CC BY
13будут содержать в себе уникальный комплекс физических и механических свойств.
3.Применение аморфных материалов позволяет улучшить технологию изготовления, то есть получения конечного продукта. Улучшение будет состоять в энергоэффективном и высоко технологичном производстве получения изделия.
4.Так же в обозримом будущем применение аморфных материалов может сказаться на экономической целесообразности применения изделия.
5. Создание высокопроизводительных агрегатов, в которых используются сплавы с близкой к нулю магнитострикцией.
ЛИТЕРАТУРА:
1. Безопасная эксплуатация
технологического оборудования [Электронный
ресурс, мультимедиа]: учебное пособие для
бакалавров дневного и заочного отделений по
направлению «Техносферная безопасность» (профиль «Безопасность технологических
УДК 685.34.03
процессов и производств») / В. Я. Борщев. - Тамбов : Изд-во ФГБОУ ВО «ТГТУ», 2016. ISBN 978-58265-1587-7
2. Волков Г. М. В676 Материаловедение : учебник для студ. высш. учеб. заведений / Г. М. Волков, В.М .Зуев. — М. : Издательский центр «Академия», 2008. — 400 с. ISBN 978-5-7695-42480
3. Пилипенко Н.В., Сиваков И.А. Энергосбережение и повышение энергетической эффективности инженерных систем и сетей. Учебное пособие. - СПб: НИУ ИТМО, 2013. - 274 с.
4. Основы технологии машиностроения: учебник / А.М. Антимонов.— Екатеринбург : Изд-во Урал. ун-та, 2017.— 176 с. ISBN 978-5-79962132-2
5. Постановление Правительства Российской Федерации от 23 мая 2000 г. n 399 «о нормативных правовых актах, содержащих государственные нормативные требования охраны труда»
ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ КОЖ ДЛЯ СПЕЦИАЛЬНЫХ ЗАЩИТНЫХ ИЗДЕЛИЙ, УСТОЙЧИВЫХ К ВОЗДЕЙСТВИЮ АГРЕССИВНЫХ СРЕД
Шестов А.В.
Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет,
Россия, 125319, г. Москва, ул. Ленинградский проспект, 64
TECHNOLOGY FOR OBTAINING SPECIAL LEATHERS WITH IMPROVED PERFORMANCE CHARACTERISTICS, RESISTANT TO OIL AND PETROLEUM PRODUCTS
A. V. Shestov
Moscow Automobile and Road СотЬиШоп State Technical University, Russia, 125319, Moscow, st. Leningradsky prospect, 64 DOI: 10.31618/nas.2413-5291.2022.1.77.577
SUMMARY
A technology for obtaining leather for special protective products intended for employees of oil producing enterprises is proposed. Sheepskin skins produced using this technology are distinguished by a combination of high strength, hygienic and protective characteristics, including resistance to aggressive environments. The technology for obtaining special clothing leathers includes a through complex processing of semi-finished leather products with non-equilibrium low-temperature plasma (NLTP) and a solution of organosilicon compounds.
АННОТАЦИЯ
Предложена технология получения кож для специальных защитных изделий, предназначенных для сотрудников нефтедобывающих предприятий. Кожи из шкур овец, выработанные по данной технологии отличаются сочетанием высоких прочностных, гигиенических и защитных характеристик, в том числе, устойчивостью к агрессивным средам. Технология получения специальных одежных кож включает сквозную комплексную обработку кожевенных полуфабрикатов неравновесной низкотемпературной плазмой (ННТП) и раствором кремнийорганических соединений.
Key words: non-equilibrium low-temperature plasma, silver nanoparticles, natural leather technology, special footwear, resistance to oil and oil products
Ключевые слова: non-equilibrium low-temperature plasma, organosilicon compounds, natural leather technology, special clothing, protective products, resistance to aggressive media.
Введение
Известно, что условия труда работников, занятых добычей нефти, могут стать причиной профессионально-обусловленной патологии
здоровья, в связи с чем, особую роль в сохранении их здоровья имеют средства индивидуальной
защиты, специальная одежда и специальная обувь. При этом, как одежда, так и обувь работников, кроме обеспечения непосредственных защитных функций, прежде всего, не должны сковывать движение и причинять дискомфорт, а значит должны иметь небольшой вес и соответствовать
размерам тела человека, с учетом их изменения при выполнении характерных трудовых движений [1]. Сюда же следует отнести комфортный климат пододежного и внутриобувного пространства, и так как, при выполнении физической работы интенсифицируется подъем температуры и влажности во внутреннем пространстве одежды и обуви, то эти изделия должны быть способны их выводить или нивелировать.
