Прохоров В.Т. Особенности защиты человека от воздействия низких температур

Подождите немного. Документ загружается.

• напряжение питания автономное (батарея «Крона ВЦ» - 2

шт.) 18В;

• габаритные размеры измерительного прибора 200x120x30

мм.

При разработке методики измерений учитывается влияние

трех основных факторов на микроклимат в обуви: собственно обуви,

организма носчика и внешней среды. Все эти факторы взаимосвязаны.

Влияние обуви определяется особенностью материалов, ее впорно-

стью. Влияние организма носчика зависит от его теплового состояния,

интенсивности потовыделения. Тепловое же состояние организма

носчика зависит от одежды, физической нагрузки и индивидуальных

особенностей. Относительная влажность, температура и скорость воз-

духа, радиационная температура, теплопроводность и теплоемкость

грунта также оказывают влияние на микроклимат в обуви.

Одной из важнейших функций обуви является создание ком-

фортных теплоощущений стопы, что связано с определенным соот-

ношением процессов теплообразования, теплопередачи и массообме-

на (влагообмена) с окружающей средой. Динамика этих процессов в

значительной степени зависит от влагообменных свойств, применяе-

мых материалов, а, следовательно, и от их теплофизических свойств

[2].

Значение этих процессов особенно возросло в связи с широ-

ким использованием в обувном производстве синтетических и искус-

ственных материалов, имеющих специфические свойства.

С увеличением влагопоглощения ψ коэффициент теплопро-

водности натуральной кожи, кларино и других материалов увеличива-

ется. Это не является неожиданным, так как коэффициент теплопро-

водности воды λ

=0,528 Вт/(м-К), то есть на порядок больше тепло-

проводности большинства материалов. Темп нарастания коэффициен-

та теплопроводности с увеличением влагосодержания зависит от вида

материала.

Уменьшение коэффициента температуропроводности с увели-

чением ψ > ψ можно объяснить увеличением объемной теплоемкости

влажного материала в большей степени, чем увеличение λ.

С увеличением влажности синтетической кожи СК-8 от 0 до

55% коэффициент λ, увеличивается в 2,5 раза. Интенсивное повыше-

ние происходит при влажности 0-33%, а затем процесс стабилизиру-

ется. Коэффициент температуропроводности ψ при этом почти не ме-

няется. Известно, что величина а характеризует скорость изменения

температуры в любой точке тела. Это свидетельствует о том, что с

увеличением ψ нестационарное температурное поле в СК-8 практиче-

ски не меняется.

При изменении влажности винилискожи-Т утолщенной от 0 до

15% коэффициент теплопроводности увеличивается в 1,7 раза. При

влажности 0-6% наблюдается поверхностное поглощение (адсорбция),

которое происходит при почти постоянном значении коэффициента

теплопроводности. Коэффициент температуропроводности при влаж-

ности 0-15% увеличивается в 1,5-2 раза. Установлено, что обработка

винилискожи - Т токами высокой частоты увеличивает коэффициент

теплопроводности примерно на 47% (ψ=15%) при почти неизменном

коэффициенте температуропроводности.

С увеличением влажности барекса от 0 до 20% коэффициент

теплопроводности увеличивается в 2 раза. До влажности 15% коэф-

фициент теплопроводности монотонно повышается, а затем процесс

стабилизируется, и коэффициент увеличивается незначительно. При-

мерно при такой же влажности в 1,5-1,7 раза увеличивается и коэффи-

циент температуропроводности.

Оптимальная система пакета теоретически должна состоять из

материалов, имеющих одинаковые или близкие характеристики вла-

гопоглощения. Сложность подбора материалов иногда принуждает

всю функцию влагопоглощения возлагать на первый со стороны стоп

на слой пакета. Качественный анализ тепло- и влагообмена показыва-

ет, что важнейшим фактором, определяющим эти процессы, является

интенсивность диффузии влаги в слоях материалов, образующих па-

кет.

