Baza wiedzy Środki Ochrony Indywidualnej Środki ochrony oczu i twarzy

4. OCENA PARAMETRÓW OCHRONNYCH I UŻYTKOWYCH – CECHY ŚRODKÓW OCHRONY OCZU I TWARZY

Badania środków ochrony oczu i twarzy

Zestaw cech, którymi powinny charakteryzować się materiały i konstrukcje środków ochrony indywidualnej opisany jest w normach (EN 166: 2001 [1], ISO 16321-1:2021[2]). Podobnie, jak w przypadku sposobu zdefiniowania podziału środków ochrony oczu i twarzy, również cechy odnoszące się do tych środków mogą mieć nieco inne definicje w zależności od obszaru geograficznego, w którym wydana jest norma. Nie zmienia to jednak faktu, że zarówno metody badań, jak również wymagania odnoszące się do wszystkich typów środków ochrony oczu i twarzy możemy podzielić na dwie zasadnicze grupy. Są to:

  • badania właściwości optycznych i
  • nieoptycznych (parametry mechaniczne).
 

Przykładem takiego podejścia są normy europejskie EN 166: 2001, EN 167: 2001[3] i EN 168: 2001[4], które dzielą wymagania i metody badań środków ochrony oczu i twarzy na optyczne i nieoptyczne. Cytowane powyżej normy europejskie będą zastąpione normami międzynarodowymi. Norma EN 166: 2001, w której określone są wymagania dla środków ochrony oczu i twarzy  zostanie zastąpiona normą ISO 16321-1:2021, a normy EN 167: 2001 (zawiera opis optycznych metod badań) i EN 168: 2001 (zawiera opis nieoptycznych metod badań) odpowiednio normami ISO 18526-2:2020[5] (zawiera opis badań optycznych parametrów fizycznych) i ISO 18526-3:2020[6] (zawiera opis badań fizycznych parametrów mechanicznych). Uzupełnieniem do nowych norm zawierających opis metod badań  fizycznych parametrów optycznych i mechanicznych są normy ISO 18526-1:2020 (zawiera opos parametrów optycznych parametrów geometrycznych) oraz ISO 18526-4:2020[7]  (zawiera opis modeli głowy stosowanych w badaniach parametrów optycznych i nieoptycznych).

Zasadnicza idea oceny parametrów optycznych i mechanicznych przedstawiona w cytowanych powyżej normach europejskich i międzynarodowych pozostała niezmieniona. W badaniach parametrów optycznych najważniejszym elementem służącym do oceny wszystkich środków ochrony oczu i twarzy są parametry określające przepuszczanie promieniowania optycznego przez filtr lub szybkę ochronną. Zarówno w normach europejskich, jak również międzynarodowych parametry te wyznaczane są na podstawie zmierzonej charakterystyki widmowej przepuszczania badanego elementu przeziernego. Zmianami, na jakie należy zwrócić uwagę porównując wymagania dla parametrów optycznych zawarte w normie europejskiej i międzynarodowej jest m.in.:

  • uwzględnienie do wyliczania parametrów określających zachowanie zdolności do rozpoznawania barw podczas patrzenia przez filtry widmowych rozkładów promieniowania emitowanego ze źródeł LED,
  • rozszerzenie zakresu widmowego stosowanego w ocenie filtrów chroniących przed promieniowaniem podczerwonym z 2000 do 3000 nm,
  • oraz zmiana w podejściu do oceny właściwości refrakcyjnych filtrów i szybek ochronnych bez działania filtrującego.
 

Norma ISO 18526-2:2020 zawiera również szczegółowy opis sposobu przeprowadzenia oceny dla automatycznych filtrów spawalniczych.

W badaniach parametrów mechanicznych najważniejszym elementem służącym do oceny jest odporność materiału (filtra, szybki ochronnej lub kompletnej ochrony) na uderzenie. Zmiany w zakresie badan parametrów mechanicznych polegają m.in. na wprowadzeniu nowych kategorii odporności mechanicznej.

W nowych normach międzynarodowych w znacznie bardziej rozbudowany sposób zostały omówione zagadnienia związane z szacowaniem niepewności pomiarowych, co jest bardzo pomocne w interpretacji wyników otrzymanych w wyniku przeprowadzonych badań laboratoryjnych.

