XXIV Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Боевая одежда пожарных подразделений и аварийно-спасательных служб

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы

Камарзаев Д.А. 1Тигиева В.С. 2

---

1Филиал МБОУ СОШ №5 г. алагира в с. Бирагзанг

2филиал МБОУ СОШ №5 г. Алагира в с. Бирагзанг

Болотаева Б.Ф. 1

---

1Филиал МБОУ СОШ №5 г. Алагира в с. Бирагзанг

Работа в формате PDF

116.5 KB

Введение

В данный момент акцент в работе координационных центров, органов государственного управления и эффективных механизмов Российской системы предупреждения и реагирования на ЧС сосредоточен на выполнении мероприятий, направленных на улучшение системы обеспечения безопасности граждан и защиты территорий от всевозможных чрезвычайных происшествий, включая природные катастрофы и техногенные аварии, а также на повышение эффективности противопожарной службы.

Оперативное вмешательство подразделений спасателей при устранении последствий чрезвычайных ситуаций происходит в защитных костюмах, защищающих от вредных воздействий опасных факторов, и с использованием персональных средств защиты команды [1].

Значимость исследования определяется потребностью улучшения защиты персонала от вредных влияний опасных факторов в процессе выполнения операций по спасению и ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций.

Задачей научной работы является создание инновационных методов усиления защиты персонала от вредных эффектов активных элементов в ходе аварийно-спасательных операций.

Темой анализа становится результативность использования персональных защитных устройств сотрудниками аварийно-спасательных служб.

Тематика исследования заключается в анализе защитной экипировки, используемой пожарными и спасателями, а также оценке уровня обеспечения их безопасности при выполнении аварийно-спасательных операций.

1. 1. Защитная одежда против высоких температур и пламени

Специализированная огнезащитная одежда является обязательным элементом снаряжения для лиц, исполняющих обязанности в среде повышенной опасности, включая пожарных, спасателей, сотрудников нефтегазовой сферы, профессионалов в области сварки, металлообработки и военнослужащих. Наличие огнестойкой одежды становится критичным условием безопасной работы в условиях, подразумевающих риск вспышек, эксплозии или получения травм от контакта с жидким металлом. Важным аспектом является выбор материалов для изготовления данных изделий, которые должны гарантировать не только высокий уровень защиты от огня и тепла, но и обеспечивать удобство и комфорт при длительном ношении.

В России текстильная отрасль производит текстильные изделия, обладающие противопожарными характеристиками, достигаемыми благодаря методам обработки на этапе финишной отделки:

• пропитыванием ткани реагентами, расщепляющимися при возгорании и высвобождением негорючих газов;

• формированием на поверхности ткани огнестойкой оболочки, предохраняющей волокно от воздействия кислорода в процессе горения;

• модификацией функциональных групп волокон с целью увеличения термостабильности макромолекул.

На сегодняшний день во множестве организаций широко распространено использование средств индивидуальной защиты (СИЗ), которые не отвечают установленным стандартам по обеспечению безопасности. Данная проблема порождается не только из-за ограниченных финансовых возможностей для приобретения высококачественных СИЗ, но также обусловлена отсутствием должного уровня осведомленности руководства и сотрудников о существовании и эффективности новейших разработок в области средств защиты.

Защитная одежда, прежде всего, должна гарантировать комфорт и удобство использования в процессе выполнения рабочих задач. Кроме того, она обязана защищать жизнь и эффективно минимизировать вероятность ущерба здоровью как при промышленных инцидентах, так и в процессе рутинной ежедневной работы.

Специализированный защитный комплект одежды пожарных представляет собой наиболее узнаваемый вид индивидуального защитного снаряжения. К его основным составляющим относятся защитный капюшон, эргономичные напульсники, система защиты от воды и элементы униформы, выполненные из светоотражающих материалов. Эти компоненты значительно улучшают возможности поиска и спасения в экстремальных условиях ограниченной видимости. Одежда пожарного изолирующего типа предназначена для экстремально высокой степени защиты кожи от вредоносных влияний окружающей среды, включая пыль, токсичные химические соединения, газы и пары, среди которых выделяются хлор и его соединения, а также агрессивные кислотные и щелочные растворы. Эти вещества представляют значительную опасность для здоровья. Уникальность этой одежды заключается в использовании в качестве внешнего слоя герметичного скафандра, который обеспечивает полную изоляцию от внешней среды, делая её незаменимым оборудованием при ликвидации различных катастроф.

