До питання розроблення засобів контролю, випробування теплозахисних матеріалів для захисту працівників ДСНС України

Abstract

UK: Постановка проблеми. Наразі необхідне розроблення засобів контролю, випробування теплозахисних матеріалів, які використовуються для виготовлення засобів індивідуального захисту, як існуючих, так і на стадії створення нових. Теплозахисні матеріали для спеціального одягу повинні проходити випробування за номенклатурою показників якості. Ми розглянули найважливіші, пов'язані із впливом високоінтенсивного теплового випромінювання і високої температури. Результати. Запропоновано розв’язок наближеного значення області існування методу випробування. В основу методу покладено два способи. Попередній: у рамці затискається зразок для випробовування і поблизу його поверхні проводиться електрозварювання. Краплі розплавленого металу потрапляють на поверхню зразка і залишають сліди у вигляді пропалів, прилиплих частинок. Досліджуються глибина пропалу, ступінь липкості тощо. Нині застосовується більш прогресивний метод − метод розплавлення зварювального електрода з дуттям на поверхню випробуваного матеріалу. Однак обидва способи дозволяють отримати розпечені краплі різних розмірів, різної ваги, різного спрямування щодо досліджуваного матеріалу і неконтрольованої температури нагріву розпеченої краплі, що не дозволяє отримати високу достовірність результатів дослідження. Ми пропонуємо пристрій, який дозволяє контролювати розмір краплі, кінетичну енергію удару, напрямок польоту і температуру розпеченої частинки. Це визначило напрямок роботи зі створення методики дослідження цих параметрів і, як випливає звідси, потребу створення установки, яка забезпечувала б сталість таких параметрів як маса, швидкість польоту, температура і траєкторія польоту нагрітих частинок металу з можливістю контрольованої зміни цих параметрів. Для визначення області існування критеріїв дослідження пропонованим методом необхідно розв’язати задачу з такими припущеннями: форма краплі металу взята у вигляді ідеальної кулі; розмір краплі взятий як середньо-статистичний; крапля підвішена на нетеплопровідній тонкій нитці у повітрі; рух повітря виключено; теплопередача за рахунок теплопровідності виключена з розрахунку; в розрахунку не врахований процес окиснення поверхні розжареної краплі й утворення окалини; не враховано час кристалізації металу. Процес впливу розпеченої металевої кульки на досліджуваний матеріал умовно поділений на три етапи: нагрів кульки до заданої температури і її контроль; політ кульки в повітряному середовищі з її подальшим охолодженням; удар кульки об поверхню зразка з передачею кінетичної і теплової енергії. Крім того, необхідно контролювати силу і задавати напрямок удару частинки відносно випробуваного матеріалу. Розрахунок процесів теплопередачі – складна математична задача, що включає розв’язання багатьох систем нелінійних рівнянь. Із використанням певних припущень приймаємо два механізми теплопереносу − молекулярний і конвективний. Наукова новизна. Пропонується новий метод випробування теплозахисних матеріалів що дозволяє доповнити існуючі та отримати більш достовірні результати. Практична значимість. Розроблено установку для дослідження теплозахисних матеріалів на іскростійкість.

