Розробка одягу для захисту від радіоактивного забруднення

Размещено на http://www.allbest.ru/

КИЇВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ТЕХНОЛОГІЙ ТА ДИЗАЙНУ

АВТОРЕФЕРАТ

РОЗРОБКА ОДЯГУ ДЛЯ ЗАХИСТУ ВІД РАДІОАКТИВНОГО ЗАБРУДНЕННЯ

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Київському національному університеті технологій та дизайну (КНУТД) Міністерства освіти і науки України

Науковий керівник:

доктор технічних наук, професор Колосніченко Марина Вікторівна, Київський національний університет технологій та дизайну, кафедра ергономіки і проектування одягу, завідувач

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор Супрун Наталія Петрівна, Київський національний університет технологій та дизайну, кафедра матеріалознавства та технології переробки текстильних волокон, завідувач

кандидат технічних наук, доцент Клим'юк Михайло Михайлович, Львівський державний університет безпеки життєдіяльності МНС України, кафедра промислової безпеки та охорони праці,доцент

З дисертацією можна ознайомитись в бібліотеці Київського національного університету технологій та дизайну за адресою: 01011, м. Київ - 11, вул. Немировича-Данченка, 2, корпус 1.

Автореферат розісланий " 10 " квітня 2009 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Полька Т.О.

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Бурхливий розвиток ядерної енергетики, накопичення великих запасів радіоактивних речовин та використання бойових отруйних речовин (БОР) обумовлює актуальність теми створення сучасних видів засобів індивідуального захисту (ЗІЗ) людини в умовах радіоактивного забруднення.

Тривалість ліквідації надзвичайних ситуацій на радіоактивно-небезпечних об'єктах відіграє дуже важливу роль та може призвести до незворотних процесів в організмі людини та довкіллі. Для зменшення тривалості ліквідації наслідків ураження необхідно підготовити спеціальну техніку, хімічні реагенти, а головне створити захист людям, які працюватимуть в таких умовах.

Проблема безпеки у повному обсязі проявилась під час аварії на Чорнобильській АЕС у 1986 році. Використані тоді ЗІЗ, що захищали органи дихання, травлення та шкіру від потрапляння радіоактивних та хімічних речовин були призначенні для ведення регламентних робіт в умовах нормованого опромінення. За даними статистики кількість захворювань та смертельних випадків у військових, які проводили технічні роботи і евакуацію населення із зони радіоактивного зараження під час ліквідації наслідків аварії на Чорнобильські АЕС, сягнула небувалих показників та налічує десятки тисяч людей, що свідчить про надзвичайно низькі показники якості призначення, надійності, ергономічності та безпечності існуючих видів одягу для захисту від радіоактивного забруднення (ОЗРЗ) та незадовільний рівень захисту від комплексу небезпечних та шкідливих чинників (НШЧ) довкілля.

Науковці провідних організацій упродовж тривалого часу займалися дослідження медичних аспектів дії радіоактивного випромінювання, створенням методів та обладнання для вивчення властивостей, розробкою нових видів радіаційно-захисного одягу. Роботи Гогіна Є.Є., Бенецького Б.А., Ліфанова М.М., Філатова В.Н., Логінова В.І., Литвиненко Г.Є., Третьякової Л.Д. та ін. присвячено вивченню наслідків радіаційного випромінювання, розробці лабораторної бази та створенню матеріалів і нових видів ОЗРЗ.

Ефективний захист людини в умовах радіоактивного забруднення та створення прийнятних умов діяльності забезпечується за рахунок використання багатошарового пакету спеціальних захисних матеріалів, а також особливостей конструкції та технології виготовлення ОЗРЗ.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконувалась в рамках наукового напрямку № Н/н 1-05 “Нові науковомісткі технології виробництва матеріалів, виробів широкого вжитку та спеціального призначення” (2003-2008 рр.) відповідно до перспективних планів науково-дослідної роботи кафедри ергономіки і проектування одягу КНУТД, а також наукового розділу № Н/н 1-05-1/06 «Теоретичні та практичні основи створення спеціального, виробничого, форменого, спортивного одягу та технологічних процесів раціонального використання матеріалів».

Підставою для розробки одягу було технічне завдання на виконання дослідно-конструкторської роботи “Нефріт-1”, затверджене в Міністерстві оборони України 17 лютого 2006 року.

Мета і задачі дослідження. Метою дослідження було розробка ОЗРЗ фільтрувального та ізолюючого типів, які відповідають технічним вимогам та забезпечують поліпшені показники якості.

Для досягнення мети в роботі поставлені такі задачі:

- провести аналіз умов експлуатації, існуючих видів та матеріалів для виготовлення ОЗРЗ;

- виконати теоретичні дослідження параметрів оцінки радіаційно-захисних властивостей матеріалів та визначити їх пропускну здатність і коефіцієнт послаблення -еквівалент випромінювання;

- визначити технічні вимоги до ОЗРЗ фільтрувального та ізолюючого типів на основі вивчення умов експлуатації, аналізу матеріалів та конструкторсько-технологічних рішень існуючих видів такого одягу;

- сформулювати номенклатуру показників якості до ОЗРЗ фільтрувального та ізолюючого типів та оцінити їх значущість;

- визначити показники якості матеріалів для ОЗРЗ фільтрувального та ізолюючого типів;

- провести експериментальні дослідження з визначення оптимальних параметрів нитково-зварювальних з'єднань матеріалів одягу ізолюючого типу;

- розробити конструкцію та технологію виготовлення комплектів ОЗРЗ фільтрувального та ізолюючого типів;

- провести випробування розроблених зразків та впровадити комплекти у виробництво та експлуатацію.

Об'єктом дослідження є процес проектування одягу для захисту від радіоактивного забруднення.

