Исследование составов пакетов для моделей спецодежды сварщиков и металлургов

Разнообразие климатических условий на территории РФ обуславливает необходимость создания спецодежды с различными теплофизическими параметрами. Конструкция одежды должна обеспечивать комфортные условия труда в течение всего рабочего времени. В основе специальной одежды лежит понятие «Пакета теплозащитных материалов».

Пакетом теплозащитных материалов называется совокупность нескольких слоёв материала в многослойной одежде. Она, как правило, состоит из: ткани верха, ткани ветрозащитной, одного или нескольких слоёв утеплителя и материала подкладки.

Специальная одежда бывает: однослойной, т. е. изготавливается из одного слоя материалов, многослойной, в которой между внешней и внутренней поверхностями располагается несколько слоёв материалов: в летней одежде – ткань верха, подкладка, а в зимней одежде – и утепляющая подкладка.

Количество и состав слоёв рассчитываются для конкретных климатических условий и определяется категорией выполняемой работы. В зимней спецодежде, как правило, бывает три слоя: материал верха, утеплитель, подкладка или четыре слоя: материал верха, ветрозащитная ткань, утеплитель, подкладка.

Вторым слоем спецодежды в зимней спецодежде должна быть лёгкая, мягкая, дешёвая ветрозащитная прокладка, обладающая малой (практически нулевой) воздухопроницаемостью и необходимой прочностью. Необходимость в ветрозащитной прокладке отпадает, если в качестве основной ткани используется плотная ткань, имеющая достаточно малую воздухопроницаемость – от 7 до 10 дм3/м2·с.

Теплоизоляционный слой, состоящий из утепляющей прокладки, должен обладать достаточной толщиной, малой объёмной массой, высокой стабильностью толщины, быть лёгким, пористым и гигроскопичным. Толщина теплоизоляционной прокладки (или количество слоёв её) должна устанавливаться в зависимости от климатических условий, времени года (осень-зима), условий труда, конструкции одежды. При выборе утеплителя учитываются параметры воздухопроницаемости и суммарного теплового сопротивления. Они выбираются в зависимости от конкретного климатического пояса и категории работ. Следующий слой одежды – подкладка – должен иметь гладкую поверхность с малым коэффициентом трения, чтобы одежду можно было легко одевать и снимать, повышенную устойчивость к сухому и мокрому трению, соответствовать по цвету покровной ткани.

Защитные свойства пакета материалов для спецодежды оцениваются по критерию суммарного теплового сопротивления. Суммарное тепловое сопротивление – это способность комплекта одежды (бельё, тёплая одежда, зимняя специальная одежда) препятствовать охлаждению организма под воздействием ветра и холодного атмосферного воздуха в условиях работы. Верх костюма может эксплуатироваться в комплекте с пристёгивающейся утепляющей подкладкой или с утеплённым бельём, или с тем и с другим. Для каждого климатического пояса этот показатель различен, т. к. в каждом климатическом поясе наблюдается свой температурный режим, различная влажность воздуха, скорость ветра.

В рамках данной работы представлен выбор составов пакетов для зимних моделей спецодежды сварщиков и металлургов на основе разработанных специалистами ОАО «ИНПЦ ТЛП» огнезащитных тканей:

‒ обр.044 – 40 % Нитокс® ,40 % Русар®, 20 % Кермель (Обр.044/1 ‒ усиленный атлас, обр.044/2 – двухслойная ткань);

‒ обр.043 – 75 % хлопок, 25 % Русар®;

‒ обр. 042 – 65 % Русар®, 35 % Кермель.

Выбор и комплектация составов пакетов проводилась совместно со специалистами ООО «Чайковский Партнёр».

Тестирование пакетов проводилось по номенклатуре специальных показателей в соответствии с требованиями, указанными в нормативно-технической документации (ГОСТы – 12.4.105-81; 11209-2014; 12.4.250-2013; 12.4.29762013; ТРТС 019/2011 и др.) [1, 2, 3, 4, 5].

Испытания пакетов проводились в условиях испытательного центра ООО «НИИОТ в г. Иваново».

Кроме того, были проведены производственные испытания пакетов на устойчивость их к брызгам и потокам расплавленного металла на металлургическом заводе.

