«ВЕСТНИК МОЛОДЫХ УЧЕНЫХ САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО УНИВЕРСИТЕТА ТЕХНОЛОГИИ И ДИЗАЙНА Периодический научный журнал №1 2014 Вестник молодых ученых Санкт-Петербургского государственного университета технологии и ...»

Рисунок 2. Влияние МВА на медь-катализируемые реакции кросс-сочетания 1-тенилтетразол-5-тиола йодбензолом:

На основании изучения кинетических закономерностей реакции медькатализируемого кросс-сочетания 1-фенилтетразол-5-тиола йодбензолом мы предположили оптимальные условия для проведения процесса: 1) растворитель ДМФА: вода 9:1, 20 мол% йодида меди и этилендиамина, и 2) использование МВА при температуре 85 °С.

Применение этих условий для модельной реакции позволило нам получить 1-фенил-5-фенилсульфанилтетразола с выходом 97 %.

1. Sperotto, E. The Mechanism of the modified Ullmann reaction / E. Sperotto, G. P. M. van Klink, G. van Koten, J. G. de Vries. – Dalton Trans., 2010. – V. 39. – P. 10338–10351.

2. The use of microwave ovens for rapid organic synthesis / R. N. Gedye, F.

Smith, K. Westaway, H. Ali, L. Baldisera, L. Laberge, J. Rousell // Tetrahedron Lett., 1986. – V.27, Is. 3. – P. 279–282.

УДК 677.027. Интерференционные пигменты нового поколения и их применение для колорирования текстильных материалов Санкт-Петербургский государственный университет технологии и дизайна Печатание с помощью неорганических пигментов – широко известная с древних времен техника художественно-колористического оформления тканей. Несмотря на доминирующее положение органических пигментов, применение традиционных неорганических пигментов сохранилось, а в ряде случаев даже развивается. Это обусловлено высокими прочностными свойствами некоторых пигментов, особенно свето-, водо- и термостойкостью, высокой кроющей способностью, а также низкой стоимостью. Современные неорганические пигменты представляют собой искусственно получаемые высокодисперсные нерастворимые в воде цветные и белые соли и окислы металлов: железа, свинца, титана, бария, хрома, алюминия и пр. К неорганическим пигментам относятся и тонкоизмельченные высокодисперсные металлические порошки, а также вещества, вводимые в состав красок в качестве наполнителей.

Некоторые особенности неорганических пигментов, в частности их непрозрачность, создают ряд преимуществ при использовании их в составе красок для печати обоев и имитации текстуры дерева.

Неорганические пигменты включают несколько природных веществ, таких, как охра, и большую группу синтетических соединений, открыты в основном задолго до органических синтетических пигментов. За исключением искусственной киновари, которая производилась в древности вместо природной киновари, и сурика, известного уже в средние века, химия искусственных неорганических пигментов начала развиваться в 1704 году, когда была открыта берлинская лазурь. В последующие столетия был получен синий кобальт. В начале 19 века появились желтый свинцовый крон, желтый кадмий, ультрамарин, зеленая окись хрома и синтетические окислы железа желтого, красного, коричневого и черного цветов, затем желтый цинковый крон. Красный кадмий получен 1910 году, оранжевый свинцово-молибдатный крон – в 1935, желтый титано-никелевый пигмент – в 1960 году.

Так как неорганические пигменты имеют превосходную прочность и высокую кроющую способность, качество красок на их основе гораздо выше, чем из органических пигментов менее устойчивых и более прозрачных при одинаковой интенсивности цвета. Неорганические пигменты дешевле, чем органические.

Кроющая способность пигмента – это его склонность придавать непрозрачность среде, в которой он диспергирован. Говорят, что пигмент непрозрачен, если это свойство у него сильно выражено, и прозрачен, если оно выражено слабо. Неорганические пигменты, в отличие от органических, обладают высокой кроющей способностью [1].

Помимо цветных стоит упомянуть и о белых неорганических пигментах, которые производятся и используются в больших количествах и не имеют аналогов в органическом ряду. Самый древний пигмент - свинцовые белила. Окись цинка и литопон начали вытесняться в 19 веке, но еще е потеряли практического значения. Двуокись титана впервые выпущена в 1924 в форме анатаза [1].

В производстве печатных красок для текстиля традиционно применяют следующие неорганические пигменты: белые: титановые белила TiO2, цинковые белила ZnO, угольную сажу, ультрамарин, "золотые" и "серебряные", или металлизированные: бронзовый и алюминиевый порошок-пудра.

Недостатком применения традиционных неорганических пигментов является невысокая прочность окраски к трению, а также значительная жесткость участка ткани с напечатанным рисунком.

Анализ литературы в области применения неорганических пигментов в колорировании текстильных материалов показывает, что данный технологический прием практически не используется. В настоящее время, в связи с созданием новых классов неорганических пигментов на основе слюды (мусковит), представляется возможным разработать новую технологию печатания, обеспечивающую получение высококачественных рисунков с необычными колористическими эффектами. Благодаря современным самосшивающимся акрилатным композициям для пигментной печати ведущих зарубежных фирм процесс получения прочных печатных рисунков, не отличающихся излишней жесткостью, возможен на существующем печатном оборудовании.

Основные тенденции в совершенствовании колорирования пигментами:

1. Повышение качества окраски напечатанных текстильных материалов.

а) Повышение устойчивости окраски ко всем видам воздействий и прежде всего к трению. Это достигается за счет использования красителей с высокой (частицы с размером не более 3 микрон, только для черных – 5 микрон) и, что очень важно равномерной дисперсностью.

Высокая и равномерная дисперсность обеспечивает устойчивость окраски к трению. Размер частиц становится меньше толщины пленки связующего на текстильном материале, и при трении устойчивость окраски перестает зависеть от размера частиц красителя, а зависит от физикомеханических свойств пленки полимера. Устойчивость окраски к трению и ко всем другим видам воздействия обеспечивается выбором связующих, загустителей и сшивающих препаратов, образующих на текстильном материале эластичную прочную пленку, прочно адгезионно удерживающуюся на текстильном материале. Эти совершенствования позволили с помощью пигментов получать окраски, по устойчивости сравнимые с кубовыми и активными красителями.

б) Обеспечение мягкого грифа достигается выбором загустителей (акрилатные), связующего (акрилатного), сшивающего препарата (минимальные концентрации) и добавкой силиконовых мягчителей. Использование самосшивающихся связующих позволяет исключить термореактивые сшивающие препараты.

2. Технологичность, удобство в приготовлении печатных красок.

Для простоты применения производители предлагают триады совместимых пигментных красителей. Совместимость их достигается близким содержанием красящего вещества в пасте (~ 30–40 %) и близкими значениями дисперсности ( ~ 3 микрона). Смесовая печатная краска с пигментами близкой дисперсности при раскупировке дает тот же оттенок, что и исходная, изменяя только интенсивность цвета. Малая чувствительность к электролитам и, следовательно, удобство в приготовлении печатной краски (постоянство вязкости) достигается исключением из ассортимента красителей марок, содержащих ионогенные группы, и выбор загустителей акрилатного типа с минимальной чувствительностью к электролитам.

3. Экологичность заложена в саму технологию колорирования пигментами, поскольку она исключает промывку и соответственно последующую за ней сушку. Однако до последнего времени стояла проблема содержания формальдегида в напечатанных тканях. Эта проблема частично решается за счет использования малоформальдегидсодержащих сшивающих препаратов или полное их исключение в случае самосшивающихся связующих. Производители пигментов вывели из ассортимента все азопигменты, способные разлагаться с выделением токсичных аминов. Все вышесказанное и вытекающая отсюда экономичность позволили использовать пигменты в областях, где ранее большим успехом пользовались кубовые и активные красители: детский и постельный ассортимент, камуфляж и т. д.

Новый класс интерференционных пигментов, отличающийся толщиной частиц пигмента, лежащей в наноразмерном диапазоне, позволяет получать на тканях цветной рисунок без применения красителей. Использование в текстильной печати пигментов на основе слюды и окислов металлов с толщиной слоя от 60 до 120 нм позволит получить печатный рисунок с высокой прочностью к трению, в противовес традиционным тонкодисперсным металлическим порошкам.

Способ изготовления интерференционного пигмента заключается в чередующемся нанесении на чешуйки SiO2 покрытия из оксида металла с большим показателем преломления и из оксида металла с низким показателем преломления с помощью мокрого способа путем гидролиза соответствующих растворимых в воде соединений металла, отделения, сушки и прокаливания полученного таким способом пигмента.