Предмет дослідження - одяг для захисту від радіоактивного забруднення. одяг захист радіоактивний забруднення

Методи дослідження. У дисертаційні роботі використана загальна методологія системного підходу до проектування спеціального одягу. Проведені дослідження виконувались за стандартизованими інструментальними методами визначення показників якості матеріалів, методами експертних оцінок, математичного планування і статистичної обробки результатів експерименту. Експериментальні дослідження коефіцієнта послаблення -випромінювання та пропускної здатності матеріалів до дії радіоактивних ізотопів виконувались за діючими методиками вимірювання в умовах військової лабораторії.

Наукова новизна одержаних результатів полягає в тому, що:

- на основі аналізу діяльності людини в умовах радіоактивного забруднення виконано комплекс наукових досліджень по визначенню раціонального складу пакета матеріалів, конструктивних та технологічних особливостей виготовлення ОЗРЗ;

- теоретично обґрунтовано використання екрануючого шару в ОРЗР як поглинального компонента при поєднаному радіаційному ураженні та проходженні гострої променевої хвороби та її наслідків;

- отримано вираз для визначення коефіцієнту послаблення -еквівалент випромінювання захисним шаром або пакетом матеріалів.

Практичне значення одержаних результатів полягає в тому, що:

- визначено технічні вимоги до створення ОЗРЗ фільтрувального та ізолюючого типів на основі системного вивчення умов експлуатації;

- розроблено номенклатуру показників якості одягу фільтрувального та ізолюючого типів та досліджено їх значущість;

- досліджено властивості матеріалів та здійснено їх вибір для застосування у виробах фільтруючого та ізолюючого типів;

- встановлено раціональні параметри зварювання високочастотним способом, що забезпечують нормативні значення показників жорсткості та розривального зусилля нитково-зварювальних швів ОЗРЗ ізолюючого типу;

- розроблено конструкцію та технологію виготовлення комплектів ОЗРЗ фільтрувального та ізолюючого типів, які пройшли випробування та впроваджені в експлуатацію в підрозділах Міністерства оборони України.

Розроблені комплекти ОЗРЗ фільтрувального та ізолюючого типів впроваджено у виробництво на науково-виробничому підприємстві «Ікар» (м. Київ). Результати наукових досліджень використовуються в навчальному процесі кафедри ергономіки і проектування одягу КНУТД.

Особистий внесок аспіранта полягає в постановці та вирішенні основних теоретичних та експериментальних завдань, плануванні та проведенні експерименту, комп'ютерній обробці та аналізі отриманих даних, визначенні показників якості матеріалів та пакетів одягу за стандартними та затвердженими методиками. Визначення технічних вимог, розробка конструкції та технології обробки, підготовка технічної документації на вироби, виготовлення дослідних зразків комплектів одягу здійснювалось за особистою участю аспіранта. Автору належать основні ідеї, узагальнення та висновки.

В роботі [1], що опублікована у співавторстві, автору належать проведення аналізу факторів, узагальнення та висновки. Тези доповідей [4-7] висвітлюють результати наукових досліджень, виконаних безпосередньо здобувачем у рамках виконання дисертаційної роботи.

Апробація роботи.

Основні положення дисертаційної роботи доповідались і здобули позитивну оцінку на щорічних Всеукраїнських наукових конференціях молодих вчених та студентів КНУТД (2005-2008 р.р.), міжнародних науково-технічних конференціях «Безпека праці та соціальний захист на виробництві» (м. Київ, 2007 р.) та «Проблеми легкої та текстильної промисловості України» (м. Херсон, 2008 р.). Результати наукових розробок демонструвались в експозиціях Міжнародних виставок «Захист 2005», «Освіта та кар'єра - 2006», а її автор став переможцем Всеукраїнського конкурсу студентських наукових робіт 2005-2006 рр. в напрямку «Легка промисловість» (Наказ МОН України від 21.09.2006 р. № 663).

Публікації. За результатами досліджень опубліковано 7 праць: 3 статті у фахових виданнях, що рекомендовані ВАК України та 4 тези доповідей на наукових конференціях.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається зі вступу, чотирьох розділів, загальних висновків та додатків. Основний зміст роботи викладено на 142 сторінках та містить 28 рисунків і 25 таблиць. Список використаних джерел містить 112 найменувань. Додаток представлено на 30 сторінках.

Зміст роботи

У вступі обґрунтовано актуальність теми, сформульовані мета і завдання досліджень, визначена наукова новизна та практичне значення, обґрунтовано вибір об'єкта, предмету та методів досліджень.

У першому розділі вивчено сучасний стан проблеми проектування ОЗРЗ на основі вивчення літературних джерел за темою дисертації. Проведено аналіз взаємодії радіоактивних часток з біологічною тканиною і речовиною при впливі на людину радіаційного випромінювання, матеріалів для виготовлення та конструкторсько-технологічних особливостей існуючих видів ОЗРЗ.

Проведений аналіз показів, що ЗІЗ від радіоактивного забруднення розподіляються на п'ять основних класів: ОЗРЗ, засоби захисту органів дихання, спеціальне захисне взуття, засоби захисту рук та додаткові захисні засоби. Клас захисного одягу складається з трьох підкласів: одягу герметичного з примусовим вентилюванням, одягу негерметичного без примусового вентилювання та захисного одягу щоденного використання. До одягу негерметичного без примусового вентилювання належить фільтрувальний та ізолюючий захисний одяг, який згідно з визначенням у ДСТУ ISO 8194-2001 виготовляється із проникного або непроникного матеріалу без пристрою внутрішнього вентилювання. Фільтрувальні та ізолюючі захисні комплекти призначено для захисту та ізоляції шкіряних покровів людини від БОР, сильнодіючих токсичних речовин, радіоактивного пилу та біологічних аерозолів. Фільтрувальні комплекти призначені для тривалого одноразового використання та забезпечують максимальний рівень захисту від -випромінювання та середній рівень від дії аерозолей та пилу. Ізолюючі комплекти призначені для короткотривалого одноразового використання, забезпечують максимальний рівень захисту від -випромінювання, аерозолів, пилу, рідин та середній рівень захисту від -випромінювання. У фільтрувальному одязі очищення (фільтрація) забрудненого повітря здійснюється у фільтрувальному шарі матеріалу, в захисному ізолюючому одязі - за рахунок повної ізоляції шкіряних покровів від довкілля.

