УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ОЦЕНКИ ПРОНИЦАЕМОСТИ МАТЕРИАЛОВ ХИМИКАТАМИ С ПОМОЩЬЮ КОНВЕКТИВНОГО ПОТОКА Российский патент 2025 года по МПК G01N15/08 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение в целом относится к устройству и способу испытания материалов на проницаемость и, в частности, к устройству и способу испытания на проницаемость материалов, используемых для защитной одежды от токсичных химикатов, особенно боевых отравляющих веществ или их имитаторов.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Токсичные химические вещества, особенно боевые отравляющие вещества (БОВ), используются в асимметричных войнах, за пределами границ или даже среди гражданского населения. Остро стоит вопрос воздействия БОВ на персонал, взаимодействующий с данными веществами, или при инцидентах, связанных с воздействием этих опасных химикатов в виде паров или жидкости на персонал. Предпринимаются постоянные усилия по совершенствованию защитной одежды, необходимой каждому для защиты от токсичных химикатов, особенно БОВ. Необходимо провести оценку функциональных характеристик данной защитной одежды против представляющих интерес химических веществ в конфигурациях проницаемости, имитирующих реальные сценарии.

Существует ряд методик измерения проницаемости для токсичных химикатов. Одной из методик измерения проницаемости для токсичных химикатов, особенно БОВ или их имитаторов, является Процедура проведения испытаний армии США 08-2-501 (Процедура) и 08-2-503 (Процедура). После проведения испытаний в соответствии с Процедурой необходимо измерить количество загрязняющих веществ, проникающих через защитный материал, с использованием других общепринятых методик. Существуют различные методики измерения количественной плотности проницаемости. Данные методики включают в себя использование приборов контроля отравляющих веществ (ОВ) или десорбцию сорбционной трубки, расположенной на выходе в нижней части камеры для проведения испытаний на проницаемость, с последующей оценкой с помощью хроматографического или спектроскопического метода.

Процедура определяет оборудование и протоколы для измерения проницаемости в зависимости от конфигурации и режима проницаемости. Конфигурация проницаемости зависит от физического состояния химического вещества в проницаемом состоянии. Конфигурации проницаемости включают в себя либо обнаружение паров жидких загрязнений (L/V), либо обнаружение паров паровых загрязнений (V/V), либо обнаружение жидкостей жидких загрязнений (L/L). Режимы проницаемости зависят от потока воздуха/газа и его направления, влияющего на итоговую проницаемость. Различные режимы проницаемости включают в себя режим статической диффузии, режим двойного потока и режим конвективного потока, что соответствует реалистичному сценарию проницаемости под действием воздушного потока. В режиме статической диффузии поток сухого воздуха/инертного газа отсутствует, а проникновение происходит за счет градиента концентрации между верхней и нижней частями проницаемой ячейки и силы тяжести. Оценка проникновения химического вещества в защитные материалы в режиме статической диффузии возможна только в конфигурациях L/V и L/L. В режиме двойного потока поток сухого воздуха/инертного газа или паров загрязнения проходит поверх загрязненного образца и параллельно ему, а проницаемость достигается за счет воздействия такого потока сухого воздуха/инертного газа на загрязнение. Оценка проницаемости химических веществ в защитных материалах в режиме двойного потока возможна при использовании всех трех конфигураций проницаемости L/V, L/L и V/V. В режиме конвективного потока через образец проходит поток воздуха/инертного газа или паров загрязнения. Оценка проницаемости химических веществ в защитных материалах в режиме конвективного потока возможна при использовании только конфигураций проницаемости L/V и V/V.

На фиг.1А показано схематическое изображение закрытого вида камеры для проведения испытаний на проницаемость (100) согласно описанию в Процедуре ТОР 08-2-501 в соответствии с предшествующим уровнем техники. На фиг.1В показана камера для испытания на проницаемость (100) в разобранном виде для конфигурации L/V и V/V в режимах статической диффузии и двойного потока согласно описанию в Процедуре ТОР 08-2-501 в соответствии с предшествующим уровнем техники. На фиг.2А показана камера для проведения испытаний на проницаемость в разобранном виде согласно описанию в Процедуре ТОР 08-2-501 в соответствии с предшествующим уровнем техники. На фиг.2В показан закрытый вид камеры для проведения испытаний на проницаемость (200) для конфигураций L/V и V/V в режиме конвективного потока согласно описанию в Процедуре ТОР 08-2-501 в соответствии с предшествующим уровнем техники.

Согласно Процедуре ТОР 08-2-501 при использовании режима статической диффузии и двойного потока с конфигурациями L/V и V/V поток сухого воздуха/инертного газа также пропускается через нижнюю часть корпуса камеры для испытания на проницаемость для вымывания проникающих загрязнений в сорбционную трубку, состоящую из сорбирующего материала. Плотность проницаемости определяется количественно с помощью приборов контроля ОВ или путем десорбции сорбционного материала в сорбирующих трубках/барботерах, размещенных на выходе в нижней части испытательной камеры, с последующим количественным определением с помощью хроматографического или спектроскопического метода. В случае БОВ с низкой летучестью, например, VX и Новичка, поток сухого воздуха/инертного газа при температуре окружающей среды может не полностью испарить проникающее загрязнение, и, таким образом, точность метода будет нарушена. На фиг.3 показаны условия испытаний в конфигурациях L/V в соответствии с Процедурой 08-2-501А, а на фиг.4 показаны условия испытаний в конфигурациях V/V в соответствии с Процедурой 08-2-501А.