В чем работали россияне зимой? Ассортимент утепленной

специальной обуви хорошо известен: просто валенки, валенки на ре-

зиновом ходу, юфтиновые утепленные сапоги с гвоздевой подошвой,

утепленные укороченные допельнопрошивные сапоги, цельноюфте-

вые гвоздевые сапоги на натуральном меху и унты. В конце 90-х го-

дов прошлого века этот ассортимент занимал около 90% от всего объ-

ема специальной утепленной обуви России. В 2004 году - уже 70%. А

в 2005-м, по прогнозам, снизилась до 60%. Рабочая Россия осваивает

новую обувь. Обувь, которая не боится холода.

Каждый год позиции у старого ассортимента отвоевывает но-

вая утепленная обувь. Частично - импортная, частично - российская,

сделанная с помощью новых технологий, по новым ТУ и ГОСТам.

Утепленная спецобувь должна обладать определенным набором за-

щитных свойств, которые обеспечивали бы безопасность рабочего в

конкретных «специальных» условиях. На каждом рабочем месте не-

обходимо определить, какие именно защитные свойства здесь в при-

оритете, и уже тогда подбирать обувь, создающую для работника мак-

симальную защиту именно в этих условиях. Кроме того, необходимо

помнить и о комфортности обуви, а это - способность обуви к под-

держанию микроклимата, наиболее благоприятного для стопы (темпе-

ратура, влажность, биологические факторы), впорность (то есть обле-

гаемость обувью стопы) и вес обуви.

Было проведено много работ в различных странах по разра-

ботке и расчету пакета материалов для защиты стопы от низких тем-

ператур. В последнее время издан ряд работ по обеспечению ком-

фортности стопы. Это Международный сборник научных трудов

«Проблемы создания гибких технологических линий производства из-

делий из кожи», где напечатана работа Стеценко Л.И. и Коновал В.П.

описывающая теплозащитные свойства материалов [3]. Комфортные

условия в обуви определяются ее способностью поддерживать во

внут-риобувном пространстве необходимые влажность и температуру,

которые, в свою очередь, зависят от выбранных для изготовления

обуви материалов и ее конструкции. За результатами научных дан-

ных, проведенными чешскими учеными, было установлено, что отно-

сительная влажность во внутриобувном пространстве составляет 40-

60%, а температура 21-25 °С. В связи с широким использованием син-

тетических материалов эти данные требуют проверки. Зарубежными

фирмами представлено большое количество водо-, ветрозащитных,

«дышащих», теплозащитных синтетических материалов для верха

обуви.

Например, Соо1Мах® (Кулмакс), Тас1е1® (Тактель),

Thermafleece® (Термафлик), ThermaStat® (Термастст), Termmatec®

(Терматек), Thinsulete® (Тинсулейт), Gore-Tex® (Гортекс), АIR 8000®

(Айр 8000) и другие [3].

В работе Леденевой И.Н. и др. большое внимание уделяется

обуви, эксплуатируемой в условиях пониженных температур [4]. Ис-

следования воздействия низких температур на человеческий организм

показывают, что травматическому действию холода подвергаются,

прежде всего, конечности и особенно ноги человека. По данным ис-

следований Н.И. Герасименко, в условиях севера количество обморо-

жений находится в тесной связи с погодными условиями (температу-

рой, влажностью, скоростью движения воздуха). Их основной причи-

ной было повышенное влагосодержание одежды и обуви (мокрая

обувь, рукавицы и пр.). Более 70% этих обморожений составили пере-

охлаждения конечности, из них более 60% - ноги. Однако даже если

организм человека и не подвергается действию холода в такой степе-

ни, что наступает обморожение, то весьма часто охлаждение организ-

ма, в том числе и конечностей, вызывает болезненные явления, раз-

личные простудные заболевания. Между тем, вопрос о теплозащит-

ных свойствах обувных материалов, предназначенных для носки в ус-

ловиях пониженных температур, остается недостаточно исследован-

ным, а количество разработок, дающих рекомендации для усовершен-

ствования и расширения ассортимента утепляющих материалов и ме-

тодов изготовления утепленной обуви, весьма мало. Следовательно,

очевидна необходимость изучения теплозащитных свойств обувных

материалов и конструкций обуви с улучшенными теплозащитными

свойствами, отвечающие все возрастающим запросам потребителей.