Проведений аналіз дозволив визначити, що провідну роль у розробці ОЗРЗ, який буде відповідає вимогам експлуатації відіграє правильний вибір пакету матеріалів, який базується на об'єктивній та всебічній оцінці його захисних властивостей, а також конструкторсько-технологічні особливості одягу.

Другий розділ присвячено теоретичним та експериментальним дослідженням параметрів оцінки радіаційно-захисних властивостей матеріалів ОЗРЗ.

Радіоактивні речовини при радіаційному ураженні та ядерній аварії характеризуються сполученням ряду вражаючих факторів, тобто має місце сполучене опромінення, яке можна представити трьома компонентами:

- сильно проникаючим «жорстким» фотонним опроміненням (умовна межа - г- кванти з енергією більше 200 кеВ);

- високо поглинаючим компонентом: тормозним (рентгенівським) та м'яким г- випромінюванням з енергією квантів до 200 кеВ;

- високо поглинаючим компонентом: б- та в-частинами.

Сильно проникаючий компонент вражає внутрішні органи та тканини організму на клітковому рівні (особливо важкі наслідки для кровотворних органів). Використанням ЗІЗ неможливо значно послабити дію компонента, а основним засобом захисту може бути тільки скорочення часу перебування у небезпечній зоні. Вплив другого компонента можна значно обмежити екрануванням. Третій компонент вражає відкриті шкірні покриви тіла, проникає всередину організму, викликає розвиток радіаційного опіку, якого можна уникнути екрануванням.

Показником, що характеризує захисні властивості матеріалів є коефіцієнт послаблення -еквівалент випромінювання (К_{п екв} ).

Загальне рівняння розрахунку К_{п екв} захисним шаром має вигляд:

(1)

де а та b - вага відповідно м'якого та жорсткого компоненту; ₁ та ₂ - масовий коефіцієнт послаблення випромінювання відповідно м'якого та жорсткого компоненту захисним шаром; х - поверхнева густина захисного шару, г/см².

Для вивчення властивостей захисного шару достатньо обмежитись областю ефективної енергії м'якого компоненту, яка дорівнює 120 кеВ, бо шестикратному послабленню інтенсивності фотонного випромінювання відповідає приблизно двократне послаблення дози проникаючого опромінення. Важливим при цьому є вибір виду випромінювання та його енергії. Послаблення матеріалом монохроматичного випромінювання в геометрії вузького пучка визначається за формулою

(2)

де N_п - число часток послабленого випромінювання, які пройшли крізь матеріал протягом фіксованого часу; N_д - число часток від джерела випромінювання, які взаємодіють з матеріалом за той самий час; - масовий коефіцієнт послаблення випромінювання; х - поверхнева густина захисного шару, г/см².

Після вимірювання N_п та N_д можна оцінити радіаційно-захисні властивості матеріалу за допомогою коефіцієнта послаблення К_п, який визначається такими співвідношеннями

(3)

Також коефіцієнт послаблення К_п може бути визначено як відношення величин потужностей експозиційної дози випромінювання або інтенсивностей моноенергетичного вузького пучка.

(4)

де Р₁ та Р₂ - потужність експозиційної дози випромінювання, виміряна відповідно з використанням та без використання захисного шару, А/кг; І₀ та І_х - інтенсивність відповідно початкового моно енергетичного вузького пучка та вузького пучка на глибині х захисного шару, МеВ.

Одже коефіцієнт послаблення К_п є відносною величиною, а його значення не залежить від інтенсивності випромінювання. Визначення К_п не потребує імітації умов підвищеної радіації, при яких використовується спеціальний одяг.

В реальних умовах послаблення потоку випромінювання при проходженні крізь речовину не може бути описано рівнянням (2), внаслідок впливу розсіяного випромінювання та утворення вторинних випромінювань, величина якого залежить від енергії первинного пучка, розмірів поля опромінення, матеріалу та поверхневої густини поглинальника. В загальному вигляді закон послаблення потоку випромінювань можна представити виразом , де В - фактор накопичення, який визначається по формулі , де N_В - число часток вторинного та розсіяного випромінювання при дотриманні умови, що детектор реєструє кванти первинного та вторинного випромінювання з однаковою ефективністю. В умовах використання джерела невеликої активності з урахуванням впливу г- квантів фону коефіцієнт послаблення визначений в n-ій точці об'єкту визначається по формулі , де Nⁿ_п- число часток послабленого випромінювання, які пройшли через n-у точку матеріалу за той самий час, N_ф - число г- квантів фону, які вимірюються за відсутності джерела об'єкту, що контролюється протягом фіксованого часу.

Далі було проведено експериментальні дослідження радіаційно-захисних властивостей матеріалів та пакетів ОЗРЗ. Найбільш вражаючим фактором, є, так звана, проникаюча радіація, що являє собою г- випромінювання і потік нейтронів, яку можна сповільнити спеціальними важкими полімерними матеріалами із вмістом металів. Для оцінки можливого впливу проникаючої радіації на людину вирішальне значення мають: швидкість надходження їх в організм, якісний склад, рівень сумарної дози зовнішнього і внутрішнього випромінювання накопиченої за визначений інтервал часу. Дослідженню підлягав матеріал марки «ПГВ» - спеціальна полімерна композиція, яку було розроблено на базі полівінілхлоридного (ПВХ) полімеру із вмістом металів спеціалістами ДП «Виробниче об'єднання Південний машинобудівний завод ім. О.М. Макарова» (м. Дніпропетровськ). Експериментальні дослідження матеріалу товщиною 0,4 мм та поверхневою густиною 1200 кг/м² було проведено у військовій лабораторії щодо пропускної здатності окремого шару та багатошарових пакетів до впливу випромінювання радіоактивного ізотопу цезію - ¹³⁷Cs.

