних матерiалiв. Розроблет, до^джеш матерiали для виготовлення масок, проведенi дослiдження, виготовленi готовi вироби та проведений контроль ix якостi.
Ключовi слова: пил, до^дження, контроль, яюсть, матерiали, чарунка, маска.
Н.Н. ЗАЩЕПКИНА
Национальный технический университет Украины «Киевский политехнический институт»
Н.р. тереНтьевА
Киевский национальный университет технологий и дизайна
РАЗРАБОТКА И КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ ЗАЩИТЫ ЧЕЛОВЕКА ОТ ВОЗДЕЙСТВИЯ ПЫЛИ
В статье рассмотрено влияние пыли на здоровье человека, предложено использовать для защиты от пыли маски, изготовленные из текстильных материалов. Разработаны, исследованы материалы для изготовления масок, проведены исследования, изготовлены готовые изделия и произведен контроль их качества.
Ключевые слова: пыль, исследование, контроль, качество, материалы, ячейка, маска.
N.N. ZAZHCHEPKINA
National technical University of Ukraine "Kyiv Polytechnic Institute"
N.R. TERENTIEVA
Kyiv national University of technologies and design
DEVELOPMENT AND QUALITY CONTROL OF MATERIALS FOR PROTECTION FROM THE EFFECTS OF DUST
In this paper, the influence of dust on human health, it is proposed to use for protection against dust a mask, made from textile materials. Developed, researched materials for making masks, studies made of the finished product produced and their quality control.
Key words: dust, research, control, quality, materials, cell, mask.
Постановка проблеми
Стан повггря навколишнього середовища завдае непоправно! шкоди органам дихання людини. Небезпечш речовини можуть бути у форм1 твердих або рщких аерозольних часток, газ1в, пар1в або випар1в. Чим менше розм1р частинок пилу, тим довше вони знаходяться в повггр1 у зваженому сташ i тим вище ймов1ршсть того, що вони проникнуть в легеш.
Дуже небезпечш дрiбнодисперснi частинки пилу, яш здатш проникнути в легеш i, маючи дуже велику площу контакту з тканиною легень, здатш швидко i у великш кiлькостi всмоктуватися, викликаючи iнтоксикацiю органiзму. Ураження верхнiх вщдшв дихального апарату пилом пов'язують з наявшстю в ньому лiберину i гiстамiну, якi спричиняють вивiльнення медiаторiв запалення з тканинних базофiлiв i виникнення реакцп запалення неiмунноl форми (атошчно!).
Основним чинником до пилу на оргашзм е хiмiчний склад пилових часток. Вмют у них таких елеменлв, як свинець марганець, фтор, а також токсичних оргашчних сполук, надае пилу властивостi виробничо! отрути. Залежно в1д сво!х фiзико-хiмiчних властивостей пил спричиняе алергенну, мутагенну, канцерогенну i подразнюючу дiю, а також радюшдукцшний ефект.
Тому людиш потрiбен захист вiд дЦ пилу. Таким захистом е маска, виготовлена iз текстильних матерiалiв.
Зг1дно з EN 132 i номенклатури складових частин EN 134 Маскою називаеться лицева частина, що покривае шс, рот, пiдборiддя i забезпечуе достатне iзолювання обличчя користувача З1ЗОД ввд навколишньо! атмосфери за передбачуваних умов використання у разi волого! або сухо! шшри обличчя, пiд час рухiв голови i розмови.