Существуют различные способы увеличения теплопроводности мате-

риалов. Самыми распространенными являются различные конструк-

ции вкладных стелек: утеплительная стелька для обуви (состоит из

трех слоев, внутренний - токопроводящий, внешние - изоляционные,

слои выполнены из полимерного материала, при этом внутренний

слой подключен к источнику; вкладная утепляющая стелька (вкла-

дыш, помещенный в оболочку, состоит из нескольких чередующихся

слоев, один из которых представляет собой отражающий экран, а дру-

гие - сетку из упругих материалов); устройство для обогрева стопы

(многослойная вкладная стелька, содержащая электр нагревательный

элемент с малогабаритным источником питания и токопроводом.

Электронагревательные элементы выполнены в виде ситаловых пла-

стин, снабженных контактами и расположенных в носочно-пучковой

и пяточно-перейменых частях внутреннего слоя стельки); стельки для

обогреваемой обуви (стелька имеет полость с веществом, выделяю-

щим тепло при химических реакциях. Полость закрыта текстильным

материалом, соединенным со стелькой с помощью самосцепляющейся

застежкой и др. Также предлагались различные конструкции согре-

вающих носок, содержащих электронагревательные элементы. Рас-

сматривалась система удаления влажного воздуха из внутриобу-вного

пространства [4]. Обувь содержит подметку и промежуточную по-

дошву со сквозными отверстиями. Между подметкой и промежуточ-

ной подошвой расположена система для одностороннего прохода воз-

духа, которая содержит слой ткани, разделенной воздухопроницаемой

мембраной. Влажный воздух проходит из внутренней полости нару-

жу.

С марта 2001 года институт в Ноэнштейне (Германия) начал

разработку микротермического материала РСМ, обеспечивающего ре-

гулирование температуры во внутриобувном пространстве во время

холодной и промозглой погоды [5]. Аналогичные материалы для обу-

ви до сих пор не применялись. В создании регулирующих температу-

ру волокон, тканей и пен институт кооперируется с более чем 200 из-

готовителями материалов для одежды, обуви и текстильных материа-

лов для домашнего обихода.

В докладе Керимова Т. на международной конференции «Со-

временные проблемы текстильной и легкой промышленности» было

рассмотрено определение теплозащитных свойств обуви из воздухо-

наполненных материалов в динамических условиях [6]. Динамическая

оценка теплозащитных свойств обуви требует определения их темпе-

ратуропроводности. Известно, что понятие «температуропроводность

обуви» с физической точки зрения является условным, так как обувь

представляет собой гетероструктурное изделие из совершенно раз-

личных материалов и воздушных прослоек между ними. Поэтому, по-

нятие «температуропроводность обуви» следует рассматривать как

эквивалентную характеристику, причем, ее следует определять от-

дельно для верха и низа обуви, так как конструктивные системы мате-

риалов верха и низа существенно отличаются друг от друга по тепло-

емскости и теплопроводности. Для исследования обуви из воздухона-

полненных материалов в реальных условиях носки были разработаны

и изготовлены для опытных образцов датчики-тепломеры. Принцип

действия этих тепломеров, как и термопар, основан на эффекте Зибе-

ка, определяющем величину теплового потока. Для определения теп-

лофизических данных обуви в динамических условиях образцы обуви

были снабжены датчиками-тепломерами, а также теплопарами, кото-

рые определяют значение температуры внутренних и наружных стен

обуви. Ношение обуви осуществлялось в климатической барокамере.

Существует патент на обувь с подогревом для спортсменов

(велосипедистов, конькобежцев) и жителей холодных районов. Дан-

ная обувь содержит размещенный в подошве (стельке) электронагре-

вательный элемент. Источник питания с помощью эластичного ремня

закрепляется на щиколотке. Предусмотрены электронный контроль

температуры внутри обуви и ручной регулятор ее величины.