Материалы и методы исследования
Как известно, качество одежды и обуви, в том числе и изделий специального назначения непосредственно зависит от качества составляющих пакет материалов изделия. В качестве материалов для одежды и верха специальной обуви используются натуральные, искусственные и синтетические материалы. При этом, одежда из натуральной специальной кожи, как правило, отличается оптимальным сочетанием потребительских и технологических
характеристик. Однако, тяжелые условия эксплуатации специальных изделий из натуральной кожи, оказывают непосредственное влияние, как на целостность материалов, так и на само защитное изделие, существенно усложняя выполнение его основной функции. Поэтому, кожи специального назначения в первую очередь должны отличаться прочностными характеристиками, при этом, за счет влаго- и теплообменных свойств материалов, обеспечивать оптимальный микроклимат пододежного и внутриобувного пространства, предотвращая появления биологической деструкции материалов и вредного воздействия на человека [2].
Из вышесказанного можно заключить, что изделия специального назначения необходимы, прежде всего, для защиты человека от воздействия различных внешних, в том числе и агрессивных сред, способных причинить вред здоровью работающего. Если воздействие воды само по себе не опасно, то при работе в условиях повышенной влажности, человек уже находится в зоне риска по здоровью. Изделия из натуральной кожи при контакте с водой и паром способны набирать влагу в толщу материала, а намокшее изделие не только становится тяжелее, но и способствует быстрому переохлаждению организма, одновременно создавая благоприятные условия для размножения патогенной флоры во внутриобувном пространстве [3]. Кроме того, намокшее изделие из натуральной кожи быстро поддается гниению и воздействию плесени, а после высыхания становится жестким, ломким и быстро теряет эксплуатационные характеристики.
В настоящее время, промышленностью предложен широкий ассортимент материалов, обладающих абсолютной гидрофобностью, но, как правило, они сами по себе не способны обеспечивать комфортное пододежное или внутриобувное пространство вследствие сниженных гигиенических показателей, не устойчивы к перепадам температур и весьма дороги. В связи с чем, современные исследования в
данной области направлены на получение натуральных кож специального назначения, сохранивших все свои преимущества перед искусственными и синтетическими материалами, и при этом обладающими повышенной гидрофобностью.
Процесс гидрофобизации натуральных кож предполагает дополнительную обработку различными химическими препаратами [2, 3] и может проводиться на различных стадиях процесса производства, в зависимости от выбранной технологии, наиболее распространена обработка эмульсиями парафина и воска, силиконами, силанами, фторированными углеводородами, жирующими компонентами на основе лецитина, так же производители часто используют катионные поверхностно-активные вещества.
Следующей проблемой, неразрывно связанной с эксплуатацией специальной одежды и обуви в условиях повышенной влажности, является возможность заражения патогенными
микроорганизмами, так как условия теплой, влажной среды внутриобувного и пододежного пространства являются благоприятными для их роста и размножения. Проведенный анализ научной литературы показал, что большинство методов устранения данной проблемы основываются на обработке материалов и изделий биоцидными (бактерицидными, фунгицидными и противогнилостными) препаратами [4], в том числе и в производстве кож специального назначения.
На основании изложенного выше материала, можно заключить, что интерес исследователей и производителей к разработке новых технологий гидрофобизации и устойчивости к биодеструкции натуральных кож не ослабевает, и в настоящее время большое внимание уделяется не только водонепроницаемости и устойчивости к действию патогенных микроорганизмов кож специального назначения, а именно комплексу свойств, когда данные эффекты сохраняются при длительной эксплуатации, не теряют своих свойств при истирающих воздействиях и при этом не ухудшают гигиенических показателей изделия. Допустимо предположить, что комплексных улучшений можно добиться, применяя комбинированные технологии, в частности не только за счет применения новых химических реагентов, но и используя инновационные способы
преобразования структуры материала.
Одним из таких способов является обработка в среде неравновесной низкотемпературной плазмы (ННТП) [5]. Данный способ представляет собой инструмент электрофизической модификации, позволяющий управлять изменениями свойств, как поверхности, так и объемной структуры обрабатываемого материала. Установлено, что ННТП модификация кожевенных материалов в процессе их производства позволяет сократить количество дорогостоящих химических компонентов за счет повышения эффективности их использования, повысить прочностные, пластические, гигиенические, защитные,
адгезионные показатели материала на различных этапах: в сырье и проведении подготовительных процессов преддубильных и дубильных процессов, красильно-жировальных процессов, на этапе отделки и в опытной эксплуатации [5].
Известно так же, что для придания кожам гидрофобных свойств возможна обработка кремнийорганическими соединениями, в частности силанами. При этом, кроме искомого эффекта водостойкости, отмечается стабильная
устойчивость полученных материалов к образованию плесени.