У загальному випадку фiльтруючi матерiали для захисту органiв дихання людини повиннi мати так1 властивостг
• високу ступiнь уловлювання твердих частинок;
• в деталях масок класу 2 i 3, яш можуть зазнати удару, повинно бути зведено до мшмуму ви-користання алюмiнiю, магнш, титану або сплавiв, що мiстять таку кiлькiсть цих металiв, яка може пвд час удару i виникнення iскри бути причиною займання горючих газових сумшей;
• стiйкiсть до температури;
• стшшсть до теплового випромiнювання;
• використаш матерiали повиннi витримувати дш чистильних i дезiнфiкуючих засобiв та процедур;
• кра! будь-яко! частини маски, що можуть вступати в контакт з користувачем, не повинш мати гострих крайок або ввдгалужень;
• легкость надягання i зшмання наголовного гарнiтуру;
• висока мщшсть;
• розтягувальне навантаження (50 Н);
• у разi випробовування негативним тиском 10 мбар змша тиску пiд маскою протягом 1 хв не повинна перевищувати 10 мбар;
• матерiали, що можуть контактувати зi шкурою користувача, не повиннi бути причиною подразнення або чинити шший шидливий вплив на здоров'я користувача;
• лицевi частини повинш вщповвдати вимогам:
- одягнена маска повинна щшьно прилягати до контуру обличчя. Подсос випробувально! речовини не повинен перевищувати в середньому 0,05 % об'ему вдихуваного повiтря;
- допустима площа зору.
Було обрано в якосп матерiалу для масок двошаровий трикотаж. Основна вдея роботи полягае в розробщ, теоретичному та експериментальному обгрунтуваннi застосування двошарових трикотажних фiльтрувальних матерiалiв для захисту оргашв дихання людини. Завдяки змiннiй чарункоподiбнiй структурi, а також поеднанню сировини на рiзних шарах трикотажу дозволяе тдвищити комфорт при експлуатацп, фiльтрування вiд макро- та дабнодисперсного пилу.
Формулювання мети дослщження Метою дослiдження е розробка i контроль трикотажних матерiалiв функцiонального призначення з прогнозованими властивостями, оцiнка споживчих властивостей (функцiональностi) розроблених зразк1в зi змiнною чарункоподiбною структурою для захисту оргашв дихання людини.
Методи дослвдження включають в себе аналiтичне узагальнення ввдомих наукових i технiчних результата, стандартнi методики дослiдження властивостей текстильних матерiалiв, аналiзу результатiв експерименту, обробку експериментальних даних методами математично! статистики.
Виклад основного матер1алу дослiдження Для виготовлення двошарового трикотажного полотна нами було обрано: круглов'язальну двофонтурну машину «БентМ», яка призначена для вироблення полотна ластичним, дволастичним, пресовим, жакардовим та комбшованим переплетеннями. Машина мае 24 в'язальш системи. Кожна система забезпечена ввдбираючим барабаном. Барабан мае 32 ряди горизонтальних отворiв для штифтiв i 48 вертикальних. Сировина - полгпропшенова мультифшаментна комплексна нитка високо'1 мщностг з лшшною густиною 300 денье, розривним навантаженням 3,5 - 5,5 г/денье, подовженням при розривi 20 -60%; вмют УФ стабшзатора 0 - 1%, кiлькiсть пневмоз'еднань 10 - 45 шт/м. Пряжа для машинного в'язання:склад пряж1 бавовна 34%, льон 33%, вюкоза 33%, номiнальна лiнiйна густина пряж1 29 текс, коефiцiент крутки 44,5,ввдносне розривне навантаження 11,7 сН/текс.Було виготовлено маски, яш захищають обличчя людини. Процес ввдведення вологи, антибактерiальна обробка та збереження нормально! температури тша див. рис.1.
© ©
®
Рис. 1 Процес в1дведення вологи, аитибактер1альиа обробка та збереження нормально!' температури: А — шкчра людини, В — внутршнш шар маски,С — зовтштй шар, 1 — в1дведення вологи на зовн1шн1й шар, 2 — антибактер1альна обробка,
3 — збереження нормально! температури тла
Математичне моделювання впливу параметр1в в'язання на параметри структури бжомпонентного трикотажу. Довжина нитки в петлi залежить безпосередньо вiд глибини кулiрування,
натягу нитки та сили вщтягування полотна. В найбшьшш мiрi на Н значения впливае глибина кулiрування. З метою виявлення характеру впливу змiни заправно! довжини нитки в петлi на показник якосп трикотажу у процесi в'язання змшювалась глибина кулiруваиия шляхом повороту регулювального гвинта на 0,75 оберту.
