«ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ВЛАГОЗАЩИТНОЙ СПЕЦОДЕЖДЫ ДЛЯ РАБОТНИКОВ АВТОСЕРВИСА ...»

ИЗ ФОНДОВ РОССИЙСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННОЙ БИБЛИОТЕКИ

Бокова, Светлана Владимировна

Особенности проектирования влагозащитной

спецодежды для работников автосервиса

Москва

Российская государственная библиотека

diss.rsl.ru

2006

Бокова, Светлана Владимировна

Особенности проектирования влагозащитной

спецодежды для работников автосервиса : [Электронный

ресурс] : Дис. ... канд. техн. наук

 : 05.19.04. ­ Шахты: РГБ, 2005 (Из фондов Российской Государственной Библиотеки) Технология швейных изделий Текст воспроизводится по экземпляру, находящемуся в фонде РГБ:

Бокова, Светлана Владимировна Особенности проектирования влагозащитной спецодежды для работников автосервиса Шахты  Российская государственная библиотека, 2006 (электронный текст) Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса

На правах рукописи

БОКОВА Светлана Владимировна

ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

ВЛАГОЗАЩИТНОЙ СПЕЦОДЕЖДЫ ДЛЯ

РАБОТНИКОВ АВТОСЕРВИСА

Специальность 05.19.04 «Технология швейных изделий»

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель доктор технических наук, профессор Бринк И.Ю.

ШАХТЫ -

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1 ИССЛЕДОВАНИЕ УСЛОВИЙ ТРУДА РАБОЧИХ АВТОСЕРВИСА И АНАЛИЗ

СУЩЕСТВУЮЩЕЙ СПЕЦОДЕЖДЫ С ЦЕЛЬЮ ВЫЯВЛЕНИЯ ЕЕ ХАРАКТЕРИСТИК, НЕ СООТВЕТСТВУЮЩИХ УСЛОВИЯМ ЭКСПЛУАТАЦИИ

1.1 Анализ состояния системы «человек — спецодежда—производственная среда».

Характеристика вредных факторов производственной среды автомойки 1.2 Исследование метеорологических условий в рабочей зоне производственных помещений автомойки. Влияние параметров микроклимата на организм человека... 13 Анализ и исследование щэаметров тепловлажносшого режима помещения авгомойки 1.4 Анализ моделей специальной одежды для защиты от воды и повыщенной влажности воздуха используемой работниками автосервиса 1.6 Применение анкетного опроса работников автомойки при формировании требований к влагозащитной спецодежде 1.7 Разработка требований к проектируемой влагозащитной спецодежде....

2 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ВЛАГОЗАЩИТНОЙ

СПЕЦОДЕЖДЫ ДЛЯ УСЛОВИЙ ПРЕБЫВАНИЯ В ПОМЕЩЕНИЯХ С

БОЛЬШИМ ГРАДИЕНТОМ ТЕМПЕРАТУР ПО ВЕРТИКАЛИ

2.2 Особенности расчета толщины пакета одежды для условий пребывания в помещениях с больщим градиентом температуры по вертикали....

3 ИССЛЕДОВАНИЯ ВОДОУПОРНЫХ И ПОВЕРХНОСТНЫХ СВОЙСТВ

ВЛАГОЗАЩИТНЫХ ТКАНЕЙ "

3.1 Анализ современных высокотехнологичных материалов, используемых 3.2 Виды пропиток и отделок материалов используемых для производства 3.4 Исследование поверхностных свойств современных влагозащитных тканей, рекомендуемых для производства влагозащитной спецодежды 3.5 Исследование и разработка структуры распределения материалов верха в специальной влагозащитной одежде для работников автосервиса

4. РАЗРАБОТКА КОНСТРУКТИВНО - ЭРГОНОМИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ КОНСТРУКЦИИ И ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ РЕШЕНРШ

4.1 Исследование комплекса характерных движений рабочих при ведении 4.2 Эргономические исследования динамического соответствия специальной влагозащитной одежды для автомойщиков 4.3 Расчет конструктивно-эргономических параметров конструкции влагозащитной спецодежды на основе результатов исследования 4.4 Разработка функциональных решений влагозащитной спецодежды с 4.5 Разработка модельной конструкции влагозащитной спецодежды для работников автосервиса с использованием САПР «Грация» 4.6 Производственная апробация и внедрение результатов работы

ВВЕДЕНИЕ

В цивилизованном обществе проблема профессиональной зашдты вовлеченных в производственный процесс людей не может оставаться без внимания.

Соответственно, возрастает необходимость изготовления специальной одежды для защиты человека от вредных воздействий производственной среды.

В последние годы значительно увеличилось количество личного транспорта у граждан России. Этому способствовал рост мощностей Российского автопрома, который обеспечивает в настоящее время 22% валового дохода страны, а также ввоз бывших в употреблении машин из-за рубежа. Соответственно увеличилось количество предприятий автосервиса.

Отсутствие специализированных помещений, недостаток инвестиционных средств в сферу стихийно развивающегося автосервиса привело к тому, что в цехах действующих предприятий автосервиса некоторые средства коллективной защиты иногда полностью отсутствуют, а существующие действуют недостаточно эффективно в условиях разнонаправленного воздействия вредных производственных факторов. Особенно это характерно для средств нормализации воздушной среды производственных помещений и рабочих мест автомойки, являющихся составной и необходимой частью предприятий автосервиса. Эффеьстивную компенсацию вредных производственных факторов можно обеспечить в этом случае только качественной спецодеждой.

К особенностям производственной среды автомойки следует отнести больщую обводненность рабочих мест, наличие в моющих растворах поверхностно активных веществ, а в сточной воде масел и содей. Периодическое открывание ворот автомойки для въезда и выезда транспорта в зимнее время обуславливает наличие сквозняков и значительного градиента температуры по высоте помещения. Предлагаемая в настоящее время на потребительском рынке спецодежда далеко не всегда соответствует конкретному уровню предъявляемых требований для уникальных условий производственной среды.

Экономическая ситуация в развивающейся отрасли автосервиса такова, что повышение гигиенических и эксплуатационных свойств спецодежды из недорогих тканей должны обеспечиваться в значительной мере на рациональных конструкторских и технологических решениях.

Целью диссертационной работы является проектирование спецодежды использующейся в условиях повышенной влажности с учетом влияния факторов окружающей среды и условий работы на предприятии автосервиса.

Для достижения поставленной цели решены следующие задачи:

- проведен анализ производственной среды автомоечных работ;

- рассчитаны основные параметры теплозащитной одежды, применяемо для условий повышенного градиента температур по высоте помещения;

- изучено влияние поверхностно-активных веществ и масел на влагозащитные свойства материалов, применяемых для одежды автомойщиков;

- изучена то пография намокания и загрязнения специальной одежды авгомойщиков;

- разработано конструктивное решение специальной одежды, обеспечивающей необходимую зашщу человека при максимальном сохранении ее гигиеничности;

Методологической и теоретической основой исследования послужили труды отечественных и зарубежных ученых, публикации в периодической печати, инструкционные материалы и нормативно-техническая литература, опыг работы предприятий по производству спецодежды из водоупорных тканей.

Основные методы исследования. В работе использованы методы антропометрических исследований, экспертных оценок, ранговой корреляции, математической статистики, в частности регрессионный и дисперсионный анализ, теории алгоритмизации и программирования. Исследования проводились с позиций общеметодологического системного подхода.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- проведена систематизация и анализ технологических операций, комплекса вредных производственных факторов с целью разработки объектно ориентированного подхода к обеспечению повышенных эксплуатационных характеристик спецодежды для рабочих автомоек;

- на основании выявленного повышенного градиента температуры воздушной среды производственных помещений автомоек разработана методика расчета коэффициентов эффективности зггепления частей тела человека;

- впервые систематизированы факторы зафязнения и износа спецодежды автомойпщка и установлена топография их распределения по поверхности одежды.

Практическая значимость:

- в результате исследований водоупорности современных материалов в зависимости от состава пропитки, качества водоотталкиваюшей отделки, воздухопроницаемости и структуры разработаны рекомендации по выбору тканей для одежды автомойшиков;

- разработана конструкция вентиляционных элементов деталей защитного костюма, подвергающегося постоянному воздействию воды и влаги. Техническая новизна конструктивного решения подтверждена патентом Российской Федерации на изобретение № 2254042 «Влагозапщтный костюм» от 20.06.2005;

- разработан влагозапщтный комплект спецодежды для ведения автомоечных работ, обеспечивающий надежную запщту человека от различных производственных факторов при сохранении нормального физиологического и психологического состояния человека;

- разработан алгоритм и программа построения влагозащитного комплекта спецодежды с использованием САПР «Грация»;

- результаты работы внедрены в производственный процесс ООО «БВН — инжениринг» (г. Новочеркасск) путем разработки и выпуска партии моделей влагозащитного костюма для автомойщика.

Автор защищает;

- результаты исследования системы «человек — спецодежда — производственная среда» работников автомойки и конструктивно - эргономические параметры конструкции;

- методику расчета толщины пакета влагозащитной спецодежды, используемой в условиях градиента температуры по вертикали;

Апробация работы. Материалы по теме диссертации были доложены и получили одобрение на следующих конференциях:

- межвузовской научно-практической конференции «Проблемы повышения эффективности швейного производства», ЮРГУЭС, г. Шахты, 2002г;

- межрегиональной научно-практической конференции «Наука XXI века - индустрия сервиса», РГПУ, г. Ростова - на - Дону, 2003 г;

- межвузовской научно-практической конференции «Совершенствование способов проектирования изделий и процессов швейного производства», ЮРГУЭС, г. Шахты, 2003г;

- научной конференции студентов и молодых ученых вузов Южного Федерального округа. Краснодарского Государственного университета физкультуры, спорта и туризма, г. Краснодар, 2004 г;

- VI международной научно- практической конференции студентов, аспирантов и молодых исследователей «Интеллектуальный потенциал вузов — на развитие Дальневосточного региона России», ВГУЭС, г. Владивосток, 2004г;

- международной конференции «Развитие межкультурных коммуникаций и международного сотрудничества в области моды, дизайна, культуры», ВГУЭС, г. Владивосток, 2005г;

Внедрение в учебный процесс. Результаты внедрены в учебный процесс ГОУ ВПО ЮРГУЭС, а также в его филиалах, в курсовом, дипломном проектировании, лекционных и лабораторных курсах по дисциплинам «Гигиена одежды» и «САПР одежды» для студентов специальности «Конструирование швейных изделий».

Публикации. Основные результаты вьшолненных исследований представлены 10 статьями и одним патентом Российской Федерации на изобретение, Сгруютра и объем диссертационной работы. Диссертационная работа изложена на 152 страницах машинописного текста, состоит из введения и глав, 19 таблиц, 65 рисунков, общих выводов и библиографического списка, насчитывающего 149 наименований, а также 23 приложения, изложенных на 37 страницах.

1 ИССЛЕДОВАИИЕ УСЛОВИЙ ТРУДА РАБОЧИХ АВТОСЕРВНСА И

АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩЕЙ СНЕЦОДЮЩЫ С ЦЕЛЬЮ ВЫЯВЛЕНИЯ ЕЕ

ХАРАКТЕРИСТИК, НЕ СООТВЕТСТВУЮЩИХ УСЛОВИЯМ ЭКСПЛУАТАЦИИ

В жизни человека труд занимает одно из важнейших мест. Поэтому знание характера и влияния условий труда на организм имеет большое значение для создания благоприятных условий для трудовой деятельности человека. Для предотвраш,ения или уменьшения юздействия на работников вредных нроизводственных факторов используют спецодежду или другие средства индивидуальной зашщы.