Badania parametrów optycznych

Badania parametrów optycznych dotyczą takich cech, które pozwalają na wyznaczenie parametrów charakteryzujących szybki ochronne (zarówno nieoprawione filtry i szybki ochronne bez działania filtrującego, jak również kompletne ochrony). W badaniach parametrów optycznych ocenia się jakość wykonania, parametry związane z refrakcją, przepuszczaniem i odbiciem promieniowania optycznego oraz polem widzenia. W celu określenia jakości wykonania należy wyznaczyć parametry, które pozwalają na ocenę np. stopnia pofalowania powierzchni, wżerów, wtrąceń, porysowań lub innych defektów w materiale, z którego wykonana jest szybka ochronna. Sprawdzenie jakości wykonania dokonuje się w ocenie wzrokowej, jak również poprzez wyznaczenie wskaźnika/parametru – zredukowanego współczynnika luminancji rozproszenia, określającego ilość światła rozproszonego na próbce. Wraz ze wzrostem liczby defektów, ilość światła rozproszonego na badanej szybce ochronnej będzie większa. Jeśli szybki ochronne nie mają działania korekcyjnego, ich moce optyczne (parametry określające zdolności załamania światła) muszą być na zerowym lub bardzo niskim poziomie. Zgodnie z normą EN 166: 2001  dla szybek ochronnych bez działania korekcyjnego, które mogą być sklasyfikowane w tzw. pierwszej klasie wykonania optycznego moc sferyczna nie może przekraczać wartości ± 0,06 dioptrii, a moc astygmatyczna (cylindryczna) powinna być mniejsza lub równa od wartości 0,06 dioptrii. Z określenia klasy optycznej zrezygnowanow normie  ISO 16321:2021, choć zawiera ona wymagania dla mocy optycznych. Wartości parametrów określających moc sferyczną i astygmatyczną (cylindryczną) określane są dla filtrów spawalniczych (pasywnych i aktywnych) oraz pozostałych rodzajów środków ochrony oczu i twarzy (osłony oczu, osłony twarzy oraz okulary i gogle). Maksymalne wartość mocy sferycznej dla filtrów spawalniczych oraz  pozostałych środków ochron oczu i twarzy wynoszą odpowiednio ± 0,06 dioptrii oraz ± 0,12 dioptrii. Moc astygmatyczna (cylindryczna) dla filtrów spawalniczych oraz pozostałych środków ochrony oczu i twarzy powinna odpowiednio  być mniejsza lub równa od wartości 0,06 dioptrii i 0,12 dioptrii. Norma ISO 16321-1:2021  określa jednak dodatkowe wymaganie w tym zakresie dla wyrobów o tzw. ulepszonych właściwościach optycznych. Maksymalne wartości mocy optycznych dla wyrobów o ulepszonych właściwościach optycznych określone w ISO 16321-1:2021 odpowiadają wymaganiom dla pierwszej klasy optycznej wykonania optycznego określonym w EN 166:2001. W konsekwencji tej zmian użytkownicy, którzy stosowali środki ochrony oczu i twarzy zaklasyfikowane zgodnie z EN 166:2001 do pierwszej klasy wykonania optycznego muszą – zgodnie z ISO 16321:2021 – stosować ochrony o ulepszonych właściwościach optycznych. Dla szybek ochronnych o działaniu korekcyjnym określa się ściśle dopuszczalne odchylenia wartości mocy optycznych, opisane w normie EN ISO 8980-1: 2017-11[8].

W przypadku filtrów najważniejszym elementem ich oceny jest określenie poziomu przepuszczania i odbicia promieniowania optycznego, które na nie pada. Pomiary widmowych charakterystyk przepuszczania i odbicia, na podstawie których wyznaczane są współczynniki służące do oceny filtrów, wykonywane są z wykorzystaniem spektrofotometrów optycznych. Urządzenia tego typu muszą posiadać wysoka rozdzielczość pomiarową oraz czułość. Wynika to z bardzo dużej widmowej gęstości optycznej niektórych rodzajów optycznych filtrów ochronnych. Dla przykładu poziom przepuszczania promieniowania widzialnego dla typowych filtrów, wykorzystywanych podczas spawania łukowego, jest na poziomie tysięcznych części procenta. Na rysunku 4-1. przedstawiono fotografię komory pomiarowej spektrofotometru używanego w CIOP-PIB

Rys. 4-1. Fotografia komory pomiarowej spektrofotometru używanego w CIOP-PIB [CIOP-PIB].

