Спосіб дослідження проникності матеріалів для засобів індивідуального захисту від агресивних речовин

1. Спосіб дослідження проникності матеріалів для засобів індивідуального захисту від агресивних речовин, який полягає в нанесенні на лицеву C2 2 (19) 1 3 84744 (відповідно: 0,791г/см 3; 0,879г/см 3 і 1,466г/см 3), об'єм реактиву, який досліджується, завжди постійний - 50см 3. Це приводить до того, що дифузійні процеси (власне проникнення) органічних розчинників, з врахуванням показників їх густини при постійному об'ємі, проходять при різних умовах, оскільки тиск на одиницю площі матеріалу буде неоднаковий. Слід зазначити також, що рекомендований спосіб і устаткування не можна використовувати для оцінки ступеня проникності матеріалів мінеральними кислотами, лугами та розчинами солей на їх основі, оскільки їх проникнення на зворотну сторону проби, особливо нелетких за природою агресивних рідин, відбувається раніше за процес пароутворення, який власне і контролюється мікротерморезисторами. Відомий спосіб визначення показників проникності матеріалів, які використовуються для виготовлення захисного одягу від рідких хімічних речовин [2]. С уть цього способу полягає в тому, що рідка хімічна речовина об'ємом 10см 3 з допомогою ін'єкційної голки упродовж 4с або 10с подається на лицеву поверхню досліджуваного матеріалу у вигляді безперервного струменя чи крапель, але перед цим, під зворотну сторону проби, підкладають такої ж площі раніше зважений на вагах фільтрувальний папір разом з прозорою плівкою. Створений таким чином пакет укладають в нахиленому під кутом 45° жолобі, де і проводять випробовування, розмістивши в нижньому його кінці мензурку для збору рідини. Через 60с після початку експерименту фільтрувальний папір і прозору плівку знову зважують, а з допомогою мензурки визначають кількість мілілітрів агресивної рідини, що в цей час стікала по жолобу. Відношення маси рідкої хімічної речовини, що осіла на фільтрувальному папері та плівці, до маси рідкої хімічної речовини, яка впливала на пробу, а це за об'ємом 10см 3, і є критерієм оцінки його проникності, або, як зазначено в [2] - індексом проникання (Р). Відношення маси рідкої хімічної речовини, що зібрана у мензурку до маси рідкої хімічної речовини, яка впливала на пробу, а це за об'ємом також 10см 3, являється індексом водонепроникності (R). Недоліком способу є те, що незалежно від природи рідкої хімічної речовини, концентрації, а відтак густини і маси, її кількість, яка наноситься на пробу матеріалу, однакова, тобто 10см 3, що зумовлює проведення досліджень при різних умовах, оскільки тиск реагенту на одиницю площі зразка буде залежати від указаних фізико-хімічних показників. Окрім цього, фільтрувальний папір, в разі визначення індексу проникання по відношенню до мінеральних кислот, буде руйнуватися (процес гідролізу), змінюючи свою вихідну масу в залежності від концентрації реактиву, що буде призводити до неточностей при його зважуванні. Якщо хімічна речовина летка (наприклад, соляна або азотна кислоти), то проведення експерименту практично неможливе, тому що їх газова фаза, процес дифузії якої передує перед рідкою фазою, не буде зафіксована рекомендованим гравіметричним способом. 4 Відомий спосіб визначення проникності матеріалів (штучна шкіра, гумовані, плівкові, текстильні матеріали) в агресивних середовищах (розчини і пари кислот, лугів, органічні розчинники, нафта, та нафтопродукти). Сутність способу полягає в вимірюванні часу, упродовж якого матеріал здатний перешкоджати прониканню агресивних рідин або їх парів через його товщу [3]. Згідно з описом, пробу матеріалу круглої форми з допомогою шайби і притискної гайки закріплюють в стакані лицевою стороною догори, а під її зворотну сторону попередньо підкладають такої ж форми фільтрувальний папір. Зібраний вузол ставлять зверху на касету кільцевих електродів, які підключені до тераомметра, а тераомметр, в свою чергу, підключений до потенціометра типу КСП-4. Якщо проникність матеріалу визначають по відношенню до агресивної рідини в вигляді крапель (не менше трьох крапель в різних місцях на площі проби) чи об'єму, то це може бути відзначено в нормативному документі на матеріал, або розрахований за формулами, що приводяться в стандарті, а якщо проникність визначають по відношенню до парів