Настоящий раздел посвяш;ен изучению условий труда человека на автомойке, определению характеристик производственной среды и технологического процесса, т.е. специфики производства, для которого разрабатывается специальная влагозаш;итная спецодежда.

В конкретных условиях предприятия были проведены эксперименты по выявлению уровней вредностей, отсняты видеофильмы по трудовому процессу, определены характерные движения рабочих и т.д.

Сведения, полученные в процессе этих работ, служат основой для разработки требований на проектирование влагозащитной спецодежды, а также для моделирования условий проведения лабораторных испытаний материалов и экспериментальных образцов спецодежды.

1.1 Анализ состояния системы «человек—спецодежда—производственная среда». Характеристиш1 вредных фаюпоров производственной среды автомойки Начальным этапом проектирования влагозащитной спецодежды для работников автосервиса является изучение и анализ системы «человек - спецодежда—производственная среда». Характерное состояние системы, coBOi^TmocTb и направленность воздействия негативных факторов производственной среды показаны на рис. 1.1.

В результате анализа данной системы установили, что параметры оьфужающей среды (влажность, температура и скорость движения воздуха), а также специфика работы человека оказывают непосредственное влияние на производственную среду.

типа «ВИТ» и психрометра аспирационного [6]. Абсолютная погрешность термометров гигрометра с учетом введения поправок составляет ±0,2 С.

Влажность воздуха в помещении автомойки определяли по стандартной методике представленной в [7]. Пользуясь психрометрической таблицей из [8] определили относительную влажность воздуха.

В производственных условиях наблюдается различная влажность воздуха от 70 до 90%; при наличии обильных влаговыделений или использования воды с подогреюм в техпроцессе в большинстве случаев до 90-95%, а в холодный пфиодгодадо 100%, то есть до туманообразования. Эти показатели памного превышают данные представленные в [4], где отмечается, что в холодный и переходный периодыгодадопускается работа при относительной влажности не более 75%, а в теплый пфиод - в зависимости от температуры воздуха; при высокой температуре допускается более низкая влажность (до 55%) [4].

Диаграммы изменения влажности воздуха в помещении при вьшолнении автомоечных работ в различное время дня и при различной температуре окружающего воздуха представлены на рис. 1.11 и в приложении Г.

Рис. 1.11 -Диаграмма изменения влажности воздуха в боксах Проведя анализ, рассмотренных выше хфакгерисгик относительной влажности воздуха в помещениях автомойки, установили, что в за1фьпых помещениях величина относительной влажности зависит от температуры воздуха, хфактера технологического процесса, а также от эффективности вентиляции и температуры наружного воздуха. На показания относительной влажности влияет также вид применяемого оборудования (моечные установки с подогревом воды или без) и этапы самого технологического процесса мойки автомобиля с учетом затрат ^земени (см. приложение Б). Кроме того, изменение влажности связано с передвижением воздуха в результате открьпия ворот при въезде и выезде автомобиля из бокса, и количества находящихся в данном помещении людей (табл. 1.1).

Таблица 1.1- Количество влаги, выделяемое с поверхности кожи и из легких вьшолняемой работы Влаговыделения от людей зависят от температуры окружающего воздуха и тяжести выполняемой работы.

Влагосодержание воздуха d представляет собой массу водяного пара (в граммах), приходящуюся на 1кг сухого воздуха [10]:

где Ратм =Рв + Рп; d— влагосодержание, г/кг; Рв - давление влажного воздуха, Рп парциальное давление водяного пара во влажном воздухе; Рн - максимально возможное парциальное давление водяного пара при данной температуре.

Максимально возможное содержание влаги при ф = 100% определяется по формуле:

Влагосодержание воздуха изменяется и зависит от температуры и влажности воздуха, что наглядно представлено на рис. 1.12.

Помимо влагосодержания окружающего воздуха, внутри помещений (боксов) автомойки есть дополнительные источники влаговьщелений - открытые технологические процессы, сопровождающиеся использованием воды или водных растворов, особенно если эти процессы идут с подогревом.

Таким образом, в помещениях автомойки необходимо поддерживать на постоянном уровне параметры воздушной среды, благоприятные для человека независимо от изменения внешних условий окружающей среды и режима выделения влаги и вредных паров. Самочувствие человека зависит от микроклимата в помещении, обеспечргоающего теплообмен человека с окружающей средой.

В результате потребления пищи и вьшолнения работы в человеческом организме образуется тепло, юэторое затем выделяется в оьфужаюшую среду через кожу и в меньшей степени через легкие. Метеорологические условия производственной среды должны обеспечивать овда^^ тепла в количестве, необходимом для нормального состояния человека Влажный холодный воздух способствует интенсивной отдаче тепла организмом, так как влажный воздух, проникая между одеждой и поверхностью кожи, насыщает влагой слой воздуха, находяпщйся под одеждой, и делает его более теплопроводным.

Понижение температуры и повышение скорости воздуха способствуют усилению конвективного теплообмена и процесса теплоотдачи при испарении пота, что может привести к переохлаждению организма и ухудшению самочувствия [9].

В работах [11, 12] отмечается, что пребывание человека в помещении с повьш1енной влажностью и температурой ниже 10-15*'С понижает иммунитет к простуде и инфекции, так как ослабевает его способность к фагоцитозу, то есть к борьбе с мшqx)бaми, уменьшаются, в частности, бактерицидные свойства сьтворотьси крови. В таких условиях развивается ревматизм, туберкулез легких, заболевание почек. Организм человека, подвергающейся охлаждению или воздействию холодных потоков воздуха, становится более восприимчив к таким заболеваниям, как грипп, ангина, тшевмония, катары верхних дыхательных Т1утей, невриты, миалгии.

Таким образом, большое внимание необходимо уделшь ра:^эабогпое спецодежды для работников авшмойки, обеспечршающей защщу от различных i^poopbix гроизводс1венных факг^юв, и со?фанение нормального теплоюго состояния в гфоцессе трудовой деятельности.

1.3 Анализ и исследование параметров тепловлаукностного режима помещения автомойки Помещения (боксы) автомойки относятся к помещениям с влажным режимом, имеюш?1м сюи отличительные особенности проекта конструкции здания и содержащейся в них тепловых и влажностных потоков, определяющих выбор того или иного решения по обеспечению требуемых санитарно—гигиенических условий.

ТепловлажностЕ1ЫЙ режим помещения автомойки представлен на схеме (рис. 1.13) и описан следующей системой уравнений теплового и влажностного балансов:

Где Qozp. — интенсивность теплового потока через ограждающие конструкщш, Вт\ — количество теплоты, поступающее с потоком влаги из водосливной ямы, Вт;

e.- тепловыделения от освещения люминесцентными лампами, Вт\ — теплопоступления в помещении автомойки от рабочих, Вт\ — количество теплоты, требуемое для нагрева приточного воздуха, Вт\. — количество удаляемой теш1а1Ь1веншляционнь1ми(вьпяжнь1Ми) устройствами, Л/w;

Wucn. — суммарное количество влаги (кг/ч), испаряющейся с открытой водной поверхности сливной ямы и со смоченных поверхностей, прилегающих к воднол^ зеркалу WomK — количество влаги, испаряющейся с открытой водной поверхности, водосливной ямы, кг/ч;

FomK — площадь открытой водной поверхности, м'^;

WcM — количество влаги, испаряющейся со смоченной поверхности пола, кг/ч;

FcM — поверхность смоченного пола, м'^;

Wj,_ — количество влаги, выделяемого человеком, кг/ч;

Wnp. - влагопоступления с приточным воздухом, кг/ч;

Wyd. — количество удаляемой влага вентиляционными (вьпяжными) устройствами, кг/ч.

QcpРис. 1.13 - Тепловлажностный режим помещения автомойки Испарение с поверхности мокрого пола, на котором влага находится длительное время, происходит адиабатически за счет тепла окружающего воздуха [13].

Количество испаряющейся с пола влаги {кг/ч) определяется по формуле:

где а - коэффипдент теплоотдачи, Вт / (м-(^)\ tc, tM- температура внутреннего воздуха соответственно по сухому и мокрому термометрам, Cf;r - скрытая удельная теплота испарения, кДж/кг; Fn — площадь смоченного пола, j\d.

Если принять а=\А,1Вт/(м^-(f) и г=2500 кДэю/кг, то Результаты расчета количества испаряющейся с пола влаги при различной влажности (ф) воздуха {Fn = 16 м^, сс =15 °С) представлены на рис. 1.14.

Рис. 1.14- Влияние влажности воздуха на количество В результате анализа данных установили, что количество испаряющейся с пола влаги зависит от влажности воздуха.

По законам физики чем выще упругость паров над жидкостью (то есть чем выще насыщение воздуха влагой), тем медленнее происходит испарение данной жидкости [14]. Данное утверждение справедливо при изменении температуры внутреннего воздуха по сухому термометру при заданной влажности.

При выезде и въезде автомобиля на автомойку в помещении наблюдается передвижение воздуха и подсос более холодного наружного воздуха через ворота внутрь, а также через холодную стену бокса, что приводит к снижению температуры воздуха в боксе до температуры точки росы. Если в какой-то зоне ограждающей конструкции (помещение автомойки) температура опускается до температуры точки росы (температура насыщения водяного пара), то происходит выпадение конденсата [14].

Однако, конденсация на стенах допустима при условии предохранения строительных конструкций от проникания в них влаги, используя специальные виды ппукатурки и плитки, иоэпхуму помещение авгомойки (в рамках так называемой рабочей зоны) обложено керамической водоупорной плиткой. Такие стены следует пфиодически обмывать.

На основании полученных данных о параметрах микроклимата помещений автомойки определили массу превративщегося в воду пара в помещениях автомойки при заданных значениях температуры и различной относительной влажности воздуха по методике представленной в приложении Д.

Изменение массы сконденсировавщегося, т.е. превратившегося в воду п^за в помещениях ангомойки щм заданных значениях температуры и различной относительной влажности воздуха после охлаждения до te = +6 V показано на графике рис. 1.15, а.

Таким образом, при относительной влажности воздуха от 80 до 100 % и темпфатуре воз;луха помещения от +10^ до, +14°С при снижении температуры приточным холодным воздухом до +6^ С на стенах помещения авгомойки выпадает конденсат массой от 10 до 216 г, оказывающий непосредственное влияние на тепловое состояние человека и его работоспособность. При больщем понижении температуры помещения до +2^ С масса конденсата заметно увеличивается, что наглядно представлено на графике рис. 1.15,6.

Рис. 1.15- Изменение массы конденсата при увеличении влажности Установлено, что масса конденсата выпавшего в помещении, в какой то мере оседает и на спецодежду автомойщика. Количество капель будет постоянно накапливаться на поверхности спецодежды из-за частого изменения влажности воздуха и снижении температуры в помещении, а также зависит от количества автомобилей приехавших на автомойку в течение смены. В связи с этим при проектировании влагозащитной спецодежды для обеспечения зашщных свойств необходимо учитывать водоупорные и поверхностные свойства материалов.