Дослідженню щодо визначення К_{п екв} підлягали плівкові матеріали, які можуть бути застосовані при проектуванні одягу в якості зовнішнього шару. Зокрема, плівка з ПВХ (зразок 1), плівка з поліетилену (ПЕ) (зразок 2), матеріал марки «ПГВ» (зразок 3). Вимірювання К_пекв матеріалом здійснювались за допомогою приладу типу ДКС-05 №29 за методикою виконання вимірювань коефіцієнта послаблення біологічним захистом на установці УПГД-2 №65 в умовах геометрії широкого пучка з урахуванням «фактору накопичення». Результати досліджень наведено в таблиці 1.

Таблиця 1 Результати дослідження коефіцієнту послаблення -еквівалент випромінювання К_{п екв} радіоактивних ізотопів ¹³⁷Cs та ⁹⁰Sr плівковими полімерними матеріалами

Номер зразку	Вид ізотопу	Потужність експозиційної дози випромінювання	Кп екв	Випадкове відносне відхилення вимірювання потужності дози при р=0,95 , %
		Р1 з захистом х 10-8 , А/кг	Р2 без захисту х 10-8 , А/кг
1	137Cs	1,06300,02	1,21510,03	1,1430,03	0,7
	90Sr	2,36540,01	2,36030,02	1,0820,02	0,7
2	137Cs	1,03200,03	1,21560,01	1,0900,03	0,5
	90Sr	2,18320,02	2,30150,01	1,0030,02	0,5
3	137Cs	1,03520,02	1,21060,02	1,1690,03	0,25
	90Sr	2, 02980,01	2,24430,03	1,1050,02	0,2

Виходячи з результатів досліджень видно, що найкращі властивості щодо К_п має матеріал марки «ПГВ». Основну захисну функцію виконує матеріал верху в один шар, а решта шарів пакету повинна забезпечувати гігієнічні властивості та не погіршувати ергономічні показники одягу.

Наступним етапом досліджень було визначення пропускної здатності зразків ПВХ композиту на нетканій основі (ПВХ), фільтроламінатного матеріалу з вуглеграфітними гранулами (ВГМ) та матеріалу марки «ПГВ» (ПГВ) до дії різних видів ізотопів в залежності від кількості шарів.

Необхідно зазначити, що діюча частота випромінювання є граничною та може діяти в умовах надзвичайних ситуацій. В таких випадках необхідною умовою є застосування двох та більше шарів матеріалів залежно від ступеня пропускної здатності.

В результаті експериментальних досліджень полімерних матеріалів найкращі результати показав матеріал марки «ПГВ», який забезпечує зменшення потужності випромінювання на рівні 76,2, 77,7 та 100% при дії - та -випромінювання відповідно ізотопів стронцію, ітрію, цезію та плутонію. Також до використання може бути рекомендовано фільтроламінатний матеріал з вуглеграфітними гранулами, який забезпечує ефективне зменшення потужності випромінювання на рівні 63,0, 73,5 та 99,1% при дії - та -випромінювання вказаних ізотопів.

З метою подальшого проектування ОЗРЗ на наступних етапах було розроблено технічні вимоги, що враховують результати системного вивчення умов експлуатації.

Третій розділ присвячено розробці технічних вимог, номенклатури показників якості, а також експериментальним дослідженням показників якості матеріалів для ОЗРЗ.

З метою створення сучасного високоякісного одягу на основі проведеного аналізу та у відповідності до технічного завдання на розробку було сформулювало технічні вимоги до ОЗРЗ. Зокрема, одяг повинен забезпечувати можливість експлуатації його при температурі довкілля від мінус 40 до 40 С та відносній вологості до 95% та не повинен суттєво знижувати фізичні та психологічні можливості людини виконувати основні функції в умовах експлуатації протягом встановленого часу. Конструкція одягу повинна забезпечувати його сумісність зі зброєю, обмундируванням, спорядженням, засобами захисту органів дихання і засобами зв'язку та давати можливість проводити дегазацію, дезактивацію та дезинфекцію штатними засобами із збереженням захисних експлуатаційних властивостей. Матеріали не повинні виділяти токсичних речовин та викликати реакції подразнення шкіри та мати високі експлуатаційні показники.

Було розроблено номенклатуру показників якості виробів фільтрувального та ізолюючого типів, яка окрім загальних та спеціалізованих показників, що регламентовані ГОСТ 12.4.016-83 включала також додаткові показники, які визначено у технічному завданні на розробку.

Наступним етапом досліджень було вивчення властивостей матеріалів, які в результаті проведеного аналізу можуть бути використані для ОЗРЗ фільтрувального та ізолюючого типів ( табл. 2).

Таблиця 2 Характеристики основних захисних властивостей матерiалів пакету одягу для захисту від радіоактивного забруднення

Найменування показників	Найменування матеріалу
	ПЕ плівка	Матеріал марки «ПГВ»	Композиційний ПЕ матеріал Тайкем F комп. Дюпон	Фільтроламінатний матеріал з вуглеграфітними гранулами
1 Поверхнева густина, г/см2	45310	135610	10610	30810
2 Розривальне зусилля, Н (вздовж/поперек)	93,50,1/ 78,30,1	100,50,1/ 87,20,1	-	250,00,1/ 200,00,1
3Роздиральне зусилля, кПа	-	-	227	-
3 Абсолютне видовження на момент розірвання, % (вздовж)	45,10,1	25,30,1	-	37,40,1
4 Стійкість до проколу, Н	23,5	25,2	30,9	від 10,0 до12,0
5 Стійкість до багаторазового згину, кілоцикли	50010	30010	2	90010
7 Коефіцієнт повітропроникності, дм3/м2 с	Повітроне-проникний	Повітроне-проникний	Повітронепро-никний	283,0
8 Водопроникність (протягом 24 годин)	Водонепро-никний	Водонепро-никний	Водонепро-никний	Водопроникний
9 Водотривкість, мм.вод.ст.	-	-	-	68,0
10 Коефіцієнт паропроникності, мг/см2 год	Паронепро-никна	Паронепро-никна	Паронепроникна	8,14

Аналіз визначених властивості матеріалів дозволив рекомендувати їх до створення окремих видів ОЗРЗ фільтрувального та ізолюючого типів. Результати проведених досліджень показали, що ефективний захист та створення прийнятних умов діяльності людини у визначених умовах забезпечується за рахунок використання багатошарового пакету спеціальних захисних матеріалів, з яких виготовляються окремі одно- та двошарові вироби, що надягається один на одного у визначеному порядку.