RU: Постановка проблемы. Возникла необходимость разработки средств контроля, испытания теплозащитных материалов, используемых для изготовления средств индивидуальной защиты, как существующих, так и на стадии создания новых. Теплозащитные материалы для специальной одежды должны проходить испытания по номенклатуре показателей качества. Нами были рассмотрены наиболее важные, связанные с влиянием высокоинтенсивного теплового излучения и высокой температуры.Результаты. Предложено решение приближенного значения области существования метода испытания. В основу метода положены два способа. Предварительный: в рамке зажимается образец для испытания и вблизи его поверхности производится электросварка. Капли расплавленного металла попадают на поверхность образца и оставляют следы в виде прожогов, прилипших частиц. Исследуются глубина прожога, степень прилипаемости и т. п. В настоящее время применяется более прогрессивный метод − метод расплавления сварочного электрода с дутьем на поверхность испытуемого материала. Однако оба способа позволяют получить раскаленные капли разных размеров, разного веса, разного направления по исследуемому материалу и неконтролируемой температуры нагрева раскаленной капли, но не позволяют получить высокую достоверность результатов исследования. Нами предложено устройство, которое позволяет контролировать размер капли, кинетическую энергию удара, направление полета и температуру раскаленной частицы. Все вышесказанное определило направление работы по созданию методики исследования этих параметров и, как следует отсюда, требование создания установки, которая обеспечивала бы устойчивость таких параметров как масса, скорость полета, температура и траектория полета нагретых частиц металла с возможностью контроля изменения этих параметров. Для определения области существования критериев исследования предлагаемым методом необходимо решить задачу со следующими допущениями: форма капли металла взята в виде идеального шара; размер капли взят как среднестатистический; капля подвешена на не теплопроводной тонкой нити в воздухе; движение воздуха исключено; теплопередача за счет теплопроводности исключена из расчета; в расчете не учтен процесс окисления поверхности раскаленной капли и образования окалины; не учтена кристаллизация металла. Процесс влияния раскаленного металлического шарика на исследуемый материал условно разделен на три этапа: нагрев шарика до заданной температуры и ее контроль; полет шарика в воздушной среде с его последующим охлаждением; удар шарика о поверхность образца с передачей кинетической и тепловой энергии. Кроме того, необходимо контролировать силу и задавать направление удара частицы относительно испытуемого материала. Расчет процессов теплопередачи является сложной математической задачей, включающей решение многих систем нелинейных уравнений. С использованием определенных допущений принимаем два механизма теплопереноса − молекулярный и конвективный. Научная новизна. Предложен новый метод испытания теплозащитных материалов позволяющий дополнить существующие и получить более достоверные результаты. Практическая значимость. Разработана установка исследования теплозащитных материалов на искростойкость.

EN: Purpose. Development of means of control, testing of heat-protective materials used for the manufacture of personal protective equipment, both existing and at the stage of creating new ones. Method. Heat-protective materials for special clothing must be tested according to the nomenclature of quality indicators. We have considered the most important, which are associated with the effects of high-intensity heat radiation and high temperature. Results. The solution of the approximate value of the area of existence of the test method is offered. The test method is based on two methods. Previous: the test specimen is clamped in the frame and electric welding is performed near its surface. Particles of molten metal fall on the surface of the sample and leave traces in the form of burns, sticky particles. The depth of burn, the degree of adhesion, etc. are investigated. Currently, a more advanced method is used - the method of melting the welding electrode by blowing on the surface of the test material. However, both methods allow to obtain hot drops of different sizes, different weights, different directions relative to the test material and uncontrolled heating temperature of the hot drop, which does not allow to obtain high reliability of the results of the study. We proposed to create a device that allows you to control the size of the drop, the kinetic energy of the impact, the direction of flight and the temperature of the hot particle. All the above determined the direction of work on creating a methodology for studying these parameters and, as follows, the requirement to create an installation that would ensure the stability of parameters such as mass, velocity, temperature and flight trajectory of heated metal particles with the possibility of controlled change of these parameters. All the above determined the direction of work on creating a methodology for studying these parameters and, as follows, the requirement to create an installation that would ensure the stability of parameters such as mass, velocity, temperature and flight trajectory of heated metal particles with the possibility of controlled change of these parameters. To determine the area of existence of the research criteria by the proposed method, it is necessary to solve the problem with the following assumptions: the shape of a drop of metal is taken in the form of an ideal sphere; the droplet size is taken as the average; the drop is suspended on a non-thermally conductive thin thread in the air; air movement is excluded; heat transfer due to thermal conductivity is excluded from the calculation; the calculation does not take into account the process of oxidation of the surface of the hot drop and the formation of scale; the crystallization time of the metal is not taken into account. The process of influence of the hot metal ball on the investigated material is conditionally divided into three stages: heating of the ball to the set temperature and its control; the flight of the ball in the air with its subsequent cooling; the impact of the ball on the surface of the sample with the transfer of kinetic and thermal energy. In addition, it is necessary to control the force and set the direction of impact of the particle relative to the test material. The calculation of heat transfer processes is a complex mathematical problem that involves solving many systems of nonlinear equations. Using certain assumptions, we accept two mechanisms of heat transfer - molecular and convective. Scientific novelty. For the first time, a new method is proposed that allows to supplement the existing and get more reliable results. Practical meaningfulness. The installation of research of heat-protective materials on spark resistance is developed.