Процедура 08-2-501 также описывает методику испытания защитных материалов на проницаемость в конфигурации обнаружения жидких загрязнений (L/L) с использованием режима вытеснения, режима инвертированного вытеснения и режима отправки для оценки устойчивости защитного материала к токсичным химическим веществам, особенно БОВ или их имитаторам, качественно под внешним давлением. Режим вытеснения важен для оценки защитных материалов под внешним давлением в соответствии с реалистичным сценарием, когда персонал, использующий защитное снаряжение, касается загрязненной поверхности или вступает в контакт с загрязненным объектом. Согласно Процедуре 08-2-501, существует разница в плотности загрязнения при проведении испытаний на проницаемость в обычных режимах L/V, V/V и режиме вытеснения жидкости L/L. Согласно Процедуре 08-2-501, в конфигурациях L/V и V/V со всеми режимами статической диффузии и двойного потока плотность загрязнения составляет 10 г/м², которая вводится в виде 8 или 10 капель (каждая по 1 мкл) одного ОВ на площади образца 10 см², а плотность загрязнения в режиме качественного вытеснения составляет 2,5 г/м² в виде одной капли 5 мг ОВ на площади образца 20 см². Оценка материалов с помощью режима вытеснения носит исключительно качественный характер, а время прорыва измеряется отдельно от проникающей плотности ОВ.

В Процедуре 08-2-503 приведены стандартные методы испытания на проницаемость химических веществ с низкой летучестью (например, стойкого нервно-паралитического вещества VX), через образцы защитных материалов в конфигурации L/L. На фиг.5 показано оборудование (500) для проведения испытаний на вытеснение, как описано в Процедуре 08-2-503, в соответствии с предшествующим уровнем техники. Оборудование (500) состоит из цилиндрического груза (502) из нержавеющей стали (453,6 gms), наложенного на испытуемый образец (504), который содержит каплю ОВ/загрязняющего вещества (506). Согласно Процедуре 08-2-503, под испытуемым образцом (504) используется диск с сорбентом (508) для адсорбции/поглощения проникающего количества загрязняющего вещества (506) в жидкой форме. Метод описан для режима количественного вытеснения, в котором проницаемость оценивается в условиях стресса для имитации реалистичного сценария, когда носитель защитного костюма касается загрязненной поверхности или держит загрязненный предмет. В режиме испытания на вытеснение к материалу, загрязненному при помощи одной капли ОВ (5 мг чистого ОВ или 8 мг загущенного ОВ), прикладывается внешнее давление в 1 фунт на квадратный дюйм. Плотность проницаемости рассчитывается путем извлечения загрязнений из диска с сорбентом, помещенного под образец для испытаний (504) согласно Процедуре 08-2-503, с последующей оценкой с помощью хроматографического/спектроскопического метода. Использование диска с сорбентом в Процедуре 08-2-503 повышает стоимость метода.

Боевые отравляющие вещества (БОВ) с низкой летучестью наиболее опасны из-за очень низкого значения средней летальной дозы (ЛД60) при подкожном введении и высокой проникающей способности через кожу пользователя. Таким образом, точность оценки проницаемости защитных материалов для защиты от БОВ с низкой летучестью, таких как VX и Новичок, в режиме конвективного потока с конфигурацией L/V очень важна. В Процедуре 08-2-503 не описывается оборудование и метод для количественной оценки проницаемости защитных материалов в режиме конвективного потока с конфигурацией L/V для химических веществ с низкой летучестью. Кроме того, в Процедуре 08-2-501 и Процедуре 08-2-503 описаны оборудование и методы, в которых используется образец большего размера (площадь воздействия 10 см²) и, соответственно, требуется большое количество токсичного загрязняющего вещества, особенно боевого отравляющего вещества, для поддержания заданной плотности загрязнения (10 г/м²), что в свою очередь представляет собой более высокую угрозу воздействия.

Таким образом, с учетом вышеизложенных ограничений, существует потребность в создании устройства и способа, позволяющих проводить количественные испытания на проницаемость загрязняющих веществ через защитный материал, имитирующий условия окружающей среды, при которых воздух непосредственно воздействует на загрязненную поверхность и способствует большему проникновению загрязняющего вещества.

ОБЪЕКТЫ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Основная задача настоящего изобретения состоит в разработке устройства и способа испытания защитных материалов на проницаемость в режиме конвективного потока, позволяющих количественно определить плотность проникновения БОВ.

Другая задача изобретения состоит в том, чтобы предложить устройство и способ испытания на проницаемость, обеспечивающие высокую степень уверенности в защитных свойствах испытуемого материала при низких затратах на проведение испытаний и в минимальных отклонениях результатов испытания одного и того же образца.

Другая задача изобретения состоит в том, чтобы предложить устройство и способ испытания на проницаемость для измерения устойчивости материалов, используемых для защитной одежды, такой как комбинезоны, перчатки, обувь, маски, рюкзаки, мешки для трупов и т.д., к токсичным химикатам, особенно боевым отравляющим веществам или их имитаторам.

Еще одна цель настоящего изобретения - предложить устройство и способ испытания на проницаемость, которые имитируют условия, отражающие более реалистичные сценарии окружающей среды, встречающиеся в реальной жизни.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Сущность изобретения представлена для ознакомления с аспектами, относящимися к устройству и способу проведения оценки материалов на проницаемость для БОВ с помощью конвективного потока. Данные аспекты дополнительно изложены ниже в подробном описании. Сущность данного изобретения не предназначена для определения основных характеристик заявленного изобретения и не предназначена для использования при определении или ограничении области применения заявленного изобретения.