Для підвищення захисних властивостей пропонується використання накладок з матеріалу марки «ПГВ» як додатковий захист на робочій поверхні одягу - передньому боці тулуба, верхніх та нижніх кінцівках, так як використання матеріалу для виготовлення одягу недоцільне внаслідок його низьких показників ергономічності. Запропонований раціональний склад пакету матеріалів характеризується багатофункціональністю та взаємообумовленістю і забезпечує поліпшені показники якості виробів.

В четвертому розділі проведено оцінку значущості показників якості, здійснено визначення параметрів нитково-зварювальних з'єднань деталей та практичне впровадження результатів роботи шляхом розробки комплектів ОЗРЗ фільтрувального та ізолюючого типів, що відповідають технічним вимогам.

З метою забезпечення відповідності одягу, що розробляється технічним вимогам було визначено його найбільш значущі показники якості методом експертної оцінки. Анкетне опитування проводилось за спеціально розробленою анкетою серед розробників, спеціалістів та споживачів (кількість експертів-20). Кодування показників якості, значущість яких було запропоновано визначити експертам наведено в табл. 3. На основі результатів опитування було виконано апріорне ранжування показників одягу та побудована середня апріорна діаграма рангів.

Таблиця 3 Номенклатура показників якості одягу для захисту від радіоактивного забруднення ( у відповідності до ГОСТ 12.4.016-83 та ТЗ на розробку)

Фільтрувального типу	Ізолюючого типу
Позна-чення показ- ника	Група та найменування показника	Позна-чення показ- ника	Група та найменування показника
	Призначення
х1	розривальне зусилля	х1	розривальне зусилля
х2	абсолютне видовження швів на момент розірвання	х2	абсолютне видовження швів на момент розірвання
х3	розривальне зусилля шву	х3	розривальне зусилля шву
х4	зміна лінійних розмірів після першого прання
х5	зміна кольору зовнішнього шару після п'ятого прання
	Надійності
х6	стійкість проти прання та хімічного чищення	х4	зміна властивостей від багаторазового згинання
	Ергономічності
х7	коефіцієнт паропроникності	х5	водопроникність
х8	коефіцієнт повітропроникності
х9	водотривкість
	Технологічності
		х6	умовна жорсткість щодо згинання шву
		х7	зусилля проколу
	Транспортабельності
х10	маса виробу	х8	маса виробу
х11	маса пакувального місця	х9	маса пакувального місця
	Безпечності
х12	тривалість перебування в захисному одязі при середніх та важких фізичних навантаженнях	х10	тривалість перебування в захисному одязі при середніх та важких фізичних навантаженнях
х13	час захисної дії від крапель іприту	х11	час захисної дії від крапель іприту
х14	час захисної дії від парів іприту	х12	час захисної дії від крапель зоману

З метою визначення ступеня узгодження експертів розраховано коефіцієнт конкордації w, який склав відповідно для показників якості фільтрувального та ізолюючого одягу 0,934 та 0,915. Так як отримане значення коефіцієнту конкордації відрізняється від нуля можна вважати, що між думками експертів існує суттєвий зв'язок. Порівняння розрахункового критерію Пірсона ( ²_р = 242,8 та ²_р = 201,2) з табличним, взятим при імовірності 0,05 (²_т = 19,7) показало, що можна з 95 % довірчою імовірністю стверджувати, що коефіцієнт конкордації є значущим, тобто оцінки експертів узгоджені. Результати експертної оцінки показали, що найбільш значущими є показники розривального зусилля та жорсткості швів, що відповідають вимогам призначення. Тому на наступному етапі було проведено дослідження показників якості за діючими методиками відповідно ГОСТ 28073 та ГОСТ 8977.

З метою визначення раціональних технологічних параметрів для з'єднання деталей одягу було розроблено матрицю планування та проведено повнофакторний експеримент з визначення залежностей розривального зусилля та жорсткості нитково-зварювальних швів, що будуть використані в комплектах ізолюючого одягу (табл. 4). Для операції зварювання було використано високочастотну установку УЗП-250 з номінальною потужністю 2,5 кВт та номінальною робочою частотою 27,12 МГц ± 0,6%. Діапазони значень вхідних факторів та часу обробки було встановлено з результатів попередніх досліджень.

Таблиця 4 Результати дослідження жорсткості та розривального зусилля нитково-зварювальних з'єднань матеріалів в залежності від тиску та часу обробки

Номер досліду	Змінні вхідні фактори	Результати експерименту та розрахунки з визначення жорсткості нитково-зварювальних швів	Результати експерименту та розрахунки з визначення розривального зусилля нитково-зварювальних швів
	кодо-вані	нату-ральні
			Х1,х104 Па	Х2, с	Yжj1	Yжj2	Yжj3		Sj2 х10-4	Yмj1	Yмj2	Yмj3		Sj2
1	-1	-1	40	3	0,12	0,12	0,11	0,117	0,67	101,8	103,0	104,9	103,2	2,45
2	+1	-1	70	3	0,36	0,38	0,41	0,38	2,03	110,2	111,9	113,2	111,8	2,27
3	-1	+1	40	6	0,39	0,43	0,37	0,39	2,03	108,4	109,8	111,3	109,8	2,11
4	+1	+1	70	6	0,47	0,44	0,46	0,45	0,68	114,5	115,1	116,9	115,5	1,56

Перевірка однорідності вибіркових дисперсій та адекватності математичних моделей здійснювалось відповідно за критеріями Кохрена та Фішера при 5% рівні значущості (G (0,375;0,29) G_табл (0,768); F (5,12;1,0) F_табл (5,318)).