1.4 Анализ моделей специальной одежды для защиты от воды и повышенной влажности воздуха используемой работниками автосервиса Специальная одежда обеспечивает защиту человека от воздействия воды и влаги в производственных условиях. Она подразделяется на спецодежду, предназначенную для рабочих одной конкретной профессии и спецодежду, предназначенную для рабочих сквозных профессий (работающих в одинаковых условиях) в различных отраслях промышленности.

Анализ имеющихся вариантов моделей влагозащитной спецодежды ( моделей) показал, что основными видами спецодежды являются: куртка, плащ, комбинезон, полукомбинезон и брюки (рис. 1.16). Каждый вид одежды имеет разновидности в зависимости от конструкции моделей, определяемой формой и силуэтом одежды, покроем рукавов, воротников и др.

Спецодежда регламентируется техническими условиями и ГОСТ, варианты моделей спецодежды, обеспечивающей зашщу от влаги, представлены в работах [ 15 - 46].

Костюмы состоят из куртки и брюк или полукомбинезона, выполняются из абсолютно непромокаемых материалов с герметизацией швов.

Куртки могут бьпъ с центральной бортовой застежкой или без нее, типа «анорак»;

с карманами и без них. Большинство моделей щ ж ж проектируют с капюшоном, пристегивающимся по линиигорловиныили убирающ^шся в юротник. ИЬфина лицевого выреза капюшона может регулироваться с помош^>ю эластичного шнура с фиксаторами.

Для регулирования пфаметров микроклимата в конструкции специальной влагозашщной одежды проектируют в основном вентиляционные отверстия по бокам куртки, начинающееся от линии локтя дс низа куртки. На каждом из отверстий по два замка для регулировки размера вентиляции. Регулируемые вентиляционные отверстия на рукавах, размер которых изменяется с помощью молний, защищены от проникновения влаги нфужными планками. Рукав может иметь внутренний утепленный манжет. Дополнительная вентиляция в костюме обеспечивается с внешней стороны бедра Талия и низ куртки регулируются эластичным шнуром. Плечи и нфужная часть рукавов вьшолнено из ткани повышенной щючности, что позволяет использовать эти костюмы для зашщы человека при выполнении различных работ в условиях повышенной влажности.

Брюки на поясе, с бретелями и без них, внизу брюк разъемные юбки для дополнительной защиты от влаги и снега, в соответствии с рис. 1.17.

ц д э д различного назначения! шСпецодензда различного назначения I и Спецдщензда для защиты от влаги | • спецодежда для защиты от влаги Рис. 1.17- Частота встречаемости разновидности обрабопси брюк:

В качестве влагозащитной спецодежды на наружных работах используются плащи (ГОСТ 7986-65, ГОСТ 12.4.134-83).

Плащи выполняются из х/б или смесовых прорезиненных тканей, синтетических тканей с водоотталкивающей пропиткой, с герметизацией швов.

В основном плащи проектируют с потайной застежкой на пуговицах, с притачным или с отстегивающимся капюшоном, со стояче-отложным воротником.

Комбинезоны и полукомбинезоны выполняются из тканей различных цветов с обязательным наличием светоотражающих полос и сигнальных элементов (спереди, сзади и на рукаве в области фуди), обеспечивающих беюпасносгь в условиях плохой видимости.

Комбинезон может бьпь цельи.пдх)енным или отрезным по линии талии, но обязательно со шлевками под ремень, с усилительными накладками, а также с Ha6qx)M различных кфманов, для ?фанения докумешов гредусмогрен герметичный ВЕ^тренний кфман. В некопрых моделях рукава проекшруются съемными, пристегиваюш^1еш с помош^ло «молнии».

В комбинезонах чаще всего проектируется отложной воротник и воротник стойка с застежкой «молния» и контактной лентой на планке.

В полукомбинезоне застежка «молния» может проектироваться в боковом шве. Полукомбинезон с высокой спинкой обеспечивает дополнительную защиту пояснице.

В некоторых моделях полукомбинезона в области спины введена вставка из сетчатого материала, оптимизирующая воздухообмен и снижающая дискомфорт при продолжительной физической работе. Кулиса сзади регулирует объем полукомбинезона на линии талии. Наличие множества карманов, бретелей, регулируемых за счет эластичной тесьмы, обеспечивают максимальное удобство в моделях полукомбинезона, а объемный 1фой колен обеспечивает свободу движений.

Таким образом, обобщая сведения об ассортименте спепдальной влагозащитной одежды, можно сказать, что существующие модели спецодежды имеют различный вид, комплектность и сезонность, выбор которых должен быть обоснован условиями труда и применением специальных защитных тканей и фурнитуры.

Поэтому целью следующей части работы является анализ существующей спецодежды с целью выявления ее характеристик, не соответствующих условиям эксплуатации на автомойке, а также изучение вариантов функциональных решений в изделиях аналогичного назначения. В процессе анализа создается своеобразная логическая структура будущей разработки, определяется взаимосвязь элементов её формы, материалов, конструкции и композиции.

Результаты анализа для спецодежды различного назначения из водоотгалкивающего материала и снецодежды для защиты от влаги и воды представлены в приложении Е. Выявлена, частота встречаемости различных композиционно — конструктивных и технологических элементов в специальной влагозащитной одежде.

Исследования показали, что констрз^кции влагозащитной спецодежды чаще всего проекгируют прямого силуэта (51,5%). Из таблицы Е.1 видно, что частота встречаемости горизонтальных, вертикальных и наклонных членений в специальной влагозащитной одежде различного назначения из водоотталкивающих тканей и спецодежды для защиты от влаги для вида спереди и сзади различна.

Для обеспечения герметичности и улучшения гигиенических свойств спецодежды для защиты от влаги, применяется специальная конструкция, предусматривающая целостность верхней части куртки (отсутствие членений в виде нагрудных карманов, рельефных щвов), а также минимальное количество щвов (без плечевых и боковых швов), отсутствие декоративно — фзшкциональных элементов В верхней части изделия (погоны, клапаны и др.), наличие вентилящюнных отверстий в зашдщенных от юды местах, и другие элементы. В данных конструкщ1ях спецодежды предусматривается увеличение припусков на свободное облегание.

Припуски на свободное облегание, принятые при проектировании влагозашдтной спецодежды в различных странах, гфиведены в таблице Е. 11.

При анализе покроя рукава (см. таблицу Е.8) вьтаснилось, что в конструкциях влагозащитной спецодежды в большинстве случаев встречаются рукава рубашечного покроя (56,2%) и комбинированные (9,4%). Наибольшее разнообразие наблюдается в таких конструюивных деталях, как застежка. В специальных влагозащитных коспомах чаще всего проектируют застеж!^^ на тесьму - молния с водозащитным клапаном по борту, по всей длине полочки (около 40%) и внутренняя (потайная) застежка (23%).

При анализе типа воротника (таблица Е.2) оказалось, что отложной воротник с пристегивающимся капюшоном (15,6%) имеет наибольший процент частоты встречаемости в моделях спецодежды для защиты от влаги, после варианта обработки гор>ловины капюшоном без воротника (343%).

В целях обеспечения безопасных условий труда человека в условиях повышенной влажности и других источников ВПФ в конструкции предусматриваются дополнительные конструктивные детали — накладки, располагающиеся в соответствии с топографией воздействия ОВПФ (см. таблицу Е.7). Наибольший процент частоты встречаемости месторасположения накладок в таких зонах, как: наколенная (19,8%), на локгях (12%) и плечевые (11%). Результат анализа технологии и технологических элементов представлен в таблицах Е.10 и Е.6.

Как известно, в настоящее время для попшва влагозащитной спецодежды используются различные виды водоупорных и водоотталкиваюпщх материалов (см. табл. Е.5), поэтому в процессе проведения настоящей работы изучили ассортимент материалов. Из таблицы Е.5 видно, что для производства влагозащитной спецодежды используют прорезиненные (17%) и мембранные ткани (15,7%), далее смесовые ткани (10%). В одном изделие используется только один вид водоупорной ткани, выполняющий защитную функцию - защиту от воды и влаги.

Таблица Е.4 напищно демонстрирует наиболее разнообраз1^ю гамму цветов в спецодежде для защиты ог влаги. Наибольшей пог^шярностью среди всех цветов пользуются три цвета: жетъш, зеленый, темно-сфый, за ними -темно-синий, защитный и чфный.

Исследование показало, что в существующей спецодежде для защиты человека от влаги по сравнению со спецодеждой различного назначения из водоотталкивающей тшна не достаточно используются возможности композиционно — конструктивных и технологических элементов, что связано прежде со спецификой и продолжительностью работы человека в данных условиях. Отсутствие декоративно — функциональных элементов обеспечивает в специальной влагозапщгной одежде полную герметичность и сохраняет запщтные свойства спецодежды, достигнутые за счет материалов.

Но для производственньк условий автомойки у существующих видов одежды есть недостатки. Она не учитывает особенности климатической среды помещения (высокий градиент темпфатуры, повьпненную влажность воздуха (100%) в течение всего рабочего дня). На гигиенические свойства одежды существенное влияние оказывает использование в рассматриваемых моделях одежды водоотталкивающее материалов с низкими показателями воздухопроницаемости, а также восприимчивость к воздействию агрессивных сред характфных для производственной среды автомойки.

Современные модели спецодежды изготавливаются в больщинстве случаев из мембранных тканей, но использовать Tai^ro одежду в производственной среде автомойки не рекомендуется, так как в процессе эксплуатации мембранные ткани теряют свои свойства вследствие износа и загрязнения. Водоупорные ткани также снижают свои защщные свойства из-за повреждения водоупорного покрьшта, и переходят в водоотталкивающую ф у ш ^ тканей. Ноэто\^ при выполнении диссертационной работы должны разработать такие конструктивные формы и детали влагсхзащщной спецодежды, которые обеспечат постоянство эксш^атационных свойств одежды при вьшолнении авпюмоечных работ.

Созданию благоприятных условий пребывания человека и вьшолнения им работы в сложных производственных условиях служат средства индивидуальной защиты (СИЗ), которыми работодатель обязан обеспечить своих сотрудников [47 - 49].

В ходе исследований был проведен анализ средств индивидуальной защиты, рекомендуемые для проведения автомоечных работ в условиях повьщгенной влажности воздуха и обводненности помещений.

Путем изучения ассортимента современных средств индивидуальной запщты по каталогам зарубежных и российских щюизюдщелей [17-21,23,27,28,38,48] установлено.

что каждая модель СИЗ от проникновения влаги в своей конструкции содержит функциональные элементы, надежно защищающие человека от неблагоприятных факторов. Например, для защиты работающих от влаги в условиях пониженных температур применяются: резиновые сапоги, сапоги из полиуретана или сапоги из ПВХ, в каждой модели используется не скользкая рифленая подошва. Комфортность данной обуви обеспечивается наличием в комплекте меховых вкладных носков, эластичных чулков из искусственного меха или высокотехнологичного утеплителя.

При ведении автомоечных работ руки человека также подвергаются воздействию вредных производственных факторов (механических травм, загрязнений, действия, агрессивных веществ, воды), поэтому надежным средством защиты рук служат защитные перчатки [17, 18, 21, 23, 48].

Для защиты от воды, солевых растворов применяют резиновые перчатки с внутренним слоем из натурального латекса и наружным из найрита. Резиновые перчатки могут быть клеенные и бесшовные. В бесшовных перчатках руки устают меньше, чем в клеенных, так как форма их соответствует форме свободной руки со слегка согнутыми пальцами [48].