Частицы пигмента обычно обладают длиной, равной от 2 мкм до 5 мм, шириной, равной от 2 мкм до 2 мм, толщиной, равной от 20 до нм, в основном от 60 до 120 нм.

В настоящей работе исследуются неорганические пигменты на основе слюды и окислов металлов, цвет которых является результатом интерференции (наложения) света:

-серебристо-белая серия – КС 100, 123, - золотая серия КС 300, - интерференционная серия КС 235, 249, Перламутровые пигменты обладают характерным блеском, яркостью и «радужным» эффектом. Такой внешний вид пигмента обусловлен их строением.

Частички перламутрового пигмента — это прозрачные и тонкие пластинки с высоким коэффициентом преломления, частично отражающие и частично пропускающие свет, что зрительно создает эффект глубины.

Выпускаемые ранее перламутровые пигменты на основе соединений свинца и висмута очень токсичны. В настоящее время синтетические перламутровые пигменты получают осаждая на частичках слюды оксиды металлов (титана, железа). Размеры частиц слюды влияют на степень блеска и укрывистость. Более мелкие частицы обладают большей укрывистостью, но меньше блестят, крупные частицы ярче блестят, но обладают пониженной укрывистостью.

Варьируя способ осаждения, количество и состав осажденных слоев получают пигменты, дающие различные эффекты и имеющие различные оттенки (табл. 1-3).

Серебристый Сверкающий * Пигменты этой серии представляют собой частички слюды, покрытые сверху слоем диоксида титана и железоокисного пигмента.

* Серия пигментов на основе слюды и оксида железа.

Перламутровые абсорбционные пигменты, копирующие натуральные «перламутр» и «жемчуг», образованы из тонких слоев известняка, поглощающего свет, и поверхностного слоя белка, где собственно и происходит интерференция падающего и отраженного лучей света. Добавки таких пигментов не изменяют основного цвета продукта, но создают изменения интенсивности лучей при малейших движениях глаза; мозг человека воспринимает это как «жемчужный» эффект. Интерференционные пигменты могут создать эффект двух тонов, переходящий от слабого к сильному.

Такие пигменты представляют собой прозрачные чешуйки, линейные размеры которых значительно больше длины волны света, а толщина колеблется в интервале 70-150 нм. За счет интерференции лучей, отраженных верхними и нижними поверхностями чешуек, они оказываются интенсивно окрашенными. При толщине чешуек 70-80 нм преобладающим цветом является желтый, при толщине 90-100 нм – красный, а при 110-130 нм - синий. Естественно, эти цвета меняются при изменении углов падения и наблюдения света. Наиболее чистые «радужные» интерференционные цвета получаются с помощью специальных пигментов, представляющих собой мелкие шарики, покрытые тонкой пленкой, в которой собственно и происходит явление интерференции. В таком покрытии цвет не зависит от ориентации частичек пигмента, а определяется только расположением наблюдателя относительно окрашенной поверхности [2].

Свойства перламутровых пигментов:

1. Нетоксичность – перламутровые пигменты безопасны, могут использоваться в косметических средствах, в изделиях контактирующих с пищей, в детских игрушках, медицинских товарах.

2. Высокая химстойкость – перламутровые пигменты относятся к наиболее химически стойким пигментам. Они совершенно нерастворимы в воде, растворителях, слабых кислотах и щелочах.

3. Отличная светостойкость и атмосферостойкость – перламутровые пигменты на основе диоксида титана рутильной формы обладают высокой свето- и атмосферостойкостью и могут использоваться для окраски объектов, подвергающихся интенсивному освещению. Пигменты на основе анатазной модификации диоксида титана используются для внутренних покрытий и в косметике.

4. Высокая термостойкость (до 800 °С) – все перламутровые пигменты имеют превосходную термостойкость.

5. Хорошая диспергируемость – перламутровые пигменты хорошо диспергируются в воде и многих связующих.

6. Пигменты не проводят электрический ток.

Пигменты с перламутровым эффектом относятся к пигментам специального назначения, используемых 5 областях, где желателен эффект перламутрового глянца. Они широко используются в красках для автомобилей, приборов, для окрашивания пластмасс, бумаги, строительных материалов, кожи, косметических товаров, в полиграфии [3].

Для уточнения строения и размеров частиц интерференционных пигментов были изучены микрофотографии пигментов различных марок с увеличением в 200 раз, представленные на рис.

Из приведенных фотографий можно оценить размер частиц интерференционных пигментов. Например, частицы пигментов серебристо-белой серии КС-100 обладают размерами порядка 10–60 мкм, а частицы пигмента КС-153 – 20–100 мкм. Различный размер частиц пигментов приводит к тому, что печатные рисунки, получаемые с помощью крупноразмерного пигмента КС-153 отличаются высоким блеском по сравнению с атласным блеском мелкоразмерного пигмента КС-100.

Пигменты интерференционной серии марок КС-249 и КС-289 характеризуются идентичными размерами частиц.

Как видно из представленных микрофотографий, изученные пигменты отличаются высокой полидисперсностью, что согласуется с известными данными. Частицы пигментов являются прозрачными чешуйками неопределенной формы, которая возникает при измельчении частиц слюды с нанесенными наноразмерными слоями оксидов металлов в процессе получения интерференционных пигментов [4].

Пигменты: 1 – КС-100, 2 – КС-153, 3 – КС-249, 4 – КС- Таким образом, микроскопический анализ интерференционных пигментов позволил определить размер частиц пигментов различных марок.

1. Венкатараман, К. Химия синтетических красителей / К. Венкатараман. – Л.: ГНТИ, 1956. – Т. 5.

2. URL: www.chem.eurohim.ru/catalog/CosmeticsHouseholdAdditives/ Group153/Description.html (дата обращения 29.03.14).

3. URL: www.holliday-pigments.ru (дата обращения 29.03.14).

4. Заявка на изобретение № 2005115065. Интерференционные пигменты. – Опубл. 10.02.2006.

УДК 667.787.1: 547. Защитные композиционные материалы и покрытия © М. А. Бабаханова, С. С. Негматов, Д. У. Ахмедова, Х. Р. Шодиев Ташкентский институт текстильной и легкой промышленности Коррозионная стойкость металлов, используемых в конструкциях и различных сооружениях, в значительной степени зависит и от условий, в которых они находятся.

Для того чтобы сохранить металл, необходимо предпринимать меры, предохраняющие его от разрушения. Эта задача является делом не только специалистов, но и всех, кто в той или иной мере применяет изделия из металлов [1].

Разработка методов защиты тесно связана с изучением причин, вызывающих коррозию металлов.

Для защиты от коррозии оборудования в химической промышленности, а также в машиностроении, широко применяются различные коррозионностойкие полимерные покрытия. Но вместе с тем, разработок по созданию защитных покрытий от агрессивно-абразивных сред в настоящее время недостаточно. Проблема использования отходов производства приобретает большое значение, так как связана с экономией природных ресурсов и с охраной окружающей среды.

Применение эпоксидных смол в лакокрасочных покрытиях почти всегда связано с их модификацией и разбавлением более дешёвыми низковязкими материалами – растворителями, пластификаторами, другими смолами.

Жесткой трехмерной сетке, образующейся после взаимодействия диановых эпоксидных смол с отвердителями, может быть сообщена определенная пластичность путем введения модифицирующих компонентов [2].

В связи с этим, нами были исследованы процессы химического разрушения композиционных полимерных материалов.

В качестве объекта исследования были выбраны эпоксидные олигомеры ЭД-16, ЭД-20 и ЭД-22 (ГОСТ 10587-84), полиэтиленполиамин (ПЭПА) и дибутилфталат (ДБФ). Для проведения исследований образцов на агрессивную стойкость в качестве агрессивной среды, в соответствии с ГОСТ 4104-77, использовали растворы и пары серной (H2SO4), соляной (HCl), азотной (HNO3) и уксусной (CH3COOH) кислот. Коррозионная стойкость композиций определена в соответствии с ГОСТ 120-20-72 путем оценки изменения массы, линейных размеров и механических свойств стандартных образцов после выдержки их в химических реагентах в течение определённого времени.

Методика изучения химической стойкости основана на определении изменения массы, линейных размеров и физико-механических свойств стандартных образцов после выдержки их в агрессивных растворах в течение определённого времени [3, 4].