Для достижения вышеупомянутых целей в соответствии с аспектом настоящего изобретения описано устройство - камера для проведения испытаний на проницаемость. Конструкция камеры для проведения испытаний на проницаемость может состоять из верхней части корпуса и нижней части корпуса. Верхняя часть корпуса снабжена верхней крышкой камеры, имеющей первое вентиляционное отверстие, а нижняя часть корпуса снабжена нижней крышкой камеры, имеющей второе вентиляционное отверстие, обеспечивающее прохождение газообразного потока из верхней крышки камеры в нижнюю. Загрязняющее вещество может быть помещено на верхнюю часть испытуемого образца, а испытуемый образец может быть расположен между верхней частью и нижней частью корпуса. Чтобы загрязняющее вещество проходило эффективнее через испытуемый образец из верхней крышки камеры в нижнюю крышку камеры в направлении, перпендикулярном поверхности испытуемого образца, можно пропускать газообразный поток.

В соответствии с одним из аспектов настоящего изобретения в нижней части корпуса может быть предусмотрена полость для хранения сорбирующего материала, предназначенного для накопления загрязняющего вещества, проникающего через испытуемый образец.

В соответствии с одним из аспектов изобретения камера для проведения испытаний на проницаемость может включать первое уплотнительное кольцо и второе уплотнительное кольцо для предотвращения утечки загрязняющего вещества с краев образца. Первое уплотнительное кольцо может контактировать с верхней частью корпуса и испытуемым образцом, а второе уплотнительное кольцо может контактировать с нижней частью корпуса и испытуемым образцом.

В соответствии с одним из аспектов изобретения газообразный поток может подаваться через первое вентиляционное отверстие в верхней крышке камеры, используемой в качестве впускного отверстия для выпуска через второе вентиляционное отверстие в нижней крышке камеры.

В соответствии с одним из аспектов изобретения первый перфорированный слой политетрафторэтилена (ПТФЭ) может быть помещен поверх загрязняющего вещества для его удержания на испытуемом образце.

В соответствии с одним из аспектов изобретения кольцо колориметрической детекторной бумаги может быть помещено под испытуемый образец и на его края для определения утечки загрязняющего вещества с краев испытуемого образца.

В соответствии с одним из аспектов изобретения между испытуемым образцом и сорбирующим материалом может быть помещен второй слой ПТФЭ для предотвращения проникновения загрязняющего вещества через испытуемый образец и определения утечки загрязняющего вещества с краев испытуемого образца на сорбирующий материал.

В другом аспекте описан способ проведения испытаний на проницаемость химических загрязнений через материал. В рамках способа может быть предоставлена верхняя часть корпуса, включающая верхнюю крышку камеры для пропускания газообразного потока к нижней крышке камеры, расположенной в нижней части корпуса. Загрязняющее вещество может быть помещено на верхнюю часть испытуемого образца, а испытуемый образец может быть расположен между верхней частью и нижней частью корпуса. Верхняя часть корпуса может быть герметично соединена с нижней частью. Для более эффективного проникновения загрязняющего вещества через испытуемый образец в направлении, перпендикулярном поверхности образца, может подаваться газообразный поток.

В соответствии с одним из аспектов изобретения полость в нижней части камеры может быть заполнена сорбирующим материалом, предназначенного для накопления загрязняющего вещества, проникающего через испытуемый образец.

В соответствии с одним из аспектов изобретения газообразный поток может подаваться через первое вентиляционное отверстие в верхней крышке камеры, используемой в качестве впускного отверстия, и последующего выпуска упомянутого газообразного потока через второе вентиляционное отверстие в нижней крышке камеры.

Эти и другие аспекты вариантов осуществления изобретения, представленных в настоящем документе, можно будет лучше понять и оценить по достоинству при рассмотрении в сочетании со следующими описаниями и сопроводительными чертежами. Однако следует учитывать, что приведенные ниже описания при указании предпочтительных вариантов осуществления и их подробностей приведены для наглядности, а не для ограничения. Изменения и доработки могут быть внесены в рамках описанных здесь вариантов осуществления без отступления от их сути. Описанные здесь варианты осуществления включают в себя все подобные модифицированные варианты осуществления.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Прилагаемые чертежи используются для обеспечения дальнейшего понимания настоящего изобретения. Такие сопроводительные чертежи иллюстрируют варианты осуществления настоящего изобретения, которые используются для описания принципов настоящего изобретения. Варианты осуществления проиллюстрированы в качестве примера, а не ограничения на рисунках прилагаемых чертежей, на которых одинаковые ссылки обозначают аналогичные элементы. Следует отметить, что ссылки на «какой-либо» или «один» вариант осуществления данного изобретения не обязательно относятся к одному и тому же варианту осуществления и означают по меньшей мере один.

На чертежах изображено:

На фиг.1(A) показано схематическое изображение закрытого вида камеры для проведения испытаний на проницаемость (100) согласно описанию в Процедуре ТОР 08-2-501 в соответствии с предшествующим уровнем техники.

На фиг.1(В) показана камера для испытания на проницаемость в разобранном виде для конфигурации L/V и V/V в режимах статической диффузии и двойного потока в закрытом виде согласно описанию в Процедуре ТОР 08-2-501 в соответствии с предшествующим уровнем техники;

На фиг.2(A) показана камера для проведения испытаний на проницаемость в разобранном виде согласно описанию в Процедуре ТОР 08-2-501 в соответствии с предшествующим уровнем техники.