Для индивидуальной защиты кожи лица и рук применяют профилактические специально приготовленные пасты, кремы и мази. Основное назначение этих препаратов — преградить неблагоприятным внешним производственным факторам доступ к коже, а также облегчить очистку кожи, предохранить ее от раздражающего и обезжиривающего действия очистителей [21, 50].

Средства зашщы головы, к которым относятся: шлем, шапка, панама, кепка, косынка различных видов, форм и конструкций, регламентируются ГОСТ [39,51,52].

1.5 Анализ топографии мест загрязнения спецоделсды от вредных производственных факторов Работниками авюмойки для зашщы от воды и повышенной влажности испальз>'егся различная бьповая одежда (спорггавные костюмы, брюки из плащевой и джинсовой тканей, куртки - ветровки), а также спецодежда в основном состоящая из куртки и брюк (или по1^комбинезона). В зависимости от участка тела человека, подвергающегося воздействию вредного фактора, используются костюмы, фартуки, халаты, нарукавники, бахилы, головные уборы, перчатки ит.д. [16-21,23].

Спецодежда регламентируется общими техническими требованиями, представленными в ГОСТ [39, 51 - 54].

В условиях разеонагравленнош вовдейспыет нескольких вредных производственных фак1ср)в (см. пункт 1.1), шнсгрукции бьпоюй и специалшой одежды, используемые на ангомойке, не соошеклвуют щшжру и топографии вовдейстаия ВПФ. Во вр&м мойки авпжобипя физиологическое и психическое состояние человека изменяется, н^эушаепся функциональное и тепловое состояние орггазшма, что указывает на непраишьно подобраш^то одежду.

При исследовании поверхностей воздействия различных ВПФ учитывали габаритные размеры автомобиля (приложение Ж) и соотношение фигуры человека к ним, а также характер вьшолняемых движений работником автомойки (приложение И).

В результате визуального осмотра действующей спецодежды работников автомойки определили поверхности воздействия ВПФ, а именно топографии: мест намокания от воды и влажности, мест намокания от мыльною раствора, мест замасливания, мест износа и повреждения одежды, мест загрязнения (от грязи и пыли) и топографию мест намокания от внутренней влаги. В течение дня работникам автомойки приходится 2-3 раза (в зависимости от количества автомобилей) менять комплект одежды на другой — сухой. Многократная чистка и сушка влажньк костюмов отрицательно сказывается на струшуре и свойствах материала, из которого она изготовлена Потертости (истирание) и разрьшы спецодежды образуются за счет трения одежды об края моечного и очистительного оборудования и корпуса автомобиля (при нанесении мыльного раствора, при обтирании автомобиля после мойки и уборки внутри салона машины). Разрушение ткани от истирания происходит в местах её сгибов и на плоских участках (рис. 1.18, а). Куртка подвергается случайным надрывам и истиранию в области боковых швов, локтевой части рукавов, и по нижнему шву рукава. Брюки изнашиваются в области коленей, по шаговым швам и в области сидения, что связано с характером трудовой деятельности работников автомойки.

В результате конденсации влаги ю воздуха, ткани одежды становятся увлажненными и более теплопроводными, поэтол^ определили зоны наибольшего намокания спецодежды от воды и влажности при мойке автомобиля. Повьштенная влажность воздуха и вода воздействуют на плечевую область изделия, нижние части рукавов, нижьше срезы куртки и брюк, на переде куртки в области груди и живота, а также на передние половинки брюк (см. рис. 1.18, б).

Известно, что уровень гфоизводсгва тепла и влаги q3raHH3MOM человека существенно изменяется в течение мойки автомобиля под влиянием изменений параметров гфоговодственной среды и интенсивности физической нагрузки, поэто\^ исследовали коотюм автомойщика на топографию мал- намокания от внутренней влаги (см. рис. 1.18, в).

Зонами намокания от внутренней влаги являются: подмьгшечные впадиньг, поясничная область, область между лопатками, паховая область, передняя часть шеи и небольшое намокание в области груди.

Во время мойки автомобиля одежда автомойгцика также подвергается воздействию мыльного раствора или шампуня (рис. 1.18, г). Загрязнению и замасливанию одежда автомойшдка подвергается во время отбивки машины от грязи и мойки двигателя, поэтому вьщелили зоньг их воздействия (рис. 1.18, д и 1.18, е).

Можно видеть, что ткань зашщных костюмов повреждена и промоьсла более шш менее в определенных местах. Данные обмеров шюшадей поврежденньк участков обследованных комплектов одеждьг (размер 52) представленьг в табл. 1.2.

Эксперименты по выявлению площади загрязнения спецодеждьг автомойщиков показали, что больше всего воздействию вредных факторов подвергается перед куртки и передняя половинка брюк. Средняя площадь загрязнений и мест намокания от водьг по переду составляет 1440 см^ и 1696 см^ соответственно (30% и 35% его площади), по рукаву - по 1050 см^ и 1680 см^ (35% и более 55% его площади).

Средняя площадь мест намокания от воды по передним половинкам брюк составляет 3474 см^ (53% ее площади).

В целом после мойки автомобиля площадь костюма автомойщика оказывается мокрой больше, чем на 46%, зафязненной на 15%, под воздействием других факторов в среднем по 11%. На рис. 1.19 показаньг диаграммы процентного распределения зон в куртке и брюках, и всего костюма показывающие, что спецодежда, используемая работниками автомойки, больше всего подвергается намоканию от воды и повышенной влажности воздуха в помещении и загрязнению.

Зоны износа и повреж:дения одеж:ды Рис. 1.18- Исследование поверхности (зон) воздействия i.

0 VI V i r IV ' IX VIII II III y ^ I VI VII IV II IX VIII III V I

Условные обозначения зон износа и намокания спецодежды: I- дыры, II- нотертости, III истирание на сгибах, IV- места загрязнения, V - места замасливания, VI- места интенсивного намокания от воды и влажности при мойке автомобиля, VII- места умеренного намокания от воды и влажности при мойке автомобиля, VIII - намокание от внутренней (пододежной) влаги, IX - места намокания от мыльного раствора.

Обследование повреждений в процессе эксплуатации мокрой спецодежды показывает, что разные участки костюма требуют применения разных по защитным свойствам материалов. Чтобы продлить срок службы одежды автомойщ51ка, необходимо в конструкции рационально распределить материалы по зонам воздействия (соответственно топофафии воздействия ВПФ), а участки, подвергающиеся наибольшему износу, укрепить, т.е. поставить усилительные накладки.

Таким образом, в результате работы определены зоны изделия, в которых максимальный уровень водоупорности должен сочетаться с максимальной прочностью и надежностью изделия. Поэтому целью дальнейших исследований и работы является разработка влагозапщгаого комплекта спецодежды для авгомойш^пса, с новыми конструктивными элементами и параметрами деталей спроектированных с учетом топографии мест воздействия ВПФ и условий труда.

1.6 Применение анкетного опроса работников автомойки при формировании требований к влагозащитной спецодежде Учитывая большое разнообразие вредных факторов производственной среды автомойки, оценка и выбор влагозашдгной спецодежды весьма затруднен. Это приводит к тому, что применяемая влагозащитная спецодежда зачастую не обеспечивает защиту от вредных производственных факторов (ВПФ), не выдерживает нормативных Таблица 1.2 - Площадь износа, повреждений и зоны намокания спецодежды используемой работниками автомойки

I II III VII

IV V VI VIII

-задняя половинка брюк -передняя половинка брюк (SneD.n.6D = 6592CM^) Условные обозначения зон износа и намокания спецодежды:

I- дыры II- потертости III - истирание на сгибах IV- места загрязнения V - места замасливания VI- места интенсивного намокания от воды и влажности при мойке а втомобиля VII- места умеренного намокания от воды и влажности при мойке ав томобиля VIII - намокание от внутренней (пододежной) влаги IX — места намокания от мыльного раствора сроков носки, что отрицательно сказывается на здоровье автомойщика, приводит к повышенному уровню заболеваемости с временной утратой трудоспособности.

Всегда ли одежда пpeдo}q)aняeг работающих от влияния вредных производственньк факторов; насколько соответствует предьявляемым к ней требованиям? Одним из способов no!jty4HTb ответы на поставленные вопросы является анкетный опрос.

Обьем выборки определили на основе статистического анализа, исходя из определенных требований к надежности и достоверности получаемых результатов.

Объем выборки определяется по следующей формуле [55]:

где п—обьем выборки;

Z — нормированное отклонение, определяемое исходя из выбранного уровня доверительности (табл. 4.23 из [55], с.25О );

р—найденная вариация для выборки;

е—допустимая ошибка.

Принимая вариацию, равную 70%, точность, равную ± 10%, при 95% ном уровне доверительности, рассчитаем размер выборки по формуле 1.6.

В качестве экспертов выступали работники автомойки (была обработана 81 анкета). Экспертам предлагалось ответить на девять вопросов анкеты или, отметив знаком «V» выбрать ответ из предлагаемых вариантов. Обработка результатов производилась с помощью ЭВМ по каждо\^ из девяти вопросов, г^тем подсчета количества положительных ответов по представленным вариантам ответов и нахождение процента от общегоютличестваашжт. Результаты анкеты используются при разработке требований к влаг гозащишой спецодежде; сводная таблица анализа анкет представлена в прило^^нии Л Анализ ответов работников автомойки на первый вопрос показал, что наиболее приемлемым видом спецодежды респонденты считают комбинезон (39%); приемлемым в меньшей степени жилет и брюки (23%); менее четверти опрошенных высказались за полукомбинезон и СИЗ рук (по 15%); куртка и брюки (8%) и совершенно не подходят для носки в данных условиях работы - плащ и фартук прорезиненный и фартук-халат (против -15 %) (см. рис. 1.20).

Рис. 1.20 - Ассортимент спецодежды используемый в Защщные свойства спецодежды обеспечиваются в основном за счет правильного выбора, а в ряде случаев создания специальных юдоупорных матфиалов. Рекомендуемым материалом для спецодежды эксперты считают: «материалы с водоотталкивающими пропитками» -80%;« камуфляжная ткань с ВО и диагональ» соответственно по 10%.

Путем проведения аьжетного опроса выявили наиболее предпочитаемые цвета и оттенки спецодежды среди автомойщщов. Установили, что опрошенные предпочитают защитный цвет или темно-зеленый (46%) в больщей степени, чем другие.

На втором месте - темно-синий цвет (33%). Темно-серый и черный цвета пользуются меньшей популярностью (по 7%). Наиболее разнообразную цветовую гамму предложили 7% экспертов. Предпочтение темным цветам и оттенкам можно объяснить привычкой к немаркому цвету и спецификой работы на автомойке с различными источниками загрязнения. В то же время очень показательным является предложерше зеленого, синего и серого цветов, так как они наиболее благоприятны для нормализации психологического климата в условиях повышенной влажности.

Большое значеьше, при проектировании специальной влагозашдтной одежды имеет тот аспект, что спецодежда должна быть простой в эксплуатации, максимально соответствовать эргономическим и физиологическим особенностям человека при вьшолнении им работ средней тяжести. И, что немаловажно, она должна бьггь максимально дешевой и простой в обслуживании.

