64767

РОЗРОБКА ТЕХНОЛОГІЇ ВАКУУМНОЇ ІОННО-ПЛАЗМОВОЇ МЕТАЛІЗАЦІЇ ТКАНИН ДЛЯ ЗАХИСТУ ОДЯГУ ПРАЦІВНИКІВ ЛИВАРНОГО ВИРОБНИЦТВА

Автореферат

Производство и промышленные технологии

Для створення безпечних умов праці робітників металургійних підприємств та профілактики профзахворювань важливу роль відіграє спеціальний одяг, який є одним з найважливіших засобів індивідуального захисту...

Украинкский

2014-07-11

859.5 KB

0 чел.

КИЇВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ТЕХНОЛОГІЙ

ТА ДИЗАЙНУ

Івасенко Марія Валентинівна

УДК 687.174

РОЗРОБКА ТЕХНОЛОГІЇ ВАКУУМНОЇ ІОННО-ПЛАЗМОВОЇ МЕТАЛІЗАЦІЇ ТКАНИН ДЛЯ ЗАХИСТУ ОДЯГУ ПРАЦІВНИКІВ ЛИВАРНОГО ВИРОБНИЦТВА

Спеціальність 05.18.19 – технологія текстильних матеріалів,

швейних і трикотажних виробів

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Київ – 2010

Дисертацією є рукопис

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

Науковий керівник:

доктор технічних наук, професор,

Товт Володимир Михайлович, 

Київський національний університет технологій та дизайну, кафедра тепломасообмінних процесів, професор кафедри

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор,

Колосніченко Марина Вікторівна,

Київський національний університет технологій та дизайну, факультет дизайну, декан

кандидат технічних наук,

Клим’юк Михайло Михайлович

Львівський державний університет безпеки життєдіяльності, факультет інформаційної та транспортної безпеки, заступник начальника

Захист відбудеться „28” жовтня 2010 року о 1200 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.102.03 в Київському національному університеті технологій та дизайну за адресою: 01011, м. Київ–11,                   вул. Немировича-Данченка, 2, корп. 1, 3 поверх, конференц-зал.

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

Автореферат розісланий „ 24” вересня 2010 року.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради                                                                   Т.О. Полька


ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Для створення безпечних умов праці робітників металургійних підприємств та профілактики профзахворювань важливу роль відіграє спеціальний одяг, який є одним з найважливіших засобів індивідуального захисту від впливу небезпечних та шкідливих виробничих факторів (НШВФ).

Так, в гарячих цехах ливарного виробництва гостро стоїть питання забезпечення відповідним спецодягом, що ефективно захищає від впливу високотемпературних факторів, що входять до комплексу НШВФ. До теперішнього часу спецодяг, що в основному використовується на цих підприємствах, не витримує встановленого строку експлуатації. Крім значної ваги основним недоліком цього спецодягу є і низькі захисні властивості.

Провідну роль у створенні спецодягу, який відповідає вимогам виробництва, відіграє підбір матеріалів. Для виготовлення такого одягу існує великий асортимент спеціальних матеріалів, в яких захист від шкідливих впливів досягається за рахунок вибору сировини тканини, просочуванням, покриттям спеціальними сумішами. Серед відомих способів модифікації поверхонь текстильних матеріалів з метою надання їм підвищених термозахисних властивостей перспективним є їх металізація.  

З широкого спектру способів отримання металізованих покриттів на текстильних матеріалах використанню в умовах комплексної дії високотемпературних факторів ливарних виробництв відповідають лише деякі.

 Це обумовлює актуальність розробки нових видів захисних текстильних матеріалів з жаростійкими металізованими покриттями та наукового обґрунтування технології їх виготовлення.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконувалась у відповідності з перспективним планом науково-дослідної роботи молодих науковців Київського національного університету технологій та дизайну (КНУТД) на 2004 – 2010 рр.  Дослідження проводилось на замовлення ТОВ “Литво” (м. Мелітополь) у рамках господарської договірної роботи на тему «Розробка спеціального костюму для робітників ливарного виробництва чавунного лиття» (номер Державної реєстрації  05.05.0034557).

Мета і завдання дослідження. Мета дисертаційної роботи полягає у розробці технології вакуумної іонно-плазмової металізації текстильних матеріалів для захисту спецодягу працівників ливарних виробництв.

Для досягнення поставленої мети в дисертації були вирішені наступні взаємопов’язані завдання:

– визначення дії НШВФ на матеріали спецодягу ливарників;

– обґрунтування застосування способів іонно-плазмової металізації для надання

  текстильним матеріалам захисних властивостей від дії НШВФ;

– визначення технологічних режимів процесу напилювання на дослідному

  обладнанні та дослідження їх впливу на параметри металізованого покриття;

– здійснення комплексного дослідження теплофізичних та фізико-механічних

  властивостей отриманих металізованих матеріалів та визначення раціонального

  складу покриття та виду основи для використання в спецодязі ливарників;

– розробка конструкції одягу робітників ливарних цехів з нового металізованого

  матеріалу, його виготовлення та проведення апробації в умовах реального

  виробництва.

Об’єкт дослідженняпроцес виготовлення захисного одягу працівників ливарних виробництв.

Предмет дослідження розробка технології вакуумної іонно-плазмової металізації тканин для захисту спецодягу працівників ливарних виробництв.

Методи досліджень. Для вирішення поставлених задач використовувались: фундаментальні положення технології текстильних матеріалів; сучасні вакуумні плазмово-магнетронні способи модифікації поверхні текстильних матеріалів; стандартні інструментальні методи текстильного матеріалознавства (визначення фізико-механічних та теплофізичних показників текстильних матеріалів); методи математичної статистики для обробки результатів експериментів. Аналіз чисельних моделей проводився на ПЕОМ, в тому числі з використанням програми «Mathcad».

Наукова новизна роботи полягає у: 

  •  встановленні математичних взаємозв’язків між технологічними параметрами процесу металізації та властивостями металізованих текстильних матеріалів;
  •  визначенні закономірностей осадження металізованого покриття на текстильних

    матеріалах в процесі іонно-плазмової вакуумної металізації.

Практичне значення одержаних результатів полягає в тому, що:

  •  встановлені параметри режиму вакуумного напилювання (співвідношення сили струму І та тиску в камері Р), які дозволяють отримувати необхідні товщини покриттів в процесі напилювання;
  •  встановлено раціональні технологічні параметри процесу металічного напилювання, які забезпечують таку температуру основи, яка дає можливість отримувати металізовані матеріали без пошкодження поверхні основи;

  –  розроблено текстильні матеріали, металізовані різними складами металів;

  –  отримані матеріали використані при виготовленні захисного від впливу високих

     температур спеціального одягу на науково-виробничому підприємстві “Індекс”

    (м. Сіверодонецьк);

     –  розроблено спецодяг, який впроваджено в експлуатацію на ливарному

         виробництві ТОВ “Литво” (м. Мелітополь). Очікуваний річний економічний

         ефект за рахунок підвищення терміну експлуатації спецодягу складає близько

         9300 грн.

  •  результати роботи впроваджені у навчальний процес кафедри тепломасообмінних процесів КНУТД.

Особистий внесок здобувача полягає в постановці задач, виборі об’єктів та методів дослідження, проведенні експериментів, обробці й аналізі одержаних результатів, вдосконаленні технології металізації текстильних матеріалів, плануванні та реалізація експериментів, обробці отриманих даних, апробації одержаних результатів та формулюванні висновків. Наукові ідеї, теоретичні розробки та практичні рекомендації, що містяться в роботі та виносяться на захист, одержані автором особисто.