агресивного середовища, то над пробою закріпляється вкладиш з отворами, в який заливають 4,0см 3 рідини і через отвори проходять процеси її випаровування. Коли агресивна рідина або її пари проникають через товщу проби, вони контактують з фільтрувальним папером зволожуючи його, завдяки чому відбувається зміна величини його питомого поверхневого електричного опору в порівнянні з вихідним значенням, що фіксується на стрічці потенціометра точкою згину (максимум, мінімум) потенціометричної кривої [3]. Якщо проаналізувати цей спосіб, то до одних із недоліків слід віднести недостатню точність визначення моменту проникнення агресивної рідини, оскільки не враховується час на змочування фільтрувального паперу та складність проведення обчислення, а якщо взяти до уваги її пари, то проведення дослідження буде утруднюватись їх можливою нездатністю до зволоження фільтрувального паперу. Причиною цього є касета кільцевих електродів, яка призначена для вимірювання електричного опору всієї поверхні проби і повинна бути щільно до неї притиснута з силою 150кПа якщо досліджується матеріал з полімерним покриттям, або з силою 280кПа, коли вивчається, наприклад, штучне трикотажне хутро, як засвідчено в стандарті [4], але указані умови відсутні в запропонованому способі. Окрім цього, для того щоб фільтрувальний папір, знаходячись під зворотною стороною проби і безпосередньо контактуючи з кільцевими електродами виконував роль індикатора моменту проникнення, він повинен по всій площі бути миттєво зволожений агресивною рідиною, яка проникла в першу чергу через товщину матеріалу. Ця умова необхідна для того, щоб тераомметр зафіксував на стрічці КСП-4 зміну величини поверхневого електричного опору фільтрувального паперу в порівнянні з його вихідними значеннями. Якщо ж агресивна рідина проникла через матеріал лока 5 84744 льно, у вигляді сліду, роси чи краплі і при цьому попала на фторопластові прокладки-ізолятори, що знаходяться між кільцевими електродами, то очевидно, що експеримент з визначення моменту проникнення не відбудеться. В разі проведення дослідження з визначення проникності парів летких агресивних речовин (наприклад, соляної, азотної кислот, ацетону тощо), то знову ж таки, парогазова фаза, яка продифундувала через товщу матеріалу повинна мати здатність миттєво зволожити всю площу фільтрувального паперу до такого ступеня, щоб його поверхневий електричний опір відрізнявся від вихідного значення і був зафіксований тераомметром і потенціометром на стрічці, а це практично неможливо. Найбільш близьким технічним рішенням за методичною сутністю є спосіб визначення проникності мінеральних кислот і лугів різної концентрації через товщу штучної шкіри, яка використовується для виготовлення засобів захисту рук від їх впливу (рукавиці, краги, пальчатка тощо) [5]. В способі, що рекомендований указаним стандартом, проба штучної шкіри закріпляється з допомогою прокладки, ущільнювального кільця, порожнистого циліндра і притискної гайки лицевою стороною донизу і розміщується в ємності, в яку попередньо заливають 50см 3 агресивної рідини заданої концентрації та природи і підключають до одного із електродів (клема) блока управління. Зверху на пробу матеріалу виливають 60см 3 розчину-імітатора людського поту (далі - рідина), який також вважається агресивним середовищем, і в цю рідину вставляють другий електрод. Коли одна із агресивних рідин (або одночасно дві) проникне через товщу матеріалу, між контактними електродами замикається електричне коло, що приводить до зупинки раніше включеного таймера. Отриманий час від початку контакту проби з агресивним середовищем до моменту його проникнення і є критерієм оцінки проникності матеріалу. Одним із основних недоліків способу є те, що вивчення дифузійних процесів проводять одночасно, використовуючи дві агресивні хімічно активні речовини, а саме рідину, до складу якої входять натрій хлористий (0,3% масової частки), сечовина (0,05% масової частки) і дистильована вода, та власне розчин конкретної мінеральної кислоти, лугу, або солі на їх основі, який може бути летким чи нелетким і мати задану концентрацію. В залежності від цього, процес проникнення може ініціюватись як агресивними середовищами, так і рідиною, і проходити як з лицевої, так і зі зворотної сторони проби, або бути зустрічним, що приводитиме