На юпрос «при вьшолнении каких движений вы испьпываете неудобства в используемой одежде?» - 60% опрошенных отметили, что при мойке колесных пар согнувшись, 30% - при вьшолнении приседаний и 10% - при отбивке машин от зафязнения. Срок службы спецодежды опрошенные определили следующим образом: 2 месяца месяцд - 30%; 6 месяцев - 60%. Итак, почти половина спецодежды не вьщерживает более 2 месяцев эксплуатации, через 6 месяцев из строя выходит 60% спецодежды.

Самым большим неудобством используемой сегодня спецодежды опрошенные считают быстрое промокание одежды - 66%; быстрое изнашивание - 27%. На то, что одежда слиыжом тяжелая обратили внимание только - 7% опрошенных.

Для предохранения рук и ног от воды при выполнении работы работники автомойки используют следующие средства индивидуальной защиты - резиновые сапоги, крем силиконовый для рук, перчатки (см. рис. 1.21).

Нодобрать одежду по своему размеру считают проблемой 30% анкетируемых. Спецодежда 50 размера имеет наибольший процент востребования носчиками при работе на автомойке (см. рис. 1.22).

Не Резиновые Перчатки Силиконовый Рис. 1.21 - СИЗ для предохранения рук и Рис. 1.22-Размерная характеристика На основании вышеизложенного можно сформулировать требования к конструкции влагозащитной спецодежды, используемой в условиях локального воздействия ВНФ, а именно повышенной влажности и градиента температуры по высоте помещения.

Спецодежда для работников автомойки должна быть изготовлена в соответствии с условиями, в которых она будет эксплуатироваться, т.е. при создании конструкции должно бьпъ учтено влияние влаги, пота и механических повреждений.

1.7 Разработка требованийк проеют^уемой влагозащитной спецоделсде Спецодежде как одному из средств индивидуальной защиты отведено важное место в комплексе мероприятий по обеспечению безопасности работающих [56,57].

Защитные свойства влагозащитной спецодежды для работников автосервиса должны обеспечиваться в основном за счет правильного выбора, а в ряде случаев создания специальных водоупорных материалов.

Основными показателями защитных свойств влагозащитной спецодежды являются защитные показатели материалов, номенклатура которых определяется комплексом ВПФ, которые действуют на организм автомойщика в ходе вьшолнения производстве1шого процесса мойки автомобиля.

Работники автосервиса на предприятиях анюмойки подвфгаются воздействию влаги, что крайне отрицательно сказывается на уровне защитных свойств спецодежды. В связи с этим показатель водоупорности спецодежды включен в групт^ защитных свойств.

В процессе эксш^атации влагозащитная спецодежда автомойщика помимо воздействия повышенной влажности и воды, подвергается частым стиркам или химчисткам от производственных загрязнений, что влечет изменения исходного уровня функциональных сюйств. Снижение исходного уровня функциональных свойств требует проведения восстановительных мероприятий (повторные пропитывания и т.п.).

Вместе с тем существенное значение в обеспечении надежной защиты человека от промокания и поддержания оптимальных параметров микроклимата внутри комплекта одежды имеет и конструктивное рещение. Свойством, обеспечиваюпщм защиту от неблагоприятного микроклимата, является суммарное тепловое сопротивление, которое зависит от толщины пакета спецодежды [58,59].

Защиту организма автомойщика от механических воздействий обеспечивают прочностные свойства покровных тканей влагозащитной спецодежды — устойчивость к истиранию, прочность на раздир, разрыв.

Вместе с тем, в условиях повышенной загрязненности и запыленности (при отбивке грязи с поверхности автомобиля с помоп№ю компрессора или водоструйной установки) показатель пылезащитных свойств, определяемый пылепроницаемостью покровной ткани, имеет большое значение при оценке качества влагозащитной спецодежды для автомойщика.

По данным изучения условий труда на предприятиях автомойки (см.

пункт 1.1) работники контактируют с горюче — смазочными маслами (ГСМ) при мойке двигателя и запчастей автомобиля. Этот фактор способствует более быстрому разрушению тканей верха спецодежды и снижению защитных свойств, поэтому необходимо использовать ткани с превосходными масловодоотталкивающими свойствами.

Воздействие вредных производственных факторов на различные участки спецодежды для автомойщиков неравномерно. В связи с этим принят принцип локальной защиты по анатомо-топографическим зонам с учетом вида, агрегатного состояния и характера воздействия ВПФ.

Таким образом, защитные свойства влагозащитной спецодежды определяются защитными свойствами материалов и соответствием конструкции спецодежды топографии воздействия ВПФ. Последнее может быть охарактеризовано соответствием поверхности воздействия ВПФ (геометрические параметры) характеру воздействия ВПФ (намокания от воды и влажности, намокание от внутренней (пододежной) влаги, истирание на сгибах, дыры и места загрязнения).

Следующая не менее важная группа свойств влагозащитной спецодежды - гигиенические, характеризующие непосредственное влияние производственной среды на эффективность деятельности человека. Оптимальные гигиенические условия трудовой деятельности человека обеспечиваются благодаря свойствам изделия, осуществляющим отведение или сохранение тепла, отведение влаги и других продуктов метаболизма из пододежного пространства.

Свойства спецодежды, обеспечивающие эффективность отведения пододежной влаги, определяются сорбционными свойствами материалов (гигроскопичность, влагоемкость).

В условиях локального воздействия ВПФ улучшить эффективность отведения пододежной влаги можно за счет применения материалов, обладающих различной сорбционной способностью (в соответствии с топографией потоотделения). Для впитывания влап? необходимо спецодежду из материалов с покрытием изготавливать на подкладке из материала, обладающего гигроскопичностью, особенно в верхней части до линии талии и желательно сделать её съемной для удобства стирки [24,57].

Конструкция влагозащитной спецодежды должна способствовать удалению водяных паров из пододежного пространства. Следует предусматривать в спецодежде конструктивные средства обеспечения вентилируемости (рациональность расположения вентиляционных отверстий, «эффект мехов», характеризующий принудительную циркуляцию пододежного воздуха во время движений работающего), свободную форму одежды и др. Имеют значение также свойства, обеспечивающие защиту пододежного пространства от проникновения загрязняющих частиц, свойства проницаемости (воздухопроницаемость, водопроницаемость и пылепроницаемость).

Параллельно со свойствами, описанными выше, для специальной влагозащитной одежды наиважнейшее значение имеют психофизиологические свойства, определяемые массой влагозащитного костюма и удобством его эксплуатации. На психологическое состояние человека больщое влияние оказывает цвет спецодежды. Цвет и светоотражающие элементы имеют особое значение для специальной влагозащитной одежды используемой при мойке автомобиля во время туманообразования в помещениях автомойки или для безопасности человека при въезде и выезде автомобиля из бокса.

На основании данных [60] можно отметить, что наиболее предпочтительнее в тумане при дневном освещении использовать красный цвет светоотражаюпщх материалов, а при конструировании одежды наиболее эффективно одновременное использование разных светоотражающих материалов, что в свою очередь связано с особенностями восприятия светового потока человеческим глазом. Наибольшая чувствительность при дневном освещении приходится на область зеленого цвета (к = 5550 А^, а для голубого (к = 4700 А^) и оранжево — красного цветов (X, = 6500 А^ по данным работы [60].

Эстетические свойства специальной влагозащитной одежды могут бьггь охарактеризованы требованиями художественной выразительности, стилевого единства со средой. Соответствие конфекционного подбора материалов изделия характеризует оценку соответствия изделия эстетическим факторам производственной среды автомойки.

Рассмотренные выше показатели свойств определяют входной уровень качества влагозащишой спецодежды по отношению к процессу эксплуатации на автомойке.

Структурная схема качества влагозащитной спецодеждь1 представлена в табл. 1.3. Иерархическая структура качества спецодежды представляет собой дерево свойств, число уровней в котором равно четьфем. Всего в иерархической структуре качества на 1-м уровне рассматривается 6 групп свойств, на втором уровне — 12 показателей свойств с 30 характеристиками на 3-м уровне.

В структуре качества влагозацщтной спецодежды вклад различных свойств в комплексную оценку неравнозначен. Чтобы установить, какие свойства спецодежды при их выборе на швейное изделие следует принимать во внимание в первую очередь, необходимо среди них вьщелить наиболее значимые.

Определим весовые коэффициенты свойств влагозаш;итной спецодежды для работников автомойки используя экспертный метод оценки [61, с.348Для этого была сформирована группа экспертов, которым предлагалось определить ранги и весомости свойств влагозащитной спецодежды для работников автомойки с учетом степени тяжести работы и интенсивности воздействия вредных производственных факторов заполнив анкету, представленную в приложении М.

Результаты опроса экспертов записаны в таблице 1.4, данные которой использовали затем для расчета коэффициентов значимости отдельных характеристик и степени согласованности ранговых оценок.

Суммы ранговых оценок ^ Ry каждого эксперта должны быть одинам ковыми и рассчитываются по формуле:

y = (1+2+3+...+п) = 0,5п (п+1) = 0,5-6- (6+1) = 21 для i = l...m, (1.7) Сумма ранговых оценок по вертикали Sj для каждой характеристики СВОЙСТВ Xj рассчитьгоается по формуле SJ = ^ Rji для j = 1...n и используется для сравнительной оценки значимости этих характеристик в пределах табл. 1.4.

Таблица 1.3 - Структурная схема ьсачества влагозащитной спецодежды 2Гигаеничажие 3. ПокофшиохюОюсо&юаъмагериа- 3 2 1. Ввд специальной отделки материалов 5.1.Ращкналыюс1ъревХуцожвственно-техническое оформление 5.Эстети'еские 6.Техник!> Т а б л и ц а 1.4- Ранговые оценки Rij характеристик свойств влагозащитной одежды Xj, коэффициенты согласия (конкордации) W и значимости (критерий Пирсона ^ (Sj-5)' Коэффициент согласия (конкордации) W = 0, Критерий Пирсона Х' = 37, Ошосительную значимость отдельных свойств удобнее оценивать коэффициентом значимости у, который определяется для каждой характеристики по форл^ле:

Из всех п х^актеристик вьщеляют наиболее значимые характеристики По, для которых-)^ > 1/п (у} > 1/6 >0,166). Для каждой из вьщеленных характеристик определяют относительный коэффициент значимости по формуле:

где Sjo—сумма рангов для каждой оставленной характеристики.

Огаосительную весомость ^ оставленных харакгерисгак рассчитали по формуле:

где у min — максимальный из коэффициентов значимости для наиболее значимых характеристик.

Для определения согласованности экспертных оценок по данным ранговых оценок экспертов рассчитывают коэффициент согласия (конкордации) W по формуле:

где S - средняя сумма рангов для всех характеристик, равная Если имеет случай одинаковых оценок разных характеристик свойств отдельными экспертами, то при расчете коэффициента конкордации учитывают значение Ti, которое определяется по формуле:

где U—число фупп оценок с одинаковым рангом;

ti— число оценок с одинаковым рангом в каждой такой фуппе.

Для оценки значимости коэффициента согласия находят критерий Пирсона % = W-m-(n-l) = 0,936-8-(6-1) = 37,44, который сопоставляют с табличньм значением критерия 5^^^ при степени свободы S=n-1= 6-1= 5 (табл. 1.5).

Вероятность Табличноезначение критерия Пирсона5^таб= 11,1 при 5%-м уровне значимости.