Математичні моделі залежності жорсткості Y_ж=f(Р,) та розривального зусилля швів Y_м=f(Р,) мають вигляд

Y_ж=0,1328 + 0,0088 + 0,0098

Y_м=110,075 + 3,575 + 2,575

В результаті визначено область раціональних параметрів зварювання, що забезпечують нормативні значення показників жорсткості та розривального зусилля швів. Зокрема, при Р=40 х 10⁴ Па = 4-6 с для жорсткості та при Р=55 х 10⁴ Па = 3-4,5 с для розривального зусилля.

Результатом проведених теоретичний та експериментальних досліджень стало розроблення конструкції та технології виготовлення комплектів фільтрувального та ізолюючого типів ОЗРЗ. Вага комплектів становить від 3 до 6 кг та складається окрім одягу із ЗІЗ для захисту рук (гумових та трикотажних рукавичок) та ніг (гумових бот та панчох з фільтрувального матеріалу) та сумок переносних. Розроблені комплекти одягу ізолюють тіло людини від НШЧ довкілля, перешкоджають проникненню радіоактивного пилу (РП), біологічних аерозолів (БА), БОР та сильнодіючих токсичних речовин (СТР) на шкіру та захищає від в-випромінювання і високого поглинального компонента фотонного випромінювання

В конструкції виробів враховано ергономічні вимоги до одягу даного виду, що забезпечується покроєм, мінімальною кількістю швів (ниткових для фільтрувального та нитково-зварювальних для ізолюючого одягу), наявністю подвійної закритої застібки та фіксацією рукавів на зап'ястках та штанів на щиколотках.

Результати проведених теоретичних та експериментальних досліджень було рекомендовано для підготовки технічних умов на комплекти, в яких регламентовано основні властивості одягу (див. табл.5), серед яких основні параметри і характеристики, вимоги до матеріалів, комплектності, надійності, ергономіки і технічної естетики, експлуатації, зручності технічного обслуговування, ремонту і зберігання, технологічності, конструктивні вимоги, вимоги безпеки і охорони довкілля, правила приймання, методи контролювання, транспортування, зберігання та вказівки щодо експлуатації.

Таблиця 5 Вимоги щодо показників якості розроблених фільтрувальних та ізолюючих комплектів одягу для захисту від радіоактивного забруднення

Найменування показника	Одиниці виміру	Позначення комплектів одягу
		ФК-1	ФК-3	ФК-2	ФК-4	ІК-1	ІК-2
1	2	3	4	5	6	7	8
1 Температура експлуатації	єС	мінус 20 - 30
2 Відносна вологість експлуатації	%	30-95
3 Температура зберігання	єС	мінус 40 - 40
4 Відносна вологість зберігання	%	до 98
5 Тривалість перебування в захисному одязі при середніх та важких фізичних навантаженнях (температура повітря 20єС, відносна вологість 80%		24	24	2
6 Час захисної дії комплектів від крапель іприту (при щільності зара-ження 10 г/м2, температурі повітря 20 єС та відн. вологості 80%), не менше	год	24	24-			-	-
7 Час захисної дії комплектів від парів іприту (при концентрації 20 мг/м3, температурі повітря 20єС та відн. вологості 80%), не менше	год	6	6	6	6	-	-
8 Час захисної дії комплектів від крапель іприту (при температурі повітря 37 єС), не менше	год	-	-	-	-	48	48
9 Час захисної дії комплектів від крапель зоману (при температурі повітря 40 єС), не менше	год	-	-		-	24	24
10 Розривальне зусилля, за довжиною (уток), не менше	Н	1000	1000	250	250	200	200
11 Розривальне зусилля, за шириною (основа), не менше	Н	400	400	200	200	220	220
12 Розривальне зусилля швів, за довжиною (уток), не менше	Н	400	400	200	200	100	100
13 Розривальне зусилля швів, за шириною (основа), не менше	Н	400	400	200	200	100	100
14 Абсолютне видовження швів на момент розірвання (за довжиною/за шириною), не більше	%	40/40	40/40	25/25
15 Коефіцієнт повітропроникності, не менше	дм3/м2хс	100	200	Повітроне-проникний
16 Коефіцієнт паропроникності (на протязі 7 годин), не менше	мг/см2 х год	6	6	пароне-проникний

Розроблені комплекти пройшли випробування, які підтвердити ефективність їх використання. Визначено, що для збереження працездатності особового складу під час виконання професійних обов'язків в різних температурних умовах ОЗРЗ рекомендовано надягати: за температури 15С та вище на білизну; за температури від 0 до 15С поверх літнього обмундирування; за температури мінус 10 до 0С поверх зимового обмундирування; за температури нижче мінус 10С поверх утеплюючого одягу. Для запобігання перегрівання тіла людини експериментально встановлено такі межі часу безперервної роботи у захисному одязі ізолюючого типу в умовах виконання робіт середньої важкості в ясну сонячну погоду: за температури нижче плюс 15С більш, ніж 3 год; за температури від 15 до 19С 1-2 год; за температури від 20 до 24С 40-60 хв; за температури від 25 до 29С 20-25 хв; за температури 30С і вище 15-20 хв. В похмуру та вітряну погоду межі часу безперервного перебування в захисному одязі можуть бути збільшені в 1,5-2 рази.

Результатом роботи стало створення та впровадження у виробництво на базі НВП «Ікар» (м. Київ) та в експлуатацію підрозділів Міністерства оборони України сучасних видів ОЗРЗ фільтрувального та ізолюючого типів, використання яких дозволить підвищити рівень захисту людини в умовах дії радіоактивного пилу, біологічних аерозолів, бойових отруйних речовин, сильнодіючих токсичних речовин різного походження. Основним критерієм захисту людини при цьому є тривалість використання комплектів при середніх та важких фізичних навантаженнях температурі повітря 20єС і відносній вологості 80%: 2 години для ізолюючого одягу та 24 години для фільтрувального, що забезпечує можливість ефективного виконання професійних завдань та захист життя і здоров'я людей.