Специализированная защитная одежда должна соответствовать критериям огнестойкости и антистатичности, причём для определённых профессий требуется дополнительная защита от воздействия нефтепродуктов. В прошлом основными материалами для производства защитной одежды служили брезент и трудновоспламеняемая винилискожа. Современные разработки включают в себя не только эти материалы, но и инновационные ткани с высокими огне- и термозащитными свойствами, вроде фенилона, терлона, оксалона, расширяя возможности защиты персонала.

Indura, производства компании Westex, является инновационным материалом, который полностью состоит из натурального хлопка. Уникальность этой ткани в том, что огнестойкий полимер внедряется непосредственно в структуру каждого хлопкового волокна на молекулярном уровне, чем достигается огнестойкость, сопоставимая с той, что имеют синтетические волокна, в то время как натуральная основа обеспечивает превосходные гигиенические и комфортные характеристики.

Среди последних новинок компании выделяется InduraUltraSoft, ткань, состав которой включает 88% хлопка и 12% нейлона, что обеспечивает ей превосходные эксплуатационные качества. Благодаря этому сочетанию, InduraUltraSoft выделяется улучшенным долговечностью, мягкостью на ощупь, а также повышенной защитой от воздействия огня и электрических дуг, что стало возможным благодаря включению в состав нейлона. Введение высокопрочной нейлоновой нити в состав материала способствует рекордной устойчивости к износу. В производстве Indura используются красители, которые обладают светостойкостью и надежной фиксацией на волокне, а также возможностью проведения обработки тканей специальными водо-, нефте- и маслоотталкивающими пропитками для дополнительной защиты.

Противопожарные характеристики ткани сохраняются даже после 200 циклов стирки в промышленных условиях при температуре 85°С. Благодаря специфическому сатиновому переплетению, ткань эффективно противостоит проникновению и прожиганию каплями расплавленного металла, поскольку они не задерживаются, а скатываются с поверхности.

Компания TenCateProtect из Голландии также производит огнестойкие ткани. Продукция, предлагаемая этой фирмой, включает в себя композитные материалы для создания специализированной и защитной одежды, которые состоят на 50% и более из огнестойких синтетических волокон, дополненных приблизительно 45% хлопка. Они не только устойчивы к огню, но и

эффективно сопротивляются воздействию агрессивных сред, таких как кислоты, нефтепродукты, вода и предотвращают скопление статического электричества, что делает их идеальными для использования в рабочей одежде для работников нефтяной, газовой и электроэнергетической отраслей.

Программа TenCateProtect в области производства тканей включает полотна, из хлопка, обработанные по технологии Proban для придания огнеупорности, целью которых является создание защитной одежды для специалистов, занятых в сварочных работах, спасательных операциях, металлургии и других сферах профессиональной деятельности. Ключевыми характеристиками данных изделий являются не только их превосходная защитная функция, но и комфортабельность, гигиеничность и доступная стоимость. Арамидное волокно «Номекс®», разработанное корпорацией DuPont на основе последних достижений в области научно-технического прогресса, заслуживает особого внимания как один из ведущих материалов, обеспечивающих защиту от огня и экстремальных температур. Его использование охватывает широкий спектр отраслей, включая аэрокосмическую промышленность, производство двигателей, костюмы для гонок «Формула-1», средства защиты для сотрудников на производстве, огнестойкую спецодежду для пожарных, работников нефтегазовой отрасли. Уникальность «Номекс®» заключается в структуре волокна, которое обладает высокими уровнями устойчивости к огню, теплу, большинству промышленных масел, растворителей и химических веществ без необходимости в химической обработке или добавлении специальных компонентов. Это обеспечивает длительное сохранение защитных качеств одежды из «Номекс®» в течение всех лет использования. Материал обладает повышенной огнестойкостью, не подвержен плавлению и не формирует стекания, в отличие от других аналогов, доступных на рынке.

Инновационная методика разработки тканей, обладающих устойчивостью к огню, заключается в применении арамидных волокон и нитей с химической огнестойкостью в комплексе с защитной пропиткой от огня.

Среди самых заметных международных производителей арамидных волокон выделяются:

• Арамидное волокно Тварон, выпускаемое компанией Akzo Nobel Aramid Products в Нидерландах, представляет собой материал с различными модификациями и обширным диапазоном использования.

В течение более четверти века, эти волокна устанавливают критерии термоустойчивости и огнезащиты, наряду с нормами по прочности в экстремальных условиях. Обширные токсикологические и экологические анализы выявили, что арамидные волокна при стандартных режимах обработки и использования являются нетоксичными. Эти материалы оказывают минимальное воздействие на здоровье людей и состояние экосистем.