Так как %\аб < Z^pac (11,1 < 37,44) гипотеза о наличии согласия мнения специалистов оказалась состоятельной при высоком значении коэффициента конкордации W = 0,936. Так как величина W отличается от единицы, можно V считать, что исследователи неодинаково ранжируют факторы. Средняя диаграмма рангов для рассмотренных факторов представлена на рис. 1.23.

Из диаграммы видно, что но степени влияния факторы расположились следующем образом: Х], Х2, Х4, Хз, Xs, х^. При ранжировании свойств на первом месте - показатели защитных свойств (коэффициент 0,32), на втором - гигиенические (коэффициент 0,28), показатели антропометрические и психофизиологические на третьем и четвертом месте. Самые низкие ранги экспертами установлены для эстетических и технико-экономических свойств.

Проведенная работа по построению иерархической структуры схемы качества, выбора базовых показателей позволила провести оценку качества применяемой влагозащитной спецодежды на предприятиях автомойки и наметить пути совершенствования процесса проектирования влагозащитной спецодежды.

1. При вьшолнении автомоечных работ на организм человека воздействуют ВПФ, обусловленные действием окружающей среды и ВПФ связанные с техпроцессом предприятия. В производственных условиях автомойки негативные воздействия обусловлены еще и элементами техносферы (автомобиль, моечное оборудование, сооружения и т.п.) и действиями человека.

2. Микроклимат производственных помещений автомойки характеризуется высоким градиентом температуры по вертикали.

3. Больщинство трудовых операций на автомойке проходит в условиях значительных колебаний температуры воздуха от -2^ до +15°С, причем температура в боксах на 5-10^С выше температуры наружного воздуха.

4. В холодный период года влажность воздуха находится в пределах от 80 до 100%, что значительно выше данных наблюдаемых в теплый период на автомойке.

5. Влажность B03iZiyxa влияег на количество испаряюшейся с пола влаги: при 80% относительной влажности исп^яегся влаги 192 г/ч, при 90% - исп^яется 96 г/ч, а при 100% относительной влажности влага со смоченной поверхности пола не испфяегся.

6. При понижении температуры воздуха помещения до температуры точки росы, происходит вьшадение конденсата массой от 10 до 270 г. В результате конденсации влаги из воздуха, ткани одежды становятся увлажненными и более теплопроводными, поэтому определили зоны наибольшего намокания спецодежды от воды и влажности при мойке автомобиля.

7. При пониженной температуре и высокой влажности существенную роль играет движение воздуха, представляющее собой неблагоприятный фактор, поскольку это способствует переохлаждению организма автомойщика. В результате исследования определили топографию воздушных потоков наблюдаемых на автомойке.

8. Определили факторы, которые влияют па показатель влажности воздуха в производственных условиях: температура воздуха в помещении, топография воздушных потоков, количества находящихся в данном помещении людей, испарения с окружающих поверхностей, характера технологического процесса и вида применяемого оборудования, а также эффективности вентиляции и температуры наружного воздуха.

9. В результате исследования определили, что источниками дополнительного поступления влаги являются испарения с открытой поверхности емкости (сливной ямы с водосливом), со смоченных поверхностей полов и стен, от корпуса автомобиля, через не плотности моечного оборудования и коммуникаций.

10. В результате исследований топографии воздействия ВПФ выявлено, что спецодежда, используемая работниками автомойки, больше всего подвергается II намоканию от воды и повышенной влажности воздуха в помещении (48 % от обш;ей площади костюма), загрязнению (15,2 %), и воздействию других вредных производственных факторов (в среднем по 6 %).

11. В процессе эксплуатации мембранные и водоупорные ткани теряют свои свойства вследствии износа и загрязнения, поэтому необходимо определить какР1м образом влиякуг загрязнения и износ на изменение защщных свойств материалов.

12. Характер зон намокания и загрязнений позволяет подобрать рациональные материалы, которые обеспечат защитную функцию спецодежды.

13. Разработали структуру качества влагозащитной спецодежды, характеризующеися 30 характеристиками на 3-м уровне. В результате анализа структуры качества (используя экспертный метод) установили, что на первом месте - показатели защитных свойств (коэффициент весомости 0,32), на втором - гигиенические (коэффициент 0,28), показатели антропометрические и психофизиологические на третьем и четвертом месте.

2 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ВЛЛГОЗЛЩИТИОЙ

СПЕЦОДЕЖДЫ ДЛЯ УСЛОВИЙ ПРЕБЫВАНИЯ В ПОМЕЩЕНИЯХ С

БОЛЬНЫМ ГРАДИЕНТОМ ТЕМПЕРАТУР ПО ВЕРТИКАЛИ

Одной из важнейших функций влагозащитной спецодежды является создание у человека комфортньк теплоошущений в условиях повышенной влажности воздуха и низкой температуры, т.е. нормального состояьшя, которое поддерживается при определенном соотношении процессов теплообразования и теплоотдачи. Для человеческого организма, регулируюш;его свой теплообмен, большое значение имеют физические особенности воздуха производственной среды: высокий градиент изменения температуры внутри помещения (бокса) и относительной влажности воздуха, а также целый комплекс ВПФ (см. гл.1). От тепловлажностных условий производственной среды напрямую зависит работоспособность человека.

Поэтому целью данной работы является разработка влагозащитного комплекта спецодежды для работы в условиях градиента температуры по вертикали и повьш1енной влажности воздуха в помещениях автомойки, обеспечивающий надежную защиту человека от промокания и поддерживающий оптимальные параметры микроклимата пододежного пространства.

Настоящий раздел посвящен исследованию влияния повьш1енной влажности воздуха на теплообмен организма человека и миIqюклимaт пододежного пространства, а также теоретическим аспектам проектирования влагозапщгаой спецодежды.

2.1 Теплообмен организма человека в тепловлажностных условиях производственной среды автомойки Организм человека можно представить как уникальную систему, рациональное взаимодействие составляющих которой обеспечивает ее бесперебойное функционирование» [62].

Система взаимодействия компонентов организма человека в условиях окружающей среды представлена на рис. 2.1.

Рис. 2.1 - Система взаимодействия компонентов организма Движение теплового потока осуществляется следующим образом: тепловая энергия (теплота) от участков (генераторов тепла), посредством теплоносителя которые непосредственно с ним соприкасаются. К таким поверхностям относится кожа и слизистая поверхность леггих [7,63].

Анализ данной системы (рис. 2.1) позволяет выделить особую роль такой составляющей, как мышцы, они поставляют 40% теплоты в активном рабочем состоянии и являются главным источником тешюпродукцрш. Второй по значимости источник теплопродукции - печень (образуется 30% теплоты). Далее источниками теплопродукции являются: скелетные мышцы и центральная нервная система (20%), теплота образуется при работе органов дыхания и кровообращения (10%).

температуру внутренних органов постоянной, близкой к 36,5 С.

С целью сохранения температурного гомеостаза (постоянной температуры тела) организм человека должен находиться в термостабильном состоянии. Для хфактеристики этого состояния, при котором отмечается равенство между теплообразованием и теплоотдачей, вводится понятие «тепловой баланс» [7].

Тепловой баланс в общем, виде может быть описан уравнением:

itm.« " ' ' iCm.H ~ iinad "*" Ъ^конв "*" ^Сконд "*" iJucn.d "^ iiucn.dba '^ ^исп.п """ ^дых.и — где 6w и " теплопродукция человека, Вт;

0„„ - внешняя тепловая нагрузка (солнечная радиация), Вт;

Qp^^ -потери тепла радиацией, 5m;

Q^g^g - потери тепла конвекцией, Вт;

IK H " потери тепла кондукцией, Вт;

Qucn д ~ потери тепла испарением диффузионной влаги с поверхности кожи, Вт;

Qucn.dba " потери тепла испарением с верхних дыхательных путей, Вт;

Qmn.n • потери тепла испарением вьщеляемого пота, Вт;

Qdbix.H ' потери тепла вследствие нагревания вдыхаемого воздуха, Вт;

Qmc ~ дефицит или накопление тепла в организме, Вт.

Обе части равенства, характеризующие тепловой баланс (теплообразование и теплоотдача), являются переменными, зависящими как от физиологических, так и от физических параметров. Поэтол^ необходимо провести анализ элементов тфморегуляции организма человека в заданных условиях производственной среды автомойки.

Тепловое состояние организма человека в значительной мере зависит от количества вырабатываемого тепла - теплопродукции, поэтому при проектировании влагозащитной спецодежды для заданных условий необходимо знать её величину.

Для определения теплопродукции автомойщика, вьшолняющего физичесь^^ю работу, необходимо знать его общие энергозатраты термический коэффициент полезного действия ri и основной обмен Q^, т.е. б т л = ^э ш "" ^7' (5эm~Qo)' Данные энергозатрат человека вьшолняющего автомоечные работы, приведены в первой главе (пункт 1.1), основной обмен у здорового человека колеблется в зависимости от возраста и пола, данные которого приведены в [67,68].

Таким образом, можно посчитать количество тепла (Qmr), вырабатываемого человеком при ведении автомоечных работ для заданных тепловлажностных условий внешней среды, и построить график зависимости Qm.n от величины энергозатрат автомойшдка при различных условиях его деятельности (см. рис. 2.2).

Уравнение линейной зависимости, представленное на рис. 2.2, описывает экспериментальные данные энергозатрат автомойщика Коэффициент корреляции близок к единице, следовательно, линейная зависимость достаточно хорошо описывает экспериментальные данные.

Рис. 2.2—Зависимость теплопродукции от величины Из анализа полученных результатов можно сделать вьюод, что в условиях покоя {Qm.n = 58,1 - 69,7 Вт) практически вся энергия, образуемая при обмене веп1,еств, вьщеляется в виде тепла. При мьш1ечной деятельности (Q^n = 116,2 Вт) некоторая часть ее расходуется в виде механической работы, и в этом автомойпщка (с учетом величины коэффициента полезного действия этих затрат).

Чем интенсивнее и напряженнее эта работа, тем больше продуцируется тепла и тем больше поступает его во внешнюю среду для достижения теплового непрерывным теплообразованием, так и отдачей тепла в окружающую среду.

Гфи низкой температуре внешней среды и высокой влажности теплоотдача увеличивается. Это обьясняется тем, что теплоемкость водяных паров (0,460) вьш1е теплоемкости воздуха (0,137), вследствие чего на нагревание холодного сырого воздуха расходуется больше тепла. В результате конденсации влаги из воздуха ткани (теплопроводность воды в 28 раз больше теплопроводности воздуха), поэтол^ сырой воздух более холодный и вьвывает ошуш,ение зябкости. Отрицательное действие высокой влажности про$шляется обьршо при температурах, близких к 0°С. При сильных морозах влажность бывает меньше, воздух под одеждой, согреваясь теплотой тела, становится крайне сухим, и потеря тепла уменьшается [11].

Увеличение влажности в наружном воздухе вьвывает усиленную о т д а ^ тепла с поверхности тела посредстюм тешюпроюдности, излучения и отчасти испарения влаги [65]. Потери тепла теплопроводностью (кондукцией), при плотном прилегании одежды, происходит в соответствии с законом Фурье и определяется по фор\^ле [67]:

где Q^oHd " количестю тепла, Вт, прошедшего через стенки с площадью S, м^ в течение времени т;

Л, - коэффициент теплопроводности пакета материалов одежды, Вт / (м '^С);

tj — температура внутренней стороны пакета материалов одеждь^ ^С;

t2—температура наружной (холодной) стороны пакета материалов, ^С;

д— толщина пакета материалов одежды, м;

S— площадь поверхности тела, соприкасающейся с твердым предметом, м.