На фиг.2(B) показан закрытый вид камеры для проведения испытаний на проницаемость для конфигураций L/V и V/V в режиме конвективного потока согласно описанию в Процедуре ТОР 08-2-501 в соответствии с предшествующим уровнем техники;

Фиг. 3 иллюстрирует условия испытаний в конфигурациях L/V согласно Процедуре 08-2-501 в соответствии с предшествующим уровнем техники;

Фиг. 4 иллюстрирует условия испытаний в конфигурациях V/V согласно Процедуре 08-2-501 в соответствии с предшествующим уровнем техники;

На фиг.5 показано оборудование проведения испытаний на вытеснение, как описано в Процедуре 08-2-503, в соответствии с предшествующим уровнем техники;

На фиг.6(A) показан закрытый вид камеры для проведения испытаний на проницаемость в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения;

На фиг.6(B) показана схема камеры для проведения испытаний на проницаемость в разобранном виде в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения.

На фиг.7 показаны параметры количественного метода испытания на проницаемость с использованием конвективного потока в конфигурации L/V в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения;

Фиг. 8 иллюстрирует характеристики трехслойного композита на основе сфер из активированного угля (ACS) и трехслойного композита на основе ткани из активированного угля (ACF), испытанных на предмет воздействия заявленного химического вещества, в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения;

Фиг. 9 иллюстрирует результаты средней проницаемости и стандартного отклонения для числа повторов испытуемого образца ACS и ACF в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения;

Фиг. 10(А), 10(В) и 10(С) иллюстрируют схематические изображения модифицированной камеры для проведения испытаний на проницаемость с целью измерения проницаемости в конфигурации L/V в режиме конвективного потока, в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения; и

На фиг.11 показан способ испытания на проницаемость загрязняющего вещества с использованием конвективного потока в конфигурации L/V в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Подробное описание, приведенное ниже вместе с прилагаемыми чертежами, предназначено для описания различных вариантов осуществления настоящего изобретения и не является единственным вариантом его осуществления. Различные особенности настоящего изобретения поясняются в полной мере со ссылкой на неограничивающие варианты осуществления. Подробности имеющихся в продаже и хорошо известных компонентов наряду с процессами их использования не включены в упомянутые здесь варианты осуществления для упрощения пояснений. Приведенные здесь примеры не следует рассматривать как ограничивающие варианты осуществления, представленные здесь. Они предназначены для облегчения понимания методики, с помощью которой специалисты в данной области могут применять их на практике.

Настоящее изобретение представляет собой устройство и способ оценки проницаемости материалов с помощью конвективного потока на предмет содержания в них химических загрязнителей. На фиг.6(A) показан закрытый вид камеры для проведения испытаний на проницаемость (600) в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения. Как показано на фиг.6(A), камера для проведения испытаний на проницаемость (600) может состоять из верхней части корпуса (602) и нижней части корпуса (604). Верхняя часть корпуса (602) может включать в себя верхнюю крышку камеры (606) с первым вентиляционным отверстием. Нижняя часть корпуса (604) может включать в себя нижнюю крышку камеры (608) со вторым вентиляционным отверстием. Верхняя крышка камеры (606) и нижняя крышка камеры (608) используются для пропускания газообразного потока из верхней части корпуса (602) камеры для проведения испытаний на проницаемость(600) через ее нижнюю часть (604). В одном варианте исполнения камера для проведения испытаний на проницаемость (600) может быть изготовлена из нержавеющей стали марки 316, что снижает вероятность коррозии из-за использования высококоррозионных токсичных химических веществ, особенно боевых отравляющих веществ или их имитаторов.

На фиг.6(B) показана схема камеры для проведения испытаний на проницаемость (600) в разобранном виде в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения. Испытуемый образец (612) может быть помещен между нижней частью корпуса (604) и верхней частью корпуса (602). Нижняя часть корпуса (604) может быть снабжена полостью для заполнения сорбирующим материалом, предназначенным для накопления загрязняющего вещества (610), проникающего через испытуемый образец (612). Чтобы обеспечить соприкосновение сорбирующего материала с поверхностью образца (612), нижняя крышка камеры (608) может быть заполнена стекловатой и плотно прилегать к нижней части корпуса (604). Загрязняющее вещество (610) может быть нанесено на верхнюю сторону испытуемого образца (612). Камера для проведения испытаний на проницаемость (600) включает в себя уплотнительные кольца (614-n), расположенные между верхней частью корпуса (602) и нижней частью корпуса (604). Уплотнительные кольца (614-n) могут использоваться для предотвращения утечки загрязняющего вещества (610) с краев испытуемого образца (612). Например, первое уплотнительное кольцо (614-1) может контактировать с верхней частью корпуса (602) и испытуемым образцом (612). Второе уплотнительное кольцо (614-2) может контактировать с нижней частью корпуса (604) и испытуемым образцом (612). Стекловата также может способствовать удержанию сорбирующего материала в нижней части корпуса (604). После размещения испытуемого образца (612) с загрязняющим веществом (610) между верхней частью корпуса (602) и нижней частью корпуса (604) верхняя часть (602) и нижняя часть (604) камеры для проведения испытаний на проницаемость (600) герметизируются с помощью винтов (616-n).