Для создания текстиля, обладающего способностью к огнестойкости, предложено применять внутреннее арамидное волокно под торговой маркой «ТВЕРЛАНА». Отличительной чертой этого волокна перед иностранными сортами является повышенный уровень кислородного индекса, достигающий отметки в 35, что указывает на лучшую способность материала противостоять воспламенению. В то время как аналоги за рубежом можно оценить с кислородным индексом на уровне 28.

1. 2. Огнезащитныепропитки

Процесс обработки ткани антипиренами для придания ей огнестойких свойств может осуществляться непосредственно на объекте, исключая необходимость в её снятии. В дополнение к повышению огнезащитных качеств, используемые импрегнации и покрытия снижают интенсивность дыма и его токсичность при возгорании.

Применение огнестойкой пропитки на тканевые поверхности осуществляется с использованием метода airless (безвоздушного) распыления. Для эффективности процесса сначала тщательно готовят раствор, строго соблюдая рекомендованные пропорции компонентов. Специализированное оборудование для распыления затем равномерно наносит огнестойкий раствор на ткань. Выбор конкретного средства зависит от требуемого уровня защиты от огня. Например, смеси, содержащие сульфат аммония, показали свою эффективность в создании огнеупорного барьера на синтетических тканях, которые обладают высоким риском возгорания.

Для снижения горючести материалов используется два метода: обработка поверхности или пропитка ткани специализированными веществами, известными как антипирены или огнезащитные препараты, которые содержат ингибиторы огня. Ингибиторы могут быть однородными, такими как те, что содержат йод или фтор, и неоднородными, например, соли щелочных металлов.

Сектор антипиренов является обширным и наблюдается его динамичный рост, включающий в себя множество коммерчески доступных продукции. В качестве высокоэффективных антипиренов выделяют композиции, основанные на диаммоний фосфате или фосфорно-кислом натрии в сочетании с сульфатом аммония, демонстрирующие способность образования оксидов фосфора при воздействии высоких температур, создающие защитный барьер. Помимо этого, на рынке присутствуют продукты, содержащие бром, хлор и основанные на оксиде сурьмы антипирены.

На рынке России особо востребованными антипиренами для обработки тканей являются «Нортекс», «Антал-ТМ» из Ижевска, «МС (ткани)», «Асфор-ТМ» и «Огнеза» в Санкт-Петербурге, «Негорин» в Нижнем Новгороде и подобные компании.

Производительность применения огнестойких средств на тканевые материалы подтверждается через строгое тестирование. По окончании периода действия антипиренового покрытия, необходимо произвести повторное нанесение, для возобновления защитных от огня качеств.

В исследованиях, указанных под номерами [2, 3], предложен метод улучшения огнестойкости хлопчатобумажных и хлопколавсановых тканей, заключающийся в аппликации поливинилхлоридных пленок, содержащих антипирены, на их поверхность. В исследовании [4] рассмотрен альтернативный подход, предполагающий пропитку хлопчатобумажных и хлопколавсановых волокон композицией, содержащей хлорвиниловый парафин, сополимер этилена с винилацетатом, антипирен в виде трехокиси сурьмы, а также карбонат кальция, окись цинка и каолин для улучшения огнезащитных свойств. Однако, использование трехокиси сурьмы снижает безопасность применения таких материалов согласно гигиеническим нормам. Материалы, произведенные с помощью такого огнезащитного состава, также демонстрируют неудовлетворительные результаты в плане огнестойкости и физико-механических характеристик, особенно когда речь идет о хлопчатобумажных и хлопколавсановых изделиях.

В описании к патенту номер 5 представлен метод повышения огнестойкости полиамидных волокон, которые также выделяются своей устойчивостью к износу. Данный слой обогащает материал способностями к отталкиванию воды и предотвращению воспламенения. Дополнительно, смесь может быть обогащена разнообразными добавками, целями которых является усиление заданных характеристик. Композиция, содержащая добавки и пигменты, часто страдает от сниженной стабильности из-за способности к вулканизации при стандартной комнатной температуре, что ограничивает время ее эффективного использования от 20 до 40 минут, в зависимости от условий окружающей среды. Помимо этого, материалы, покрытые такой композицией, демонстрируют умеренную сопротивляемость к абразивному износу. В альтернативном техническом подходе, упомянутом в источнике [6], представлена формула для создания огнеупорных текстильных изделий, состоящая из низкомолекулярного силиконового каучука СКТН, в качестве отвердителя используются этилсиликат-40 (соответствует ГОСТ 26371-74) или тетраэтоксисилан (согласно ТУ 6-02-708-76), а также добавляется эфир ортотитановой кислоты. Сходная методика изложена в исследовании [7], где для обработки текстиля из нейлоновых, полиэфирных и хлопковых волокон применялся низкомолекулярный силоксановый каучук, однако эта процедура не способствовала значительному повышению огнестойкости обработанных материалов.