Как известно, рабочая обувь является неотъемлемой частью

обеспечения комфорта, безопасности и мотивации труда рабочих мно-

гих специальностей. Современные условия производства предъявляют

высокие требования к качеству рабочей обуви, к внешнему виду (ди-

зайну), комфортности, функциональности, что в свою очередь пред-

полагает усовершенствование базовых и разработку новых моделей с

использованием современных материалов и технологий. Большое зна-

чение теплозащитная обувь имеет для процессов теплообмена орга-

низма человека с окружающей средой, для обеспечения нормальной

деятельности терморегуляции человека при низких атмосферных тем-

пературах и связанное с этим ощущение комфортности. Комфортные

условия в обуви определяются ее способностью поддерживать во

внутриобувном пространстве необходимые влажность и температуру,

которые, в свою очередь, зависят от физиологических особенностей

терморегуляции организма, от метеорологических факторов окру-

жающей среды, от выбранных материалов и других факторов. Несо-

блюдение требований к комфортности может привести к тяжелым по-

следствиям для потребителя. Нужно отметить огромную роль стопы,

которая является большим «резервуаром тепла» и участвует в тепло-

обмене организма. Изменение температуры конечностей играет роль

буфера для организма в целом и обеспечивает постоянство темпера-

туры висцеральных органов и их нормальную работу.

В проблемной лаборатории инженерной теплофизики Киев-

ского национального университета технологии и дизайна были вы-

полнены научно-исследовательские работы на тему «Теплофизиче-

ские свойства кожевенно-обувных материалов и влияние на них тех-

нологических особенностей производства» [6].

В работе приведены основы теории теплофизических характе-

ристик кожевенно-обувных материалов, рассмотрены теплоемкость и

теплопроводность синтетических гомогенных полимеров, рассчитана

эффективная теплопроводность дисперсных волокнистых материалов

и кожевенно-обувных композиций, описаны методы эксперименталь-

ного ее определения, приведены данные по теплофизическим харак-

теристикам этих материалов, использованные при разработке спец-

обуви для рабочих металлургических цехов.

Описано взаимное влияние тепломассобменных и деформаци-

онных процессов в дисперсных системах при их нагружении и растя-

жении. Выполнены оценки температуры стопы в спецобуви, решен

ряд задач контактного теплообмена, характерных для технологиче-

ских процессов производства и эксплуатации обуви.

Описаны оригинальные технологические процессы кожевен-

ного и обувного производства (контактно-вакуумная сушка кож хро-

мового дубления, применение знакопеременных температур при фор-

мовании обуви из синтетических кож).

Разработаны и внедрены в производство новые виды напол-

ненной теплоизоляции, изучены их теплофизические свойства и про-

цессы старения связующего.

Полученные данные могут быть использованы при выполне-

нии научно-исследовательских и проектно-конструкторских работ в

области легкой и бытовой промышленности. На основе этих данных

разрабатываются учебные пособия.

Влияние вида материалов наружных деталей заготовок из

опойка и выростка хромового дубления на тепловое сопротивление

незначительно. В большей степени это влияние сказывается, если на-

ружные детали изготовляются из шерстяных и полушерстяных тканей

повышенной толщины. При использовании на наружные детали боти-

нок вместо опойка хромового дубления и других, близких по структу-

ре материалов той же толщины разницы в показателях теплового со-

противления верха и всей обуви нет.

Однако в зависимости от материала подкладки тепловое со-

противление веха изменяется более чем в три раза. В наибольшей сте-

пени увеличивается тепловое сопротивление обуви при использова-

нии подкладки из толстых волокнистых или ворсовых материалов,

например меха. Однако следует иметь в виду, что ворс меха легко

сминается под давлением. При этом уменьшаются толщина ворса,

суммарная толщина воздушных прослоек, ухудшается тепловое со-

противление сминаемого меха.

Влияние межподкладки из обычных материалов - бязи или

миткаля на теплозащитные свойства обуви несущественно, так как

толщина этих тканей очень мала. При использовании других материа-

лов тепловое сопротивление обуви может быть значительно повыше-

но. Это достигается за счет того, что межподкладка обуви изготавли-

вается из утолщенного материала с большим количеством воздушных

прослоек. Для межподкладки обуви повседневной носки были исполь-

зованы хлопчатобумажные и хлориновые сетки, а капроновые сетки в

два слоя, скрепленные зигзагообразной строчкой, - в качестве проме-

жуточной детали переда и поднаряда в утепленных сапогах. Сетки в

два - три слоя повышают тепловое сопротивление верха обуви в такой

же степени, как и подкладка из шерстяных тканей. Использование в

обуви с сетчатыми утеплителями подкладок с высоким сопротивлени-

ем истиранию позволяет повысить долговечность обуви, сохранить

теплозащитные свойства обуви в процессе носки.