При изучении химической стойкости композиционных материалов, применяемых в качестве покрытия, одним из важных критериев оценки их стойкости является изменение адгезионной прочности в условиях воздействия агрессивных сред. Особенно эффективно применение этого критерия при оценке таких защитных свойств покрытий, как диффузионная проницаемость и внутренние напряжения.

На рис. 1 показана зависимость адгезионной прочности композиционного покрытия на основе эпоксидного олигомера Э-20 без наполнителей от времени выдержки в различных агрессивных средах.

Рисунок 1. Изменение адгезионной прочности ненаполненных покрытий на основе ЭД-20 в различных агрессивных средах:

1 – 50 % СН3СООН; 2 – 40 % НNO3; 3 – 25 % HCI; 4 – H2O; 5 – 40 % H2SO Изучение зависимости адгезионной прочности эпоксидных композиций на основе смол ЭД-16 и ЭД-22 от действия агрессивных сред показало, что она практически идентична величине адгезионной прочности покрытий из ЭД-16, т.е. адгезионная прочность этих покрытий во всех случаях снижается, а именно в серной кислоте – на 40, в воде – на 60, в соляной кислоте – на 70 % относительно величины адгезионной прочности при выдержке в этих средах более 10 суток на воздухе. Покрытия полностью теряют адгезионную прочность в азотной и уксусной кислотах в течение 10 и 6 суток, соответственно, вследствие деструкции полимеров на границе раздела фаз полимер-подложка.

Следовательно, анализируя изменения адгезионной прочности, можно судить о проницаемости покрытий, характере химического взаимодействия между подложкой и агрессивной средой.

Наличие пор и микродефектов (они контролировались электронным микроскопом) способствует ускоренному проникновению агрессивных сред в глубь материала, увеличивая площадь контакта плёнкообразующего слоя со средой, ускоряя протекание следующих процессов: химической деструкции, сорбции компонентов агрессивной средой, растворения зольфракции плёнкообразующего слоя, десорбции из полимерного материала различных добавок, изменения физической структуры материала.

Кинетика поглощения паров соляной кислоты исследована путём регистрации изменения давления её паров (рис. 2).

Рисунок 2. Поглощение паров НСI покрытиями из эпоксидных композиций без наполнителей при различных давлениях:

1,2,3- покрытия из эпоксидной композиции на основе ЭД- 1,2,3- покрытия из эпоксидной композиции на основе ЭД- 1,2,3- покрытия из эпоксидной композиции на основе ЭД- Для не наполненных композитов при увеличении давления паров HCl скорость поглощения её паров возрастает. Наибольшие скорости поглощения паров HCl наблюдаются при давлении 19-20 кПа. При этом скорость поглощения паров HCl в ходе реакции возрастает, вследствие чего кривые приобретают S-образный характер.

С целью экономии связующего в качестве модификаторов значительный интерес представляет частичная замена эпоксидной смолы ЭД- на кубовый остаток фурфурилового спирта (КОФС).

Для изучения модифицирующего действия кубового остатка пентозансодержащих соединений на свойства покрытий готовили композицию на основе эпоксидной смолы ЭД-20 и 20-80 % КОФС. В качестве пластификатора использовали госсиполовую смолу – отход масложировой промышленности. Отверждение осуществляли при комнатной температуре полиэтиленполиамином (ПЭПА) в течение суток.

Специфика полимерных покрытий, формирующихся из олигомерных систем, заключается в том, что процесс отверждения их связан с протеканием полимеризации на подложке, завершающейся образованием надмолекулярных структур, образующих пространственную сетку.

Регулируя структуру покрытия путем изменения соотношения наполнителей композиции, можно получить покрытия с оптимальной гетерогенностью. Сравнение проводилось с наполненной и не наполненной композицией. В качестве наполнителей использовали каолин, бентонит, отход Маржанбулакского золотоизвлекательного участка Навоинского горно- металлургического комбината (МЗИУНГМК) - ОЗИФ.

Основой большинства кремнеземных и силикатных наполнителей служит оксид кремния, имеющий более 20 различных модификаций. Химия поверхности диоксида кремния изучена достаточно хорошо. Установлено, что средняя концентрация ОН-групп на поверхности кремнеземов составляет 4,2–5,7 групп/нм2. Примерно такая же концентрация ОН-групп – на поверхности кварца.

Бентонит относится к группе монтмориллонитовых глин, приуроченных к верхнеглянцевым отложениям [4], рН водной суспензии 7-9, химический состав бентонита имеет несколько характерных особенностей.

До настоящего времени бентониты Узбекистана не были использованы в качестве сырья при получении покрытий.

Каттакурганские бентониты представляются наиболее интересными по степени их изученности, по своим физико-химическим свойствам и перспективны с точки зрения их запасов.

Каолин, или белая глина – минерал, представляющий собой гидратированный силикат алюминия. Каолин, содержащий гидратационную воду, является не абразивным, химически стойким. При введении каолина в реакционноспособные системы необходимо учитывать кислотность создаваемой им среды. Каолин, содержащий гидратационную воду, легко диспергируется в большинстве полимеров и связующих, особенно в присутствии диспергирующих агентов или поверхностно-активных веществ [5].

Ангренский каолин относится к группе алюмосиликатных наполнителей слоистой структуры, которая представлена двухслойными пакетами, расположенными на расстоянии 7 (0,001). Элементарная ячейка каолинита состоит из одного слоя кремнекислородных тетраэдров и одного слоя алюмокислородногидроксильных октаэдров, то есть является диоктаэдрической [6]. Химический состав каолинита имеет несколько характерных особенностей, молярное соотношение SiO2: Al2O3 у каолинитов равно двум, это сохраняется и после термообработки.

При введении наполнителей важное значение имеют природа этих наполнителей и их объемное содержание в пленкообразователе. Поэтому нами была определена практическая объемная концентрация, выше которой прочностные свойства покрытия ухудшаются (рис. 3).

Рисунок 3. Влияние наполнителей на предел прочности при растяжении (р) покрытия на основе КОФС с ЭД-20:

Предел прочности пленок при растяжении р в случае бентонита по сравнению с не наполненным покрытием возрастает до 700 кгс/см2. С ростом концентрации КОФС в системе возрастает и дефектность пространственной сетки. Это обусловлено гибкостью связей молекул КОФС. Увеличение их гибкости способствует достижению большего молекулярного контакта на границе раздела полимер – металл.

Введение КОФС улучшает разлив материалов и способствует получению более гладкой, без кратеров, пленки. Кубовые остатки пентозансодержащих соединений химически связываются при отверждении смолы и входят в состав пространственной сетки. При этом повышаются как физико-механические, так и защитные и декоративные свойства покрытий.

Таким образом, показано, что композиционные полимерные покрытия на основе ЭД-20 и КОФС (50:50), наполненные бентонитом (25 мас.ч), обладают наиболее высокими прочностными свойствами по сравнению с покрытиями, содержащими другие наполнители. Структура покрытия при концентрации 25 мас.ч. является более упорядоченной и характеризуется равномерным распределением частиц наполнителя.

1. Жук, Н. П. Курс теории коррозии и защиты металлов / Н. П. Жук. – М.: Металлургия, 1976. – 472 с.

2. Эпоксидные смолы и материалы на их основе. Каталог. Черкассы.

ОНИИТЭХИМ, 1981. – 52 с.

3. Карякина, М. И. Испытание лакокрасочных материалов и покрытий / М. И. Карякина. – М.: Химия, 1988. – 272 с.

4. Таджиев, Ф. Х. О возможности применения бентонитовых глин в производстве глиноземистого электрофарфора / Ф. Х. Таджиев, Р. И. Исматова, Т. Т. Абидходжаев // Докл АН УзССР, 1988. – №5. – С. 36-37.

5. Арипов, Э. А. Природные минеральные наполнители Узбекистана / Э. А. Арипов, Б. Н. Хамидов, Е. И. Тищенкова // Докл.Всесоюзн. конф. по композиционным материалам. – М.: НИИТэхим, 1982. – С. 78-84.

6. Сладков, А. С. Подготовка ангренского каолина для производства керамических изделий / А. С. Сладков, Т. И. Исламов, В. В. Эйсмонт // Стекло и керамика, 1974. – № 8. – С. 30-31.