Для комплектации пакетов для зимней спецодежды использовался материал верха, состоящий в основном из вышеперечисленных тканей, утеплителей разного ассортимента, представляющих собой нетканый материал, подкладки – ткань из 100 % хлопка, и при необходимости накладки – из разработанных тканей. Для всех пакетов для имитации белья использовалось также огне-, термозащитное полотно, разработанное специалистами ОАО «ИНПЦ ТЛП» и ЗАО «КРАСНАЯ ЗАРЯ», в качестве нижнего слоя для зимней спецодежды использовалось футерованное полотно с поверхностной плотностью 260 г/м2. Всего было составлено 27 пакетов для зимней спецодежды.

Пакеты по составу можно условно разделить на серии.

I серия – пакеты без накладок, в качестве материала верха использовались разработанные ткани 044/1, 042 и 043. Ткани образцов 044/1 и 042 имели масловодоотталкивающую отделку – МВО, ткань обр. 044/2 – мягкую отделку МО, а ткани образца 043 – огнезащитную отделку – ТО «ФОГ».

Для каждого из указанных образцов тканей использовались три вида утеплителей ‒ нетканого материала из разного вида сырья и разной поверхностной плотности: Русар – 200 г/м2, шерстон ‒ 230 г/м2 и холлофайбер ТЭК – 150 г/м2.

Состав волокон в утеплителях: Русар – 100 % параарамидное волокно; шерстон – 65 % шерсти, 35 % хлопка; холлофайбер ТЭК – 100 % полиэфирного огнестойкого волокна. Эта инновационная российская разработка на уровне мировых лидеров утеплителей обеспечивает высокий теплоизоляционный эффект.Результаты испытаний пакетов, состоящих из указанных тканей и утеплителей, приведены в таблице 1.

Пакеты без накладок: номера пакетов с использованием обр. 044/1 – 1, 1а, 1б, обр. 042 ‒ 4, 4а, 4б, обр. 043 ‒ 7а, 7б.

II серия – пакеты с накладками – кроме материала верха в состав пакетов входила накладка. В качестве накладки использовалась та же ткань, что и для материала верха, т. е. ткань каждого образца дублировалась. При этом в состав пакетов также входили три вида утеплителей, указанные выше.

В данном случае номера пакетов, указанные в таблице 1, следующие: с использованием тканей обр. 044/1 – 3, 3а. 3б. обр. 042- 6. 6а, 6б и обр. 043 – 9, 9а и 9б.

Кроме того, для пакетов, в состав которых входили накладки в качестве материала верха, использовалась ткань из 100 % хлопка с огнезащитной отделкой, а в качестве накладок использовались ткани образцов 044/1, 042 и 043, согласно таблице 1, номера пакетов – 2, 2а, 2б (в качестве накладки ткань обр. 044/1), 5, 5а и 5б (накладка – ткань обр. 042) и 8, 8а и 8б (накладка – ткань 043).

Для этих пакетов также использовались 3 вида утеплителей.

Анализ полученных результатов позволил установить следующее.