Согласно данным, представленным во второй главе в помещениях (боксах) автомойки наблюдается передвижение воздуха из-за периодически открываемых и неплотно закрываемых ворот, вследствие больших скоростей холодные струи воздуха проходят значительные расстояния без достаточного разбавления теплым воздухом бокса автомойки, обдувая рабочих и создавая резкие колебания температур. В данных условиях передача тепла с поверхности тела и одежды человека дви^^тцемуся около него возду?^ осуществляется конвекцией.

Количество тепла, отдаваемое организмом человека конвекцией {Q^^^g) в единицу времени, может бьпь определено (на основе закона Ньютона) по форг^ле [67]:

где а^д^д - коэффициент теплоотдачи конвекцией; Bm/fM^-^C);

(при нормальных параметрах микроклимата Ок=4,06 Bm/(j\^-'^C) [70Р;

S - поверхность тела, участвующая в конвекгивном теплообмене, л/;

tod - температура поверхности одежды, "С;

4 - температура воздуха, "С.

Передача теплоты конвекцией тем больше, чем ниже температура окружающей среды и чем выше скорость движения воздуха [70]. Заметное влияние оказывает и относительная влажность воздуха ф, так как коэффициент теплопроводности воздуха является функцией атмосферного давления и влагосодержания воздуха.

Значительная часть теплоюй энергии с поверхности тела в условиях повышенной Епажносш и низкой температуры отдается в 01фужающую среду излечением [65].

Количество тепла, теряемого единицей поверхности тела (одежды) в единицу времени путем излучения {Q^ ), подсчитывают по формуле:

где а^ -коэффициентизлучения,Лт/(Я 90° - несмачивание.

При совместном решении уравнений (3.5) и (3.6) получают уравнение Юнга—Дюпре:

где й^-работа адгезии;

WK—работа когезии;

cos ^-равновесный 1фаевой угол;

«"лс^—поверхностное натяжение на границе жидкость - газ.

Это уравнение дает возможность по экспериментально определенным значениям о^-г и 9 рассчитать работу адгезии между твердым телом и жидкостью.

Работа адгезии определяется по формуле:

При полном смачивании равновесный 1д>аевой угол не устанавливается и в качестве термодинамической х^закгеристики можно использовать коэффициент растекания:

С учетом уравнения (3.8) коэффициент растекания:

Если происходит смачивание, то f >0.

Твердая поверхность тем лучше смачивается, чем меньше когезия жидкости и чем больше адгезия жидкости с твердым телом [126]. Другими словами, лучше смачивает поверхность та жидкость, которая ближе по полярности к смачиваемому веществу и имеет меньшее поверхностное натяжение.

Величина краевого угла смачивания волокон и кинетика процесса зависит от направления движения жидкости [125]: при натекании О он больше, чем при оттекании О т (рис. 3.11,а).

Разность между 0н и бог характеризует гистерезис смачивания АЭ.

Гистерезис [127], проявляющийся при движении капли по наклонной поверхности, между параллельными пластинами и в капиллярах, называют динамическим (рис. 3.11).

По мере увеличения угла наклона поверхности наблюдается рост наступающего и снижение отступающего краевых углов [125,127].

Рис. 3.11- Динамический гистерезис при нахождении капли Экспериментально доказано [128], что гистерезис краевого угла при нахождении капли на наклонной поверхности зависит и от размера капли: с увеличением диаметра капли происходит рост наступающего краевого угла и уменьщение отступающего.

На основании данных [129] можно отметить, что величина краевого угла зависит ещё и от того, какая поверхность материала сухая или предварительно смоченная приходит в соприкосновение с жидкостью. Наличие на поверхности сухого материала слоя адсорбированного воздуха замедляет установление равновесного краевого угла системы до полного вьттеснения молекул воздуха.

Поверхности реальных твердых тел (тканей) в больншнстве случаев имеют разнообразные щероховатости, поры, микротрещины, неоднородности химического состава, что оказывает сильное влияние на смачивание. Ш рис. 3.12 тфедставлены фотографии световой микроскопии поверхностей различных современных влагозапщтньк тканей.

Результаты исследования опорной поверхности влагозащитных тканей и различных видов водоотталкивающих отделок с помощью световой микроскопии представлено в приложении П.

На рис. 3.12 (а) ткань переплетения сложная саржа, выработанная диагоналевым переплетением. На рис. 3.12 (б) ткань полотняного переплетения, плотного без просветов, перекрытия маленькие. На рис. 3.12, (д, в) представлены фото графии тканей полотняного переплетения, в одной системе нитей гладкие тонкие волокна, в другой толстые извитые (пушистые) волокна. На рис. 3.12 (г) с диагональным плетением нитей, волокна извитые (пушистые). На рис. 3.12 (е) ткань репсового переплетения, образую^циеся путем усиления (удлинения) основных и уточных перекрытий полотняного переплетения, поверхность гладкая.

Рис. 3.12 - Фотографии световой микроскопии поверхностей различных современных влагозащитных тканей Интерес представляют данные представленные в [125], которые показывают, что неровности шероховатой поверхности приводят к увеличению плош,ади фактического контакта жидкости с твердым телом по сравнению с гладкой поверхностью, т.е. с номинальной плош,адью контакта. Номинальная плош,адь контакта равна плоп];ади проекции капли жидкости на гладкую поверхность.

Огаошение фактической площади контакта с номинальной называется коэффициентом шероховатости К, который показывает, во сколько раз увеличилась фактическая плошадь контакта, а значит и пропорционально этому поверхностная энергия.

Коэффициент К всегда больше единицы. Для рассмотренного выше случая, равновесный 1фаевой угол капли, помешенной на шероховатую поверхность с учетюм поправки на шероховатость, определяется по формуле:

В результате теоретических (Б.В. Дерягин) и экспериментальных (Р. Венцелем) исследований [125] влияния шероховатости поверхности на смачивание установлено следуюш;ее: если жидкость хорошо смачивает данную поверхность, увеличение шероховатости приводит к уменьшению краевого угла, т.е. к увеличению смачиванию; если жидкость не смачивает поверхность, шероховатость у?^дшает смачивание, т.е. значение 1фаевого угла на шероховатой поверхности больше, чем на гладкой.

Таким образом, регулируя шероховатость, можно регулировать смачиваемость и, следовательно, проникание жидкости в капиллярно - пористое тело.

Значения краевых углов определяются экспериментально с помошдю различных методов, описанных в работах [130,131]. При этом различают методы измерения на плоских поверхностях, измерения в капилляре и измерения на тонких нитях или волокнах.

К методам измерения iqjaeBoro утла смачивания 9 на плоских поверхностях ашосятся методы измерения по профилю капли [127,130], метод Вильгельми [130], подняшя по вертикально стоящей пластине, наклонной пластины [132], при использовании тошюго слоя жидкости на горшонтальной твердой поверхносш [131] и метод, основанный на измерении основных размфов капель жидкости, нанесенных натвфдые повфхносш [126].

Современные влагозапщтные материалы вьфабатываются с различными видами отделок и пропиток (см. пункты 3.1 и 3.2), по-разному взаимодействуют с окружающей средой. Следовательно, имеют различные х^актеристики смачиваемости жидкостями, что и вьввало интерес в проведении дальнейших исследований по определению поверхностных свойств современных влагозаищтных тканей.

Основной х^)актфистикой смачиваемости влагозащигаых тканей является величина краевого угла, который определяли тремя методами, представленными в данной работе.

Для достижения поставленной цели нами была собрана экспериментальная установка. В основе установки был проектор для просмотра диафильмов, источник света которого освещал площадку, покрытую исследуемым материалом с нанесенной на него с помощью дозатора каплей жидкости, а объектив проецировал укрупненное изображение на экран с бумагой.

Для получения более точных результатов эксперимента, необходимо было провести калибровку размеров капли полученной проекции с помощью эталона. В качестве эталона подошел свинцовый шарик (дробь) охотничьего патрона, который помещали точно на то место, где перед этим находилась капля жидкости. Посколыо^ он идеально калиброван по размерам, то очень легко подсчитать вертикальную игоризонтальнуюпоправки. Поправки позволяют вычислять истинные величины высоты и ширины проецируемого объекта- капли жидкости на материале.

Расчеты поправок производили по формулам:

где М— переходный масштаб или коэффициент подобия;

Рн—размф дроби в натуральную величш^, мм;

Рр—размер дроби на экране, мм.

Капля на ткани всегда наносилась одним и тем же объемом—0,2 мл.

При проведении эксперимента значения 1фаевых углов определяли по проекции бокового изображения капли жидкости, нанесенной на поверхность различных тканей (рис. 3.13, а), на экран, затем очерчивали на экране контур капли и через точ1^, в которой соприкасаются все три фазы, проводили касательную к контуру капли.

По углу наклона этой касательной и определяли краевой угол.

Для сравнения экспериментальных данных при определении краевого угла смачивания использовали еще один метод измерения по профилю капли [130], сущность которого заключается в том, что на поверхность испытуемого материала помещают каплю испытуемого раствора.

Далее с помош^>ю микроскопа, снабженного гониометром, либо с помощью фотоаппарата или проекционного фонаря, определяют непосредственно высоту капли и ее диаметр в месте касания поверхности (рис. 3.13, б).

Рис. 3.13- Схема для расчета краевого угла смачивания Расчет краевого угла смачивания в ведется по зависимости:

где /г-высотакапли,м;

L - диаметр в месте касания капли с поверхностью тела, м.

Третий метод [126], используемый при исследовании - это метод, основанный на гомерении основных размеров капель жидкости, нанесенных на твердые поверхности (ткань): высоте h и диаметру основания d в соответствии с рис. 3.14.

Параметры капли измеряли с помощью стереоскопического микроскопа МВС - 10, основными узлами которого являются: оптическая головка, стол микроскопа, блок питания (рис. 3.15).

Рис.3.14 - Основные размфы капель жидкости на твердых поверхностях Для оценки линейных размеров капли в одну из окулярных трубок прибора вставляли окуляр со шкалой, после чего с помош]ью диоптрийной наводки О1^ляра добиваются резкого видения шкалы, котор ые укладываются в измеряемом участке объекта.

Расчет смачиваемости по этому методу производится по формуле:

В процессе исследования для уменьшения ошибки опыты проводились сериями. Каждая серия состояла из фиксирования (зарисовки) на экране контура эталона (шарика) и анализируемого объекта (капли), результаты экспериментов представлены в приложении У.

В результате анализа экспериментальных данных установили, что лучшими водоотталкиваюпщми свойствами при воздействии технической водой обладают ткани, у которых равновесный краевой угол находится в интервале 180° > > 90° такие, как мембранные, камуфляжная, ткани группы Taslan (185Т и ЗЗОТ, F/D), И-Рога с плетением ristop. Турист С-104, ткань костюмная с капроновым волокном, гладкокрашеная с отделкой ВО и плащевая (см. рис. 3.16, а). Наиболее большой краевой угол (указываюпщй на плохое смачивание) был отмечен у тканей: Taslan visibl и Taslan F/D, мембранной (Taffeta + ristop), Hi-Pora, Сильвер, и Taslan прорезиненный с изнаночной стороны.