Материалы, созданные из неорганических волокон, выделяются своей превосходной устойчивостью к огню. В одном из патентов представлен уникальный гибкий лист, используемый в создании космических и авиационных аппаратов. Этот материал состоит из керамических волокон, производимых из алюмоборосиликата, и обогащён силиконовой резиной на базе полиметилвинилсиликона.

В исследовании [9] описывается состав материала для производства одежды, обеспечивающей термическую и пожарную защиту. Этот материал включает в себя три слоя: волокнистый, обеспечивающий герметичность, и слой, содержащий металлические компоненты, где для двух последних используется основа из фторкаучука. Металлосодержащий слой, толщиной от 10 до 150 микрометров, включает наполнитель на основе алюминия. Однако данный метод имеет высокую трудоемкость исполнения и не подходит для импрегнирования не вязаных материалов.

Из результатов патентного анализа [2…9] выявлено, что ключевыми методами обеспечения огнестойкости текстильных изделий служат применение антипиреновых составов в процессе конечной обработки тканей, огнезащитных покрытий на материальную поверхность.

На основе проведенного анализа патентной литературы, выбором для нашего эксперимента стали нетканые текстильные изделия, синтезированные из полиакрилонитрила и поливинилиденфторида, а также огнеупорные добавки: аминосилан АГМ-9, согласно техническим условиям 6-02-724-77, и фторопластовая дисперсия Ф-4Д, в соответствии с техническими условиями 6-05-1246-81. Процедура сушки образцов выполнялась при стандартной комнатной температуре, которая составляет около 20°С. Определение массы нанесенной пропитки вычислялось на основе разности весов: веса исходного образца до обработки и веса после его высыхания. Оценивание степени огнестойкости материалов осуществлялось путем контролируемого воздействия пламенем горелки на материал в течение 12 секунд. Наглядное представление испытаний на огнестойкость в вертикальном исполнении отображено на фотографии, представленной на

рисунке 1.

а) б)

Рисунок 1 демонстрирует визуальное состояние образцов после того, как на них повлияло пламя, при использовании пропитки АГМ-9 для первого образца (а) и пропитки Ф-4Д для второго (б).

Таблица . Информация по характеристикам противопожарных примеров

Исследование результатов опытов указывает на то, что обработка нетканых текстильных материалов с помощью аминосилана АГМ-9 и фторопластовой дисперсии Ф-4Д представляет собой эффективный метод увеличения их огнестойкости. При использовании аминосилана АГМ-9 замечено сокращение высоты выгорания образца в 1,3-1,7 раза, тогда как применение дисперсии Ф-4Д приводит к снижению на 6-10 раз. Улучшенные характеристики огнестойкости нетканого материала после обработки Ф-4Д связаны с увеличением массы за счет пропитки.

Заключение

Средства индивидуальной защиты (СИЗ) играют критически важную роль в создании безопасной среды для работы пожарных и спасательных бригад, служа первой линией защиты от многочисленных опасностей, присущих пожарным ситуациям. Они обеспечивают эффективную защиту от экстремальных температур, огня, дыма и химически активных веществ, часто встречающихся на месте происшествий. Ключевыми критериями являются: надежность защиты, удобство и комфорт при носке, санитарно-гигиенические характеристики, способность к индивидуальной адаптации под нужды конкретного пользователя, а также внешний вид. Эти критерии напрямую влияют на выбор материалов, тканей и элементов фурнитуры для изготовления СИЗ, определяя их годность к использованию в экстремальных условиях.

Специализированная огнезащитная одежда является критически важной для профессий, таких как пожарные, сотрудники нефтегазового комплекса, сварочные работы, металлообработка и военнослужащие.

Производительность пламязащитных пропиток для текстиля удостоверяется через нормированные тесты. По окончании времени эффективности антипиреновой обработки, материал требуется реимпрегнировать для возобновления его защиты от огня.

