Улучшение технологических характеристик комплексных обувных материалов в результате воздействия неравновесной низкотемпературной плазмы

УДК 685.34.019.03

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

УЛУЧШЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК КОМПЛЕКСНЫХ ОБУВНЫХ

МАТЕРИАЛОВ В РЕЗУЛЬТАТЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ НЕРАВНОВЕСНОЙ

НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ПЛАЗМЫ

Ключевые слова: комплексные материалы на основе натуральной кожи для верха обуви, технологические свойства,

неравновесная низкотемпературная плазма.

Технологические требования к натуральным кожам для верха обуви и материалам на их основе обусловлены технологическим процессом изготовления обуви. Процессы формования обуви основаны на изменении механических характеристик материалов для верха обуви под действием тепла и влаги. В работе показана возможность повышения качества комплексных обувных материалов на основе натуральных кож для верха обуви за счет изменения их технологических характеристик при помощи воздействие неравновесной низкотемпературной плазмы.

Keywords: complex materials based on natural leather for shoe uppers, technological properties, nonequilibrium low-temperature

plasma.

Technological requirements for natural leathers for shoe uppers and materials based on them due process of manufacturing of footwear. Shoe Molding Processes based on the change of mechanical properties of materials for the shoe upper under the action of heat and moisture. The paper shows the possibility of improving the quality of integrated shoe materials based on natural leather uppers due to changes in their technological characteristics using the nonequilibrium effects of low temperature plasma.

Введение

Технологические требования к натуральным кожам для верха обуви обусловлены технологическим процессом изготовления обуви. Данные показатели определяют соответствие материала условиям обработки при раскрое (образование ровного, не деформирующегося края), скреплении деталей между собой (прокол иглой, устойчивость к натяжению нитей, образование прочных швов), с подошвой (способность образовывать прочные соединения при установленном креплении), при формовании (упругость, эластичность, влагообменные свойства, термостойкость).

Процессы формования обуви основаны на изменении механических характеристик натуральной кожи для верха обуви под действием тепла и влаги. Для уменьшения усилий при деформации и улучшения пластичности кожи, заготовки верха обуви увлажняются. Следовательно, на технологический показатель формовочной способности натуральной кожи большое влияние оказывает содержание влаги.

С увеличением содержания влаги в материале снижается трение между структурными элементами, соответственно, снижается и нагрузка при деформировании на заданную величину, однако этот факт вызывает также и ускорение процесса релаксации напряжения [1].

Таким образом, содержание влаги в материале оказывает непосредственное влияние на его упругопластические свойства. Известно, что воздействие неравновесной низкотемпературной плазмой (ННТП), в зависимости от выбранных параметров обработки способно существенно изменять свойства материалов на основе натуральной кожи, например

придавать им гидрофильность или напротив - гид-рофобность.

Экспериментальная часть

В данной работе использовались два вида модификации, при использовании высокочастотной индукционной (ВЧИ) и емкостной (ВЧЕ) плазменной обработки. Режим ВЧИ плазменной обработки регулировался путем изменения времени воздействия плазмы 15-75с., мощности разряда 0,3-0,7кВт, расхода плазмообразующего газа 0,02-0,08г/с, и давления в разрядной камере 50-70Па. В качестве плазмообра-зующей выбрана смесь газов аргона (98%) и пропан-бутана (2%). Режим ВЧЕ плазменной обработки регулировался путем изменения времени воздействия плазмы 60-700 секунд, и мощности разряда 0,10,9кВт. Так как в результате исследований [2, 3] установлены оптимальные значения давления 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.

В процессе исследования, установлено, что, несмотря на явное улучшение упругопластических свойств натуральной кожи, в результате модификации возрастает ее жесткость и несколько снижается упругость (повышается пластичность). Данный факт может быть объяснен тем, что в процессе модификации, во-первых, несколько снижается содержание влаги в материале (таб. 1), а во-вторых, тем, что материал приобретает свойства композита, так как уплотненные крайние слои начинают выполнять роль своеобразного жесткого каркаса, однако при этом структурирование среднего слоя материала продолжает обеспечивать лучшие пластические свойства (табл. 2).

Таблица 1 - Влияние обработки ННТП на изменение содержания влаги в комплексном материале

Наименование показателя Контрольный образец Опытный образец

Содержание влаги в образце перед предварительным формованием, % 14 11

Содержание влаги в образце после увлажнения паровоздушной смесью, % 25 28

Содержание влаги в образце через 24 часа после предварительного формования, % 15 15

Таблица 2 - Влияние обработки ННТП на изменение остаточной деформации заготовки верха обуви из комплексного материала после операции предварительного формования

Вид образца Остаточная деформация, % Продолжительность отдыха после разгрузки, мин.