Нри воздействии концентрированного водного раствора моющего средства на материал лучшие характеристики водоотталкивания показали ткани группы Taslan visibl, а также Taslan ЗЗОТ и 185Т, плащевая, Hi-Pora (рис. 3.16, б).

в некоторых случаях наблюдалось растекание капли (в тонкую пленку) по поверхности ткани, т.е. моле1^лы мыльной воды легко проникали внутрь сквозь поры и воздухопроницаемые каналы следующих тканей: ткань костюмная гладкокрашеная с водоотта11киваюш,ей отделкой (ВО) и без неё, а также камуфляжная ткань с ВО.

Характеристики смачивания изнаночной стороны водонепроницаемых тканей жидкостью технической юды представлены в приложении У (табл. У2) и на рис. 3.17.

Рис. 3.17- Изменчивость краевого угла смачивания изнаночной Наличия микропор в резиновом покрытии на изнаночной стороне ткани (см. рис. 3.18, а,г) или водоотталкиваюш:ей отделки, обволакиваюш,ей каждое волокно (см. рис. 3.18,е), способствует прохождению капель воды через поверхность ткани. Такие ткани имеют острый краевой угол смачиваемости, например, Taslan visibl. Taffeta Ristop (milk) 2 ЮТ, Silver 2 ЮТ, Hi-Pora.

Капли, нанесенные на внутреннюю сторону таких тканей как ткань ЭкшинМотен, Дьюста ELN с пропиточным составом, ткань «Турист» - С104, ткани фуппы Taslan, Taffeta + мембрана и Ш1аш;евая обладают меньшей силой притяжения (сцепления) моле1^л воды с моле1^лами твердого тела (поверхностью ткани), что указывает на ограничение смачивания и ухудтиение гигроскопических свойств тканей из-за наличия на изнаночной стороне ткани покрьпия без микропор (рис. 3.18, б, в, д).

Изменчивость краевого угла смачивания изнаночной стороны ткани каплей концентрированного моюп1,его раствора от вида ткани представлена на рис. 3.19.

а) покрытие сплошное резиновое, состоящее из субмикроскопических пор (в ввде кратеров);

б) сплошное резиновое покрытие без микропор; в) микропористое покрытие (юлокна плохо просматриваются); г) юдоотгалкивающая отделка (топкая пленка) с дьфочками; д) юдоотгалкивающее П01фьпие серебристого типа, е) юдоотгалкивающая отделка, обволакивающее каждое волокно ткани.

Рис. 3.19- Изменчивость краевого угла смачивания изнаночной стороны ткани каплей концентрированного моющего раствора от вида ткани В соответствии с данными, представленными в первой главе данной работы, работники автосервиса (автомойки) при мойке автомобиля используют техническую воду и концентрированный водный раствор моющего средства.

Концентрированный водный раствор получают путем добавления моющего средства в различных пропорциях в техническую воду. Поэтому в данной работе определили поверхностную активность растворов (используемых в техпроцессе) различной концентрации и построили зависимость поверхностного натяжения растворов поверхностно активных веществ (ПАВ) от концентрации.

Поверхностное натяжение растворов определяли по методу наибольшего давления в пузырьке П.А. Рединбера. Предпочтение данному методу отдано потому, что он является точным методом для измерений новерхностного натяжения, который применяется не только на границе жидкость - газ, но и на границе водный раствор ПАВ - жидкость, и, что особенно важно при разных температурах. В этом методе устранено влияние смачивания исследуемого раствора на результаты измерений, а также устранена возможность испарения жидкости [126].

Метод основан на пропускании в исследуемую жидкость через капилляр отдельных пузырьков газа (возд^^ха) или выдавливанием в нее капель другой, несмешивающейся с ней жидкости. Прибор Рединбера для определения наибольшего давления в пузырьке представлен на рис.3.20.

Рис.3.20 - Прибор Рединбера для определения наибольшего Наибольшее давление, при котором происходит образование и отрьш пузырька или капли в жидкости, пропорционально поверхностному натяжению жидкости на границе с воздухом или с другой жидкостью, соответственно:

где г - радиус каттилляра, т.е. наименьтт1ий радиус образующегося пузырька, соответствующий наибольшему давлению; Р — наибольшее давление, при котором ттузырек воздуха разрывает поверхностную плеш^ жидкости и проскакивает через неё.

Измерения начинали со стандартной жидкости, а затем растворов, начиная с меньшей концентрации. Высота столба манометрической жидкости при отрыве г^зырька в воде ho = 71 мм. Поверхностное натяжение технической водьт ао = 72,44 X 10'^ Н/м, при tg = 22^С отгределяли по справочттш^^. Экспериментальньте и расчетные результаты для каждого из исследуемых растворов ттредставили в таблице 3.2.

Т а б л и ц а 3.2 - Экспериментальньте и расчетньте результатьт по отгределению поверхностной активности исследуемьтх растворов РЬшользуя данные, пси^ченньте в результате измфения повфхностного натяжетшя раствсров, построили графичесь^ю зависимость о = f{c) для каждого из pacтвqюв (рис. 321).

Повфхностную активность вещества рассчитали как тангенс угла наклона касательг ной, проведенной к 1фивойа=/^(с) в точке пересечения ее с осью срщнат, т.е. тцж с=0.

Рис. 3.21 —Зависимость поверхностного натяжения Поверхностное натяжение моюшего раствора приблизительно в два раза ниже, чем с^ Q, ЧТО безусловно приводит к уменьшению краевого угла смачивания, что и наблюдалось при измерении краевого угла смачивания различными методами (см. приложение У).

Поверхностную активность рассчитали по формуле:

Экспериментагаьные данные показали, что с ростом концентрации моющего средства поверхностное натяжение.раствора уменьшается. При концентрации 1 г/л, что в два раза ниже концентрации рекомендуемой производителем, уже практически не зависит от концентрации ПАВ.

Повфхностное натяжение раствора оказывает (^тцественное влияние на смачиваемость влагозашщных тканей, т.е. жидкости с малым поверхностным натяжением лучше смачивают ткань. № данных рис. 3.16 а, б и приложения У рассчитали коэффициент уменьшения краевого угла при смачивании мыльным раствором по формуле:

где вц Q - величина краевого угла смачивания ткани технической водой;

^р-ра " величина краевого угла смачивания ткани мыльным раствором.

В табл. 3.3 представлены результаты расчета.

Таблица3.3 —Расчет коэффициента уменьшения краевого угла при смачивании JT ткани На рис. 3.22 представлен фафик изменчивости коэффициента уменьщения краевого угла смачивания при воздействии мыльным раствором.

Рис. 3.22 - Изменчивость коэффициента уменьшения краевого угла смачиваемости при воздействии мыльным раствором Учитывая величш^ 1фаевого угла 0 гцэи смачивании тканей водой и коэффициента уменьшения 1фаевого угла (рис. 3.22) выявлена фуппа тканей, обладающих оптимальными поверхностными свойствами (т.е. наименьшей смачиваемостью) для влагозащитной одежды. Такие ткани как «Турист С -104» (№20), камуфляжная (№16) и т.д. характеризуются высоким краевым углом смачивания для воды, однако в случае использования мыльного раствора они практически полностью теряют водоотталкивающие свойства {0р-ра составляет 30 - 50° ). Следовательно, для автомоек не применимы. Ткани (№1, 21, 22, 14, 3) характеризуются низким значением коэффициента к, т.е. при замене воды на мыльный раствор, их смачиваемость изменяется незначительно. Однако, низкие значения Он-уО для них характеризуют их достаточно хорощую смачиваемость даже чистой водой, что также не позволяет использовать их для влагозащитных костюмов.

Таким образом, на основании исследования водоупорности и смачиваемости современных материалов, определена группа материалов наилучшим образом обеспечивающих влагозащиту человека в производственных условиях автомойки. Однако эти ткани не удовлетворяют гигиеническим требованиям. Они отличаются очень низкой воздухопроницаемостью, поэтому необходимо искать конструктивные рещения в одежде, которые позволят наряду с высокой влагозащитой обеспечить необходимый уровень гигиеничности.

Методом однофакгорного дисперсионного анализа при уровне значимости 0, проверили нулевую гипотезу о том, что выбор метода не оказывает влияние на результат эксперимента по определению 1фаевого угла смачиваемости. Экспериментальные данные необходимые для выполнения однофакгорного дисперсионного анализа выбраны из таблицы У.1 (приложения У) и представлены в табл. 3.4. Проведено по 22 испытания на каждом из трех уровней фактора F (в качестве фактора F принят метод определения данной величины). Остановимся на параметрах дисперсионного анализа.

Таблица 3.4 — Результаты эксперимента по определению краевого угла смачивания лицевой стороны тканей каплей технической воды Номер испытания Параметр SS (сумма квадратов) между группами — факторная сумма квадратов отклонений групповых средних от общей средней:

где n - число испытаний, m - число уровней фактора.

Параметр SS внутри групп — остаточная сумма квадратов отклонений наблюдаемых значений от своей групповой средней:

Итоговое значение SS - общая сумма квадратов отклонений наблюдаемых значений от общей средней:

Параметр df-число степеней свободы, вычисляемый, соответственно, по форл^лам:

Параметр MS — несмещенные оценки (дисперсии) Sф и So, рассчитываемые, соответственно, по формулам:

Значение F - наблюдаемое значение критерия, находится по формуле:

где Р—значение определяется формулой=FPACn (F; d^; dQ;

F - критическое - формулой=FT ДСП (а; d^; d^).

Параметры дисперсионного анализа рассчитали с помощью пакета «анализ данных» программы Excel (фрагмент таблицы результатов программы Excel представлен в таблице 3.5).

Так как F = 3,249 < FRP = 4,256, то нулевая гипотеза принимается, то есть считается, что выбор метода не оказывает существенного влияния при данном Зфовне значимости на результат — краевой угол смачиваемости.

Па следующем этапе работы установили, что на математическое ожидание существенное влияние оказывают только два фактора (фактор А - вид воды, и фактор В вид стороны материала). 1Саждый из факторов варыфовался на 2-х уровнях: ai — техническая вода, аг - концентрированный моюпщй раствор, В]— лицевая сторона материала, В - изнаночная сторона материала с наличием различных пропиток.

Таблица 3.5 - Параметры дисперсионного анализа Однофакгорный дисперсионный анализ щ-оги Дисперсионный анализ На основе методов многофакгорного диснерсионного аналша [133] быш. сосгавлегт сводная таблица дисперсий влияния факторов на 1фаевой угол смачиваемости (табл. 3.6).

Экспериментальные данные необходимые для вьшолнения многофакторного дисперсионного анализа выбраны из таблиц У1 и У2 приложения У.

DISP_AN2.EXE для двухфакторного дисперсионного анализа, с одинаковым числом данных в каждой ячейке.

Таблица 3.6 - Экспериментальные сочетания величин краевого угла смачивания """'---„,^^^ Фактор в Техническая вода Концентрированный Результаты расчетов представлены в таблицеЗ.7. Согласно данным табл. 3.7 фактор А (вид воды) является наиболее существенным и оказывает существенное влияние на краевой угол смачиваемости. Показательным является также существенность воздействия на критерий оптимизации парных взаимодействий факторов А - В.

Т а б л и ц а 3.7 —Значимость факторов и их взаимодействий на краевой угол Источник дисперсии Из этого следует, что на значения краевых углов оказывают влияние волокнистый состав, структура переплетения влагозагцитного материала и вид воздействующей жидкости.