Апробація роботи. Основні положення та результати роботи доповідались на

науково-технічних конференціях молодих вчених та студентів КНУТД (м. Київ, 2004–2008 рр.), ювілейній Міжнародній науково-технічній конференції “Інноваційні технології – майбутнє України” КНУТД (м. Київ, 2005р.), на науково-технічній конференції “Проблемы легкой и текстильной промышленности Украины” Херсонський національний технічний університет (м. Херсон, 2005р.), на VI Міжнародній конференції молодих науковців “Інформатика та механіка” Хмельницький національний університет (м. Кам’янець-Подільський, 2008р.).

Дисертаційна робота розглядалась повністю та була схвалена на засіданні кафедри тепломасообмінних процесів КНУТД, на міжкафедральному семінарі КНУТД.

Публікації. За результатами досліджень дисертаційної роботи опубліковано 10 друкованих робіт, серед яких 6 статей у фахових виданнях, затверджених ВАК України, 4 тези доповідей на наукових конференціях.

Структура та обсяг роботи. Дисертація подана на 186 сторінках друкованого тексту та містить вступ, п’ять розділів з висновками, загальні висновки, додатки, список використаних джерел, який нараховує 134 найменування. Робота містить 23 таблиці, 39 рисунків. Обсяг основної частини дисертації складає 153 сторінки.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі охарактеризовано сучасний стан використання термостійких  текстильних матеріалів в умовах високотемпературного середовища та надання  їм захисних властивостей способом металізації. Сформульовано актуальність теми, мету та задачі дисертаційної роботи, охарактеризовано об’єкт та предмет досліджень, показані наукова новизна та практичне значення роботи.

У першому розділі розглянуто сучасний стан проблеми створення захисного одягу робітників ливарного виробництва, в якому визначено умови експлуатації спецодягу, а також асортимент сучасних матеріалів, які використовуються для його виготовлення. Зроблено висновок, що серед відомих способів модифікації поверхонь текстильних матеріалів з метою надання їм підвищених термозахисних властивостей перспективним є їх металізація. З аналізу існуючих способів металізації встановлено, що для отримання захисних ефектів від дії високотемпературного середовища все більше набуває актуальності використання вакуумного напилювання, яке дозволяє отримувати покриття майже зі всіх видів металів та сплавів, а введення до вакуумної камери різних видів робочих газів (азоту, аргону, кисню і т.п.) дозволяють отримувати більш широкий спектр захисних та декоративних ефектів. Встановлено, що для текстильних матеріалів важливим технологічним параметром в процесі напилювання є температура підкладки (основи), яка не повинна перевищувати межі її деструкції. Для дотримання цієї вимоги доцільним є застосування методу вакуумного магнетронного розпилювання з іонним бомбардуванням.

На основі критичного аналізу літературних джерел обґрунтовано необхідність розробки та впровадження нових видів захисних текстильних  матеріалів для потреб широкого вжитку. Ці передумови визначили мету і завдання дослідження, спрямовані на розробку та отримання нових видів металізованих текстильних матеріалів для спеціального одягу робітників ливарного виробництва.

У другому розділі здійснено обґрунтований вибір вихідних матеріалів, розрахунок та підбір раціональних технологічних параметрів процесу отримання металізованих покриттів.

Для проведення даної роботи вибрані два найбільш використовувані при виготовленні спецодягу робітників високотемпературних середовищ види  текстильних матеріалів: парусина напівльняна арт. 11293 та сірошинельне сукно арт. 6425. Як матеріали для напилювання обрано: титан (Ti) та нітрид титану (ТіN). Для процесу напилювання вибрано установку ВУ–1100 “Д” з іонно-плазмовим способом мікродугового випаровування, для якої здійснено розрахунок технологічних параметрів з урахуванням особливостей процесу металізації на текстильні матеріали (рис. 1, табл. 1).

Рис. 1.

Таблиця 1

Розрахункові технологічні характеристики вакуумної камери

установки ВУ–1100 “Д”:

Робочий тиск,

Р×10-1, Па

(δ±5%)

Робоча напруга на катоді, U, кВ

(δ±5%)

Іонний струм, Іі, А

(δ±2%)

Потужністьсистеми, Θс, кВт

(δ±5%)

Відстань від катоду до підкладки,

l, мм

(δ±5%)

Температура розігріву підкладки,

T, ºС

(δ±2,5%)

0,7…8,6

0,4…0,8

7…25

8…15

120

100

Технологічні режими процесів вакуумного напилювання дослідних текстильних матеріалів наведеними металами, підібрані на основі попередніх досліджень, представлені в табл. 2 та на рис. 2.

Таблиця 2

Перелік операцій і параметрів технологічного процесу іонно-плазмового магнетронного напилювання

Назва операції

Склад покриття

Товщина покриття, мкм (δ±2%)

Тиск у вакуумній камері Р, Па

(δ±5%)

Час здійснення операції, с

(δ±5%)

1. Попередня обробка (макроочищення)

Ті

0,5…3

3600±180

TiN

2

2. Загрузка камери

Ті

0,5…3

(1±0,05)·106

600±30

TiN

2

3. Вакуумізація

Ті

0,5…3

(1±0,05)·102

1800±90

TiN

2

4. Нагрів камери

(t =100300 0С) (термічне очищення)

Ті

0,5…3

(1±0,05)·102

1200±60

TiN

2

5. Іонне очищення робочим газом (Ar)

Ті

0,5…3

2…6±0,01

1200±60

TiN

2

6. Нанесення покриття

Ті

0,5…3

(2±0,01)·10-2

1800…10800±90…540

TiN

2

(2±0,01)·10-1

7200±360

7. Витримка

Ті

0,5…3

(2±0,01)·10-2

360±18

TiN

2

(2±0,01)·10-1

8. Напускання повітря

Ті

0,5…3

(1±0,05)·106

300±15

TiN

2

9. Розгерметизація

Ті

0,5…3

(1±0,05)·106

300±15

TiN

2

 

Підібрано допустимі умови у вакуумній камері, при яких можливо проводити напилювання текстильних матеріалів: забезпечено температуру підкладки не більше 1000С, швидкість обертання каруселі, на якій закріплюється підкладка 2 об/хв. Технічні параметри даної установки дозволяють проводити напилювання на зразках великих розмірів (до 4 м2). В результаті проведення напилювання було отримано металізовані матеріали з наступними параметрами (табл. 3):

Таблиця 3

Характеристики металізованих матеріалів 

Найменування зразків матеріалів

Вміст складників сировинного складу, %

Заправка

Переплетення

Поверхнева густина текстильного полотна, г/м2

(ГОСТ 3811-72)

Товщина полотна, мм (ГОСТ 12023-93)

Покриття / товщина, мкм

арт. 11293, парусина напівльняна

(ТУ:10-52 -75)

49 - льон,

51 -бавовна

Основа – бавовна,

уток - льон

Полотняне

459±4

0,86±0,01

Ті /

0,5…3, (інт. 0,5)

ТіN(75%) + Ti25%/ 2

арт. 6425,

сірошинельне

сукно

(ТУ: 27652-88)

83 -вовна

10 - ПА

7 -віскоза

Змішана

Полотняне

957±9

2,01±0,01

Ті/ 2

ТіN(75%) + Ti25%/ 2

(ТіN(75%) +Ti 25%) – 2 шари; Ti – 3 шари / 2

Визначення раціональних технологічних режимів напилювання в умовах багатофакторного впливу вхідних параметрів виконувалось на основі методики ротатабельного планування експерименту другого порядку із вхідними величинами:  x1 – сила струму на магнетроні I, А; x2 тиск у вакуумній камері Р, Па; температура Т=const, °С. За показник якості напилювання було прийнято Y – товщина шару покриття h, мкм. Значення вхідних факторів при напилюванні на установці ВУ-1100 ”Д” та геометрична поверхня залежності функції відгуку від факторів x1 та x2 наведено  в табл. 4 та на рис. 3.