Висновки

1. Аналіз особливостей роботи людини під впливом радіоактивних речовин довів необхідність вирішення складної проектної задачі - розробки нових видів одягу спеціального призначення для швидкої локалізації наслідків дії радіоактивних речовин.

2. Визначено та класифіковано основні сполучення опромінення людини з метою розробки вимог до складу пакетів матеріалів одягу для захисту від радіоактивного забруднення.

3. Визначено параметри оцінювання радіаційно-захисних властивостей матеріалів та запропоновано рівняння розрахунку коефіцієнта послаблення -еквівалент випромінювання К_пекв. Отримані значення коефіцієнту послаблення К_пекв плівковими матеріалами при дії ізотопів цезію -¹³⁷Cs та стронцію - ⁹⁰Sr. Встановлено, що плівки з ПВХ (К_{п 137Cs}=1,143 та К_{п 90Sr}=2,5603) більш активно, на відміну від плівок з ПЕ (К_{п 137Cs}=1,090 та К_{п 90Sr}=1,003) захищають людину від шкідливого впливу радіаційного випромінювання та можуть бути рекомендовані в якості захисного шару одягу для захисту від радіоактивного забруднення фільтрувального типу.

4. Визначено чинники та розроблено технічні вимоги до одягу для захисту від радіоактивного забруднення. Встановлено номенклатуру показників якості до одягу для захисту від радіоактивного забруднення фільтрувального та ізолюючого типів. Встановлено, що найбільш вагомими є показники розривального зусилля та жорсткості швів, що відповідають вимогам призначення та технологічності.

5. Обґрунтовано вибір раціональних пакетів матеріалів. Запропоновано складові шарів пакетів для використання в одязі для захисту від радіоактивного забруднення відповідно умов призначення. Розроблено комплекти одягу з урахуванням принципів уніфікації, технологічності та економічності конструкції, які відповідають комплексу технічних вимог.

6. Розроблено конструкцію та технологію виготовлення комплектів ОЗРЗ фільтрувального та ізолюючого, які відповідають технічним вимогам та забезпечують, зокрема, показники ергономічності за рахунок використання комбінезонів або комплектів, що складаються з курток та штанів з мінімальною кількістю членувань, ниткових та нитково-зварювальних швів, наявністю подвійної закритої застібки і фіксацією рукавів на зап'ястках та штанів на щиколотках.

7. Впроваджено у виробництво на базі НВП «Ікар» (м. Київ) та в експлуатацію підрозділів Міністерства оборони України сучасні види ОЗРЗ фільтрувального та ізолюючого типів, який забезпечує зниження дозових навантажень та збільшення тривалості роботи під час виконання ремонтних, монтажних та дозиметричних робіт.

Список опублікованих праць за темою дисертації

1. Кожушко Р.Ю. Дослідження факторів впливу на вимоги до проектування відомчого одягу спеціального призначення / Р.Ю. Кожушко, О.О. Арцева, Г.Є. Литвиненко // Вісник Східноукраїнського національного університету імені Володимира Даля. - 2007. - №1(107). - С. 196-199.

2. Кожушко Р.Ю. Дослідження захисних властивостей матеріалів спеціального одягу для захисту від радіації / Р.Ю. Кожушко // Проблемы легкой и текстильной промышленности Украины - 2008. - №1 (14). - С. 134-137.

3. Кожушко Р.Ю. Створення сучасних видів одягу для захисту від радіоактивного забруднення / Р.Ю. Кожушко // Науковий вісник УкрНДІПБ - 2008. - №2 (18). - С. 116-122.

4. Створення жилету для захисту від проникаючої радіації: тези доповідей IV Всеукраїнської ювілейної наукової конференції молодих вчених та студентів, присвяченої 75-річчю КНУТД [“Наукові розробки молоді на сучасному етапі”],(Київ, 17-19 травня 2005 р.) / М-во освіти і науки України, КНУТД. - К.: КНУТД, 2005. -Т.1.-- 251 с.

5. Вивчення системи «Людина-одяг-середовище»: тези доповідей V Всеукраїнської наукової конференції молодих вчених та студентів [“Наукові розробки молоді на сучасному етапі”], (Київ, 26-28 квітня 2006 р.) / М-во освіти і науки України, КНУТД. - К.: КНУТД, 2006. - Т.1 .- 294 с.

6. Дослідження особливостей використання військового одягу в умовах радіаційного випромінювання: тези доповідей VІ Всеукраїнської наукової конференції молодих вчених та студентів [“Наукові розробки молоді на сучасному етапі”], (Київ, 17-18 квітня 2007р.) / М-во освіти і науки України, КНУТД. -К.: КНУТД, 2007. -Т.1-340с.

7. Обгрунтування вибору пакетів матеріалів спеціального одягу для захисту від радіації: тези доповідей VІІ Всеукраїнської наукової конференції молодих вчених та студентів [“Наукові розробки молоді на сучасному етапі”], (Київ, 15-16 квітня 2008р.) / М-во освіти і науки України, КНУТД. -К.: КНУТД, 2008. -Т.1.-312с.

Анотація

Кожушко Р.Ю. Розробка одягу для захисту від радіоактивного забруднення. - Рукопис. Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.18.19 - технологія текстильних матеріалів, швейних і трикотажних виробів. - Київський національний університет технологій та дизайну, Київ, 2009 р.