Середне значення кiлькостi петельних стовчик1в в 100мм трикотажу: заправна довжина нитки в петл грунту, мм. - 5,1/7,1; щшьшсть по горизонтал - 60,8, 60,4, 60,3/50,3, 50,5, 50,2.
При побудовi лшшно! однофакторно! регресшно! моделi застосовуеться метод найменших квадрапв або регресiйний аиалiз. Вивчалась залежшсть кiлькостi петельних стовпчикiв у 100 мм трикотажу ввд заправно! довжини нитки в петлi гладi. Графж залежиостi петельних стовпчишв вiд довжини пем представлений на рис. 2.
Довжина нитки в петл] Рис. 2. Графж залежносп юлькосп петельних стовпчикш вiд довжини нитки в петл
Досл1дження параметр1в петельноТ структури та лшшних розмпрш зразкш трикотажних полотен до та п1сля прання:
- довжина нитки в петлi базового переплетения гладь та ввдповвдно пресового переплетения при середньому рiвнi довжини нитки в петлi зменшилась на 15,09 %;
к1льк1сть петельних стовпчишв на 100 мм при середньому рiвнi довжини нитки в петлi не змiнилась у зразку №1; у зразку № 2 - зменшилась на 1,61%.
- шльшсть петельних рядiв на 100 мм при середньому рiвнi довжини нитки в петлi зменшилась у зразку № 1 на 15,78 %, у зразку №2 зменшилась - на 21,83%.
Це можна пояснити змшою лшшних розмiрiв петель по шириш (А, мм) та висоп (В, мм).
- товщина при середньому рiвнi довжини нитки в петл зросла у зразка № 1 на 3,58 %, у зразка № 2 - не змшилась.
Зменшення довжини нитки в петл^ кшькосл петельних стовпчишв у 100 мм i зб№шення кiлькостi петельних рядiв у 100 мм трикотажу та його товщини пояснюеться усадкою полотна вздовж петельного стовпчика та притяжкою вздовж петельного ряду.
Встановлення математичних залежностей, що описують вплив зм1ни довжини нитки в петл1 на зм1ну лшшних розм1р1в зразкш б1компонентного трикотажу шсля прання. Змiна лiнiйних розмiрiв шсля мокрих обробок встаиовлена у вщповщносп до ГОСТ 30157.0-95, ГОСТ 30157.1-95. На двох квадратних пробах розмiром 150Ч150 мм, що викроенi з полотна за шаблоном, нанесли олiвцем мггки у виглядi квадрату розмiром 100Ч100 мм. Контрольнi вiдстанi мiж мiтками замiрянi з точнiстю до 1 мм. Перед пранням мгтки були обведенi фарбою, що не змиваеться. Проби прали у пральнш машинi при температурi 30 еС. Висушеш та вiдлежанi проби витримали 10 хвилин за нормальних умов, шсля чого вимiряли контрольнi ввдсташ. Далi встановлено величину змiни лшшних розмiрiв та порiвняно отриманi значення з нормативними.
Визначено, що отримаш рiвняння показують, що зi збшьшенням довжини нитки в петлi спостертаеться зменшення лiнiйного розмiру полотна вздовж петельного рядка. При змш довжини нитки в петлi в межах вщ 5,1 мм до 7,1 мм (на 39,2%) вщбуваеться усадка трикотажного полотна вздовж петельного рядка, яка змшюеться: у зразка №1 в межах вш -3,58 мм до 15,24 мм (зменшуеться на 525,32 %); у зразка №2 - вщ 4,81 мм до -0,06 мм (зменшуеться на 101,29 %).
Отримаш рiвняння показують, що зi збшьшенням довжини нитки в петлi спостертаеться зменшення лшшного розмiру полотна вздовж петельного стовпчика. При змш довжини нитки в петлi в межах вщ 5,1 мм до 7,1 мм (на 39,2%) вщбуваеться усадка трикотажного полотна вздовж петельного стовпчика, яка змiнюеться: у зразка №1 в межах вщ -9,00 мм до -8,42 мм (зменшуеться на 167,46 %); у зразка №2 - ввд -6,16 мм до -14,81 мм (зростае на 140,52 %).