УДК Технологические аспекты создания произведений из стекла, Санкт-Петербургская художественно-промышленная академия Возникнув как образ в сознании художника, гутная вещь преодолевает определенный путь до своего воплощения в материале. «Сам процесс создания вещи прикладного характера отличен от творческого акта в других искусствах тем, что между художником промышленности и его творением стоит производство» [1]. Художник приходит на печь, чтобы обсудить с мастером выдувальщиком технологию его создания. Это сродни репетиции будущего спектакля, в котором каждый участник действия выполняет свои строго обговоренные и отрепетированные партии. Чем меньше заминок и неловкостей будет происходить в момент выработки изделия на печи, тем естественней и привлекательней будет выглядеть конечный результат: многие изделия, выполненные «на одном дыхании», кажутся впоследствии, застывшими, почти нерукотворными.

Главная особенность гутного произведения из стекла заключается в том, что это изделие возникает непосредственно у печи путем свободного выдувания или при помощи форм. Декорирована и отделана она должна быть здесь же у печи. «Каждое изделие, созданное в гуте, индивидуально и неповторимо» [2]. Различные по своему химическому составу стекла по разному ведут себя в процессе горячей выработки изделий, поэтому мастер выдувальщик находится в определенных технологических рамках, учитывать которые необходимо художнику, воплощающему свой художественный замысел в гутной технике.

«Богатство приемов горячего декорирования поистине беспредельно» [3]. В данной статье приводятся примеры некоторых наиболее распространенных технологических приемов декорирования гутного стекла, наглядно демонстрирующих широчайшую палитру возможностей удивительного материала.

Многие техники декорирования горячего стекла не современное изобретение, некоторым из них тысячи лет. Так называемые прочесы на стекле, речь о которых пойдет ниже, пришли к нам еще из Древнего Египта, а украшение стекла миллефиоре из античного Рима.

Одной из самых эффектных гутных техник является вытягивание дротов, которые в дальнейшем используются в декорировании изделий.

Мастер-стеклодув набирает на рабочий конец стеклодувной трубки, нередко именуемый «набелем» необходимую порцию стекла, к образовавшейся каплевидной заготовке прилепляется «понтия» (другая трубка или точнее стержень с горячим стеклянным наконечником, в отличие от стеклодувной трубки, понтия не полая внутри). Затем оба мастера постепенно отходят друг от друга и растягивают стекло до необходимой толщины дрота. Этот процесс требует большого навыка, так как стекло при его вытягивании имеет свойство утоньшаться в середине длины дрота и чтобы добиться определенного калибра, необходимо довольно тонко управлять скоростью растяжения и равномерностью температуры стекла по всей его длине.

В художественном стеклоделии мастера вытягивают также и витые и полые стержни, для этого предварительно собранную из различных дротов заготовку, прилепленную к трубке и понтии, медленно вращают при вытягивании в противоположные стороны, именно таким образом получают витые дроты для знаменитой филиграни.

Декорирование стекла в технике миллефиоре, что переводится с итальянского тысяча цветов, изобретенное еще в Древнем Риме было прекрасно усвоено венецианскими мастерами XVI века. Принципиальное отличие римских и венецианских изделий от древнеегипетских муррин заключается в том, что изделия с миллефиоре представляют собой выдутые сосуды внутри стенок которых, подобно мурринам, красуются причудливые мозаичные узоры, рисунок которых зависит только от фантазии художника. В древнеегипетских изделиях стеклянная мозаика принимала форму вазы или тарелочки путем постепенного оседания разогретой, предварительно сплавленной, мозаики из стекла в заранее изготовленную форму, а не методом свободного выдувания, в наши дни подобная техника именуется «слампинг».

Декорирование стекла в технике кракле или «ледяное стекло», представляет собой способ, благодаря которому поверхность изделия покрывается множеством мелких, поблескивающих, произвольно расположенных трещинок. Существует два подвида кракле: кракеллирование внешней поверхности изделия и т.н. внутреннее кракле. Разница состоит в том, что в первом случае декор наносится непосредственно на поверхность изделия, а во втором случае на внутренней стенке. Сам эффект добивается путем очень кратковременного опускания горячей баночки в воду или мокрые опилки, затем баночку слегка разогревают чтобы исключить растрескивание изделия.

Декорирование нитями стекла один из наиболее древних способов украшения изделия. Мастера наматывают нитки и жгуты расплавленного стекла разных цветов на свои изделия, причем вращается пузырь, а другой мастер лишь оттягивает свою трубку со стеклом цвета нити. Также в отличие от древнеегипетских сосудов, в которых нити наматывались на керамический сердечник (который впоследствии удалялся) и образовывали само тело полого изделия, современные мастера используют нити лишь в качестве декора на выдутом пузыре. Затем эти нити, если того требует художественная задумка, подцепляются крючками и оттягиваются в разных направлениях, так называемая техника «прочеса», в результате чего на поверхности образуется узор наподобие гребней волны в неспокойном океане, затем заготовка заглаживается на плитке, чтобы при последующем наборе стекла в местах прилепа выпуклых нитей не оставался воздух, из-за которого в стенках изделия появляются неряшливые, нежелательные пузырьки.

Всевозможные налепы – один из распространеннейших способов декорирования стекла. Прилепленный кусочек горячего стекла к поверхности баночки или уже практически готового изделия, можно приплюснуть любой печаткой с любым рельефом, выполненным на ней, тем самым, придав изделию, например, шутейный облик, либо, напротив, некую реплику античной эпохи, отминая рельефное изображение, например, головы льва. Еще одно привлекательное свойство налепа основано на другом принципе. Если к тонкостенному корпусу изделия налепить относительно большую массу горячего стекла, стенка под эти пятном разогревается и, если в этот момент подуть в трубку, налеп раздуется в шарикообразным пузырем наружу, если же, напротив, трубку соединить с вакуумом, налеп превращается в пузырь, уходящий во внутрь изделия. Все эти приемы можно с успехом использовать, например, в лепке анималистической пластики из стекла.

В гутной работе нередко используется сочетание нескольких техник.

Например используя стеклянную крошку (измельченное стекло одного или нескольких цветов) и стеклодрот, различных толщин и длины, можно создавать совершенно уникальные узоры. Пузырь горячего стекла словно панируется крошкой, затем закатывается на разогретые предварительно дроты таким образом, что все они припаиваются к поверхности пузыря, который затем разогревается в печи при температуре приблизительно 760°С до того момента пока разные слои стекла не сплавятся друг с другом. Теперь мастер может приступать непосредственно к формованию изделия, например сосуда или раскрыть пузырь с одной стороны и раскручивать его в тарелку, которая в свою очередь может являться произведением самим по себе или служить заготовкой для, например вазы, изготовляемой в технике «слампинг».

Простой и одновременно с тем очень эффектный способ декорирования стекла рифление или вальцевание, представляет собой погружение и вдувание предварительно закатанного в катальнике набора стекла в так называемую рифленку, металлическую заготовку, форма и размеры которой могут быть различны. Основная задача рифленки придать боковой поверхности набора выступающие волнообразные валики. В результате окончательного выдувания внешняя поверхность изделия несколько сглаживается, а внутренняя поверхность стенок изделия, напротив, приобретает неровную волнистую форму. Если же на отформованную в рифленке заготовку наматать горячую цветную стеклянную нитку, и слегка продуть, возле отверстия печи, то нить, провисая между ребрами растянется и разорвется, одновременно сплавляясь в комочки, под действием сил поверхностного натяжения стекла, а в поверхности изделия возникнут причудливые пунктирные горошинки, расположенные в строгом ритмическом порядке – это еще один пример удачного сочетания различных гутных приемов.

Другой, не менее выразительный способ использования рифленки заключается в декорировании изделия воздушными полосками. Этот способ декорирования требует большого мастерства и сноровки т.к. изготовить две заготовки, одну гладкую чуть большего размера и вторую вальцованную, соответственно меньшего размера, и поместить меньшую в большую, задача не из простых. В момент соединения обеих заготовок, гладкая отбивается от понтия, вторая, находящаяся на трубке слегка раздувается, затем изделие берут на понтий и отделяют от трубки. В результате довольно толстостенное изделие, благодаря продольным, подчеркивающим форму, внутренним воздушным полоскам, приобретает выразительную зрительную легкость.

Суть мастерства стеклодува – это понимание как долго стекло может находиться в печи и когда его следует оттуда вынимать. Таким образом, ремесленник контролирует вязкость стекла, позволяющую ему производить любые операции с материалом. Еще одним фактором мастерства служит умение стеклодува бороться с силами тяжести, стремящимися смять и расплющить изготавливаемое изделие. Именно поэтому трубка, на которой происходит чудо рождения вещи, постоянно вращается в горизонтальном положении, из-за чего центростремительные силы удерживают пузырь на ней.