до отримання некоректних результатів дослідження. Слід зазначити також, що незважаючи на постійні об'єми агресивних речовин по дві сторони проби (а це 60см 3 рідини на зворотній стороні і 50см 3, наприклад, сірчаної кислоти 10%, 30% або 70% концентрації на лицевій стороні), оцінка її проникності проводиться в неоднакових умовах, а саме при різних значеннях тиску на одиницю площі матеріалу. Це зумовлено тим, що розчини мінеральних кислот, лугів тощо, в залежності від концентрації, характеризуються густиною і при 6 однаковому об'ємі мають різну масу, а відтак створюють різний тиск на одиницю поверхні проби. Так, наприклад, густина (r) указаних концентрацій сірчаної кислоти дорівнює 1,069г/см 3; 1,224г/см 3 і 1,611г/см 3 [6]. З урахуванням постійного об'єму (V), що діє на пробу зі зворотної сторони, тобто 50см 3, та зазначеної густини 10%, 30% і 70% її концентрації, маса розчинів сірчаної кислоти (m = Vr) буде дорівнювати: 53,5г; 61,2г і 80,6г, що приводить до створення неоднакового тиску (Р) на одиницю площі взірця (2,7г/см 2; 3,1г/см 2 і 4,1г/см 2 відповідно) при його загальній площі (S), наприклад, 19,6см 2, а відтак і до різних умов проведення експериментів. Таким чином, проведений аналіз способів, які використовуються для визначення проникності, тобто одного із показників захисних властивостей матеріалів для ЗІЗ агресивними речовинами засвідчує, що до основних відмінностей, за якими вони розрізняються, можна віднести природу, концентрацію, контактну поверхню проби (лицева, зворотна, лицева + зворотна), її площу і об'єм власне хімічного реагенту. Щодо об'єму агресивного середовища, який беруть для проведення досліджень, то додатково слід зазначити, що на коректність отримання результатів суттєво впливає його постійна величина не залежно від природи та концентрації хімічної речовини, особливо в тому випадку, коли з процесами дифузії через товщу проби, водночас проходять деструктивні процеси матеріалу (волокон, полімерного покриття), а саме їх руйн ування. Мета винаходу - підвищення чутливості і достовірності випробувань при оцінці проникності матеріалів для верху спеціального взуття пожежників-рятувальників в процесі впливу агресивних летких і нелетких електропровідних середовищ при постійному тиску об'ємно-рідкої фази на лицеву сторону проби незалежно від їх природи та концентрації, а зворотна сторона знаходиться в постійному контакті з електропровідною рідиною, яка разом з ємністю та підведеною до неї клемою утворює нижній електрод. В основу винаходу покладена задача постійного контролю за моментом проникнення сліду, роси, краплі, паро-газової і об'ємно-рідкої фази леткої і нелеткої агресивної електропровідної рідини та підвищення точності визначення оцінки їх проникнення через товщу матеріалу різного асортименту. Поставлена задача вирішується за допомогою того, що на робочу площу проби матеріалу з лицевої сторони постійно впливає рідка фаза агресивної рідини, об'єм якої створює постійний (заданий) тиск на одиницю її поверхні, а зворотна сторона проби, для її зволоження, постійно перебуває в контакті з електропровідною рідиною. Методика здійснення запропонованого способу оцінки агресивнозахисних властивостей (проникності) проб матеріалу в процесі впливу мінеральних кислот, лугів, поверхнево-активних речовин, розчинів солей та інших летких і нелетких електропровідних хімічних реагентів різної концентрації при їх постійному значенні тиску на лицеву повер 7 84744 хню проби, тобто його сутність, полягає в наступному. Оскільки способом передбачено визначення проникності агресивної рідини різної природи і концентрації через товщу спеціального матеріалу при постійному її тиску на пробу, то, враховуючи площу робочої поверхні проби (19,6см при діаметрі 5,0см, вихідне значення діаметра 6,0см), об'єм хімічного реагенту що досліджується буде змінюватись в залежності від його густини (табл.1). Так, якщо, наприклад, вивчати проникність 10% і 40% розчину лугу через товщу спеціального матеріалу при постійному тиску (Р =2,6г/см 2) на площу робочої поверхні (S = 19,6см 2), то з врахуванням густини розчину (r) 10% NaOH - 1,115г/см 3 і 40% NaOH - 1,437г/см 3, об'єм агресивної рідини в першому випадку повинен бути рівний 48,1см 3, а в другому 35,4см 3 і тільки при такому методичному забезпеченні, маса указаної