В одном варианте осуществления камера для проведения испытаний на проницаемость (600) подходит для образца защитного материала диаметром не менее 1,5 см с площадью открытой поверхности 1,0 см². Количественное определение проницаемости загрязняющего вещества (610) может быть выполнено в конфигурации обнаружения паров жидкого загрязнения (L/V) для режима конвективного потока с ограниченным количеством испытуемого образца (612) и ограниченным количеством загрязняющего вещества (610). На верхнюю поверхность испытуемого образца защитного материала (612) может быть нанесена одна капля 1,0 мг/0,8 мг загрязняющего вещества (610) для поддержания желаемой плотности загрязнения 10 г/м². После помещения загрязняющего вещества (610) верхняя крышка (606) камеры для проведения испытаний на проницаемость (600) закрывается. Газообразный поток может проходить через верхнюю крышку камеры (606) сквозь испытуемый образец (612) для создания конвективного потока, способствующего проникновению загрязняющего вещества (610) через испытуемый образец (612). Загрязняющее вещество (610), проникающее через испытуемый образец (612), может быть адсорбировано на сорбирующем материале под ним (612). Камера для проведения испытаний на проницаемость (600) помещается в инкубатор для контроля температуры, чтобы имитировать желаемые контрольные параметры окружающей среды. Затем можно количественно определить плотность проницаемости материала для сценария, в котором поток воздуха, проходящий через испытуемый образец (612), влияет на степень проникновения загрязняющего вещества (610). Количественное определение проницаемости измеряется путем десорбции загрязняющего вещества из сорбирующего материала с помощью растворителя и анализируется с помощью хроматографического метода. На фиг.7 показаны параметры метода испытания на проницаемость с использованием конвективного потока в конфигурации L/V в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения. Плотность загрязнения может варьироваться в соответствии с требованиями условий испытания на проницаемость.

Камера для проведения испытаний на проницаемость (600) подходит для оценки проницаемости материала для защиты от ОВ с низкой летучестью, например, VX и Новичок, поскольку длина пути загрязнения сокращается до максимально возможной за счет заполнения сорбирующим материалом в нижней части корпуса (604), что позволяет избежать необходимости использования сорбирующей трубки. Таким образом, отсутствует вероятность того, что загрязняющие вещества с низкой летучестью останутся на стенках нижней части корпуса (604), что приведет к искажению результатов проникновения. Метод, используемый при испытании материала на проницаемость с помощью камеры для проведения испытаний на проницаемость (600), повышает уверенность в защитных способностях материалов и снижает затраты на эксплуатационные испытания за счет использования испытуемого образца (612) в небольшом количестве, загрязняющего вещества (610) в небольшом количестве, а также применения сорбирующего материала вместо диска с сорбентом или сорбирующей трубки.

Некоторые из методов испытаний, применяемых для измерения проникновения загрязняющих веществ через материалы, описаны ниже в примерах, не имеющих ограничительного характера. На фиг.8 показано испытание двух материалов: трехслойного композита на основе сфер активированного угля (ACS) и трехслойного композита на основе ткани активированного угля (ACF) - против одного заявленного соединения, VX, БОВ. Испытание на проницаемость проводилось в течение шести часов. Для каждого композита было испытано более 10 повторов образца, а также не менее 10 контрольных образцов. Используемый метод испытания был основан на разработанном испытании на проницаемость в режиме конвективного потока в конфигурации L/V согласно описанию выше. Были использованы параметры испытаний, указанные на фиг.8. На фиг.9 показаны результаты средней проницаемости и стандартного отклонения для каждого повтора испытуемых образцов. Было замечено, что стандартное отклонение проникшего количества загрязняющего вещества велико, особенно для композита ACS, что может быть связано с неоднородностью повторов испытуемых образцов. Очевидно, что настоящее изобретение обеспечивает усовершенствование традиционных методов испытания, позволяя определять количество проникшего вещества и контролировать температуру.

Существует вероятность того, что загрязняющее вещество (610), вместо того, чтобы пройти через испытуемый образец (612), пройдет через края испытуемого образца (612) и достигнет нижней части корпуса (604), несмотря на то, что уплотнительные кольца (614-п) затянуты по краям. Такая утечка загрязняющего вещества (610) может исказить результаты метода испытания. Чтобы исключить эту ситуацию, можно проверить целостность камеры для проведения испытаний на проницаемость (600), чтобы убедиться в отсутствии утечки загрязняющего вещества (610) через края испытуемого образца (612) в сорбирующий материал.

Фиг. 10(A), 10(B) и 10(C) иллюстрируют схематические изображения камеры для проведения испытаний на проницаемость (1000) с целью измерения проницаемости в конфигурации L/V с конвективным потоком, в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения. Как показано на фиг.10(A), первый перфорированный слой политетрафторэтилена (ПТФЭ) (1002) может быть помещен над загрязняющим веществом (1004). Первый слой ПТФЭ (1002) содержит загрязняющее вещество (1004) на испытуемом образце (1006), а также может равномерно распределять загрязняющее вещество (1004) на нем (1006).

Как показано на фиг.10(B), кольцо колориметрической детекторной бумаги (1008) может быть помещено под испытуемым образцом (1006) по его краю. Колориметрическая детекторная бумага (1008) может помочь в определении утечки загрязняющего вещества (1004) с краев испытуемого образца (1006). Если загрязнение проходит через края, а не через образец, данная колориметрическая детекторная бумага (1008) меняет свой цвет.

Кроме того, для подтверждения целостности камеры для проведения испытаний на проницаемость (1000), в которой для данной комбинации загрязняющего вещества и защитного материала загрязняющее вещество проникает через испытуемый образец (1006), а не через края испытуемого образца (1006), перед каждой партией испытуемого образца можно использовать образцы для определения характеристик. Данные образцы для определения характеристик могут быть использованы для демонстрации того, что загрязняющее вещество (1004) не проникает через края испытуемого образца (1006). Как показано на фиг.10(C), камера для проведения испытаний на проницаемость (1000) может иметь в составе второй слой ПТФЭ (1010). Второй слой ПТФЭ (1010) может быть помещен между испытуемым образцом (1006) и сорбирующим материалом. Второй слой ПТФЭ (1010) может препятствовать проникновению загрязняющего вещества (1004) через испытуемый образец (1006) и может определять утечку загрязняющего вещества (1004) с краев испытуемого образца (1006) в сорбирующий материал. Если в сорбирующем материале обнаружено какое-либо загрязнение, испытание на сочетание оборудования, материала и загрязняющего вещества считается недействительным.