                   

 Фактор

Сила струму на магнетроні, І, А

Тиск в камері,

Р, 10-2 Па

Кодове позначення

Х1

Х2

Рівень варіювання

+1,414

22,5

8,25

+1

20

7

0

15

4,5

-1

10

2

-1,414

7,5

0,75

Інтервал варіювання

5

2,5

                           

На основі отриманої графічної та математичної моделі процесів вакуумного напилювання встановлено, що збільшення товщини шару напилювання можливо за рахунок збільшення сили струму на магнетроні та зменшенні тиску в камері. Враховуючи технічну обмеженість магнетронної установки для сили струму, яку нераціонально встановлювати більше 20 А, тиску в камері, який не можливо зменшувати нескінченно, а також особливості поведінки текстильних матеріалів у полі високого вакууму, можна припустити, що отримана залежність є коректною лише до деяких величин товщин покриття (не більше 4 мкм). Попередні експериментальні напилювання довели, що більші товщини покриттів є нераціональними для обраних видів матеріалів, тому отримана математична модель цілком задовільняє межам експериментів.

В третьому розділі обґрунтовано та описано основні методики досліджень, які використані в роботі для визначення показників теплофізичних та фізико-механічних властивостей отриманих металізованих матеріалів.

Проведено вибір критеріїв оцінки термостійких та термозахисних властивостей текстильних матеріалів з урахуванням особливостей фізико-хімічних процесів термічного старіння в умовах експлуатації, за якими встановлено необхідність визначення наступних показників: стійкості матеріалів до дії частинок розплавленого металу, здатності матеріалів до прогрівання, стійкості матеріалів до дії теплового випромінювання.

Альтернативою приладу для визначення стійкості до дії частинок розплавленого металу обрано прилад ППТ-5М [ГОСТ 12.4.184–97], пропалювальний елемент на якому – ніхромовий дріт d = 1мм. Температура нагрівання дроту менша за температури крапель розплавленого металу (800 < 1500°С), що потрапляє на поверхню спецодягу в умовах виробництва. Але, враховуючи те, що контактна дія розігрітого до 800°С дроту здійснюється під навантаженням 1,5±0,3 Н, що значно збільшує швидкість руйнування, використання приладу є доцільним.

Визначення коефіцієнту теплопровідності λ (Вт/м·К), як показника інтенсивності перенесення теплоти через матеріал, здійснювали на приладі ИТ–λ–400 (ТУ25-11.1487-79). Також були проведені дослідження температурної залежності теплопровідності матеріалів в режимі монотонного нагрівання в діапазоні температур 25175ºС з інтервалом 25ºС.

За критерій термозахисних властивостей матеріалів для спецодягу прийнято температуру, до якої прогрівається пакет матеріалів від дії теплового випромінювання, яка не повинна перевищувати  критично-допустимої межі 50ºС. Визначення здатності до прогрівання та стійкості матеріалів до дії теплового випромінювання здійснено за допомогою радіаційно-конвективної сушарки УС-1 та універсального цифрового приладу для вимірювання температури А565. В основу методики по визначенню стійкості матеріалів до дії теплового випромінювання покладено принцип штучного старіння матеріалів шляхом впливу на них теплового випромінювання вольфрамових ламп розжарювання потужністю Рзаг=1кВт, які дозволяють нагрівати зразки до температури 150°С.

Визначення поверхневої густини текстильних полотен проводилось згідно ГОСТ 3811-72. Визначення розривального зусилля та видовження на момент розірвання проводили згідно з ГОСТ 3813-72 на розривальній машині РТ–250 М. Показники жорсткості щодо згинання визначались за ГОСТ 8977-74  на пристрої ПЖУ–12М. Дослідження стійкості покриття до стирання по площині проводилось на приладі ДИТ–М  за ГОСТ 18976 – 73 та за ГОСТ 15967 – 70.

В четвертому розділі викладено результати досліджень теплофізичних та фізико-механічних властивостей матеріалів, а також проаналізовано вплив теплового випромінювання (важливого фактора характерного для ливарного виробництва) на вказані властивості.

Дослідження показників стійкості до пропалювання довели, що вплив дії контактної поверхні (t = 800ºС) на металізовані тканини значно менший ніж на неметалізовані  (табл. 5).

Таблиця 5

Стійкість до пропалювання розігрітою контактною поверхнею (t = 800 ºС)

Найменування показника, одиниці виміру

Найменування досліджуваних зразків матеріалів (покриття) /товщина напилювання, мкм

1. Парусина неметалізована

2. Парусина (Ті ) /0,5

3. Парусина (Ті ) /1

4. Парусина (Ті) /1,5

5. Парусина (Ті ) /2

6. Парусина (Ті ) /2,5

7. Парусина (Ті ) /3

8. Парусина (ТіN (75%) + Ti (25%) / 2

9. Сукно неметалізоване

10. Сукно (Ті) /2

11. Сукно (ТіN (75%) + Ti 25%)) / 2

12. Сукно (ТіN (75%)) – 2 шари;  Ті – 3 шари )/ 2

Товщина матеріалів, мм

(δ±0,6%)

0,86±0,01

0,86±0,01

0,84±0,01

0,83±0,01

0,82±0,01

0,84±0,01

0,85±0,01

0,87±0,01

2,01±0,01

2,80±0,02

2,38±0,01

2,45±0,01

Стійкість до пропалювання, с

(δ±2%)

[ГОСТ

12.4.184–97]

33,6±0,7

38,6±0,8

43,8±0,9

51,5±1,0

56,8±1,1

53,7±1,1

50,4±1,0

60,30±1,2

1,90±0,04

2,5±0,1

3,3±0,1

4,5±0,1

Виявлено, що металізація дає можливість знизити коефіцієнт теплопровідності λ. Так, значення показника для металізованих тканин у порівнянні з неметалізованими при 175°С знижується: для парусинової напівльняної тканини (рис. 4, а)  на 16,3% (Ті / 2 мкм) (зр. 5) та 17,4% ((ТіN(75%) + Ti(25%) / 2 мкм) (зр. 8); для сірошинельного сукна (рис.4, б) (всі товщини 2 мкм): на 27,4 % (Ті) (зр.2), на 32,5% ((ТіN (75%) + Ti (25%)) (зр. 3).

З отриманих значень для однакових товщин (2 мкм) та різних складів напилювання можна зробити висновок, що при додаванні до складу напилювання титану (Ті) складової азоту (N2) значення коефіцієнта λ при 175°С у порівнянні з неметалізованими матеріалами знижується: для парусини напівльняної – на 20,6%,  для сукна – на 32,5%. Це обумовлює доцільність використання покриттів з нітридними складовими. Враховуючи те, що метою роботи є створення тканин з підвищеними термостійкими властивостями, то зменшення показника теплопровідності, особливо при підвищених температурах, є позитивним фактором.