Вплив довжини нитки в петл1 на кшьккть петельних ряд1в ^р) у 100 мм трикотажу. Щдрахунок числа петельних рядiв у 100 мм трикотажу здшснювався у напрямку одного петельного стовпчика. Математична обробка даних i побудова графшв залежносп кшькосп петельних рядiв у 100 мм трикотажу ввд змiни довжини нитки в петлi проводилась аналогiчно попередшм розрахункам. Визначено,
що отримаш рiвняння показують, що зi збшьшенням довжини нитки в петлi к1льк1сть петельних рядшв на 100 мм зменшуеться. Це можна пояснити тим, що при збшьшенш довжини нитки в петлi зростае висота петельного ряду. Таким чином, можна зробити висновок, що в одинищ площi розташовуеться менша к1льк1сть петельних рядк1в.При змiнi довжини нитки в петл в межах ввд 5,1 мм до 7,1 мм (на 39,2%) шльшсть петельних рядшв у 100 мм трикотажу тсля його прання змiнюеться: у зразка №1 в межах вщ 96 пет.ряд. до 67 пет.ряд.(зменшуеться на 30,2 % ); у зразка №2 - вщ 92 пет.ряд. до 54 пет.ряд. (зменшуеться на 41,3%).
Вплив довжини нитки в петл1 на кшьккть петельних стовпчишв (N0) у 100 мм трикотажу.
Пвдрахунок числа петельних стовпчишв у 100 мм трикотажу здшснювався у напрямку одного петельного ряду. Математична обробка даних i побудова графшв (рис. 2) залежностi шлькосп петельних стовпчик1в у 100 мм трикотажу ввд змiни довжини нитки в петл проводилась аналогiчно попередшм розрахункам. Визначено, що отриманi рiвняння показують, що зi збiльшенням довжини нитки в петлi кiлькiсть петельних стовпчишв на 100 мм зменшуеться. Це можна пояснити тим, що при збшьшенш довжини нитки в петлi зростае петельний крок. Таким чином, можна зробити висновок, що в одиниш площi розташовуеться менша шльшсть петельних стовпчишв.При змш довжини нитки в петлi в межах ввд 5,1 мм до 7,1 мм (на 39,2%) шльшсть петельних стовпчишв у 100 мм трикотажу тсля його прання змшюеться: у зразка №1 в межах ввд 61 пет.ст. до 50 пет.ст.(зменшуеться на 18 % ); у зразка №2 - ввд 69 пет.ст. до 54 пет.ст. (зменшуеться на 21,7%).
Встановлення математичних залежностей, що описують вплив змши довжини нитки в петл1 на товщину розроблених зразк1в трикотажних полотен шсля прання. Значна к1льк1сть споживчих властивостей трикотажного полотна залежить безпосередньо вщ його товщини. До них належать повггропроникшсть, тепловий опiр, зносостiйкiсть. Товщина полотен визначалась за допомогою товщиномiру при п'яти повторних дослiдах. Середш значення вимiрiв визначались як середне арифметичне.
Визначено, що одержанi рiвняння показують, що зi збiльшенням довжини нитки в петл товщина трикотажного полотна зменшуеться. Це можна пояснити тим, що зi зб№шенням довжини нитки в петлi мiжпетельнi промiжки збiльшуються, структура трикотажу стае б№ш рихлою, що у свою чергу призводить до зменшення товщини. У ходi дослiджень виявлено характер впливу введення у структуру базового переплетения гладь протяжок пресового переплетення. У ввдповщносп до одержаних результатiв дослвджень при збiльшеннi довжини нитки в петлi у заданих межах було встановлено певнi залежностi:У зразка №1 в межах ввд 2,33 мм до 1,92 мм (зменшуеться на 17,6 %); у зразка №2 - вщ 1,93 мм до 1,11 мм (зменшуеться на 42,5 %).