В протоколы испытаний на проницаемость были включены различные средства контроля качества, в том числе анализ чистоты загрязнения, эффективность сорбирующего материала, положительные контрольные образцы, отрицательные контрольные образцы, проверка количества загрязняющих веществ, проверка утечки через края испытуемого образца и аналитический контроль. Средства контроля качества дополнительно описаны ниже в примерах, не имеющих ограничительного характера.

Образцы были вырезаны с помощью стального штампа и пресса с острыми краями. Что касается защитного костюма, берется равное количество образцов спереди, сзади, с рук и ног. Для нанесения жидкого загрязняющего вещества на образец можно использовать газонепроницаемый шприц. Для проверки веса добавленного загрязняющего вещества можно использовать откалиброванные весы. Растворители, использованные при проведении испытания, были хроматографического качества.

В рамках контроля качества системы была определена эффективность использования сорбирующего материала ORBO™ 609 Amberlite® XAD®-2 марки Fluka. Для определения эффективности сорбирующего материала по отношению к конкретному химическому веществу раствор 5 мкг, 10 мкг, 100 мкг, 500 мкг и 5 мг химического вещества в растворителе добавляли в 500 мг сорбирующего материала отдельно. Намокла большая часть сорбирующего материала. Общая адсорбированная масса соответствовала калибровочной кривой аналитического прибора и находилась в диапазоне концентраций, при которых ожидается функционирование сорбционного материала. После испарения растворителя сорбирующий материал извлекли и экстрагировали 20 мл этилацетата в течение примерно 30 минут, после чего проводят количественное определение путем сопоставления данных с калибровочной кривой на основе стандартных растворов химического вещества. В зависимости от конкретных загрязняющих веществ и/или аналитического метода, могут быть использованы другие растворители. Экстрагент анализировали с помощью газовой хроматографии-масс-спектрометра (ГХ-МС) (не приведен) с нижним пределом определения концентрации приблизительно 1 мкг/мл. Повышенный предел обнаружения может быть достигнут с помощью других аналитических инструментов.

Еще одним параметром контроля качества является чистота загрязняющего вещества. Использование загрязняющего вещества низкой степени чистоты может привести к неверным результатам. В другом варианте осуществления настоящего изобретения чистота загрязняющего вещества может быть проверена с использованием аналитического метода, такого как спектроскопия ядерного магнитного резонанса (ЯМР) (не приведена).

В другом варианте исполнения настоящего изобретения повторяемость газонепроницаемого шприца может быть проверена с использованием гравиметрического метода. Необходимое количество, набранное в газонепроницаемый шприц, можно точно взвесить, набрав во флакон с помощью откалиброванных электронных весов (не приведены), и зафиксировать отклонение.

В другом варианте исполнения настоящего изобретения температура инкубатора (не приведена) может быть установлена примерно на уровне 32°С или любого другого желаемого значения и проверена с использованием калиброванного термометра (не приведен). Перед каждым испытанием камере для проведения испытаний на проницаемость (1000) можно дать возможность прийти в равновесие в течение как минимум 24 часов. Чтобы зафиксировать отклонение, температуру можно записывать каждую минуту. В зависимости от условий испытания может быть использована другая температура.

Положительный контрольный образец может потребоваться до испытания фактического образца или одновременно с ним. Целью положительного контрольного образца является подтверждение эффективности используемой методики испытания и оборудования. Бутилкаучук/материал с известной плотностью проницаемости в случае HD и неопрен/материал с известной плотностью проницаемости для нервно-паралитических ОВ (GB, GD, GA, VX, Новичок) в контролируемых условиях можно использовать в качестве положительного контрольного образца.

Также может потребоваться проведение анализа отрицательного контрольного образца до испытания фактического образца или одновременно с ним. Отрицательный контрольный образец может быть таким же, как и положительный контрольный образец, но без каких-либо загрязняющих веществ. Цель отрицательного контроля - продемонстрировать правильную работу испытательного оборудования и методики, а также отсутствие перекрестного загрязнения, которое могло бы произойти от инструментов или других камер для проведения испытаний. Содержание загрязняющих веществ не превышает количественного предела ни для одного из отрицательных контрольных образцов.

Используемые здесь аналитические методы включают в себя калибровочную кривую, составленную с помощью образцов для проверки качества, для повышения достоверности полученных данных. Нижний предел количественного определения измеряется с помощью стандартного образца с наименьшей концентрацией на калибровочной кривой. Калибровочная кривая должна быть линейной, а значение R² должно находиться в диапазоне от 0,995 до 0,999.

В другом варианте реализации настоящего изобретения для оценки верхнего предела смещения и учета потери образца ввиду взаимодействия загрязняющего вещества со вторым слоем ПТФЭ (1010). Второй слой ПТФЭ (1010) может быть пропитан загрязняющим веществом и помещен поверх нижней части корпуса (604). Загрязняющие вещества могут быть покрыты первым слоем ПТФЭ (1002). Образец проходит тот же процесс испытания, но без сорбирующего материала. По истечении определенного времени как слои ПТФЭ могут быть извлечены независимо, а потеря образца может быть проверена путем сравнения извлеченного количества загрязняющего вещества с исходным количеством загрязняющего вещества. Ожидается, что сумма результатов извлечения обоих слоев ПТФЭ будет равна исходному уровню загрязняющего вещества. Разница объясняется потенциальными потерями в течение всего процесса.