1 15 30 60 120 240 480 920

Контрольный образец 5,8 5,3 4,7 4,1 3,8 3,1 2,5 1,7

Опытный 7,2 6,3 5,4 5,2 5,0 4,9 4,9 4,8

образец

Следует учитывать, что во время предварительного формования образцы подвергались двухосному растяжению. Эксперимент проходил в производственных условиях. Время воздействия - 9 секунд. Температура в камере - 58°С. Нагрузка - 4-5МПа. Полученные результаты подтверждают данные полученные ранее и свидетельствуют, что обработка ННТП увеличивает упругую и пластическую деформации материала. Таким образом, образцы заготовок верха обуви из натуральной кожи, прошедшие ННТП модификацию проявили лучшую формовочную способность в технологическом процессе и лучшую формоустойчивость в процессе эксплуатации.

В тоже время известно [4], что ННТП воздействие, приводящее к изменению взаимной компоновки фибриллярных структур и упорядочиванию микроструктуры коллагенсодержащих материалов способствует снятию внутренних напряжений и может положительно влиять как на степень фиксации формы обуви, так и на упругопластические свойства материалов ее верха.

Упругопластические свойства материалов заготовки являются фактором определяющим как технологические, так и потребительские характеристики, обуславливающим способность верха обуви принимать необходимую форму в процессе производства и сохранять приданную форму во время эксплуатации. При этом, как в процессе производства,

так и при эксплуатации материалы верха обуви подвергаются механическим воздействиям, значительно меньшим, чем разрывные. Поэтому оценка их упру-гопластических свойств осуществляется в ходе од-ноцикловых испытаний, которые позволяют изучить закономерности изменения деформационно-напряженного состояния материалов при действии сравнительно небольших усилий и после их прекращения, что во многом определяет стабильность размеров и формы изделия во времени.

В процессе выдержки образцов под нагрузкой происходит существенное рассеивание механической энергии, что свидетельствует об активно протекающих в материалах процессах перестройки внутренней структуры, в результате которых и возникают остаточные деформации.

В связи с этим представляет интерес установить характер воздействия ННТП обработки на упру-гопластические свойства исследуемого комплексного материала заготовки верха обуви до и после модификации. Для характеристики упругопластических свойств исследуемых материалов использовались показатели полной и остаточной деформации образцов (таб. 3).

Таблица 3 - Влияние обработки ННТП на изменение упругопластических свойств комплексного материала на основе натуральной кожи

Контрольный Опытный

Наименование образец, на- образец, на-

показателя правление правление

0 90 0 90

Полная дефор- 32,1 36 40,3 42,7

мация, %

Остаточная де- 6,8 8,2 12,7 13,8

формация, %

Пластичность, % 21,2 22,8 31,5 32,3

Условный мо- 31,2 27,8 24,8 23,4

дуль упругости, МПа

Анализ полученных экспериментальных данных показал, что при длительных нагрузках, составляющих 10МПа, полная и остаточная деформация, а также пластичность модифицированных образцов превышают одноименные показатели образцов, не подвергавшихся воздействию ННТП, что свидетельствует о лучшей формовочной способности полученного в результате модификации комплексного материала. Кроме того, показатель пластичности характеризует статическую формоустойчивость исследуемого материала (т.е. формоустойчивость изделия после снятия его с колодки).

Литература

1. Акимова, Е.В. Совершенствование метода оценки формуемости и формоустойчивости материалов и систем материалов верха обуви. / Е.В. Акимова, А.Н. Копылова, Е.Я. Михеева, А.А. Яшкова: Сб. науч. тр. /ЦНИИКП. - М.: ЦНИИТЭИлегпром, 1984 с.35-42

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. Тихонова, Н.В. К вопросу о повышении формоустойчивости обуви с верхом из комплексного полимерного материала на основе натуральной кожи / Н.В. Тихонова Т.В. Жуковская, И.Ш. Абдуллин, Л.Ю.

Махоткина / Вестник КГТУ. - Казань, 2011, № 24, С. 53-56.

4. Вознесенский, Э.Ф. Теоретические основы структурной модификации материалов кожевенно-меховой промышленности в плазме высокочастотного разряда пониженного давления / Э.Ф. Вознесенский, Ф.С. Ша-рифуллин, И.Ш. Абдуллин. - Казань: Изд-во Казан. гос. технол. ун-та, 2011. - 364 с.

© 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.