Wykaz Projektów
Streszczenie

Zastosowanie materiałów amortyzacyjnych o cechach cieczy nienewtonowskiej w konstrukcji środków ochrony głowy

Kierownik projektu: dr inż. Marcin Jachowicz

Streszczenie projektu:

Dane Państwowej Inspekcji Pracy oraz Głównego Urzędu Statystycznego wskazują, że jedna z najczęstszych przyczyn urazów występujących podczas wypadków przy pracy to uderzenie przez spadające obiekty oraz uderzenie o elementy stanowiska pracy. Metodą stosowaną do zabezpieczenia pracowników przed takim zagrożeniem jest używanie środków ochrony głowy wyposażonych w elementy pochłaniające energię uderzenia.

Zdolność amortyzacji uderzenia ściśle wiąże się z charakterystyką fizyczną i geometryczną elementu pochłaniającego energię. Jednoczesne zapewnienie bezpieczeństwa i wygody użytkowania wymaga użycia materiałów o skrajnie różnych właściwościach, co jest możliwe w przypadku zastosowania elementu amortyzacyjnego o charakterystyce cieczy nienewtonowskiej. Celem projektu było opracowanie układów amortyzacyjnych do środków ochrony głowy, opartych na materiałach o cechach cieczy nienewtonowskiej.

W ramach projektu dokonano analizy wymagań dla środków ochrony głowy w zakresie zdolności amortyzacji i odporności na przebicie. Opracowano metody badań materiałów i układów materiałów amortyzacyjnych w zakresie takich parametrów mechanicznych jak charakterystyka siła – odkształcenie i odporność na przebicie. Poddano modernizacji stanowiska badawcze, w ramach której wykonano elementy do mocowania i obciążania próbek, oraz opracowano nowy algorytm ich obciążania. Za pomocą maszyny wytrzymałościowej ZWICK – Z100/SW5A i oprogramowania Xpert przeprowadzono badania statyczne, w których wyznaczono charakterystyki siła – odkształcenie dla 2 prędkości obciążania 1mm/min i 50 mm/min. Badania dynamiczne wykonano za pomocą stanowiska pomiarowego, które jest wyposażone w czujnik siły umieszczony w stalowym kowadle, czujnik przyspieszeń umieszczony w bijaku oraz laserowy układ pomiarowy przemieszczenia bijaka. Przeprowadzono badania zdolności amortyzacji, pochłaniania energii i odporności na przebicie materiałów o cechach cieczy nienewtonowskiej. Wyznaczono charakterystyki siła – odkształcenie i obliczono wartości energii pochłanianych przez próbki.

Poddano analizie próbki kondycjonowane w temperaturach -10oC, +20oC, +50oC wykonane z materiałów piankowych i plastycznych charakteryzujących się właściwościami cieczy nienewtonowskiej. Za pomocą aparatury wykorzystywanej w 1. etapie pracy przeprowadzono badania statyczne, w których wyznaczono charakterystyki siła – odkształcenie. Badania dynamiczne wykonane dla próbek po kondycjonowaniu w temperaturach -10oC, +20oC, +50oC pozwoliły wyznaczyć zdolność amortyzacji i pochłaniania energii oraz odporność na przebicie materiałów o cechach cieczy nienewtonowskiej. Wyznaczono także charakterystyki siła – odkształcenie i obliczono wartości energii pochłanianych przez próbki. W efekcie przeprowadzonych badań opracowano układy amortyzacyjne składające się z: materiału piankowego z otworami, materiału piankowego w postaci płyty oraz materiału plastycznego połączonego z płytą poliamidową o grubości 0,4 mm. Przeprowadzono badania odporności na przebicie zaproponowanych układów, wyznaczono energię pochłanianą w próbce oraz charakterystyki siła – ugięcie.

Uzyskane wyniki wykazały, że już przy zmianie prędkości obciążania próbek, wykonanych z materiałów o charakterystyce cieczy nienewtonowskiej, z 1 do 50 mm/min występują kilkunastoprocentowe różnice ugięcia próbek przy takich samych wartościach siły. Badania dynamiczne wykazały różnice ugięcia w stosunku do takich samych próbek badanych statycznie nawet o ponad 90%.

Wykonano analizę struktury materiałów piankowych oraz badania dynamiczne z wykorzystaniem opracowanej metodyki w ramach projektu dla rozszerzonego zakresu temperatur kondycjonowania od -30 do +50oC. Opracowano i wykonano modele hełmów ochronnych z umieszczonymi elementami amortyzacyjnymi wykonanymi z materiałów o charakterystyce cieczy nienewtonowskiej. Przeprowadzono badania laboratoryjne i użytkowe opracowanych modeli hełmów.

Otrzymane wyniki potwierdziły założenia, że materiały amortyzacyjne o charakterystyce cieczy nienewtonowskiej mogą spełnić wymagania dla środków ochrony głowy, zapewniając jednocześnie bezpieczeństwo i komfort użytkowania w temperaturach użytkowania w zakresie od -30 do +50oC.

Wyniki projektu przedstawiono w 2 publikacjach w czasopiśmie o zasięgu krajowym, 1 publikacji w czasopiśmie o zasięgu międzynarodowym i 1 publikacji przygotowanej do czasopisma o zasięgu międzynarodowym. W ramach projektu został także złożony wniosek do Urzędu Patentowego RP o udzielenie patentu na wynalazek pt.: Przemysłowy hełm ochronny.

Projekt III.N.09. Modele hełmów ochronnych z umieszczonymi elementami amortyzacyjnymi z materiałów o charakterystyce cieczy nienewtonowskiej: a) materiały plastyczne, b) materiały spienione



Jednostka: Pracownia Ochron Głowy i Sprzętu Zabezpieczającego Przed Upadkiem z Wysokości

Okres realizacji: 01.01.2017 – 31.12.2019