Встановлення математичних залежностей, що описують вплив змши довжини нитки в петл1 на поверхневу густину трикотажного полотна шсля прання. Математична обробка представлених експериментальних даних проводилась аналопчно попередшм математичним обробкам. За результатами побудоваш вщповвдт графiки та отримаш рiвняння залежностей поверхнево! густини зразшв трикотажних полотен ввд довжини нитки в петлях гладОпдно отриманих результатiв дослвджень змiна довжини нитки в петлi в заданих межах на 39,2% призводить до змши поверхнево! густини: у зразка № 1 в межах ввд 372 г/м до 237,2 г/м (зменшуеться на 36,24 %); у зразка № 2 - вщ 367,33 г/м до 208,8 г/м (зменшуеться на 43,16 %).
Дослщження споживчих властивостей бшомпонентного трикотажу. Дослщження г1гроскошчност1 бжомпонентного кул1рного трикотажу в залежносл в1д довжини нитки в петль Пгроскошчш властивостi визначають здатнiсть виробiв поглинати i вщдавати вологу. Характеристиками пгроскошчних властивостей являеться гiгроскопiчнiсть, вологовщдача, вологопоглинання, капiлярнiсть. Гiгроскопiчнiсть трикотажу в основному визначаеться гiгроскопiчнiстю складових його волокон, а вологопоглинання i кашляршсть - структурою переплетення. Гiгроскопiчнiсть розроблених зразшв трикотажних полотен визначалась зпдно ДСТУ 3998-2000. У ходi дослвджень вивчено вплив змiни параметрiв в'язання, а саме довжини нитки в петлi на рiвень гiгроскопiчностi розроблених зразшв трикотажних полотен. При побудовi лшшно! однофакторно! регресiйно! моделi застосовано метод найменших квадратiв або регресшний аналiз. Виявлено вплив рiвня довжини нитки в петлi гладi на його гiгроскопiчнiсть. Пiсля проведення математично! обробки експериментальних даних встановлено рiвняння залежностi гiгроскопiчностi Н ввд змши довжини нитки в петлi I та побудовано вiдповiднi графiки залежносл, що дозволяе з'ясувати характер впливу. Отримаш рiвняння показують, що зi збiльшенням довжини нитки в петл гiгроскопiчнiсть трикотажних полотен зменшуеться. При змш довжини нитки в петлях грунту I в межах ввд 5,1 мм до 7,1 мм (на 39,2%) гiгроскопiчнiсть: зразка № 1 змшюеться в межах ввд 16,88 % до 14,89 % (зменшуеться на 11,79 %); зразка № 2 -вщ 12,87 % до 11,67% (зменшуеться на 6,42%).
Дослщження паропроникност1 бшомпонентного кул1рного трикотажу. Паропроникшсть характеризуе здатнiсть полотен пропускати водят пари з середовища з шдвищеною вологiстю повiтря в середовище з меншою волопстю. Цей показник у значнш мiрi визначае ппешчшсть текстильного матерiалу. При недостатнiй паропроникносп полотна людина вiдчувае задуху. Паропроникшсть прийнято характеризувати коефiцiентом паропроникностi, який визначаеться як маса водяних парiв, що перейшли крiзь одиницю площi матерiалу або виробу за одиницю часу у разi задано! товщини повпряного прошарку мiж поверхнею випаровування води та елементарною пробою. Коефщент паропроникностi трикотажних
полотен визначаеться зпдно ДСТУ 3672-97 (ГОСТ 30568-98). Суть методу полягае у визначенш паропроникносп полотен в умовах, близьких до умов експлуатацп. Крiм того, слщ зазначити, що згiдно цього стандарту паропроникшсть характеризуеться не усталеним коефщентом паропроникностi, а вживаеться термiн «показник паропроникносп», якому надаеться визначення - «шльшсть парiв поту, що пройшли ^зь одиницю площини полотна чи виробу протягом одиницi часу». Паропроникшсть через текстильш полотна i вироби вiдбуваеться переважно через наскрiзнi пори (аналопчно проходженню повiтря) та сорбщею пари волокнами полотна з внутршнього шару, внутрiшнiм переносом вологи в структурi полотна та !! десорбщею на зовнiшнiй шар. Звщси випкае залежнiсть паропроникностi полотен вщ пгроскотчносп складових його волокон та структури матерiалу. Для обробки результатiв дослвджень застосовувався метод регресiйно! однофакторно! математично! моделi (РОФМ) на базi традицшного плану активного експерименту. Згiдно отриманих результапв дослiджень змiна довжини нитки в петл в заданих межах на 39,2% призводить до змши величини паропроникностi полотна: у зразка № 1 - вщ 92,3 г до 74,5 г (зменшилась на 19,3%); у зразка № 2 - вщ 91,4 г до 84,1 г (зменшилас на 8%).
