Улучшение механических характеристик натуральных обувных кож в результате воздействия неравновесной низкотемпературной плазмы

УДК 685.34.019.03

И. Ш. Абдуллин, Г. Н. Кулевцов, Т. В. Жуковская

УЛУЧШЕНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК НАТУРАЛЬНЫХ ОБУВНЫХ КОЖ В РЕЗУЛЬТАТЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ НЕРАВНОВЕСНОЙ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ПЛАЗМЫ

Ключевые слова: натуральная эластичная кожа, механические свойства, неравновесная низкотемпературная плазма.

В работе показана возможность повышения качества эластичных натуральных кож для верха обуви за счет изменения их механических характеристик при помощи воздействие неравновесной низкотемпературной плазмы.

Keywords: natural elastic skin, mechanical properties, low-temperature nonequilibrium plasma.

The paper shows the possibility of improving the quality of elastic natural leather uppers due to changes in their mechanical properties by means of the impact of nonequilibrium low-temperature plasma.

Введение

Натуральная кожа остается основной сырьевой базой производства обуви и кожгалантерейных изделий, что в свою очередь определяет важную роль кожевенной промышленности в развитие производства товаров народного потребления. Из всего ассортимента кож наибольшая потребность наблюдается в кожах хромового дубления, которые вырабатываются из шкур крупного рогатого скота всех видов, конских, свиных, козлины и овчины, при этом более 70% кож вырабатываются из шкур КРС и овчины.

Ассортимент и качество изделий из кожи определяется качеством применяемых материалов, и разнообразием их внешнего вида и свойств. Особенно важно учитывать это при разработке технологии производства новых кожевенных материалов для верха обуви.

Для верха повседневной обуви чаще всего используют кожи хромового дубления, замша обувная, лаковые кожи и кожи из бахтармяного спилка. Кожи хромового дубления вырабатываются из шкур крупного рогатого скота, свиных, конских, козлины и овчины, при этом набольшей популярностью у производителей обуви пользуются кожи из шкур КРС.

Для модельной обуви применяют так же шевро (из шкур козлины) и шеврет (из шкур овчины). Данные виды кож отличаются приятным грифом и мягкостью, что обусловлено их большей тягучестью, вследствие более разрыхленной структуры, однако предел прочности при растяжении их несколько ниже, чем у кож из шкур КРС.

Экспериментальная часть

В качестве объекта исследования выбраны гладкие эластичные кожи хромового дубления с естественной лицевой поверхностью толщиной 1,11,3мм, выработанные по ТУ 8630-012-05431555-93.

Эластичные кожи в максимальной степени сохраняют повышенную тягучесть, мягкость, гриф, мерею и красивый внешний вид. Важным требованием к данному виду кожи является сочетание мягкости и эластичности. В такой коже пучки волокон имеют толщину до 90мкм и угол

наклона волокон 26-32°, сетчатый слой составляет около 70%, поэтому у таких кож пониженный предел прочности при растяжении. Характеристики свойств натуральных эластичных кож из шкур КРС, выработанных по ТУ 8630-012-05431555-93 и фактические данные, полученные по партии исследуемых кож представлены в табл. 1.

Таблица 1 - Характеристики свойств эластичных кож из шкур КРС хромового дубления

Фактические

Наименование показателя Единица измерения Нормы по ТУ данные по партии кож

без ННТП при ННТП

Предел прочности при растяжении, не менее МПа 13,0 13,0 16,2

Напряжение при появлении трещин лицевого слоя, не менее МПа 11,0 10,8 14,5

Удлинение при напряжении 10 МПа, % 35-45 40 43

Устойчивость Баллы

покрытия к многократному изгибу, не менее 3 3 3

Адгезия покрывной пленки, не Н/м

менее: к сухой коже: к мокрой коже: 100,0 50,0 100,0 45,0 116,0 57,0

По результатам измерений видно, что данная партия не вполне соответствует нормам ТУ, данные небольшие отклонения в процессе эксплуатации усугубятся, и обувь, произведенная из исследуемой партии кожи может быстро потерять внешний вид. Для предотвращения указанных последствий и улучшения исследуемых показателей, кожи из исследуемой партии подверглись модификации при помощи неравновесной низкотемпературной плазмы (ННТП).