                       

                      а                                                                         б

Рис. 4. Залежність коефіцієнта теплопровідності λ парусинової напівльняної (а) та

           суконної (б) тканини від температури: а) 1 – неметалізоване, 2–7: покриття Ті

           (0,5…3 мкм – інтервал 0,5 мкм), 8 – покриття ((ТіN (75%) +Ti (25%) / 2 мкм);

           б) 1 – неметалізоване, 2 – покриття Ті / 2 мкм, 3 – покриття TiN / 2 мкм

Для визначення термозахисних властивостей отриманих матеріалів їх було сформовано в пакети (лицьовий шар – металізовані та неметалізовані матеріали, нижній – сірошинельне сукно арт. 6425 (h=2,01±0,01 мм)). При прогріванні лицьового шару до 150°С на приладі УС-1, встановлено, що металізація значно знижує прогрівання матеріалів та пакетів. Для пакетів з верхнім шаром із парусинової напівльняної тканини найнижча температура на нижньому шарові виявились в пакеті з покриттям ((ТіN (75%) + Ti (25%) / 2 мкм) – 71,41ºС, що менше за пакет без покриття на 19,3%. Суконні матеріали та пакети прогріваються значно слабше, порівняно з парусиновими, що обумовлено нижчою теплопровідністю сукна, більшою товщиною тканини та пакета в цілому. Найменша температура при прогріванні пакета встановлена при використання верхнього шару з покриттям

((ТіN (75%))–2 шари; Ті–3 шари) / 2 мкм) – 45,68°С, що менше за пакет без покриття на 25,67%. Оскільки в текстильних матеріалах розповсюдження теплоти здійснюється  переважно теплопровідністю, то зі зменшенням цього показника збільшується термічний опір матеріалів (δ/λ), тому температура на внутрішньому шарові пакетів матеріалів з металізованим покриттям буде нижче, ніж у неметалізованих.

Визначено, що вплив вакуумного напилювання на зміну поверхневої густини текстильних полотен незначний, та визначається часом перебування зразків тканин у полі вакууму: при більшій товщині напилювання відповідно довший час перебування тканини в камері, а отже, більша кількість випареної вологи. Для зразків парусинової напівльняної тканини розраховано математичну модель залежності між значенням поверхневої густини (m, г/м2)  та товщиною шару металу (x, мкм), яка описується рівнянням:

m = 384,23 + 4,92 х – 0,11 x2   

З отриманої моделі видно, що поверхнева густина поступово збільшується до значення, яке в середньому відповідає товщині покриття x=2,25±0,01 мкм, при подальшому збільшенні товщини покриття спостерігається поступове зменшення поверхневої густини.

Для зразків парусинової напівльняної тканини було проведено статистичний аналіз результатів експерименту, що дозволив виявити математичні моделі залежностей між значеннями розривального зусилля (Р, Н) та видовження на момент розірвання (L, мм) і товщиною напилюваного металічного шару (х, мкм):

Розривальне зусилля (поперечно вирізані проби):

Р = 1168,3 – 1,3 х – 0,3 x2

Видовження на момент розірвання (поздовжньо вирізані проби):

L = 20,721 – 0,156 х – 0,004 x2

Встановлено, що після напилювання тканина стає менш міцною, що пояснюється порушенням структури її поверхні в момент напилювання. Відбувається зменшення взаємної рухомості волокон, внаслідок покривання ниток металічними частинками. Це призводить до того, що нитки не можуть ковзати одна відносно одної, втрачають еластичність та рвуться одночасно. Це явище більш помітне зі збільшенням товщини: пружність та видовження волокон зменшується зі збільшенням товщини металічного шару.

Отже, при проектуванні металізованих матеріалів, необхідно встановити такі значення товщини покриття, при яких втрата характеристик міцності буде найменшою. В нашому випадку, враховуючи попередні дослідження, такими покриттями для парусинової напівльняної тканини є (ТіN (75%) + Ti 25%) / 2 мкм, для  сукна (ТіN (75%) + Ti 25%) / 2 мкм та (ТіN(75%)) – 2 шари; Ті – 3 шари) / 2 мкм.

Аналізуючи показники жорсткості щодо згинання по основі та утоку по всім зразкам встановлено, що вони збільшуються у відповідності до товщини напилювання. При певній граничній товщині (3 мкм) тканина втрачає еластичність та набуває ламкості. Отже, при проектуванні металізованих матеріалів важливим є визначення раціональної товщини напилювання, що забезпечить допустиму експлуатаційну жорсткість.

Досліджуючи стійкість покриття до стирання по площині, було встановлено характер зчеплення металічного покриття з основою, вид та причини  руйнування покриття та основи при механічних діях (терті).

Швидкість руйнування парусинової напівльняної тканини під час стирання по площині знаходиться в прямій залежності від товщини шару металічного напилювання. Це пояснюється тим, що при напилюванні у високотемпературному середовищі відбувається часткове теплове руйнування волокон на поверхні тканини, за рахунок чого тканина в цілому стає менш міцною. Збільшення товщини  шару металічного покриття викликає підвищення абразивності та, відповідно, швидкості руйнування зразків. Додавання до складу металу, що напилюється, газу N2 підвищує адгезійну стійкість покриття: при напилюванні (ТіN (75%) + Ti 25%) / 2 мкм тканина витримує 600 циклів у порівнянні з Ті / 2 мкм – 120 циклів. На стійкість до стирання по площині суконної тканини металізація не впливає.

Швидкість руйнування спеціального одягу робітників ливарного виробництва визначається, в основному, впливом частинок розплавленого металу, але разом з тим, на захисні функції вказаного одягу суттєво впливає теплове випромінювання, яке спричиняє теплове старіння матеріалів. Тому важливою є оцінка стійкості матеріалів спеціального одягу до дії теплового випромінювання (табл. 6).

Таблиця 6

Зміна властивостей матеріалів під дією теплового випромінювання

Найменування досліджуваних матеріалів (покриття) /товщина напилювання, мкм

Лінійні розміри, мм

Стійкість до пропалювання

( 800 ºС), c (δ±2%)

Температура нижнього шару пакету, (при температурі верхнього шару 150 ºС) t, °С (δ±0,1%)

Вага

(зразки 100×100 мм), г (δ±0,2%)

Товщина, мм

(δ±0,6%)

Розривальне зусилля,

Р, Н

(ГОСТ 3813-72)

Довжина

(δ±0,5%)

Ширина (δ±2,3%)

Основа

(δ±0,5%)

Уток

(δ±0,8%)