Настоящее изобретение может быть использовано для измерения проникновения через любой из воздухонепроницаемых и полупроницаемых защитных материалов.

Устройство и способ позволяют оценить эффективность защитных материалов в условиях, которые отражают более реалистичное использование в различных сценариях окружающей среды, таких как имитация усилий, связанных с прямым воздействием воздуха на загрязненную поверхность. Настоящее изобретение предоставляет собой метод количественного испытания, показывающий, что отсутствие измеренной массы проникновения через отрицательный контрольный образец защитного материала может обеспечить подходящую защиту в течение приблизительно 6 часов.

На фиг.11 показан метод (1100) испытания на проницаемость загрязняющего вещества с использованием конвективного потока в конфигурации L/V в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения. Следует отметить, что в некоторых альтернативных вариантах исполнения этапы могут происходить не по порядку или могут выполняться по существу одновременно или могут быть модифицированы для осуществления методики, объединяющей другие компоненты изобретения, в зависимости от вариантов исполнения настоящего изобретения.

Чтобы начать испытание на проницаемость испытуемого образца (612) в камере для проведения испытаний на проницаемость (600), в блоке 1102 испытуемый образец (612) помещают в камеру для проведения испытаний на проницаемость (600) между верхней частью корпуса (602) и нижней частью корпуса (604). В блоке 1104 полость, имеющаяся в нижней крышке камеры (608), расположенной в нижней части корпуса (604), может быть заполнена сорбирующим материалом, обеспечивающим соприкосновение сорбирующего материала с испытуемым образцом (612) снизу. В блоке 1106 загрязняющее вещество (610) может быть нанесено на испытуемый образец (612). Загрязняющее вещество (610) может присутствовать в жидкой форме. Затем камера для проведения испытаний на проницаемость (600) закрывается. В блоке 1108 газообразный поток может подаваться через верхнюю крышку камеры (606) сквозь испытуемый образец (612). На схеме 1110 загрязняющее вещество (610), проникающее через испытуемый образец (612), может накапливаться в сорбирующем материале и измеряться с использованием хроматографического метода для количественного определения плотности проницаемости испытуемого образца (612).

Подробное описание, приведенное выше вместе с прилагаемыми чертежами, предназначено для описания различных вариантов осуществления настоящего изобретения и не является единственным вариантом его осуществления. Каждый вариант осуществления, описанный в настоящем документе, приведен только в качестве примера или иллюстрации настоящего изобретения и не обязательно должен рассматриваться как предпочтительный или преимущественный по сравнению с другими вариантами.

Любая комбинация вышеуказанных характеристик и функциональных возможностей может использоваться в соответствии с одним или несколькими вариантами осуществления. В приведенном выше описании варианты осуществления были представлены со ссылкой на многочисленные конкретные детали, которые могут варьироваться от реализации к реализации. Соответственно, технические характеристики и чертежи следует рассматривать скорее в иллюстративном, а не ограничительном смысле. Единственным и исключительным показателем объема заявленной информации и того, что заявители считают объемом заявленной информации, является буквальная и эквивалентная сфера действия формулы изобретения, вытекающая из настоящей заявки, в той конкретной форме, в которой она представлена, включая любые последующие исправления.

Настоящее решение раскрывает принцип работы устройства - камеры для проведения испытаний на проницаемость (600, 1000) в отношении проницаемости химических веществ через материалы. Камера включает верхнюю часть корпуса (602) с верхней крышкой камеры (606), имеющей первое вентиляционное отверстие, и нижнюю часть корпуса (604) с нижней крышкой камеры (608), имеющей второе вентиляционное отверстие. Испытуемый образец (612, 1006) помещают в камеру для проведения испытаний на проницаемость (600, 1000). Жидкое загрязняющее вещество (610, 1004) наносят на испытуемый образец. После нанесения загрязнения на испытуемый образец (612, 1006) газообразный поток направляют через верхнюю крышку камеры (606) к нижней крышке камеры (608) в направлении, перпендикулярном поверхности испытуемого образца (612, 1006), способствуя проникновению загрязняющего вещества (610, 1004) через испытуемый образец (612, 1006). Нижняя крышка камеры (608) снабжена полостью для хранения сорбирующего материала, предназначенного для накопления проникающего загрязняющего вещества в сорбирующем материале. Технический результат - создание устройства и способа, позволяющих проводить количественные испытания на проницаемость загрязняющих веществ через защитный материал, имитирующий условия окружающей среды, при которых воздух непосредственно воздействует на загрязненную поверхность и способствует большему проникновению загрязняющего вещества. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 11 ил.

1. Камера для проведения испытаний материала (600, 1000) на проницаемость боевыми отравляющими веществами (БОВ), содержащая:

верхнюю часть корпуса (602), включающую верхнюю крышку камеры (606), и

нижнюю часть корпуса (604), включающую нижнюю крышку камеры (608),

причем верхняя часть корпуса (602) и нижняя часть корпуса (604) герметично соединены между собой после размещения загрязняющего вещества (610, 1004) на верхней стороне испытуемого образца (612, 1006), а испытуемый образец (612, 1006) помещен между верхней частью корпуса (602) и нижней частью корпуса (604),

при этом верхняя крышка камеры (606) выполнена с возможностью прохождения через нее газообразного потока к нижней крышке камеры (608) в направлении, перпендикулярном поверхности испытуемого образца (612, 1006), для улучшения проникновения загрязняющего вещества (610, 1004) через испытуемый образец (612, 1006).