Do wyznaczenia wielu parametrów optycznych środków ochrony oczu i twarzy wykorzystywana jest wysoce specjalistyczna aparatura pomiarowo-badawcza, która nie jest dostępna komercyjnie. Przykładem takiej aparatury jest przyrząd do wyznaczania szczątkowych mocy optycznych, na poziomie setnych części dioptrii. Pomiary mocy optycznych na takim poziomie nie są możliwe do wykonania z wykorzystaniem typowych, dostępnych komercyjnie dioptromierzy. Na rysunku 4-2 przedstawiono fotografię przyrządu do wyznaczania mocy optycznych środków ochrony oczu i twarzy używanego w CIOP-PIB.

Rys. 4-2. Przyrząd do wyznaczania mocy optycznych środków ochrony oczu i twarzy [CIOP-PIB].

Niektóre parametry optyczne szybek ochronnych wyznaczane są dla próbek nowych oraz kondycjonowanych w określonych w normie warunkach (EN 167: 2001  ; EN 168: 2001  , ISO 18526-2:2020, ISO 18526-3:2020). Jest to typowa procedura oceny nazywana „przed/po”. Warunki, w których szybki ochronne są kondycjonowane to promieniowanie nadfioletowe, wysokie i niskie temperatury oraz ścieranie. Parametry optyczne szybek ochronnych mogą być również wyznaczane w czasie rzeczywistym podczas procesu kondycjonowania lub podczas działania wybranych czynników zewnętrznych. W odniesieniu do niezaparowujących szybek ochronnych wyznaczany jest czas zaparowania. Wyznacza się go na podstawie pomiaru zmian współczynnika przepuszczania promieniowania optycznego, zachodzących bezpośrednio w wyniku osadzania się pary na badanej szybce ochronnej. W odniesieniu do filtrów chroniących przed promieniowaniem laserowym wykonywane są pomiary odporności energetycznej (EN 207:2017[9]). Polegają one na pomiarach widmowego współczynnika przepuszczania podczas oddziaływania promieniowania laserowego na badany filtr. Na rysunku 4-3. przedstawiono fotografię filtru chroniącego przed promieniowaniem laserowym poddanego badaniu odporności energetycznej na działanie promieniowania laserowego o długości fali 532 nm (laser Nd:YAG).

Rys. 4-3. Fotografia filtru chroniącego przed promieniowaniem laserowym poddanego badaniu odporności energetycznej na działanie promieniowania laserowego laserowym [CIOP-PIB].