до опромінення                                          

після 12 годин опромінення

1. Парусина неметалі-

зована

100,0±0,2

22,0±0,1

33,6±0,7

88,5±0,2

0,99±0,01

0,86±0,01

842±4

1170±6

97,6±0,2

20,1±0,1

17,8±0,4

125,9±0,3

0,96±0,01

0,78±0,01

450±4

680±5

2.Парусина

(Ті )/ 0,5

100,0±0,2

22,0±0,1

38,6±0,8

86,8±0,2

0,98±0,01

0,86±0,01

540±3

1030±5

99,7±0,2

21,1±0,1

31,8±0,6

112,1±0,3

0,96±0,01

0,82±0,01

710±6

974±8

3. Парусина

(Ті) / 1

100,0±0,2

22,0±0,1

43,8±0,9

81,8±0,2

0,95±0,01

0,84±0,01

853±4

1162±6

99,5±0,2

21,1±0,1

35,0±0,7

105,7±0,2

0,93±0,01

0,80±0,01

650±5

880±7

4. Парусина

(Ті) /1,5

100,0±0,2

22,0±0,1

51,5±1,0

78,8±0,2

0,90±0,01

0,83±0,01

880±4

1110±5

98,9±0,2

21,1±0,1

43,6±0,9

85,4±0,2

0,88±0,01

0,81±0,01

745±6

967±8

5. Парусина

( Ті) / 2

100,0±0,2

22,0±0,1

56,8±1,1

75,8±0,2

0,85±0,01

0,82±0,01

823±4

1080±6

98,9±0,2

21,0±0,1

50,0±1,0

80,3±0,2

0,82±0,01

0,79±0,01

660±5

900±7

6. Парусина

(Ті) / 2,5

100,0±0,2

22,0±0,1

53,7±1,1

74,4±0,2

0,89±0,01

0,84±0,01

800±4

1050±6

98,9±0,2

21,3±0,1

47,9±1,0

77,5±0,2

0,86±0,01

0,81±0,01

631±5

746±6

7. Парусина

(Ті ) / 3

100,0±0,2

22,0±0,1

50,4±1,0

73,8±0,2

0,91±0,01

0,85±0,01

754±4

944±5

98,9±0,2

21,5±0,1

39,6±0,8

74,2±0,2

0,85±0,01

0,80±0,01

430±3

680±5

8. Парусина (ТіN(75%) +Ti(25%)2

100,0±0,2

22,0±0,1

60,3±1,2

71,4±0,2

1,00±0,01

0,87±0,01

640±3

960±5

99,5±0,2

21,1±0,1

51,3±1,0

72,6±0,2

0,98±0,01

0,86±0,01

430±3

860±7

9. Сукно неметалі-

зоване

100±0,2

22,0±0,1

1,90±0,04

61,4±0,1

1, 87±0,02

2,01±0,01

1330±7

850±4

98,9±0,2

21,1±0,1

1,00±0,02

98,6±0,2

1,67±0,02

2,47±0,02

420±4

250±2

10. Сукно

(Ті) / 2

100,0±0,2

22,0±0,1

2,50±0,1

49,7±0,1

1,84±0,02

2,80±0,02

1470±7

775±4

98,9±0,2

20,1±0,1

2,00±0,04

51,7±0,1

1, 71±0,02

2,49±0,02

1260±10

640±5

11. Сукно

(ТіN (75%) + Ti 25%)) / 2

100,0±0,2

22,0±0,1

3,3±0,1

46,7±0,1

1, 72±0,02

2,38±0,01

1425±7

860±4

98,9±0,2

21,1±0,1

2,9±0,1

47,8±0,1

1,63±0,02

2,46±0,02

1230±9

710±6

12. Сукно/

(ТіN (75%)) – 2 шари;  Ті – 3 шари ) / 2

100,0±0,2

22,0±0,1

4,5±0,1

45,7±0,1

1,85±0,02

2,45±0,02

1357±7

775±4

99,3±0,2

21,1±0,1

4,1±0,1

46,5±0,1

1,81±0,02

2,50±0,02

1090±9

650±5

Як показали результати експериментів, внаслідок теплового опромінювання стійкість до пропалювання розігрітим до 800°С ніхромовим дротом всіх матеріалів, що досліджувались, зменшується. Серед парусинових напівльняних тканин найбільше падіння стійкості до пропалювання спостерігається у неметалізованих зразків: після 12 годин опромінення загальне падіння становить 47%. Більш стійкі матеріали з покриттями товщиною 1мкм (на 15,3%,) та 3 мкм (на 19,9%). Найбільшу стійкість до теплового випромінювання, з точки зору зміни термостійких властивостей, показав матеріал з товщиною напилювання титану 2 мкм (на 12 %).

Для суконних неметалізованих тканин після 12 годин опромінювання час руйнування зменшується на 48%, з покриттям  Ті / 2 мкм – на 20%, з покриттям  (ТіN(75%)+Ti 25%))/ 2 мкм) – на 13%, з покриттям (ТіN(75%)– 2 шари; Ті– 3 шари )/ 2 мкм – на 9%. Багатошарові покриття при товщині 2 мкм у порівнянні з одношаровими мають більшу термостійкість матеріалу.

При порівнянні показника теплопровідності λ неметалізованих і металізованих зразків (рис. 5, 6) зміна коефіцієнтів λ останніх в результаті опромінювання менша, що є позитивним показником для вирішення поставленої задачі.

Рис. 5. Залежність коефіцієнта теплопровідності λ від температури випробування

           зразків парусини напівльняної (а – неметалізованої, б – металізованої

           (ТіN (75%) + Ti 25%) / 2 мкм) з різним часом опромінювання: 1) 0 годин;

            2) 3 години; 3) 6 годин; 4) 9 годин; 5) 12 годин

Для парусинової напівльняної неметалізованої тканини підвищення показника λ після 12 годин опромінювання відбувається на 12,2%, металізованого (ТіN(75%) + Ti 25%)) / 2 мкм – на 8,3% (рис. 5); для сукна неметалізованого підвищення показника теплопровідності після 12 годин опромінювання – відбувається на 16,6%, металізованого (ТіN(75%)+Ti 25%)) / 2 мкм – на 13,2% (рис. 6). Отже, металізація матеріалів дозволяє зменшити зростання теплопровідності опромінених зразків під впливом температури, особливо у зразках обох видів тканин із покриттям (ТіN(75%)+Ti 25%)) / 2 мкм.

Для порівняльного дослідження температури, до якої прогрівається пакет матеріалів від тривалої дії теплового опромінювання було створено 12 різних пакетів, лицевим шаром, в яких, використані матеріали, що досліджувались, а нижнім – сірошинельне сукно арт. 6425. При нагріванні лицьового шару до 150°С  отримані дані (табл.  6), з яких встановлено, що металізація значно зменшує втрати стійкості до прогрівання матеріалів та пакетів після тривалого теплового опромінювання. Так, для пакетів з верхнім шаром із парусинової напівльняної неметалізованої тканини після 12 годин опромінювання при прогріванні верхнього шару до 150°С температура нижнього боку верхнього шару збільшується на 2,8%, а пакета в цілому на 42,3 %. В пакетах з верхнім шаром із металізованих парусинових напівльняних тканин найбільш стійкими до втрати показника виявились пакети з покриттям верхнього шару Ті / 3 мкм – втрата стійкості 0,5% та (ТіN(75%)+Ti (25%)/ 2 мкм – 1,7%.

Використання верхнього шару пакета суконного матеріалу з металізованим покриттям також знижує показники прогрівання. В пакеті з верхнім шаром неметалізованої суконної тканини прогрівання збільшується на 60%. Металізовані верхні шари пакетів значно знижують прогрівання для всіх матеріалів приблизно однаково – до 1,8…3,4%.

Для більш об’єктивної оцінки стійкості металізованих та неметалізованих матеріалів до дії теплового опромінювання було здійснено дослідження його впливу на фізико-механічні показники.

Зміна ваги (табл. 6) всіх зразків матеріалів, що досліджувались, внаслідок дії теплового опромінювання відбувається незначно. Найбільша втрата ваги у зразку 9 – сукно неметалізоване (10,9 %), а металізоване (ТіN (75%)) – 2 шари; Ті – 3 шари ) – сукно втрачає 2,2 % ваги після 12 годин опромінювання.

Для парусинових напівльняних тканин найбільша втрата ваги спостерігається в зразку 7 (Ті / 3 мкм) – 6,6%. Цей факт можна пояснити тим, що за рахунок дії випромінювання відбувається додаткове висушування зв’язаної вологи тканини, яка була вже в достатній мірі видалена в процесі вакуумного напилювання.

Зміна лінійних розмірів матеріалів обумовлена цілим рядом чинників, основним з яких є зворотній релаксаційний процес, який викликає зменшення деформацій розтягнення, отриманих в процесі виробництва (металізації), та набухання волокон (дія вакууму), що приводить до збільшення поперечного перерізу ниток. Аналіз результатів експерименту показав (рис. 7), що із збільшенням часу дії теплового опромінювання розміри досліджуваних зразків зменшуються за ступеневим законом.

  Рис. 7. Залежність лінійних розмірів зразків (усадка) матеріалів 1-12 (табл. 6)

              від часу дії теплового випромінювання: а) уток (ширина); б) основа

              (довжина)

 

Найбільш значного зменшення лінійних розмірів (усадки) внаслідок дії теплового опромінювання зазнав зразок 1 (парусина неметалізована):  за шириною – 8,7%, за довжиною – 2,4%. Найменші зміни у лінійних розмірах спостерігаються за шириною у полотні 7 (парусина металізована Ті / 3 мкм), та за довжиною в полотні 2 (парусина металізована Ті / 0,5 мкм). Отже, парусинові металізовані напівльняні тканини більш стійкі до подібних змін, що є позитивним фактором при проектуванні термозахисного одягу з цих тканин.