Результаты эксперимента В связи с вышеизложенным, в работе предложена комплексная сквозная технология
обработки кожевенных материалов с использованием раствора силана и ННТП (рисунок 1). Обработка производилась в условиях предприятия ООО «Кожевник» г. Казань. В принятый на предприятии технологический процесс включено проведение сквозной схемы ННТП обработки в соответствии с представленной последовательностью и режимами, с использованием опытно-промышленной ННТП установки, подробно рассмотренной в работах [5-9]. В качестве плазмообразующего газа использованы аргон и смесь аргона (70) и пропан-бутана (30).
Рисунок 1 - Сквозная технологическая схема производственных процессов получения гидрофобных кож специального назначения с улучшенными эксплуатационными характеристиками из шкур овец
При выработке кож для специальной одежды перед отмочно-зольными процессами проведена ННТП обработка кожевенного сырья из шкур овец в режиме: Л = 0,82А/м2, Wi =73,8 эВ, 0аргоН=0,04г/с, /=5мин, Р=26,6Па, давление в рабочей камере Р=26,6Па, затем перед дублением и додубливанием при тех же параметрах, далее, после барабанного крашения обработка раствором силана: концентрация раствора - 2,0гр/дм3 , температура раствора - 40°С, продолжительность обработки -30минут, и окончательная обработка ННТП после прессования в режиме: в режиме: Л = 0,85А/м2, Wi =75,0 эВ, 0=0,04г/с, /=6мин, Р=26,6Па.
Представленная технология за счет структурных преобразований, происходящих в кожевенном материале, позволяет сократить время проведения отмочно-зольных процессов на четыре
часа, продолжительность дубления - на два часа, а вследствие улучшения выбираемости красителей, сократить их расход на 30%.
При этом, происходят следующие изменения физико-механических свойств (таблица 1) вырабатываемых кож: значение предела прочности при растяжении кож выпущенных по разработанной технологии превышает показатели кож, выпущенных по типовой технологии согласно ГОСТ 939-88 на 54%, значение удлинения при напряжении 10 МПа - на 31%, гигиенических характеристик: паропроницаемость -
увеличивается на 43%, гигроскопичность - на 7%, влагоотдача - на 8%; показателей гидрофобности: впитываемость капли воды поверхностью материала - в два раза, краевой угол смачивания -на 51%.
Таблица 1
Влияние комплексного модифицирования силаном и ННТП на гидрофобные и прочностные _характеристики кож из шкур овец_
Характеристики Значение показателя
контрольная партия опытная партия
Предел прочности при растяжении, МПа 13,0 20,0
Удлинение при напряжении 10 МПа, % 35,0 46,0
Массовая доля влаги, % 14,0 11,0
Краевой угол смачивания, ° 90,0 136,0
Впитываемость, с 350,0 720,0
Паропроницаемость водяных паров, г/м2 450,0 645,0
Гигроскопичность, % 8,5 15,4
Влагоотдача, % 7,5 16,5
Исходя из результатов таблицы 1 можно заключить, что улучшение гидрофобных и прочностных характеристик, не вызывает ухудшения гигиенических свойств полученных кожевенных материалов, что позволяет сделать вывод об эффективности внедрения предложенной сквозной схемы в технологический процесс производства. При этом, полную оценку эксплуатационных свойств полученных кож целесообразно проводить при испытании готового изделия и анализ таких показателей как стойкость готового защитного комплекта к действию нефти и нефтепродуктов произведен в процессе опытной носки сотрудниками нефтяного месторождения.
Коэффициент стойкости исследуемых кож к воздействию нефти и нефтепродуктов определяли согласно ГОСТ 12.4.130-83 по показателю предела
прочности при растяжении. В результате проведения испытаний установлено, что, кожи, выработанные по предложенной технологии имеют коэффициент стойкости 96,4%, в то время как у кож, выработанных по типовой технологии данный параметр составил 90,1%.
Целесообразно установить сохраняемость данного параметра во времени в процессе эксплуатации. Для этих целей из всех исследуемых изделий еженедельно отбирался один комплект, в котором одна пола фартука и один нарукавник изготовлены из экспериментальной кожи, а другая - из типовой, из которых вырубались стандартные образцы, в дальнейшем подвергаемые испытанию так же согласно ГОСТ 12.4.130-83, полученные результаты приведены на рисунке 2.