Плазменная обработка имеет важное преимущество по сравнению с другими способами модификации материалов и изделий кожевенно-

обувной промышленности - в определенных режимах она, позволяет регулировать заданные свойства, не ухудшая других свойств. Кроме того, обработка неравновесной низкотемпературной плазмой является экологически безвредной, высокоэффективной и менее затратной в отличии от традиционных методов химической, физической и механической модификации.

При воздействии ННТП на натуральную кожу и материалы на ее основе изменяются их физические и механические свойства, причем не только поверхностные но и объемные [1-3]. Это означает, что плазма оказывает воздействие не только на тонкий наружный слой, но и на весь объем материала.

Результаты исследований, выполненных в последнее время, показывают, что в отличие от других видов модификации, обработка с помощью ННТП позволяет производить объемную модификацию обувных материалов на основе натуральной кожи, в результате чего происходят такие изменения физико-механических характеристик, которые получить другими методами невозможно. В частности, обработка ННТП позволяет улучшить одновременно несколько свойств материала, не ухудшая остальные свойства. ННТП технология относится к сухим, экологически чистым процессам, не требующим использования растворов. Кроме того, при обработке плазмой пониженного давления, неблагоприятное воздействие на структуру волокнистых материалов является минимальным. Поэтому исследование метода ННТП обработки и рассмотрение вопроса о возможности его промышленного использования, повышающего качество не только производимых обувных материалов а, следовательно, и эффективность их использования, но и готовой обуви является актуальной задачей.

Режим плазменной обработки регулировался путем изменения времени воздействия плазмы 112 минут, мощности разряда 0,2-1,2кВт, давление в разрядной камере и расход плазмообразующего газа, в данном исследовании они оставались постоянными - 26,6Па и 0,04г/с соответственно. В качестве плазмообразующего газа выбран аргон. По результатам исследований произведен выбор режима плазменной модификации (рис 1.): 0^=0,04 г/с, Рк=26,6 Па, Wp=1,2 кВт, т=7 минут. Результаты исследований других механических характеристик исследуемых кож приведены в табл. 1.

т кВт И 0,8 кВт х

—1,0кВт >( 1,2кВт

)|( 1,4кВт а контрольный образец

Рис. 1 - Зависимость напряжения при появлении трещин лицевого слоя эластичной кожи для верха обуви при модификации в ННТП от продолжительности обработки и мощности разряда

Анализ результатов показывает, что плазменная обработка эластичной кожи верха обуви позволяет увеличить предел ее прочности на 25%, напряжение при появлении трещин лицевого слоя - на 35%, адгезию покрытия к сухой коже - на 16%; к мокрой коже - 26%.

Так же следует отметить изменившийся характер появления трещин лицевого слоя при растяжении, если у контрольных образцов при меньшем напряжении возникает множество трещин лицевого слоя, то у модифицированных образцов при большем напряжении появляются 1-2 трещины. Данный факт позволяет утверждать, что плазменная модификация позволяет повысить качество как покрытия на коже, так и всего материала в целом.

Литература

1. Абдуллин, И.Ш. Высокочастотная плазменная обработка в производстве обуви. Теория и практика использования: Монография/ И.Ш. Абдуллин, Л.Ю. Махоткина; Казан. гос. технол. ун-т. Казань, 2006. -348с.

2. Рахматуллина, Г.Р. Улучшение механических свойств и адгезионной прочности кожи за счет применения физического метода обработки / Г.Р. Рахматуллина // Вестник Казанского технологического университета. -2009. - № 4. - С. 126-130.

3. Вознесенский, Э.Ф. Общие принципы модификации натуральных волокнистых материалов различного происхождения в плазме ВЧ-разряда пониженного давления / Э.Ф. Вознесенский, Р.Р. Хасаншин, И.В. Красина, И.Ш. Абдуллин, Р.Р. Сафин // Вестник Казанского технологического университета. - 2009, № 5. - С. 304-307.

© И. Ш. Абдуллин - д.т.н., профессор, зав. каф. ПНТВМ, КНИТУ; Г. Н. Кулевцов - д.т.н., профессор кафедры ПНТВМ, КНИТУ; Т. В. Жуковская - к.т.н., доцент кафедры КОиО, КНИТУ, sapr415@mail.ru.

© I. Sh. Abdullin - Ph.D., professor, head of PCMNM, KNRTU; G. N. Kulevtsov - Ph.D., professor of the department PCMNM, KNRTU; T. V. Zhukovskaya - Ph.D., associate professor, CCF, KNRTU, sapr415@mail.ru.