Таблица 1 ‒ Результаты испытаний утепленных пакетов

№ пакета	№ образца ткани, вид отделки, сырьевой состав утеплителя	Уровень защищиты от конвективной теплоты, балл (суммарное тепловое сопротивление, м2·°С/Вт)	Воздухопроницаемость, дм3/ м2·с	Уровень защиты от теплового излучения, балл	Стойкость к прожиганию, с	Водоупорность, мм вод. ст.
1	044/1, МВО, Русар	3 (0,414)	42,0	2	198,2	120
1а	044/1, МВО, шерстон	3 (0,425)	47,5	2	142,1	110
1б	044/1, МВО, холлофайбер ТЭК	4 (0,482)	51,0	2	112,7	110
2	100 % хлопок, ТО + накладка 044/1, МВО	3 (0,418)	17,8	2	280,1	190
2а	100 % хлопок, ТО + накладка 044/1, МВО, шерстон	3 (0,442)	18,4	2	241,0	190
2б	100 % хлопок, ТО + накладка 044/1, МВО, холлофайбер ТЭК	4 (0,540)	17,8	2	230,1	180
3	044/1, МВО + накладка 044/1, МВО,Русар	4 (0,473)	28,6	2	368,8	140
3а	044/1, МВО + накладка 044/1,МВО, шерстон	4 (0,516)	27,8	2	358,3	140
36	044/1, МВО + накладка 044/1, МВО, холлофайбер ТЭК	4 (0,505)	30,6	2	282,9	140
4	042, МВО, Русар	4 (0,476)	64,0	2	164,2	100
4а	042, МВО, шерстон	3 (0,442)	61,5	2	138,3	100
4б	042, МВО, холлофайбер ТЭК	4 (0,491)	71,5	2	88,6	100
5	100 % хлопок, ТО + накладка 042, МВО, Русар	4 (0,457)	20,4	2	273,6	190
5а	100 % хлопок, ТО + накладка 042, МВО, шерстон	3 (0,445)	21,0	2	191,0	190
5б	100 % хлопок, ТО + накладка 042, МВО, холлофайбер ТЭК	4 (0,523)	19,4	2	159,8	180
6	042, МВО + накладка 042, МВО	4 (0,467)	40,5	2	242,0	130
6а	042, МВО + накладка 042, МВО, шерстон	4 (0,493)	42,0	2	248,9	120
6б	042, МВО + накладка 042, МВО, холлофайбер ТЭК	3 (0,444)	43,5	2	168,7	120
7	043, ТО «ФОГ», Русар	3 (0,372)	27,0	2	121,0	-
7б	043,ТО «ФОГ», холлофайбер ТЭК	4 (0,478)	29,0	2	73,3	-
8	100 % хлопок, ТО + накладка 043, ТО «ФОГ», Русар	3 (0,424)	14,4	2	262,3	-
8а	100 % хлопок, ТО + накладка 043, ТО «ФОГ», шерстон	3 (0,379)	15,6	2	158,7	-
8б	100 % хлопок, ТО + накладка 043, ТО «ФОГ», холлофайбер ТЭК	4 (0,463)	15,6	2	137,0	-
9	043, ТО «ФОГ»+ накладка 043, ТО «ФОГ», Русар	4 (0,457)	16,2	2	218,4	-
9а	043 ТО «ФОГ» + накладка 043 ТО «ФОГ», шерстон	4 (0,479)	17,8	2	137,8	-
9б	043 ТО «ФОГ» + 043 ТО «ФОГ», холлофайбер ТЭК	3 (0,443)	17,4	2	129,4	-

Ткани образцов 044/1 и 042 имеют суммарное тепловое сопротивление на уровне 0,259‒0,236, которое практически не меняется после стирок и химчисток. Суммарное тепловое сопротивление ткани образца 043 ‒ 0,278, но после химчисток – 0,210.

Сравнивая суммарное тепловое сопротивление пакетов всех вариантов, видно, что по сравнению с тканями оно повышается почти в два раза и составляет от 0,372 (с образцом ткани 043) до 0,516 (с образцом ткани 044/1).

Самое высокое суммарное сопротивление имеют пакеты с использованием ткани образца 044/1 в качестве материала верха и накладки. При использовании в качестве накладок на огнезащитную ткань из 100 % хлопка разработанных тканей также получены высокие значения суммарного теплового сопротивления пакетов.

Уровень защиты от конвективной теплоты пакетов высокий и составляет 3‒4 балла вместо 1‒2 баллов у тканей. Оценка вида использованных утеплителей показала, что лучшие результаты по защите от конвективной теплоты по убывающей обеспечивают холлофайбер ТЭК, затем шерстон и только потом нетканый материал из волокна Русар®.

Устойчивость к тепловому излучению у всех пакетов одинаковая, уровень защиты составляет 2 балла, что является удовлетворительным показателем.

Испытания по определению уровня защиты от теплового излучения проводились при тепловом излучении 5,0 кВт/м2 в течение 780 секунд.

Все пакеты имеют высокие показатели огнезащитных свойств. Стойкость к прожиганию самая высокая при использовании накладок из тех же тканей, что и ткань верха, и составляет: с использованием ткани обр. 044/1 ‒ до 368,8 с, до 248,9 с – у ткани обр. 042 и до 218,4 с у ткани обр. 043.

Стойкость к прожиганию пакетов, состоящих из материала верха и утеплителя, составляет: до 198,2 с использованием ткани обр. 044/1, до 164,2 с – с использованием обр. ткани 042 и до 121 с – с использованием ткани обр. 043.

Стойкость к прожиганию пакетов, в состав которых входит ткань из 100 хлопка, а накладки из разработанных тканей, составляет – 280,1 с (накладки из ткани обр. 044/1), 273,6 с (накладка из ткани обр. 042) и 262,3 с (накладка из обр. 043).

Стойкость к прожиганию во всех случаях получена самой высокой при использовании в качестве утеплителя – нетканого материала из волокна Русар®.