Такие качества стекла как его возможность быть прозрачным или глухим, иметь невероятные сочетания цветов в одном изделии или быть ровно окрашенным по всей поверхности, включать в свою текстуру цветные полоски, сотни маленьких пузырьков, напоминать своей поверхностью водную рябь, а также иметь полуразмытые, похожие на акварельные пятна, включения разных цветов, привлекают многих художников.

Производство гутных изделий трудоемкий, буквально «горячий»

процесс, однако результат ошеломляет и каждая вещь, поскольку сделана вручную, уникальна. «В гутных вещах как бы остановилось мгновение, когда расплавленное стекло еще живет, растекается, но уже замирает, остывая» [4]. Вариаций текстур и цветов колоссальное количество. Древние гутные приемы декорирования стекла интерпретируются, возникают интересные новые их сочетания. Изучение свойств стекла в горячем состоянии, технологий его декорирования позволяет отыскивать новые оригинальные способы и решения в выработке изделий. Современный художник может воплотить в стекле совершенно любой художественный замысел, благодаря огромным возможностям материала.

1. Василевская, Н. И. Мастера Ленинградского завода художественного стекла. Адольф Остроумов. Елагиноостровский дворец-музей русского декоративно-прикладного искусства и интерьера / Н. И. Василевская.

– СПб, 2004. – 110 с.

2. Ланцетти, А. Г. Изготовление художественного стекла / А. Г.

Ланцетти, М. Л. Нестеренко. – М.: Высшая школа, 1987. – 304 с.

3. Энтелис, Ф. С. Формование и горячее декорирование стекла / Ф.

С. Энтелис. – СПб.: Санкт-Петербургский инженерно-строительный институт, 1932. – 139 с.

4. Прокофьев, Е. П. Русский хрусталь. Гусевский хрустальный завод / Е. П. Прокофьев. – Л. Художник РСФСР, 1970– 156 с.

УДК 667. Сравнение качества льняной пряжи выработанной с применением различных вытяжных приборов прядильных Костромской государственный технологический университет В настоящее время используется технология получения льняной пряжи мокрым способом. При этом производится предварительно ровница, которая затем перерабатывается на прядильных машинах мокрого способа.

В отечественной текстильной промышленности применяются машины типа ПМ-88-Л5, ПМ-88-Л8, ПМ-88-Л10, ПМ-114-Л8 и др. Некоторые отечественные предприятия используют прядильные машины иностранного производства оснащенные различными вытяжными приборами. В настоящее время известно использование прядильных машин с однозонным вытяжным прибором с двумя ремешками (рис. 1) и с однозонным прибором без промежуточных элементов, но имеющим очень малую разводку ~ 45 – 50 мм (рис. 2).

Рисунок 1. Вытяжной прибор Как оказалось пряжа, выработанная на этих машинах, имеет различное качество.

При выработке на однозонных вытяжных приборах с малой разводкой пряжа получается намного лучше по качеству. Для оценки качества двух образцов пряжи, выработанных с применением вышеописанных вытяжных приборов, были определены следующие характеристики: 1 – графики спектральной плотности, полученные с помощью измерительной установки КЛА-М (рис. 3); 2 – графики зависимости разрывной нагрузки и ее неравномерности в зависимости от зажимной длины образца (рис. 4, 5).

Для этих измерений использовалась разрывная машина РМ-3.

Рисунок 3. Графики спектральной плотности сравниваемых пряж Анализируя графики спектральной плотности можно явно отметить, что: 1 – функция построенная для пряжи выработанной с однозонным вытяжным прибором с малой разводкой имеет меньшую общую площадь фигуры, ограниченной этой функцией, что означает меньшую общую неровноту пряжи по линейной плотности; 2 – положение вершин обоих графиков относительно оси ординат одинаково, приблизительно 0,06-0,08 м (60мм). А это означает, что оба варианта пряжи были сформированы приблизительно из одинаковых элементарных волокон и их групп. При этом средняя длина волокон [1] и их групп составляет ~ 21–28 мм. Данное обстоятельство указывает, что процесс дробления технических льняных волокон происходил приблизительно одинаково. Но тем не менее можно констатировать, что при одинаковой степени дробления технических волокон оказывается, что их длина в каждом образце имеет различную неравномерность, что и вызывает меньшую общую неровноту пряжи, выработанную применением вытяжного прибора с малой разводкой.

Рисунок 4. Зависимость разрывной от зажимной длины Рисунок 5. Зависимость неравномерности (коэффициента вариации) от Для оценки прочности обоих вариантов пряжи были построены графики зависимости разрывной нагрузки и ее неровноты в зависимости от зажимной длинны образцов. На них указаны сплошными линиями графики для пряжи выработанной с вытяжным прибором с малой разводкой, а пунктиром – для пряжи выработанной с вытяжным прибором оснащенным двумя ремешками. Данные графики подтверждают выводы сделанные выше. Из графиков видно, что пряжа выработанная с применением вытяжного прибора с малой разводкой имеет большую (~ 20-25%) разрывную нагрузку, при этом неравномерность ее оказывается меньше во всем измеренном диапазоне.

1. Вытяжной прибор с малой разводкой обеспечивает лучшее дробление технических льняных волокон за счет большей стабильности волокон по длине.

2. Прочность пряжи выработанной с применением однозонного вытяжного прибора с малой разводкой получается больше на ~ 20-25 %.

1. Севостьянов, А. Г. Методы и средства исследования механикотехнологических процессов текстильной промышленности: Учебник для вузов текст. пром-ти / А. Г. Севостьянов. – М.: Легкая индустрия, 1980. – 392 с.

УДК 685.34.055. Диагностика точности координатного устройства швейного полуавтомата с микропроцессорным управлением Витебский государственный технологический университет Швейные полуавтоматы с микропроцессорным управлением получили широкое распространение благодаря гибкости переналадки на другой размер и форму строчки. В результате лабораторных испытаний полуавтоматов с большим полем обработки (вышивальных, короткошовных, контурных) выявлено, что одной из существенных является проблема возникновения погрешностей перемещений каретки координатного устройства.

Эти погрешности изменяются в ходе эксплуатации за счет изнашивания подвижных соединений, появления зазоров в разъёмных соединениях при их вибрации, растяжения тросиков и других причин. Во многих случаях наладка координатного устройства позволяет восстановить точность отработки перемещений, однако отсутствие средств диагностики не даёт возможности количественно оценить произведённое улучшение.

Одним из перспективных средств измерения и контроля геометрических размеров обрабатываемых деталей является машинное зрение – комплекс расчётных методов, средств оцифровки изображения и программного обеспечения для обработки изображений. Отличительной особенностью систем машинного зрения, которую необходимо учитывать, является их узкая специализация и невозможность использования универсальных систем на данном этапе развития техники.

Целью данной работы являлась разработка методики измерения и анализа точности координатного устройства швейного полуавтомата с микропроцессорным управлением для изготовления строчек на деталях верха обуви. Для анализа точности прокладывания строчек координатным устройством полуавтомата была предложена методика, основанная на определении координат проколов иглой посредством машинного распознавания объектов.

На этапе разработки и апробации методики использовалось эталонное изображение, выполненное в графическом редакторе (рис. 1). Диаметр кругов принят примерно равным диаметру лезвия иглы (1 мм) и расстояние между кругами как по вертикали, так и по горизонтали принято равным длине стежка (4 мм). Сетка сохранена в растровом формате "jpeg" c разрешением 300 dpi. Тем самым погрешность расположения центров кругов относительно идеальной сетки должна теоретически составить 0, мм. Однако практически на эту величину влияют два основных фактора, первый из которых увеличивает погрешность, а второй уменьшает:

– при сохранении в формате "jpeg" изображение сжимается, поэтому возникает размытие изображения за счёт потери информации;

– координаты центров кругов определялись как центры их масс, точность определения которых статистически выше точности определения координат отдельной точки.

В дальнейшем разработка программного обеспечения велась с использованием пакета прикладных программ Matlab. Ниже приведён алгоритм обработки исходного изображения, позволяющий получить координаты центров кругов и погрешность расположения центров этих кругов относительно идеальной сетки. Обработка в качестве изображения эталонной сетки позволяет оценить погрешность работы самого алгоритма.

Вначале повышается контрастность изображения.

Затем методом Канни определяются границы кругов. При этом опытным способом подбираются два параметра, необходимые для работы метода: пороговое значение интенсивности и стандартное отклонение функции Гаусса. На рис. 2 показан фрагмент полученного изображения с выделенными границами кругов.