В системі захисних функцій спецодягу матеріалів особливе місце займає товщина. Ця характеристика зумовлює термозахисні властивості матеріалів. Проведені дослідження показали, що теплове опромінювання, як правило, приводить до зміни товщини матеріалів (табл. 6, рис. 8).

        Встановлено, що за 12 годин теплового опромінювання парусинових тканин відбувається зменшення їх товщини, при чому чим більший шар напилювання, тим менша зміна товщини: неметалізоване (1) – на 10%, металізоване (8) 2 мкм – до 1,2%. У зразках суконних тканин зміна товщини має наступні особливості: у неметалізованих відбувається збільшення товщини до 22% (9), при металізації Ті – зменшення до 11%, при напилюванні (ТіN (75%) + Ti 25%) – зменшення на 0,8%, і в останньому зразкові (12) – знов збільшення на 2%.

Під дією теплового випромінювання показники розривального зусилля зменшуються для всіх видів зразків, але металізація забезпечує менші втрати цього показника (табл. 6, рис. 9). Парусина напівльняна (1) та сукно (9) неметалізовані у поздовжньому та поперечному напрямках мають найбільші втрати міцності після 12 годин опромінення: 1 – у поздовжньому 46% та у поперечному 42%; 9 – у поздовжньому 68% та у поперечному 70%.

У парусинових тканинах в поперечному напрямку зміна розривального зусилля менша, ніж у поздовжньому, що пов’язано з сировинними складом утоку та основи (льон є більш міцнім, ніж бавовна). Отже, з метою збереження міцності зразків доцільно використовувати покриття Ті / 2 мкм та (ТіN (75%)+Ti 25%) / 2мкм.

Рис. 9. Залежність розривального зусилля зразків металізованої та не металізованої

          парусинової та суконної тканини від часу дії теплового опромінювання: а)

           поздовжньо вирізані проби (основа); б) поперечно вирізані проби (уток) (1-12

           – відповідно табл. 6)

                          

Характер змін видовження на момент розірвання внаслідок дії теплового опромінювання подібний до розривального зусилля. У неметалізованих зразках (1 та 9), зі збільшенням часу опромінювання здатність до видовження зменшується на більшу величину, ніж у металізованих.

Аналізуючи сукупність результатів дослідів теплофізичних та фізико-механічних показників отриманих металізованих тканин, для вирішення запланованої задачі обрано до експлуатації парусинову напівльняну тканину з покриттям (ТіN (75%) + Ti (25%) / 2 мкм) (зразок 8), враховуючи її переваги в більшості встановлених показників у порівнянні з іншими зразками.

В п’ятому  розділі представлено практичне використання результатів роботи. За результатами проведених досліджень умов праці робітників ливарного виробництва, а також топографії зносу робочого одягу, запропоновано костюм, який складається з куртки і штанів. За базову конструкцію захисного костюму взято виріб, виконаний згідно з ГОСТ 12.4.045 – 87 з матеріалу арт. 6425 (сірошинельне сукно) у якому найбільш вразливі до впливу розплавлених частинок металу та теплового опромінювання ділянки одягу (пілочки куртки,  внутрішня частина рукавів, кокетка та нижня частина спинки, наколінник та нижня частина штанів) виготовлені з термозахисного пакету, який складається з матеріалу основи (сірошинельного сукна) та металізованої TiN (75%) + Ti (25 %) /

2 мкм парусинової напівльняної тканини арт. 11293. Вказані накладні ділянки є знімними, кріплення до костюму здійснюється за допомогою текстільних застібок.

За результатами експериментальних досліджень наведено рекомендації щодо використання термозахисного пакета матеріалів, до складу якого входять металізована парусинова напівльняна тканина та матеріал основи – сірошинельне сукно, як ефективний захист від комплексного впливу НШВФ, характерних для гарячих цехів.

З метою перевірки результатів лабораторних випробувань матеріалів виготовлена дослідна партія спецодягу (підприємство “Індекс”, м. Сіверодонецьк). Вироби в кількості 20 одиниць були передані в дослідну експлуатацію (протягом 12 місяців) на виробниче підприємство ТОВ “Литво” (м. Мелітополь), за результатами якого було отримано акт впровадження у виробництво розроблених захисних костюмів. Очікуваний річний економічний ефект від впровадження вдосконаленого спецодягу складає близько 9300 грн/рік.

ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ

1. Науково обґрунтовано створення нових захисних текстильних матеріалів з підвищеними термозахисними властивостями, металізованих тугоплавкими металами на основі Ti та TiN способом вакуумного іонно-плазмового магнетронного випаровування.

        2.  Визначено технологічні режими процесу напилювання на дослідному обладнанні та досліджено їх вплив на параметри металізованого покриття. Одержана математична модель залежності товщини покриття від сили струму на магнетроні І та тиску в вакуумній камері Р, на основі якої визначено раціональні технологічні параметри напилювання для заданої товщини покриття.

3. Встановлено, що за теплофізичними показниками металізовані зразки більш стійкі до дії високотемпературних контактних поверхонь (до 79%), ніж неметалізовані. Металізація забезпечує зниження коефіцієнта теплопровідності λ на 19…37%, що в свою чергу підвищує стійкість до прогрівання матеріалів та пакетів з них на 19…26 %.

4. Визначено вплив металізації на фізико-механічні властивості матеріалів: зміна розривального зусилля (зменшення: для парусини напівльняної до 24 % за основою, 36 % за утоком, для сукна – до 9% за утоком; збільшення для сукна за основою – до 10,5%); зменшення поверхневої густини до 6% для парусини напівльняної, для сукна зміни несуттєві; стійкість покриття до стирання по площині зменшується при збільшенні товщини напилюваного шару, але вміст N2 підвищує стійкість в 5 разів;  відбувається збільшення жорсткості щодо згинання до 55%.

5. Встановлено, що металізовані тугоплавкими металами текстильні матеріали менше підлягають впливу теплового старіння від дії опромінювання, що є визначальним для терміну експлуатації спецодягу. По відношенню до неметалізованих тканин, металізовані зазнають менших втрат за всіма показниками (після 12 годин опромінювання): зниження стійкості до пропалювання менші на 35…38 %, коефіцієнт теплопровідності λ на 3…9%, стійкості до прогрівання пакетів на 42…55%. Найменші втрати отримані на тканинах з покриттям Ti / 2 мкм та TiN (75%) + Ti (25 %) / 2 мкм.

 6.  Рекомендовано використовувати в якості додаткового захисту на особливо ушкоджуваних ділянках спецодягу (пілочці куртки, внутрішній частини рукавів, кокетці та нижній частина спинки, наколінниках та нижній частина штанів) розроблену металізовану парусинову напівльняну тканину арт. 11293 з покриттям (ТіN (75%) + Ti (25%) / 2 мкм.

7. Зроблено обґрунтування змін конструктивних елементів спецодягу робітників ливарних цехів. На ливарному виробництві “Литво” (м. Мелітополь) проведена апробація вдосконалених костюмів, виготовлених на підприємстві “Індекс” (м. Сіверодонецьк). Очікуваний річний економічний ефект від впровадження розробленого одягу, виготовленого з металізованих тканин, отриманих вакуумним іонно-плазмовим способом, за рахунок підвищення терміну експлуатації вдвічі, становитиме близько 9300 грн.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

  1.  Івасенко М.В. Сучасні термозахисні текстильні матеріали та методи їх дослідження / М.В. Івасенко // Проблемы лёгкой и текстильной промышленности Украины. – 2005.– №1. – С. 164–165.