I*
5 §
>х £
§ I
100 ; 95 90 85
г £
01 х
и
0 £ *
£ £ 2
1 *
80 75 70 65 60
■
8
0
1
2
3
4
5
6
7
—♦—опытный комплект И контрольный компЛентлуатация, недель
Рисунок 2 - Результаты исследования стойкости исследуемых кож для одежды к воздействию нефти и нефтепродуктов в процессе опытной носки от одной до восьми недель
Представленные на рисунке 2 результаты испытаний исследуемых кож к воздействию нефти и нефтепродуктов в процессе экспериментальной носки от одной до восьми недель позволяют заключить, что комплексная обработка силаном и ННТП позволяет не только упрочнить структуру материала, но и придать дополнительную износостойкость и устойчивость защитных комплектов из экспериментальной кожи к воздействию нефти и нефтепродуктов. Данный
вывод подтверждает характер кривой образцов, вырубленных из опытных комплектов, по которому видно, что падение прочности образцов, по которым определяется коэффициент устойчивости к нефти и нефтепродуктам, происходит с меньшей интенсивностью относительно образцов, вырубленных из контрольных комплектов. На рисунке 3 приведены данные по устойчивости изделий их экспериментальной кожи к воздействию агрессивных сред (в качестве опытной
среды использовалась соляная кислота) и органических растворителей (ацетон).
20 15 10
Устойчивость к Устойчивость к
воздействию органических воздействию агрессивных растворителей, МПа сред, МПа
□ Опытный образец кож для специальных комплектов
□ Контрольный образец кож для специальных комплектов
Рисунок 3 - Результаты исследования снижения устойчивости кож для специальных комплектов к воздействию, ацетона и соляной кислоты в значениях предела прочности при растяжении на восьмой
неделе опытной эксплуатации.
В результате проведения комплексной обработки ННТП по сквозной схеме, при использовании выработанных экспериментальных кож в производстве специальных комплектов получены изделия, имеющие более высокую устойчивость к воздействию нефти и нефтепродуктов, органических растворителей и агрессивных сред, в среднем на 39-41%.
При исследовании сохраняемости защитных характеристик специальных изделий во времени в процессе опытной эксплуатации, установлено, что к концу восьмой недели, более высокую сохраняемость защитных характеристик полученные экспериментальные изделия демонстрируют при воздействии нефти и нефтепродуктов, органических растворителей и агрессивных сред, в среднем на 54-47%.
Следует заметить, что в результате комплексной сквозной обработки по предложенной технологии увеличивается так же устойчивость полученных материалов к биодеструкции, что подтверждено испытаниями по стандартной методике определения чувствительности микроорганизмов по параметру задержки роста. В качестве тестовых использовались культуры кишечной и сенной палочек. О результатах испытаний имеется заключение ФГУЗ «Центр гигиены и эпидемиологии в РТ».
Список литературы
1. Шестов А.В., Мишаков В.Ю., Шатаева Д.Р., Николаенко Г.Р. Отраслевые аспекты проектирования швейных изделий текстильной и кожевенно-обувной промышленности. Монография - Курск, Из-во ЗАО «Университетская книга», 2017. - 424 с.
2. Кулевцов, Г.Н. Возможность применения силана в процессе додубливания кожевенного полуфабриката из шкур овчины/ Г.Н. Кулевцов, Д.М. Семенов, Д.Р. Шатаева // Вестник Казанского технологического университета. 2013. №19. С80-82
3. Шатаева, Д.Р. Плазмохимическая обработка кремнийорганическими соединениями и ННТП кожевенного материала из шкур овчины / Д.Р. Шатаева, Д.М. Семенов, Г.Н. Кулевцов, А.А. Чижевский // Вестник Казанского технологического университета. 2014. №19. С86-87
4. Шатаева Д.Р., Шестов А.В., Кулевцов Г.Н. Оптимизация режимов ННТП обработки кожи из шкур овчины и КРС с целью получения гидрофобной кожи с улучшенными физико-механическими и гигиеническими свойствами. Вестник Казанского технологического университета. 2014. Т. 17. № 11. С. 77-79.
5. Абдуллин, И.Ш. Высокочастотная плазменно-струйная обработка твердых тел сплошной и капиллярно-пористой структуры: препринт / И.Ш. Абдуллин, Н.Ф. Кашапов, И.В. Красина; Казан. гос. технол. ун-т. - Казань, - 2003. -24с.
6. Шестов А.В. Повышение защитных свойств натуральной кожи для верха обуви специального назначения. Вестник Казанского технологического университета. 2015. Т. 18. № 13. С. 114-116.
7. Шестов А.В. Получение кожевенных материалов с улучшенными защитными и физико-механическими характеристиками. Вестник Казанского технологического университета. 2015. Т. 18. № 14. С. 137-139.
8. Шестов А.В. Технологии получения обувной кожи с применением ННТП обработки и специальных изделий на ее основе для нефтехимического комплекса. - Казань: Изд-во КНИТУ, 2016. - 267 с.
9. Шестов А.В. Улучшение эксплуатационных свойств натуральной кожи для верха специальной обуви в результате воздействия неравновесной низкотемпературной плазмы. Вестник Казанского технологического университета. 2016. Т. 19. № 11. С. 119-121.