У ходi дослвджень виявлено, що значний вплив на паропроникшсть мае пориспсть трикотажу, яка у свою чергу визначаеться параметрами структури та характеристиками сировини. Так, чим бшьша щшьшсть в'язання, тим менша величина нас^зних пор, а отже i менший рiвень паропроникностi. На пiдставi проведеного однофакторного експерименту, де у якосп фактора обрана довжина нитки в петлi, що змiнювалась, одержано математичнi залежностi, що описують зв'язок мiж параметрами в'язання (у якосп фактора обрано довжина нитки в пет) та показником паропроникносп. В и готовлен! маски див. рис.3.
Рис. 3. Маски Висновки
Таким чином, у ходi дослщжень встановлено параметри структури до та тсля прання розроблених зразшв iнтегрованого трикотажу та величини змши лшшних розмiрiв пiсля прання. Виявлено, що величина усадки розроблених зразшв штегрованого трикотажу вздовж петельних стовпчишв перевищуе рiвень усадки вздовж петельних рядiв, що можна пояснити тим, що у ходi досягнення умовно-рiвноважного стану нитка накиду перерозподшяеться у протяжки. Це у свою чергу призводить до зб№шення щшьносп трикотажу по довжинi та зменшення щiльностi по ширинi. Усадка трикотажу внаслщок мокрих обробок призводить до зб№шення товщини полотна. На пгроскошчш властивостi трикотажу у значнiй мiрi впливае вид сировини лицьового (пдрофшьного) шару трикотажу. У випадку використання полiпропiленових ниток рiвень гiгроскопiчностi значно збшьшуеться.
Список використано!' л1тератури
1. Защепшна Н.М., Дослiдження респiраторного захисту людини за допомогою текстильних матерiалiв / Н.М. Защепк1на, Н.Р. Терентьева // Тези доповвдей на XIV Всеукрашсьшй науковiй конференцi! молодих учених та студенлв «Науковi розробки молодi на сучасному етапi». Ки!в. - 2015.-С. 138-139.
2. Защепшна Н.М. Контроль та оцшка ппешчних властивостей тканин / Н.М. Защепшна, А.О. Бурмистрова, Н.Р. Терентьева // Тези доповщей Мiжнародно! науково-практично! конференци «Сучасний стан легко! i текстильно! промисловосл: iнновацi!, ефективнiсть, екологiчнiсть». Херсон. -2015. - С. 104.
3. Защепшна Н. М., Використання нового способу для контролю пилоемносп текстильних матерiалiв / Н.М. Защепшна, Я.О. Яшенко, Ю.С. Гречуха, Н.Р. Терентьева // IV М1жнародна науково-технiчна конференщя «Науково-прикладнi аспекти автомобiльно! i транспортно-дорожньо! галузей», Науковi нотатки. Вип.45.-2016. - С.163-167.
4. Патент на корисну модель № 98272. Тереньева Н.Р., Галавська Л.£., Защепкiна Н.М. Двошаровий кулiрний трикотаж. Зареестровано в державному реестру патенпв Укра!ни 27.04.2015.