Badania parametrów mechanicznych

Badania nieoptyczne przeprowadza się dla wybranych elementów ramek i opraw oraz kompletnej konstrukcji środka ochrony oczu i twarzy. Badania te polegają na wyznaczeniu parametrów wytrzymałości mechanicznej nowych lub kondycjonowanych środków ochrony oczu i twarzy w określonych warunkach (EN 168: 2001, ISO 18526-2:2020). Kondycjonowanie może odbywać się w wysokich/niskich temperaturach, w wilgoci (również z uwzględnieniem zanurzenia w wodzie) oraz w warunkach ekspozycji na promieniowanie optyczne (nadfioletowe oraz podczerwień). Badania nieoptyczne obejmują również sprawdzenie, czy zachowane są parametry ochronne w wyniku odziaływania czynników narażenia takich, jak stopione metale i gorące ciała stale, strumień cieczy, pyły i dymy, substancje chemiczne oraz łuk elektryczny. Podstawowym parametrem służącym do oceny wytrzymałości mechanicznej środków ochrony oczu i twarzy – ocenianym zgodnie z wymaganiami normy europejskiej EN 166: 2001– jest odporność na uderzenie cząstkami o dużej prędkości. Badanie to przeprowadza się w oparciu o metodę opisana w EN 168:2001. Polega ono na uderzeniu stalową kulką o średnicy 6 mm w szybkę ochronną oraz boczne elementy oprawy lub ramki. Kulka, zgodnie z warunkami opisanymi w normie, może uderzać w szybkę ochronną z prędkościami 45, 120 lub 190 m/s. Odporność mechaniczną określa się odpowiednio do użytej prędkości kulki. Niska odporność mechaniczna (symbol F) oznacza prędkość kulki 45 m/s, średnia (symbol B) –120 m/s, a wysoka (symbol A) – 190 m/s. W odniesieniu do gogli klasyfikacja obejmuje prędkości 45 lub 120 m/s, a w przypadku osłon twarzy wszystkie z wymienionych prędkości (45, 120 lub 190 m/s). Badanie odporności na uderzenie okularów ochronnych przeprowadza się wyłącznie najmniejszej prędkości kulki (45 m/s). Nie oznacza to, że materiały, z którego wykonane są okulary uległyby uszkodzeniu w wyniku uderzenia kulką o wyższej prędkości. W przypadku okularów wykonanych np. z poliwęglanu wynik badania odporności na uderzenie kulką o prędkości 120, a nawet 190 m/s byłby z dużym prawdopodobieństwem pozytywny. Okulary chronią wyłącznie oczy oraz niewielki obszar wokół nich. Jeśli porównamy symulację przeprowadzaną za pomocą kulki z zagrożeniami wywołanymi ekspozycją na oczy i twarz rzeczywistymi odpryskami, ich skutek oddziaływania jest porównywalny. Łatwo też przewidzieć, że odpryski o większej energii stanowią realne zagrożenie, nie tylko dla oczu, ale i reszty twarzy. Konieczne jest wtedy stosowanie szybki ochronnej, której powierzchnia osłania większy obszar oczny (gogle) lub całą twarz (osłona twarzy). Warunki, w których przeprowadza się laboratoryjne badania wytrzymałości mechanicznej poszczególnych rodzajów środków ochrony oczu i twarzy (okulary, gogle, osłony twarzy) odpowiadają więc zagrożeniom, które występują w warunkach rzeczywistego środowiska pracy. Przekazanie do użytkowania okularów ochronnych, w przypadku których potwierdzono odporność na uderzenie kulką o prędkości 120 lub 190 m/s byłoby niewłaściwe. W warunkach narażenia na odpryski, których efekt oddziaływania jest porównywalny z efektem oddziaływania kulki o prędkości 120 lub 190 m/s, wymagane jest zastosowanie gogli lub osłon twarzy. Na rysunku 4-5. przedstawiono fotografię części przyrządu do badania odporności na uderzenie środków ochrony oczu i twarzy cząstkami o dużej prędkości używaną w CIO-PIB.

Rys. 4-5. Przyrząd badania odporności na uderzenie środków ochrony oczu i twarzy cząstkami o dużej prędkości [CIOP-PIB].

W nowej normie międzynarodowej ISO 18526-3:2020 rozszerzono zakres badań odporności mechanicznej oraz zmieniono wartości prędkości kulki stalowej w badaniu odporności na uderzenie cząstkami o dużej prędkości. Elementami, które oddziałują z badanymi ochronami oczu mogą być stalowe kulki o różnych masach i średnicach lub stożek o masie 500g. Elementy te uderzają w badaną ochronę z różnych wysokości i z różną prędkością. Masy i średnice kulek zależą od przyjętej metody badania. W przypadku uderzenia kulką, zgodnie z nowymi normami międzynarodowym (ISO 18526-3:2020), wyróżnia się trzy metody badania: obciążenie statyczne, uderzenie kulki oraz  badanie balistyczne. W badaniu obciążenia statycznego stalowa kulka o średnicy 22 mm dociska  badaną próbkę siłą 100 N przez 10 s. W wyniku tego badania wyznaczana jest kategoria odporności mechanicznej określana jako odporność minimalna. W badaniach polegających na uderzeniu stalową kulka wykorzystuje się kulki o średnicach 16 i 22 oraz 25,4 mm i odpowiadających im masach 16 i 43 oraz 66,8 g. W obu przypadkach kulki uderzają w badaną próbkę z wysokości 1,27 m. Niezależnie od masy kulki prędkość, z jaka uderza ona w badaną próbkę wynosi około 5 m/s (przyjęto średnią wartość przyspieszenia ziemskiego g = 9,81 m/s2). W wyniku badania tego badania wyznaczana jest kategoria odporności mechanicznej określana jako: poziom 1 (dla kulki o masie 16 g) i poziom 2 (dla kulki o masie 44 g) oraz tzw. Basic Impact dla kulki o masie 66,8 g. W badaniach balistycznych stosuje się – tak jak w przypadku pisanych powyżej badań odporności na uderzenie cząstkami o dużej prędkości wykonywanych zgodnie z normą EN 168: 2001  – stosuje się kulkę o średnicy 6 mm i masie 0,86 g. Zmienione zostały jednak wartości prędkości kulki. Kulka testowa może  uderzać w próbkę z następującymi prędkościami: 45, 80 i 120 m/s. W wyniku tego badania wyznaczana jest kategoria odporności mechanicznej określana jako: poziom uderzenia C lub poziom 3 (dla prędkości kulki 45 m/s), poziom uderzenia D (dla prędkości kulki 80 m/s) i poziom uderzenia E (dla prędkości kulki 120 m/s). W przypadku uderzenia w badaną ochronę stożkiem ma on masę 500 g i uderza w próbkę z wysokości 1,27 m. W wyniku tego badania wyznaczana jest kategoria odporności mechanicznej określana jako High Mass.