рідини, яка діє на поверхню проби, незалежно від її концентрації, буде постійною, а саме - 50,9г, що і створює однакові умови для проведення дослідження, та отримання коректних результатів. Таким чином, щоб забезпечити виконання поставленої мети, необхідно в першу чергу проводити експерименти при заданому тиску об'ємнорідкого агресивного середовища на одиницю площі проби, тобто Р= Vr/S г/см 2, а його кількість контролювати за такою формулою: V=PS/r см 3 (табл.1). Згідно з умовами запропонованого способу, на Фіг.1 зображена схема приладу ПМК-1 А для визначення проникності проб матеріалів леткими і нелеткими електропровідними агресивними рідинами та розчинами солей на їх основі. До складу приладу входить блок управління 1, таймер 2, кришка 3, верхній електрод 4, ущільнювальне кільце 5, притискна гайка 6, порожнистий циліндр 7, 8 ємність 8 для електропровідної рідини 10, агресивна рідина 9, прокладка 11, проба спеціального матеріалу 12, повітровідвідні канали 13 і 15 та клема 16. Перед проведенням досліджень один із виходів блока управління 1 підключають до одного із входів таймера 2 і до клеми 16 ємності 8, яка попередньо заповнена електропровідною рідиною 10 (наприклад, питною водою). Другий ви хід блока управління 1 підключають до другого входу таймера 2, вихід якого підключають до верхнього електрода 4. Пробу спеціального матеріалу 12 з допомогою прокладки 11, ущільнювального кільця 5, закріплюють притискною гайкою 6 в порожнистому циліндрі 7 лицевою стороною догори. Зібраний таким чином технологічний вузол поміщають в ємність 8, заповнену електропровідною рідиною 10. Кількість цієї рідини, тобто її об'єм, повинна бути такою, щоб зворотна сторона проби 12 не була в неї занурена, а тільки торкалася поверхні електропровідної рідини, здійснюючи контакт між собою. Необхідну кількість агресивної рідини 9, розраховану за формулами за умов створення постійного, тобто заданого тиску, незалежно від її природи та концентрації виливають в ємність ущільнювального кільця 5 на лицеву сторону проби 12 і включають таймер 2. В момент проходження агресивного середовища в вигляді сліду, роси, краплі чи пари через товщу проби, між двома електропровідними рідинами сформується електричне коло і блок управління 1 видасть сигнал на зупинку таймера 2. Час, зафіксований таймером, і буде оцінкою проникності матеріалу до впливу агресивної речовини конкретної характеристики при заданому тиску. Таблиця 1 Розрахунок необхідного об'єму агресивної рідини (АР) для дослідження проникності матеріалів при заданому її тиску (Р) на пробу Агресивна рідина (АР), її назва H2SO4 HNO3 NaOH Концентрація АР,% 5 10 30 70 5 10 30 70 5 10 30 40 Об'єм для доТиск АР Густина водно- Маса агресив- Площа робочої слідження на одиницю го розчину АР, ної рідини, г поверхні пропроникності, площі проби, г/см 3 би,см 2 3 см г/см 2 49,3 1,034 50,9 19,6 2,6 47,7 1,069 50,9 19,6 2,6 41,6 1,224 50,9 19,6 2,6 31,6 1,611 50,9 19,6 2,6 49,5 1,028 50,9 19,6 2,6 48,3 1,054 50,9 19,6 2,6 43,0 1,184 50,9 19,6 2,6 35,8 1,421 50,9 19,6 2,6 48,1 1,058 50,9 19,6 2,6 45,7 1,115 50,9 19,6 2,6 38,2 1,332 50,9 19,6 2,6 35,4 1,437 50,9 19,6 2,6 Джерела інформації 1. A.c. 1363021 СССР, МКИ G01N15/08 /В.И. Очкуренко, A.A. Мычко, Р.И. Квасова, Ю.В. Горба тко (СССР). - 4090362/23-25; Заяв. 14.07.86; Опубл. 30.12.87, Бюл. №48. - 3с. 9 84744 2. Одяг спеціальний для захисту від рідких хімікатів: ДСТУ EN 368:2002 - [Чинний від 2003-1001]. -К., 2003. -6с. 3. ССБТ. Средства индивидуальной защиты. Метод определения проницаемости материалов в агрессивных средах: ГОСТ 12.4.218-2002. -[Дата введенния в Украине 2005-07-01]. -К., 2005. -8с. (Держспоживстандарт). 4. Ткани и трикотажные полотна. Метод определения удельного поверхностного электрического сопротивления: ГОСТ 19616-74 -[Дата введен Комп’ютерна в ерстка Л.Литв иненко 10 ния в Украине 2006-04-01]. -К., 2005. 4с.(Держспоживстандарт). 5. ССБТ. Искусственные кожи для средств защиты рук. Метод определения проницаемости кислот и щелочей: ГОСТ 12.4.147-84 - [Дата введения с 01.01.86]. - М., 1985. -4с. (Изд-во стандартов). 6. Писаренко В.В. Справочник химикалаборанта. Справ. пособие для проф.-техн. учеб. заведений. Изд. 2-е, перераб. и доп. - М.: Высшая школа, 1974.-С.75. Підписне Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601