Особистий внесок: сформульовано основну ідею та висновки з огляду.

  1.  Товт В.М. Методи вирішення нелінійних задач складного теплообміну в легкій промисловості / В.М. Товт, М.В. Івасенко // Вісник КНУТД (спец. випуск), 17 – 19 травня 2006 р.: тези допов. – Київ, 2006. – №2. – С. 24 – 25.

Особистий внесок: основні положення, постановка теоретичних задач, проведення розрахунків, формулювання висновків.

  1.  Товт М.В. Побудова комплексної методики для визначення важливих характеристик якості жаростійких покриттів та їх високотемпературної стабільності / М.В. Товт, М.А. Зенкін, М.В. Івасенко // Восточно - Европейський журнал передових технологий. – 2006. – №6 – С. 9–11.

Особистий внесок: розглянуто комплексну методику визначення основних показників якості жаростійких матеріалів з покриттями, сформульовано висновки.

  1.  Івасенко М.В. Зміна фізико-механічних властивостей тканин при металізації вакуум-плазмово магнетронним способом / М.В. Івасенко, В.М. Товт // Вісник КНУТД. – 2007.– №5. – С. 69-73.

Особистий внесок: проведено дослідження фізико-механічних властивостей металізованих матеріалів, обробка отриманих даних, формулювання висновків.

  1.  Івасенко М.В. Зміна захисних властивостей тканини при металізації тугоплавкими металами / М.В. Івасенко, В.М.  Товт // Вісник КНУТД. – 2008.– №1. – С. 118–120.

Особистий внесок :проведення досліджень, аналіз і узагальнення результатів експериментальних даних.

  1.  Івасенко М.В. Особливості технологічних процесів нанесення металічного покриття на текстильні матеріали способом іонно-плазмового вакуумного напилювання / М.В. Івасенко // Вісник КНУТД. – 2010.– № 3. – С. 115–120.

Особистий внесок: розроблено технологічний процес нанесення металічних покриттів, показано його особливості.

  1.  Нові наукомісткі технології виробництва матеріалів виробів широкого вжитку та спеціального призначення: матеріали міжнародної конференції, (Київ 3–9 жовт. 2005 р.) / М-во освіти і науки України, Київський нац. ун-т техн. і диз.– К.: КНУТД, 2005. – 175 с.

Особистий внесок: проведено аналіз поведінки текстильних матеріалів в умовах високих температур, формулювання висновків.

  1.  Наукові розробки молоді на сучасному  етапі: зб. текстів виступів на IV всеукр. ювілейній науковій конф. молодих вчених і студентів. / Київський нац. ун-т техн. і диз. – К.: КНУТД, 2005. – С. 217.

Особистий внесок: наведено проблематику методології досліджень в умовах складного теплообміну, формулювання висновків.

  1.  Наукові розробки молоді на сучасному етапі: зб. текстів виступів на VI всеукр. науковій конф. молодих вчених і студентів, (16 – 18 квіт. 2007 р.) / М-во освіти і науки України, Київський нац. ун-т техн. і диз. –  К.: КНУТД, 2007. – С. 312.

Особистий внесок: постановка задачі, проведення експериментальних досліджень, математична обробка результатів.

  1.  Інформатика та механіка: зб. текстів виступів на VI між нар. Конф. молодих науковців, (6–8 трав. 2008 р.): / Хмельн. нац. ун-т. – Кам’янець –Подільський: ХНУ, 2008. – 76 с.

Особистий внесок: виконання експериментальних досліджень та формулювання висновків.

АНОТАЦІЯ

Івасенко М.В. Розробка технології вакуумної іонно-плазмової металізації тканин для захисту працівників ливарного виробництва. – 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, 2010.

Дисертація присвячена науковому обґрунтуванню застосування способу вакуумної іонно-плазмової металізації тугоплавкими металами та їх поєднаннями для надання текстильним матеріалам підвищених теплофізичних властивостей.

Проведено комплексні дослідження з визначення раціональних параметрів напилювання. На основі отриманих результатів обрано режими для напилювання у вакуумній камері установки ВУ-1100 “Д” з мінімальними пошкодженнями основи, а також розроблено нові види текстильних матеріалів з одно – та багатошаровими металічними покриттями на основі Ti, TiN та їх комбінацій.

Отримані металізовані матеріали досліджені за теплофізичними та фізико-механічними властивостями. За результатами досліджень встановлено, що металізовані тканини є більш стійкими за теплофізичними властивостями та деякими фізико-механічними, ніж неметалізовані. В результаті наведено рекомендації щодо використання термозахисного пакета матеріалів, до складу якого входять металізована парусинова напівльняна тканина (арт. 11293 з покриттям (ТіN (75%) + Ti (25%) / 2 мкм) та матеріал основи – сірошинельне сукно, як ефективний захист від комплексного впливу НШВФ, характерних для гарячих цехів.

Запропоновано впровадження отриманих матеріалів для виготовлення спеціальних захисних костюмів робітникам ливарного виробництва.

Ключові слова: матеріали з покриттями, вакуумна іонно-плазмова металізація, адгезія, стійкість до пропалювання.

АННОТАЦИЯ

Ивасенко М.В. Разработка технологии вакуумной ионно-плазменной металлизации тканей для защиты работников литейного производства. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.18.19. – технология текстильних материалов, швейних и трикотажних изделий. – Киевский национальный университет технологий и дизайна, Киев, 2010.

Диссертация посвящена научному обоснованию использования вакуумной ионно-плазменной метализации тугоплавкими металлами Ti, TiN и их соединений для придания текстильным материалам повышенных теплофизических свойств. Проведены комплексные исследования по выбору способа напыления, оборудования, групп металлов и основ для вакуумного напыления.

На магнетронной установке ВУ-1100 “Д” подобраны рациональные технологические режимы для напыления выбранных текстильных материалов (парусины полульняной арт.11293 и серошинельного сукна арт. 6425). В результате получено ряд текстильных материалов с покрытиями, которые отличаются толщинами (0,5…3 мкм) и комбинациями составов (Ti, TiN).

При использование методов математического моделирования было получено модель, с помощью которой можно определить рациональные технологические параметры процессов напыления в вакуумной камере (зависимость толщины покрытия h от силы тока на магнетроне І и давления в камере Р).

Полученные металлизированные материалы были исследованы за рядом теплофизических и физико-механических характеристик, которые были выбраны с учетом условий эксплуатации проектируемых материалов: стойкость к пропаливанию, теплостойкость, поверхностная плотность, стойкость покрытия к трению, жесткость, разрывная нагрузка и удлинение при разрыве, толщина, изменение линейных размеров.

По результатам исследований, установлено, что разработанные металлизированные материалы превышают значения ненапыленных материалов по следующим показателям: стойкость к пропаливанию (к действию разогретой до 800ºС твердой поверхности) до 45%, теплопроводность до 36%, термозащитность пакета (стойкость к прогреванию) на 19,3…25,6%. При чем, необходимо указать, что  при введение в область вакуумной камеры газа N2, показатели стойкости увеличиваются в среднем на 5 – 10%, что обосновано высокими жаростойкими свойствами азота.

При исследовании физико-механических показателей, установлено некоторое уменьшение поверхностной плотности – эти результаты обоснованы влияниям действия условий высокого вакуума, который в процессе подготовки и непосредственно напыления высушивает текстильные материалы до связанной влаги.