W zależności od rodzaju ochrony ustalana jest kategoria odporności mechanicznej. Dla okularów przeciwsłonecznych może to być odporności minimalna lub poziomy uderzenia 1, 2 lub 3. Dla ochron do zastosowań zawodowych  mogą to być: Basic Impact, High Mass lub poziomy uderzenia C, D lub E. Dla filtrów spawalniczych określa się odporności minimalną oraz High Mass. Dla ochro oczu przeznaczonych do uprawiania sportu wyznacza się poziom uderzenia 2 oraz High Mass. Nowe wymagania obejmują również kategorie odporowości mechanicznej na uderzenie piłką od squasha. Wyróżniania się dwie kategorie: Squash oraz Reacquetaball and Squash 57. Do badań używane są piłki uderzające z prędkością 40 m/s  o średnicach 40  i 57,3 mm i odpowiadających im masach 24 i 99,2 g.

Cechy badanych środków ochrony oczu i twarzy

Metodyka badań laboratoryjnych środków ochrony oczu i twarzy odnosi się bezpośrednio do cech, którymi powinny charakteryzować się ochrony. Poniżej omówiono dwa podejścia do sposobu, w jaki określane są badane cechy środków ochrony indywidualnej. Omówiono podejście zaprezentowane w normie europejskiej EN 166: 2001 oraz nowej normie międzynarodowej ISO 16321-1:2021. W tabeli 5-1 zamieszczono cechy środków ochrony oczu i twarzy z opisanym powyżej podziałem badań na optyczne i nieoptyczne, zgodnie z norma europejską EN 166: 2001.

Niezależnie od rodzaju i zastosowania wszystkie środki ochrony indywidualnej powinny być badane pod kątem spełnienia wymagań podstawowych. Kolejny zestaw cech zależy od obszaru stosowania ochrony (wymagania szczegółowe). Określono również cechy, którymi powinny charakteryzować się środki ochrony oczu i twarzy, aby ich użytkowanie było korzystne dla samego użytkownika (wymagania dodatkowe). Takie podejście do sprawdzenia w badaniach laboratoryjnych cech danego środka ochrony oczu i twarzy nie oznacza, że z wykazu przedstawionego w tabeli 5.1 wykazu można dowolnie wybraną cechę sprawdzić w badaniach laboratoryjnych dla dowolnego rodzaju środka ochrony indywidulanej. Dla przykładu taka cecha jak zwiększone odbicie w podczerwieni jest sprawdzana wyłącznie dla filtrów chroniących przed podczerwienią. Oznacza to, że dla określonego rodzaju środka ochrony indywidualnej należy wybrać wyłącznie taki zestaw cech, które mogą zostać mu przypisane. W nowej normie międzynarodowej ISO 16321-1:2021 jednoznacznie wskazano na związek pomiędzy wymaganymi cechami jakimi powinny charakteryzować się określone rodzaje środków ochrony indywidualnej. W normie tej badane cechy przyporządkowano do konkretnych rodzajów środków ochrony oczu i twarzy, takich jak:

  • szybki ochronne, które nie są filtrami chroniącymi przed szkodliwym promieniowaniem optycznym (szybki ochronne bez działania filtrującego),
  • filtry chroniące przed promieniowaniem nadfioletowym,
  • filtry chroniące przed promieniowaniem podczerwonym,
  • filtry chroniące przed olśnieniem słonecznym przeznaczone do zastosowań przemysłowych,
  • filtry spawalnicze,
  • filtry stosowane w procesie wydmuchiwania szkła,
  • zewnętrzne szybki ochronne,
  • kompletne ochrony, w których zamontowane są szybki ochronne nie zapewniające ochrony przed szkodliwym promieniowaniem optycznym,
  • kompletne ochrony zabezpieczające przed promieniowaniem nadfioletowym, podczerwonym oraz olśnieniem słonecznym,
  • kompletne ochrony spawalnicze,
  • kompletne ochrony stosowane w procesie wydmuchiwania szkła,
  • ochrony siatkowe.
 

Wykaz cech, dla których wymagania określono w normie międzynarodowej ISO 16321-1:2021  został poszerzony w stosunku do normy europejskiej EN 166: 2001. Należą do nich m.in.:

  • odporność na chemikalia,
  • odbicie promieniowania od osłon siatkowych,
  • penetracja otworów wentylacyjnych i szczelin,
  • czułość detekcji automatycznych filtrów spawalniczych na łuk,
  • zdolność do widzenia przez soczewki przeznaczone do bliży,
  • jednorodność,
  • odbicie powłok antyrefleksyjnych.
 

Tak więc nowa norma międzynarodowa ISO 16321-1:2021 w jednoznaczny sposób, uwzględniając również nie brane wcześniej pod uwagę elementy, wskazuje na zestaw cech jakim powinny charakteryzować się określone typy środków ochrony indywidualnej. Wskazuje również na odpowiadające tym cechom wymagania i metody badań laboratoryjnych.

Literatura

  1. EN 166: 2001 Ochrona indywidualna oczu. Wymagania
  2. ISO 16321-1:2021 Eye and face protection for occupational use — Part 1: General  requirements
  3. EN 167: 2001 Ochrona indywidualna oczu. Optyczne metody badań
  4. EN 167: 2001 Ochrona indywidualna oczu. Optyczne metody badań
  5. ISO 18526-2:2020 Eye and face protection — Test methods — Part 2: Physical optical properties
  6. ISO 18526 -3:2020 Eye and face protection — Test methods — Part 3: Physical and mechanical properties
  7. ISO 18526-4:2020 Eye and face protection — Test methods — Part 4: Headforms
  8. EN ISO 8980-1: 2017 Optyka oftalmiczna. Gotowe soczewki okularowe nieokrojone, Część 1: Wymagania dotyczące soczewek jednoogniskowych i wieloogniskowych
  9. EN 207:2017 Ochrona indywidualna oczu — Filtry i ochrony oczu chroniące przed promieniowaniem laserowym

[1] EN 166: 2001 Ochrona indywidualna oczu. Wymagania.

[2] ISO 16321-1:2021  Eye and face protection for occupational use — Part 1: General  requirements.

[3] EN 167: 2001  Ochrona indywidualna oczu. Optyczne metody badań.

[4] EN 167: 2001  Ochrona indywidualna oczu. Optyczne metody badań

[5] ISO 18526-2:2020 Eye and face protection — Test methods — Part 2: Physical optical properties.

[6] ISO 18526 -3:2020 Eye and face protection — Test methods — Part 3: Physical and mechanical properties.

[7] ISO 18526-4:2020 Eye and face protection — Test methods — Part 4: Headforms.

[8] EN ISO 8980-1: 2017 Optyka oftalmiczna. Gotowe soczewki okularowe nieokrojone, Część 1: Wymagania dotyczące soczewek jednoogniskowych i wieloogniskowych.

[9] EN 207:2017 Ochrona indywidualna oczu — Filtry i ochrony oczu chroniące przed promieniowaniem laserowym.