Рисунок 2. Определение границ кругов методом Канни Границы кругов заполняются заливкой.

Выполняется морфологическое сглаживание изображения с помощью шаблона "диск". Это позволяет избавиться от тонких линий и улучшить форму кругов.

Для всех замкнутых заполненных областей изображения определяются координаты центров их масс.

Для анализа погрешностей нужны не сами координаты, а отклонения этих координат от идеальной сетки. Для определения отклонений координат кругов от идеальной сетки был разработан алгоритм, состоящий из нескольких шагов. Ось Оx была направлена вдоль главного вала полуавтомата, ось Оу – поперек.

а) Определяются минимальные значения xmin и ymin.

б) Вычисляются отклонения координат всех точек относительно точки (xmin, ymin). При этом если координаты точек xi и yi значительно (более чем на половину шага сетки) отличаются от xmin и ymin, то от них вычитается целое число шагов сетки.

в) Определяются средние значения отклонений координат всех точек относительно точки (xmin, ymin) по формулам Тем самым определяется смещение центра поля рассеяния координат точек.

Погрешности расположения центров кругов относительно идеальной сетки С помощью программного обеспечения выполняется статистический анализ полученных погрешностей (рис. 3).

В случае, если отсканированное изображение повернуто на угол, необходимо повернуть его на угол –. Для определения угла поворота разработан соответствующий расчетный алгоритм.

Рисунок 3. Распределение погрешностей для эталонного образца Как видно на рис. 3, погрешности находятся в пределах ±0,035 мм по координате x и в пределах (–0,045; +0,025) мм по координате у. Таким образом, погрешность работы вышеприведенного алгоритма составляет не более ±0,07 мм, что является приемлемым.

На швейном полуавтомате с микропроцессорным управлением проколы были получены иглой на листе плотной бумаги (рис. 4). Направление большинства стежков – поперечное. Общее количество проколов – порядка 1600.

Рисунок 4. Сетка из проколов, полученная на полуавтомате На рис. 5 показаны гистограммы распределения погрешностей. Также приведены среднее квадратическое отклонение погрешностей и доверительный интервал погрешностей с доверительной вероятностью 95 %.

x (продольное направление) y (поперечное направление) В дальнейшем были выявлены конструктивные причины появления высоких значений погрешностей и проведены мероприятия по уменьшению их влияния на точность координатного устройства. Разработанная методика может использоваться для диагностики швейных полуавтоматов с микропроцессорным управлением с большим полем обработки как в ходе их изготовления, так и в ходе дальнейшей эксплуатации.

УДК 687.1. Требования, учитываемые при проектировании утепленной спецодежды для инженерно-технических работников строительной промышленности Санкт-Петербургский государственный университет технологии и дизайна В последние годы переменилось отношение к спецодежде со стороны государства, работодателей и швейных предприятий. С каждым днем открываются все больше различных производств и компаний, работников которых необходимо обеспечить одеждой. Современные руководители подходят к выбору спецодежды достаточно серьезно. Важно подобрать спецодежду не только обеспечивающую защиту работников от вредных производственных факторов, практичную, удобную, но и создающую благоприятный имидж для компании, эстетически выделяемую на объекте производства.

Рассматривая появление новых изделий на рынке, можно отметить, что их появлению предшествовало множество замыслов для того, чтобы обеспечить возникновение в этой полноте. Создание нового изделия требует многосторонней деятельности и большого искусства, прежде всего от инженеров-конструкторов и дизайнеров промышленного профиля. При современном высоком уровне совершенства изделий их конкурентоспособность на рынке зачастую обеспечивают лишь некоторые "мелочи" удачной конструкции изделия, являющиеся результатом научного исследования условий труда на соответствующем предприятии.

Новые требования к внешнему виду работников породили для большинства компаний новое направление при проектировании одежды – разработка корпоративного стиля, обязательные атрибуты которого: определенная цветовая гамма, единый стиль, обязательное наличие логотипа по индивидуальному заказу (вышивка, термоперенос, трансфер и др.).

Проектируемый по заданию заказчика, при прохождении преддипломной практики на швейном производстве студенткой И. С. Тюриной комплект утепленной производственной спецодежды общего назначения, по защитным свойствам относится к группам спецодежды для защиты от общих производственных загрязнений и пониженных температур. Для разработки комплекта, состоящего из куртки и полукомбинезона, соответствующего условиям труда и отвечающего эксплуатационным требованиям, подробно изучены особенности производственной среды и трудового процесса целевых потребителей – руководящих должностей строительной промышленности. Комплект планируется эксплуатировать на открытом воздухе в зимнее время года в III регионе, I-II климатическом поясе согласно классификации ГОСТ Р 12.4.236-2011 [1]. По вышеназванному стандарту проектируемый комплект следует отнести к первому классу защиты. Назначение разработки – защита инженерно-технических работников (ИТР) от опасных, вредных факторов производственной среды, обеспечение безопасных условий труда, сохранение работоспособности человека и защита от холода. Обоснование для разработки – несоответствие внешнего вида представленных на рынке моделей запросам потребителей –инженерно-технических работников (ИТР). Требуется разработать комплект, создающий благоприятное эстетическое впечатление, близкий к современной бытовой моде, выгодно отличающий работника руководящей должности от своих подчиненных.

ИТР строительных профессий работают как с информацией (схемы, графики, программы и т. д.), так и с техническими устройствами. Помимо того, неотъемлемой частью трудового процесса ИТР является общение с другими людьми, занятыми в производстве. Специфика работы данных сотрудников, спецодежда имеет ряд особенностей. С одной стороны, эти работники в меньшей степени вовлечены в процесс производства (а значит, что к их одежде предъявляется меньше требований по обеспечению безопасности), но, в то же время, высокий статус ИТР в коллективе предполагает соответствующее качество и дизайн их одежды. Требования к рабочей одежде для ИТР обуславливает ряд факторов производственной среды отрицательно влияющих на состояние здоровья строителей, наиболее значимыми являются вибрация и шум, производственные загрязнения, в зимний период – низкая температура, поэтому важно использовать спецодежду, создающую комфортный микроклимат под одеждой и обеспечить работников СИЗ, защищающими кожу от загрязнений и вредных воздействий. Так как в трудовой деятельности ИТР пользуются средствами труда и оборудованием, которое может нанести физические повреждения человеку, спецодежда должна быть устойчивой к трению, порезам и проколам и принимать на себя весь урон от контакта с различными движущимися деталями механизмов [4].

ИТР строительных профессий работают как с информацией (схемы, графики, программы и т. д.), так и с техническими устройствами. Помимо того, неотъемлемой частью трудового процесса ИТР является общение с другими людьми, занятыми в производстве. Специфика работы данных сотрудников, спецодежда имеет ряд особенностей. С одной стороны, эти работники в меньшей степени вовлечены в процесс производства (а значит, что к их одежде предъявляется меньше требований по обеспечению безопасности), но, в то же время, высокий статус ИТР в коллективе предполагает соответствующее качество и дизайн их одежды. Требования к рабочей одежде для ИТР обуславливает ряд факторов производственной среды отрицательно влияющих на состояние здоровья строителей, наиболее значимыми являются вибрация и шум, производственные загрязнения, в зимний период – низкая температура, поэтому важно использовать спецодежду, создающую комфортный микроклимат под одеждой и обеспечить работников СИЗ, защищающими кожу от загрязнений и вредных воздействий. Так как в трудовой деятельности ИТР пользуются средствами труда и оборудованием, которое может нанести физические повреждения человеку, спецодежда должна быть устойчивой к трению, порезам и проколам и принимать на себя весь урон от контакта с различными движущимися деталями механизмов [4].

Помимо факторов производственной среды, на работника оказывают воздействие и условия труда. К основным неблагоприятным условиям труда работников строительной промышленности относятся:

подвижной характер труда строителей, отсутствие постоянных рабочих мест, передвижение рабочих мест и строительных материалов;

совмещение комплекса близких по характеру профессий;

производство работ несколькими организациями совместно;

работа в различных климатических зонах, на открытом воздухе;

ненормированный рабочий день;

неудобная рабочая поза, перенапряжение мышц.

Совокупность неблагоприятных факторов производства и условий труда оказывает негативное влияние на здоровье работников, в частности их воздействие на человека приводит к профессиональным травмам, болезням [2].