Дисертаційна робота спрямована на створення одягу для захисту від радіоактивного забруднення фільтрувального та ізолюючого типів з поліпшеними показниками якості. Розглянуто актуальність проблеми створення одягу для захисту від радіоактивного забруднення. Наведено класифікацію небезпечних та шкідливих чинників середовища, засобів індивідуального захисту та матеріалів для виготовлення одягу в умовах радіоактивного забруднення. Запропоновано формулу для розрахунку та експериментально визначено коефіцієнт послаблення -еквівалент випромінювання захисним шаром плівкових полімерних матеріалів. Проведено дослідження пропускної здатності матеріалів до дії радіоактивних ізотопів. Визначено технічні вимоги, номенклатуру та значення показників якості одягу для захисту від радіоактивного забруднення. Запропоновано принципи побудови багатошарового пакету матеріалів одягу для захисту від радіоактивного забруднення, який складається з окремих виробів, які забезпечують захист людини в різних умовах. Проведено планування експерименту, розраховано математичні залежності та раціональні параметри жорсткості та розривального зусилля нитково-зварювальних швів одягу для захисту від радіоактивного забруднення ізолюючого типу від тиску та часу обробки. Розроблено художньо-конструкторські рішення, технологію виготовлення, затверджено технічні умови та здійснено впровадження комплектів фільтрувального та ізолюючого типів у виробництво на базі НВП «Ікар» (м. Київ) та в експлуатацію підрозділів Міністерства оборони України.

Аннотация

Кожушко Р.Ю. Разработка одежды для защиты от радиоактивного загрязнения. - Рукопись. Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук по специальности 05.18.19 - технология текстильних материалов, швейных и трикотажных изделий. - Киевский национальный университет технологий и дизайна, Киев, 2009 г.

Рассмотрено актуальность проблемы создания одежды для защиты от радиоактивного загрязнения. Проведено анализ условий эксплуатации данного вида одежды. Предложено классификацию опасных и вредных факторов производ-ственной среды, средств индивидуальной защиты и материалов для изготовления одежды для защиты от радиоактивного загрязнения.

Проведено определение параметров оценки радиационно-защитных свойств одежды и предложено выражение для расчета коэффициента ослабления -эквивалент излучения защитным слоем как отношения величин можностей экспозиционной дозы излучения или интенсивностей моноэнергетического узкого пучка. Приведено выражение для расчета коэффициента ослабления -эквивалент излучения в n-ой точке объекта в условиях использования источника небольшой активности с учетом влияния -квантов фона. Экспериментально определено значение коэффициента ослабления -эквивалент излучения для пленочных полимерных материалов. Проведено исследования пропускающей способности материалов в один и два слоя к действию некоторых радиоактивных изотопов стронция, итрия, цезия и плутония..

Определено технические требования к проектированию одежды для защиты от радиоактивного загрязнения фильтрующего и изолирующего типов. Одежда должна обеспечивать возможность ее эксплуатации при температуре окружающей среды от минус 40 до 40 С и относительной влажности до 95% и не должна существенно снижать физические и психологические возможности человека выполнять основные функции в условиях эксплуатации в течении установленого времени. Конструкция одежды должна обеспечивать его совместимость с оружием, обмундированим, снаряжением, средствами защиты органом дыхания и средствами связи и давать возможность проводить дегазацию, дезактивацию и дезинфекцию штатными средствами с сохранением эксплуатационных свойств. Материалы не должны выделять токсических веществ и вызывать реакции раздражения кожи, а также иметь высокие эксплуатационные показатели.

Разработана номенклатура показателей качества изделий фильтрующего и изолирующего типов одежды для защиты от радиоактивного загрязнения , в которую кроме общих и специализированных показателей, которые регламентированы ГОСТ 12.4.016-83 включены также дополнительные показатели, которые определены в техническом задании на разработку.

В соответствии со стандатными методиками проведено экспериментальные исследования показателей качества материалов, которые могут быть использованы для изготовления даних видов одежды: полиэтиленовой пленки, полімерного материала марки «ПГВ», композиционного полиетиленого материала Тайкем F компании Дюпон и фильтроламинатного материала з углеграфитными гранулами. Предложено принципы построения многослойного пакета материалов одежды для защиты от радиоактивного загрязнения, состоящего из отдельных изделий, которые обеспечивают защиты человека в различных условиях.

Методом эксперной оценки проведено анкетный опрос по определению важности показателей качества одежды. Проведено планирование полнофакторного эксперимента, рассчитано математические зависимости и рациональные параметры наиболее важных показателей качества для одежды изолирующего типа - жосткости и разрывающего усилия ниточно-сварных швов одежды для защиты от радиоактивного загрязнения.

Разработано художественно-конструкторские решения, технологию изготовления и проведено внедрение комплектов фильтрующего и изолирующего типов в производство на базе НПП «Ікар» (г. Киев) и в эксплуатацию подразделений Министерства обороны України. Результаты теоретических и экспериментальных разработок послужили основой для подготовки технических условий, в которых определены, в частности, основные параметры и характеристики, требования к материалам, комплектности, надежности, эргономике и технической эстетике, эксплуатации, удобству технического обслуживания, ремонту и хранении, технологичности, конструктивные требования, требования безопасности и охраны окружающей среды, правила приемки, методы контроля, транспортирования, хранения и указания к эксплуатации.

Summary

Коzhushko R.U. Development of clothes for protection against radioactive pollution. - The manuscript. The dissertation on the scientific degree of Cand.Tech.Sci. competition in speciality 05.18.19 - technology of textile materials, sewing and knitted products. - The Kiev national university of technologies and design, Kiev, 2009.

The problem of creation of clothes for protection against radioactive pollution is considered to be urgent. Classification of dangerous and harmful factors of environment, personal protective equipments materials for manufacturing clothes for protection against radioactive pollution have been studied. Formula for calculation has been offered and the factor of easing -equivalent of radiation by a blanket of film polymeric materials experimentally determined. The ability of materials to radioactive isotopes. Penetration has been studied. Technical requirements the nomenclature and values of parameters of quality of clothes for protection against radioactive pollution have been determined as well. Principles of construction of a multilayered package of materials of clothes for protection against the radioactive pollution consisting of separate products which provide protection of the person in various conditions have been offered. The planned has been carried out have been, mathematical dependences and rational parameters of conditional flexural rigidity and breaking load of thread-welded seams of clothes for protection against radioactive pollution have been calculated. Art - design decisions, manufacturing techniques have been developed and authorized specifications. Filtering and insulating types of complete sets have been introduced of to manufacture on bases of SPE "Ікар" (Kiev) and put in operation by divisions of Ministry of Defence of Ukraine.

Размещено на Allbest.ru

...