Анализ результатов испытаний пакетов по показателям воздухопроницаемость и водоупорность (при наличии масловодоотталкивающей отделки) с огнезащитными тканями разных образцов по данным лаборатории СИЗ ООО «НИИОТ в г. Иваново» показал следующее:

С тканью обр. 044/1

Воздухопроницаемость пакетов № 2, 2а, 2б, 3, 3а, 3б в норме и составляет от 17,8 до 30,6 дм3/м2 с (норматив согласно ГОСТ Р 12.4.236-2007 – не более 40 дм3/м2 с). В целом норматив воздухопроницаемости определяется климатическим поясом. Воздухопроницаемость пакетов № 1, 1а, 1б составляет 42,0‒51,0 дм3/м2 с, что не соответствует норме. В этих пакетах необходимо применение ветрозащитной прокладки.

Все пакеты не имеют водоупорных и водоотталкивающих свойств. При проведении испытаний на водоупорность наблюдалась 100 % смачиваемость поверхности наружного слоя пакетов, фильтрация пакетов. Показатели водоупорности пакетов № 1, 1а, 1б (110‒120 мм вод. столба), пакетов № 2, 2а, 2б (180‒190 мм вод. столба), пакетов № 3. 3а, 3б (140 мм вод. столба) достигнуты за счёт плотности ткани верха, второго слоя ткани и теплозащитного слоя.

Нормативов показателя водоупорности пакетов не существует. Водоупорность пакетов определяется, как правило, водоупорностью ткани верха, которая должна иметь водоупорность не менее 180-200 мм. вод. ст. (200 – для одежды, эксплуатируемой на открытом воздухе).

С тканью обр. 042

Воздухопроницаемость пакетов № 5, 5а, 5б в норме и составляет от 19,4 до 21 дм3/м2 с (норматив согласно ГОСТ Р 12.4.236-2007 – не более 40 дм3/м2 с). Воздухопроницаемость пакетов № 4, 4а, 4б, 6, 6а, 6б составляет 40,5‒71,5 дм3/м2 с, что не соответствует норме. В этих пакетах необходимо применение ветрозащитной прокладки.

Все пакеты не имеют водоупорных и водоотталкивающих свойств. При проведении испытаний на водоупорность наблюдалась 100 % смачиваемость поверхности наружного слоя пакетов, фильтрация пакетов. Показатели водоупорности пакетов № 4, 4а, 4б (100 мм вод. столба), пакетов № 5, 5а, 5б (180‒190 мм вод. столба) достигнуты за счёт плотности ткани верха, второго слоя ткани и теплозащитного слоя.

С тканью обр. 043

Воздухопроницаемость пакетов № 7, 7а, 7б, 8а, 8б в норме и составляет от 14,4 до 31 дм3/м2 с (норматив согласно ГОСТ Р 12.4.236-2007 – не более 40 дм3/м2 с). Воздухопроницаемость пакетов № 9, 9а, 9б составляет 40,5‒43,5 дм3/м2 с, что не соответствует норме. В этих пакетах необходимо применение ветрозащитной прокладки.

Кроме лабораторных испытаний были проведены производственные испытания пакетов на металлургическом заводе ОАО «Ижсталь».

Температура жидкого металла 1500‒1600 0С. На образцы тканей выплескивался жидкий металл и фиксировалось поведение тканей.

Положительный эффект на ткани верха и пакетах оказали следующие результаты:

‒ обр.044/1 МО – залипание металла незначительное, в эпицентре залипания металла незначительный прожиг;

‒ обр. 043 ТО «ФОГ» – металл не прилипает, ткань не горит;

‒ обр. 044/2 МО – металл частично прилипает, ткань не горит;

‒ обр. 042 МВО – металл не прилипает, ткань не горит, но быстро обугливается.

Таким образом, на основании проведённых испытаний пакетов зимних для спецодежды по всем специальным показателям были выданы нижеследующие рекомендации.

Пакеты зимние с огнезащитными тканями обр. 044/1, 042 и 043 можно рекомендовать для изготовления:

‒ специальной одежды, предназначенной для защиты от теплового излучения до 5,0 кВт/м2 включительно;

‒ специальной одежды, предназначенной для защиты от конвективной теплоты при контакте с нагретыми поверхностями до 100 0С;

‒ специальной одежды, предназначенной для защиты от искр, брызг расплавленного металла и окалины.