Значителен удельный вес пострадавших, которые в момент травмирования не выполняли никакой работы, но находились на стройплощадке. Во избежание несчастных случаев следует обеспечить работников заметной спецодеждой, используя в отделке СВ-ленты и кант [5].

Таким образом, для обеспечения безопасной работы специалиста необходимо предпринять комплекс организационных, технологических и технических мер по охране труда, среди которых одно из ключевых мест занимает обеспечение работника соответствующей спецодеждой. Современный рабочий костюм – попытка совместить комфорт, удобство, стиль и необходимые защитные свойства воедино.

1. ГОСТ Р 12.4.236-2011. Система стандартов безопасности труда.

Одежда специальная для защиты от пониженных температур. Технические требования. – Введ. с 01.07.08. – М.: Стандартинформ, 2011. – 28 с.

2. Дубровская, Л. С. Особенности условий труда в строительстве и производстве строительных материалов / Л. С. Дубровская // Вестник строительного комплекса, 2011. – № 75. – С. 14-15.

3. Потапова, С. Современная спецодежда. Какая она? / С. Потапова // URL: http://www.spets.ru/ (дата обращения: 08.02.13).

4. ГОСТ 29122-91. Средства индивидуальной защиты. Требования к стежкам, строчкам и швам. – Взамен ГОСТ 12.4.116-82; Введ. с 01.01.93. – М.: ИПК Издательство стандартов, 2002. – 20 с.

5. ГОСТ Р 12.4.219-99. Система стандартов безопасности труда. Одежда специальная сигнальная повышенной видимости. Технические требования. – Введ. с 03.01.01. – М.: ИПК Издательство стандартов, 2000. – 21 с.

6. ГОСТ 15.004-88. Система разработки и постановки продукции на производство. Средства индивидуальной защиты. – Введ. с 01.01.89. – М.:

ИПК Издательство стандартов, 2003. – 10 с.

УДК 502.5,330.131. Ситуационное моделирование в оценке техногенного риска Санкт-Петербургский государственный университет технологии и дизайна В настоящее время безопасность в природно-техногенной сфере является важнейшей проблемой во всем мире. В России в зонах возможного воздействия поражающих факторов при авариях на потенциально опасных производственных объектах проживают свыше 60 млн человек [1]. Большинство стратегических отраслей в России работают с 80–90%-м износом основных фондов, поэтому риски возникновения вслед за техногенными авариями экологических бедствий природно-хозяйственных систем возрастают [2].

Выбор темы исследования, выполняемого на кафедре инженерной химии и промышленной экологии СПГУТД, определен началом подготовки на кафедре специалистов по техносферной безопасности, которые должны обладать профессиональными компетенциями в области управления рисками.

В качестве объекта исследования выбраны нефтепроводы (НП) как технические средства повышенной опасности для окружающей среды и человека и объекты, для которых имеется достаточно данных для моделирования, доступных в открытых источниках.

В настоящее время нефтепроводы являются самым экономически целесообразным видом транспорта, но представляют собой сложный технический комплекс (рис. 1) с находящимся в нем опасным веществом – нефтью и являются источником техногенных аварий. Соответственно, возникает необходимость своевременного прогнозирования, предотвращения и оптимизации мероприятий по ликвидации чрезвычайных ситуаций (ЧС).

При анализе опасностей аварийных ситуаций, сопровождающихся разливами нефти и нефтепродуктов, необходимо учитывать, по крайней мере, пять основных аспектов:

– физико-химический;

– математико-статистический;

– токсикологический;

– эколого-токсикологический;

– эколого-экономический.

Классификация причин аварий и повреждений на нефтепроводах представлена на рис. 2.

Рисунок 1. Схема магистрального нефтепровода 1 – промысел; 2 – пункт переработки нефти; 3 – подводящие трубопроводы; 4 – головные сооружения; 5 – колодец пуска скребка (шара, диагностирующего устройства); 6 – линейный колодец; 7 – переход под железной дорогой; 8 – переход через реку; 9 – переход через овраг;

10 – конечный распределительный пункт Рисунок 2. Причины аварий и повреждений на нефтепроводах По данным Федеральной службой государственной статистики, за последние 10 лет произошло порядка 260 аварий на нефтепроводах. В их число входят такие крупные аварии как разлив 10 т нефти под Челябинском (07.02.2006), разлив 50 т дизельного топлива в районе Кстово (13.03.2007), разлив порядка 2000 т в Печорском районе (22.02.2009) и др.

Реакцией на возрастающие опасности стала выдвинутая «концепция приемлемого риска», в основе которой лежит принцип «предвидеть и предупреждать». Она основывается на знании природы объективно существующих опасностей, закономерностях их появления и снижения обусловленного ими ущерба [3].

В качестве метода, позволяющего строить модели, описывающие процессы так, как они проходили бы в действительности, применяют ситуационное моделирование. Такую модель можно «проиграть» во времени как для одного испытания, так и для заданного их множества. При этом результаты будут определяться случайным характером процессов. По этим данным можно получить достаточно устойчивую статистику, которая позволяет оценить возможные последствия и предотвратить ЧС.

Цель ситуационного моделирования состоит в воспроизведении поведения исследуемой системы на основе результатов анализа наиболее существенных взаимосвязей между её элементами.

В соответствии с действующими нормативными документами, понятие риск или степень риска определяется как сочетание частоты (или вероятности) и последствий конкретного опасного события. Таким образом, понятие риска всегда включает два элемента: частоту, с которой осуществляется опасное событие, и последствия этого события [4]. Под оценкой риска или оценкой степени риска понимается процесс, используемый для определения степени риска анализируемой опасности для здоровья человека, имущества или окружающей среды.

Анализ (оценка, прогноз) риска – это исследования, направленные на выявление и количественное определение различных видов рисков при осуществлении разного рода деятельности. Анализ риска обычно начинается с выявления опасностей на рассматриваемой территории как причин риска и механизма возможного воздействия его негативных факторов на различные группы населения в случае реализации опасностей.

Оценка риска состоит в его количественном измерении, т. е.

определении возможных последствий реализации опасностей для населения. Целью оценки риска является выработка решений, направленных на его снижение. При этом оцениваются затраты и выигрыш от принимаемого решения.

Различают качественную и количественную оценку риска. Задачей качественного анализа риска является определение зон приемлемости или неприемлемости риска, а также определение необходимости проведения количественной его оценки.

Количественный анализ риска подразумевает вычисление значения риска в конкретной ситуации. Следует отметить, что проведение сложных и дорогостоящих расчетных процедур, точность которых для большинства технологических процессов невелика, бывает неоправданной.

Погрешность значений вероятностных оценок риска даже при наличии достаточной информации, как правило, высока. Поэтому на практике в первую очередь следует применять качественные методы анализа риска.

В процедуру оценки риска чрезвычайных ситуаций на нефтепроводах входит:

– прогноз частоты (вероятности) возникновения ЧС;

– оценка количества опасных веществ, способных участвовать в ЧС;

– определение площади разлива нефти, зоны взрывоопасных концентраций при испарении нефти с поверхности разлива;

– оценка последствий чрезвычайных ситуаций для человека, окружающей природной среды и самого объекта.

Прогноз риска – это его оценка на определенный момент времени в будущем с учетом изменения условий проявления риска [5].

Чрезвычайные ситуации, как правило, характеризуются комбинацией случайных событий, проявляющихся с различной частотой на разных стадиях возникновения и развития ЧС. Для выявления причинноследственных связей между этими событиями используется логикографический метод анализа «дерева событий», который можно рассматривать как важный элемент ситуационного моделирования.

На рис. 3 приведено дерево событий для наиболее вероятного сценария.

Приведенные числовые значения вероятностей являются либо результатом накопления и обработки статистических данных (Р2.1, Р2.2, Р2.3, Р3), либо результатом расчета. Так, вероятность Р2 (авария с разливом нефти) можно определить путем сложения вероятностей Р2.1, Р2.2, Р2.3, так как причиной аварии с разливом нефти может служить какой-либо из этих факторов.

Определение же вероятности P1 (возникновение опасной концентрации паров), сводится к перемножению вероятностей отдельных событий P2 и P3: опасная концентрация возникнет только при выполнении обоих этих условий. На рис. 4–5 приведены деревья событий для сценариев с наиболее тяжелыми последствиями, где вероятности подсчитаны аналогичным образом.