2. Камера для проведения испытаний на проницаемость (600, 1000) по п. 1, характеризующаяся тем, что она выполнена с полостью в нижней части корпуса (604), при этом полость предназначена для хранения сорбирующего материала, используемого для накопления загрязняющего вещества (610, 1004), проникающего через испытуемый образец (612, 1006).

3. Камера для проведения испытаний на проницаемость (600, 1000) по п. 1, характеризующаяся тем, что она снабжена первым уплотнительным кольцом (614-1) и вторым уплотнительным кольцом (614-2), предотвращающими утечку загрязняющего вещества (610, 1004) с краев испытуемого образца (612, 1006), причем первое уплотнительное кольцо (614-1) установлено в контакте с верхней частью корпуса (602) и испытуемым образцом (612, 1006), а второе уплотнительное кольцо (614-2) установлено в контакте с нижней частью корпуса (604) и испытуемым образцом (612, 1006).

4. Камера для проведения испытаний на проницаемость (600, 1000) по п. 1, характеризующаяся тем, что первое вентиляционное отверстие в верхней крышке предназначено для подачи газообразного потока через камеру (606) в качестве впускного отверстия для последующего выпуска газообразного потока через второе вентиляционное отверстие в нижней крышке камеры (608).

5. Камера для проведения испытаний на проницаемость (600, 1000) по п. 1, характеризующаяся тем, что она снабжена первым перфорированным слоем политетрафторэтилена (ПТФЭ) (1002), расположенным поверх загрязняющего вещества (610, 1004) для его удержания на испытуемом образце (612, 1006).

6. Камера для проведения испытаний на проницаемость (600, 1000) по п. 1, характеризующаяся тем, что она снабжена кольцом из колориметрической индикаторной бумаги (1008), помещенным под испытуемым образцом (612, 1006) и по его краю, при этом колориметрическая индикаторная бумага (1008) предназначена для определения утечки загрязняющего вещества (610, 1004) с краев испытуемого образца (612, 1006).

7. Камера для проведения испытаний на проницаемость (600) по п. 2, характеризующаяся тем, что она снабжена вторым слоем ПТФЭ (1010), расположенным между испытуемым образцом (612, 1006) и сорбирующим материалом, при этом второй слой ПТФЭ (1010) предназначен для блокировки проникновения загрязняющего вещества (610, 1004) через испытуемый образец (612) и для определения утечки загрязняющего вещества (610, 1004) с краев образца (612, 1006).

8. Способ испытания материала на проницаемость химическими загрязнениями, заключающийся в том, что:

обеспечивают возможность прохождения газообразного потока через верхнюю крышку камеры (606) верхней части корпуса (602) к нижней части камеры (608), находящейся в нижней части корпуса (604);

при этом испытуемый образец (612, 1006) помещают между верхней частью корпуса (602) и нижней частью корпуса (604) и наносят химическое загрязняющее вещество (610, 1004) на верхнюю сторону испытуемого образца (612, 1006);

герметизируют верхнюю часть корпуса (602) и нижнюю часть корпуса (604) камеры для проведения испытаний, герметично соединяя их друг с другом;

подают газообразный поток в направлении, перпендикулярном поверхности испытуемого образца (612, 1006), для более эффективного проникновения загрязняющего вещества (610, 1004) через испытуемый образец (612, 1006).

9. Способ по п. 8, характеризующийся тем, что наполняют полости, расположенные в нижней части корпуса (604), сорбирующим материалом, предназначенным для накопления загрязняющего вещества (610, 1004), проникающего через испытуемый образец (612, 1006).

10. Способ по п. 8, характеризующийся тем, что размещают первое уплотнительное кольцо (614-1) и второе уплотнительное кольцо (614-2) для предотвращения утечки загрязняющего вещества (610, 1004) с краев испытуемого образца (612, 1006), при этом первое уплотнительное кольцо (614-1) устанавливают в контакте с верхней частью корпуса (602) и испытуемым образцом (612, 1006), а второе уплотнительное кольцо (614-2) устанавливают в контакте с нижней частью корпуса (604) и испытуемым образцом (612, 1006).

11. Способ по п. 8, характеризующийся тем, что подают газообразный поток через первое вентиляционное отверстие в верхней крышке камеры (606), используемое в качестве впускного отверстия для последующего выпуска газообразного потока через второе вентиляционное отверстие в нижней крышке камеры (608).

12. Способ по п. 8, характеризующийся тем, что первый перфорированный слой политетрафторэтилена (ПТФЭ) (1002) располагают поверх загрязняющего вещества (610, 1004) для его удержания на испытуемом образце (612, 1006).

13. Способ по п. 8, характеризующийся тем, что кольца из колориметрической индикаторной бумаги (1008) располагают под испытуемым образцом (612, 1006) и по его краю, при этом колориметрическая индикаторная бумага (1008) предназначена для определения утечки загрязняющего вещества (610, 1004) с краев испытуемого образца (612, 1006).

14. Способ по п. 9, характеризующийся тем, что второй слой ПТФЭ (1010) располагают между испытуемым образцом (612, 1006) и сорбирующим материалом, при этом второй слой ПТФЭ (1010) предназначен для блокировки проникновения загрязняющего вещества (610, 1004) через испытуемый образец (612, 1006) и для определения утечки загрязняющего вещества (610, 1004) с краев образца (612, 1006).