Адгезионные свойства покрытий обосновываются свойствами самих металлов, а также толщиной покрытия: толщина, при которой установлены максимальные адгезионные показатели – 2 мкм. Изменение показателей разрывной нагрузки и удлинения при разрыве во всех металлизированных образцах понижаются, что связано с процессом вакуумизации.

Установлено, что наиболее влиятельным производственным фактором в условиях гарячих цехов является тепловое излучение, влияние которого было изучено на изменение теплофизических и физико-механических свойств металлизированных и неметаллизированных образцов. В результате чего было установлено, что термическое старение происходит во всех исследованных образцах, но на металлизированных значительно в меньшей степени.

Из анализа производственных условий печных отделений сталеплавильного производства, типичных положений работников и топографии износа спецодежды, выполнено обоснование изменений конструктивных узлов спецодежды. Рекомендовано использовать в качестве дополнительной защиты на особенно травмируемых участках разработанную металлизированную брезентовую ткань арт. 11293 с покрытием (ТіN (75%) + Ti (25%) – 2 мкм, учитывая ее преимущество в большинстве определенных показателей.

Ключевые слова: материалы с покрытиями, ионно-плазменная металлизация, адгезия, стойкость к прожиганию.

SUMMARY

Ivasenko M.V. Working out of technology of vacuum ionic-plasma metallization of fabrics for protection of workers of steel-smelting manufacture. Manuscript.

The dissertation for an seeking сandidate of  sciences degree in engineering on a specialty 05.18.19 Technology of textile materials, sewing and knit garments –– Kiev national university of technology and design, Kiev, 2010.

The thesis is devoted to scientific substantiation of the application method of vacuum ion-plasma plating of refractory metals and their combination for the provision of textile materials with improved thermal and physical properties. A comprehensive study to determine the rational parameters of deposition on the basis of the results chosen optimal for deposition in a vacuum chamber with minimal damages, but also developed new types of textile materials with the same - and the multilayered metallic coatings based on Ti, TiN and their combinations.

From the analysis of working conditions of oven branches of the steel-smelting manufacture, typical positions of workers and topography of deterioration of overalls, the substantiation of changes of constructive knots of overalls is executed. It is recommended to use as additional protection on especially injured sites the developed metallized canvas fabric of the article 11293 with a covering (ТіN (75 %) + Ti (25 %) / 2 microns, considering its advantage in the majority of certain indicators.

An introduction derived materials for making special protective suits foundry workers.
Keywords: materials with coatings, vacuum ion-plasma metallization, adhesion, thermal stability.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

36729. СОЗДАНИЕ БАЗЫ ДАННЫХ И ОСНОВЫ РАБОТЫ В НЕЙ 1.14 MB
  СОЗДАНИЕ БАЗЫ ДАННЫХ И ОСНОВЫ РАБОТЫ В НЕЙ Цель работы: изучить рабочее пространство приложения MS ccess научиться формировать структуру таблиц создавать формы и отчеты познакомиться с возможностями фильтрации данных ОК ПК СК. Создайте новую базу данных СЕССИЯ. Технология работы Откройте программу Microsoft ccess 2010: Пуск – Программы – Microsoft ccess Microsoft ccess 2010 В меню Файл выберите команду Создать – Новая база данных рис.
36730. Работа с формулами в Excel 144.5 KB
  Создайте таблицу содержащую следующие поля: № п п Фамилия Информатика История Психология Математика Иностранный язык Средний балл за сессию Средний балл группы за сессию 2. Заполните таблицу данными. Рассчитайте средний балл за сессию для всей группы В результате проделанной работы вы должны получить примерно такую таблицу как на рис. Для назначения стипендии с помощью Расширенного фильтра выберите в отдельную таблицу студентов сдавших сессию на 4 и 5.
36731. РАЗРАБОТКА СХЕМЫ И СОЗДАНИЕ СТРУКТУРЫ РЕЛЯЦИОННОЙ БАЗЫ ДАННЫХ. Методичка 115 KB
  Заполните вновь созданные таблицы СЕССИЯ и СТИПЕНДИЯ данными как это показано на рис. Для этого: в окне базы данных СЕССИЯ выберите объект Таблицы; щелкните по таблице Студент нажмите кнопку Конструктор. Определите ключевое поле для таблицы СТУДЕНТ. Структура таблицы СЕССИЯ Признак ключа Имя поля Тип поля Формат поля Размер поля Ключевое Номер Текстовое 5 Оценка 1 Числовое Фиксированный Длинное целое Оценка 2 Числовое Фиксированный Длинное целое Оценка 3 Числовое Фиксированный Длинное целое Оценка 4 Числовое...
36732. Получить сигнал пилообразной формы и исследовать влияние фазы гармоник 85.01 KB
  Для решения воспользуемся формулой: где: Un – напряжение k – текущий номер гармоник n – число гармоник w – круговая частота t – время Ход работы: Собираем установку.
36733. РАЗРАБОТКА СХЕМЫ И СОЗДАНИЕ СТРУКТУРЫ РЕЛЯЦИОННОЙ БАЗЫ ДАННЫХ 1.07 MB
  Структура таблицы СЕССИЯ Признак ключа Имя поля Тип поля Формат поля Размер поля Ключевое Номер Текстовое 5 Оценка 1 Числовое Фиксированный Длинное целое Оценка 2 Числовое Фиксированный Длинное целое Оценка 3 Числовое Фиксированный Длинное целое Оценка 4 Числовое Фиксированный Длинное целое Результат Текстовое 3 Таблица 2. Структура таблицы СТИПЕНДИЯ Признак ключа Имя поля Тип поля Формат поля Размер поля Ключевое Результат Текстовое 3 Процент Числовое Процентный Одинарное с плавающей точкой Заполните вновь созданные таблицы...
36734. Задания для лабораторных работ по дисциплине Информатика 892.5 KB
  Найти сумму элементов среди элементов расположенных на главной диагонали матрицы А.Найти максимальный элемент в 3ей строке матрицы 3.Поменять местами найденный максимальный элемент и значение S.Найти новый одномерный массив В из минимальных элементов каждой строки матрицы А.
36735. Методы тестирования аппаратных средств ПК 60.79 KB
  Включить компьютер и запустив программу SIW и используя ветвь Hrdwre произвести определение основных параметров следующих элементов ПК: Рабочую частоту ЦП размер кэшпамяти всех уровней Версию BIOS и его размер Параметры МВ – тип чипсета тип сокета ЦП количество слотов шин расширения и памяти Объем тип используемой памяти ее производитель рабочая частота памяти максимальная емкость устанавливаемой памяти. Дату создания BIOS Тип BIOS Идентификационный номер BIOS Тип CPU и его рабочие частоты Размер BIOS ROM Установленный и максимально...
36736. Методика поиска неисправностей элементов БП ПК 120.33 KB
  Правильность работы схемы выработки сигнала PG. Порядок выполнения работы: Методика проверки работы сетевого выпрямителя и фильтра. Ознакомится с признаками исправной работы сетевого выпрямителя и фильтра для этого загрузить модель выпрямителя lb_3_1.
36737. Методика поиска неисправностей элементов Блока питания ПК 960.96 KB
  Неисправные элементы Измеренные значения Напряжение U1 В Потребляемый ток I1 Пульсация выпрямленного напряжения mВ С1 пробой 3.77 mV С1С2пробой 0 342. Переключив К2 в положение низ Последовательно введя неисправность конденсатора C1 и транзисторов VT2VT3 Shot пробой Open обрыв проанализировать поведение схемы и характер вырабатываемого сигнала PG зарисовать полученные осциллограммы для каждого случая. C1 Shot пробой C1 Open обрыв VT2 Shot пробой VT2 Open обрыв VT3 Shot пробой VT3 Open обрыв.