Рисунок 3. Дерево событий для наиболее вероятного сценария Рисунок 4. Дерево событий для сценария с наиболее тяжелыми Рисунок 5. Дерево событий для сценария с наибольшими последствиями Согласно действующему ГОСТ 12.1.010-76, производственные процессы должны разрабатываться так, чтобы вероятность возникновения взрыва на любом взрывоопасном участке в течение года не превышала 10–6.

Проанализировав результаты построения деревьев событий, можно сделать выводы о том, что вероятность возникновения первого и второго сценария превышает допустимую, и поэтому для исследуемого участка нефтепровода требуется разработка и принятие мер по повышению надежности, а для этого необходимо прогнозирование последствий ЧС, т. е. определение ее параметров:

– массы нефти, разлившейся при ЧС;

– площади растекания и толщины слоя разлившейся нефти;

– количества нефти, впитавшейся в грунт;

– зоны образования взрывоопасных концентраций паров нефти в приземном слое атмосферы;

– массы паров нефти, поступившей в окружающее пространство;

– зоны опасных давлений ударной волны при возможном взрыве;

– зоны опасного теплового воздействия для людей и зданий.

На основе этих данных можно определить индивидуальный и социальный риски.

Для автоматизации перечисленных видов расчетов в математической среде Mathcad нами разработано соответствующее программное и информационное обеспечение. В основу его положены феноменологические и эмпирико-статистические математические модели.

В качестве примера были выполнены расчеты для сценария с наибольшими последствиями (пожар пролива) по данным для магистрального нефтепровода «Кириши – Приморск» (табл. 1).

Таблица 1. Результаты расчета параметров ЧС Масса паров нефти, поступивших в окружающую среду, кг Величина индивидуального риска, год Рассчитаны радиусы зон избыточного давления при возможном взрыве горючих паров (рис. 6). Здесь выделены границы зон полного разрушения (избыточное давление выше 100 кПа), разрушения 50 % сооружений (Р = 53 кПа), разрушения без обрушений (Р = 28 кПа), умеренного разрушения сооружений (Р = 12 кПа), повреждения около % остекления (Р = 5 кПа).

Рисунок 6. Радиусы зон избыточного давления По результатам расчета и согласно НПБ 105-03, рассматриваемой наружной установке – участку нефтепровода «Кириши – Приморск» – присваивается категория Ан. Установка относится к данной категории, если в ней присутствуют (хранятся, перерабатываются, транспортируются) горючие газы; легковоспламеняющиеся жидкости с температурой вспышки не более 28 °С; вещества и/или материалы, способные гореть при взаимодействии с водой, кислородом воздуха и/или друг с другом; при условии, что величина индивидуального риска при возможном сгорании указанных веществ с образованием волн давления превышает 10–6 в год на расстоянии 30 м от наружной установки.

Таким образом, в настоящем исследовании рассмотрены подходы к оценке техногенного риска для сложного технического объекта.

Проведены качественные и количественные оценки вероятных сценариев при чрезвычайных ситуациях. Разработано информационное и программное обеспечение для оценочных расчетов и приведен пример его использования.

1. Быков, А. А. О проблемах техногенного риска и безопасности техносферы / А. А. Быков // Проблемы анализа риска, 2012. – Т. 9, № 3. – С. 4–7.

2. Биненко, В. И. Риски и экологическая безопасность природнохозяйственных систем / В. И. Биненко, В. К. Донченко, В. В. Растоскуев. – СПб.: СПбГУ, НИЦЭБ РАН, 2012. – 353 с.

3. Меньшиков, В. В. Опасные химические объекты и техногенный риск : учеб. пособие к лекционному курсу "Техногенные системы и экологический риск" / В. В. Меньшиков, А. А. Швыряев. – М.: Изд-во МГУ, 2003. – 254 с.

4. Дадонов, Ю. А. Оценка риска аварий на магистральных нефтепроводах КТК-Р и БТС / Ю. А. Дадонов, М. В. Лисанов, А. И. Гражданкин [и др.] // Безопасность труда в промышленности. – 2002. – № 6. – С. 2-6.

5. Яковлев, В. В. Экологическая безопасность, оценка риска / В. В.

Яковлев. – СПб: Изд-во НП «Стратегия будущего», 2006. – 399 с.

УДК 004.4' Перспективы 3d сканеров в производстве одежды Санкт-Петербургский государственный университет технологии и дизайна Многие люди уже не хотят довольствоваться простой виртуальной реальностью, но хотят видеть и на компьютерном экране цифровые образы знакомых предметов. От них не требуют точного копирования исходных объектов, но всё-таки желательно, чтобы созданный при помощи программного кода апельсин выглядел как апельсин.

На сегодняшний день уже существует множество способов превращения реальных объектов в виртуальные. Но наиболее популярны два из них: моделирование объектов вручную в программах-редакторах и сканирование необходимых объектов при помощи 3d сканера с дальнейшей обработкой в тех же редакторах. В разное время преимущество отдавалось то одному, то второму способу. Это зависело от появления на рынке свежих технологий оцифровки, алгоритмов визуализации, нового программного обеспечения, позволяющего проще и эффективнее обрабатывать 3d объекты.

Сейчас можно говорить, что сканирование и моделирование равнопопулярны, однако это равенство постепенно стирается ввиду постоянного совершенствования технологий трехмерного сканирования. Также распространению 3d сканирования способствовала востребованность трехмерных принтеров и внедрение технологий 3d в кино, телевидение, компьютерные игры и т.д. На данный момент сформировались две принципиально различные по своему принципу методики сканирования 3d объектов – контактная и бесконтактная.

Контактный 3d сканер – это устройство, имеющее специальный щуп, который изучает контуры объекта и на основе этого выстраивает его 3d копию на экране. Контактные сканеры довольно просты в использовании, обладают высокой точностью и хорошо подходят для сканирования объектов незамысловатых форм, к примеру, промышленных деталей. Но их применение для объектов с более сложной геометрией, где помимо граней с четко очерченными границами имеются плавные линии и переходы, будет крайне неудобным. Это займет слишком много времени. Кроме того сам принцип работы контактного сканера делает невозможным сканирование предметов, к которым нельзя обеспечить прямой доступ щупа. Это касается, например внутренних органов или сверхмалых предметов. Однако для контактных сканеров находят успешное применение в промышленности. Часто они становятся своего рода дополнительным функционалом различных гравировальных и фрезерных станков [1].

Более совершенным способом трехмерного сканирования является бесконтактный. Принцип работы трехмерных сканеров во многом схож с работой классических сканеров. Это объясняется тем, что 3d сканер также использует эффект отражения волн от поверхности сканируемого объекта.

Однако если способ работы обычного сканера довольно прост, так он сканирует плоские объекты, то 3d сканер использует механизмы значительно более сложные. Они необходимы при анализе трехмерных фигур.

У бесконтактных сканеров есть два типа сканирования: пассивный и активный. Пассивные сканеры применяют при работе уже имеющийся свет и на основе его отражение от фигуры проводят анализ. Можно сказать, что они представляют собой своеобразную видео- или фотокамеру со способностью сводить отснятый материал в цельную объемную фигуру. Для алгоритмов такого сведения может потребоваться как съемка определенного числа кадров с нужных ракурсов, так и круговая видеосъемка с заданной скоростью передвижения камеры. Главное достоинство таких сканеров – простота технического решения, которое сочетается со сложными алгоритмами обработки и многоступенчатой процедурой подготовки объекта к сканированию. Минус пассивных сканеров в том, что итоговый результат обладает невысоким качеством, поэтому приходится достаточно много работать с ним в редакторе.

Активный 3d сканер обладает способностью генерировать свой волновой сигнал, световой, лазерный или звуковой. Кроме того пользователь может сам задать форму и конфигурацию данного волнового сигнала, это позволяет повысить точность сканирования объекта. Так, например, некоторые 3d сканеры способны проецировать на поверхности объекта сетку, состоящую из белых линий. Искажения проекции могут стать добавочным источником информации для трехмерных сканеров [2].

Безусловно, технология трехмерного сканирования довольно непростая, но в последнее время даже очевидная сложность не мешает росту популярности 3d сканеров. Объяснить это можно несколькими причинами.

Современная промышленность нуждается в новых, более совершенных, эффективных и дешевых технологиях производства товаров. Трехмерное сканирование может стать одним из важных этапов разработки и производства.

Расширение интернет-торговли требует постоянного создания трехмерных моделей различных товаров для наполнения ими электронных каталогов.

Копии реальных объектов в виртуальной реальности активно используют в моде, медицине и кинематографе. Также все чаще к этому прибегают различного рода спецслужбы и службы спасения [3].