Материалы с металлическими покрытиями становятся все более важными в практическом использовании. Технику металлизации осуществляют путем распыления расплавленного металла под давлением сжатого воздуха, что приводит к осаждению тонкого металлического слоя на материалы. Основное использование данных материалов - защита от радиационного тепла. Металлизированные материалы характеризуются минимальной гигроскопичностью, проницаемостью для воздуха и высокой гидроизоляцией.

Методы предотвращения воспламенения материалов включают их обработку антипиренами или применение огнестойких лакокрасочных покрытий.

Под воздействием высоких температур антипирены переходят в жидкое состояние, формируя на защищаемой поверхности слой, который препятствует доступу кислорода. Альтернативно, антипирены могут распадаться, высвобождая объемы инертных газов (диоксид углерода, аммиак и другие), которые эффективно вытесняют кислород, предотвращая горение. В некоторых случаях, антипирены способны увеличиваться в объеме и последующем углероживании, создавая эффективный теплоизоляционный барьер.

Широко используются огнезащитные препараты, включающие аммонийные соли (фосфаты, сульфаты), а также бура и борная кислота, вплоть до комбинаций этих веществ.

Эффективность антипиренов в обеспечении огнестойкости древесины основывается на комплексном взаимодействии многочисленных физико-химических эффектов в условиях теплового воздействия. Это включает в себя не только процессы плавления входящих в состав антипиренов легкоплавких компонентов, таких как бораты, фосфаты и силикаты (соли борной, фосфорной и кремниевой кислот соответственно), но и термическое разложение других ингредиентов, способствующее выделению инертных газов. Эти газы, в том числе аммиак и двуокись серы, препятствуют доступу кислорода к поверхности горения, тем самым замедляя или останавливая процесс горения.

Комплексные смеси гарантируют защиту от огня и сохранение тепла, однако их изготовление влечет за собой выполнение многоэтапного процесса обработки высокоценных материалов и сложность создания из них защитных оболочек. Помимо этого, неоднородность материалов, обусловленная несовместимостью компонентов, снижает физические и механические характеристики этих смесей, а также их способность сопротивляться огню.

Исследование данных, полученных в ходе экспериментов, демонстрирует, что обработка нетканых текстур с использованием аминосилана АГМ-9 и фторопластовой эмульсии Ф-4Д способствует значительному увеличению их огнестойкости.

Библиография

1. 1. 1. Аналитический обзор аварий и катастроф в Приволжском ФО за первое полугодие 2015 г.[Электронный документ]. Ссылка: www.64.mchs.gov.ru.

      2. Патент Российской Федерации на выдумку №2101407, авторы: Журко А.В., Шаталов Э.В., Дорохов А.М., Холстов В.И., Некраха А.В., Кузьмин А.С., озаглавлен "Огнестойкая текстильная ткань" - 1998 год.

      3. Российский патент №2137607 на изобретение, авторами которого являются Журко А.В. и Хелевин Р.Н., касается огнестойкого текстильного материала, 1999 год.

      4. Патент Соединенных Штатов номер 4032517, авторами которого являются Оскар А. Пикетт младший и Джон У. Стоддард.

// Фосфор содержащие ко-полиамиды и их волоконные материалы. – 1977.

1. 1. 5. Российский патент № 2203993, изобретатели Журко А.В., Хелевин Р.Н., Никитин Ю.А., касается разработки огнестойкого текстиля, 2003 год.

      6. Изобретение под номером 2265683, зарегистрированное в Российской Федерации и авторство которого принадлежит Журко А.В., Хелевину Р.Н., и Уткину Г.В., датированное 22 декабря 2003 года, описывает композицию, используемую для придания текстильным материалам свойств огнестойкости.

      7. Патент Российской Федерации на изобретение №2294414. Авторы: Журко А.В., Хелевин Р.Н., Уткин Г.В., Шаталов Э.В., Никитаев С.П., Шеляпин И.П. Наименование: "Огнестойкий текстильный материал", 2007 год.

      8. Патент Европейского патентного ведомства № 0240248, автор Дэвид Алан Гримвуд, касается разработки огнестойких материалов, 1987 год.

      9. Российский патент на изобретение №2127537, авторы Брагин В.И., Протопопов М.С., Гусева И.Б., касается разработки материала для одежды, предохраняющей от тепла и огня, и методики создания алюминийсодержащего компонента для этого материала, датирован 05.03.1998.

      10. ГОСТ 11209-85. Ткани хлопчатобумажные и смешанные защитные для спецодежды.