Термопластичные полимерные композиции с использованием полиолефина в составе подошвенных материалов для низа обуви

ТЕРМОПЛАСТИЧНЫЕ ПОЛИМЕРНЫЕ КОМПОЗИЦИИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПОЛИОЛЕФИНА В СОСТАВЕ ПОДОШВЕННЫХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ НИЗА ОБУВИ

© Ибрагимов А.Т., Умаров А.Ш., Максудова У.М., Рафиков А.С.

Ташкентский институт текстильной и легкой промышленности, Республика Узбекистан, г. Ташкент

Объекты исследования - термопластичные полимерные композиты с использованием полиолефина на основе полиэтилена низкой плотности (ПЭНП), с высоким содержанием в макромолекулярной цепи звена бутена-Д производства Газо-химического комплекса (ГХК) «Шуртан» с поливинилацетатом (ПВА) для изготовления обувного подошвенного материала, а также с модификацией с ЫВЯ-гранулой, импортируемые из Китая.

Методы исследования - элементный анализ, ИК- и УФ-спектроско-пия, дифференциально-термический анализ, эластичность по отскоку, твердость по ТМ-2, плотность по Муни, жесткость по Дефо и др.

Предмет исследования - определения молекулярных масс и характеристик, структуры, полидисперсности, температуры плавления термопластичных полимерных композитов, разработка опытного состава обувных полимерных композиций с последующим изготовлением подошвенного материала на их основе, исследования физико-химических свойств полимерных композитов и физико-механических свойств полученных полимерных подошвенных материалов для низа обуви.

Цель исследования - возможности использования ПЭНП в составе рецептуры полимерных материалов для изготовления обувной подошвы. Разработка технологии получения вулканизирующихся и литьевых синтетических подошвенных материалов для низа обуви; проведение опытно-промышленных испытаний в лабораторных и производственных условиях по выявлению технико-эксплуатационных характеристик полученных подошвенных полимерных материалов и основных показателей качества обувных изделий.

Полученные результаты. Созданы полимерные обувные композиции, для изготовления подошвенных материалов. Определены молекулярные характеристики, структура, плотность и термические свойства виниловых термопластов. Молекулярная масса эмульсионных термопластичных виниловых сополимеров на основе ПЭНП с ПВА оказалась почти в 1,5 раза больше, чем сополимеров, полученных в среде раствора. Кроме того, сополимеры в эмульсии имели более узкие формы полидисперсности, с увеличением доли ПВА в составе сополимера, приводить к возрастанию плотности и температура плавления обувного полимерного подошвенного материала.

Ключевые слова: термопластичный полимер, бутадиен-нитрильный каучук (СКН или ЫВЯ-гранулы), ПЭНП, ПВА, обувная композиция.

Введение. Обувь является неотъемлемой и безальтернативным атрибутом одежды человека в современном обществе [1-5]. В республике производимая обувная продукция или часть комплектующих изделий, в частности обувная подошва, импортируется из зарубежных государств за счет валюты, в основном из Китая. С целью решение такого проблемного вопроса как импорта замещения, с научными обоснованиями теоретических основ создание обувных подошвенных композиций с использованием полиолефинов, модифицируя другими компонентами и ингредиентами, основные направления научных исследований были ориентированы к научным разработкам технологии получения синтетических подошвенных материалов для низа обуви.

Экспериментальная часть. В лабораторных условиях получены термопластичные полимерные подошвенные материалы с использованием ПЭНП и ПВА, композиты в двух вариантах, на основе модификации МБЯ-гранул или каучука марки СКН, вулканизирующихся и литьем под давлением. Исследованы физико-химические свойства обувных полимерных композитов и физико-механические показатели полученных подошвенных материалов для низа обуви на их основе.

Результаты и их обсуждение. В производственных условиях в литьевом агрегате получены синтетические подошвенные материалы для низа обуви, в основу которых составляли созданные термопластичные виниловые полимерные композиты. В таблице 1 приведены сравнительные свойства опытного полимерного обувного композита, содержащего 30 вес. % ПЭНП на 100 вес. % каучука марки СКН или КВЯ-гранулы с контрольным образцом для подошвенного низа обуви на основе с использованием промышленного образца СКН.

Таблица 1

Сравнительные физико-механические свойства полимерных композитов для изготовления обувной подошвы

Показатели Контрольный Опытный

Предел прочности при разрыве, Н 160 140

Относительное удлинение, % 400 510

Модуль при 300 % удлинения, Н 130 190

Твердость по ТМ-2, усл. ед. 33 34

Газопроницаемость по водороду, усл. ед. 270 115

В производстве обуви немаловажную роль играет весь обуви, этим параметром которой и составляет подошвенный материал, его составные части и компоненты. Ибо, при ходьбе человека основная нагрузка, усилие и сил

трения выпадает на низ обуви, т.е. на подошву. Именно, с этой точки зрения, чтобы создать благоприятного удобства для носки обуви и приятного внешнего вида, легкости при ходьбе, а также отвечающими всеми основными требованиями можно достичь с введением в составе рецептур разных видов спорообразующих добавок (спорофоров), органического и неорганического происхождения. Кроме метода литья под давлением широкое распространение к применению получили способы горячей вулканизации - «роста» и «запрессовок». В результате, можно получать легкий подошвенный материал пористой структуры. По сравнению синтетических подошвенных материалов для низа обуви монолитной структуры, легкий полимерный обувной композит отличается с наилучшими физико-механическими и эксплуатационными характеристиками. В таблице 2 приведены физико-механические показатели пористых полимерных композитов, вулканизованных способами «роста» и «запрессовки» для изготовления синтетических подошвенных материалов низа обуви.

Таблица 2

Физико-механические показатели пористых полимерных композитов для получения подошвенного материала низа обуви

Показатели Способ вулканизации

роста запрессовки

Продолжительность вулканизации, мин 30 15

Плотность, г/см3 0,6 0,6

Предел прочности при разрыве, Н 180 240

Относительное удлинение, % 428 379

Твердость по ТМ-2, усл. ед. 31 35

Из данных таблицы 2 видно, что при одинаковой плотности предел прочности пористых полимерных композитов, изготовленных по способу «запрессовки», значительно выше, чем изготовленных по способу «роста», а продолжительность вулканизации в два раза меньше. Характерно, что у пористых полимерных композитов, полученных различными способами, относительное удлинение мало изменяется при различной плотности. Результаты опытных образцов из пористых полимерных композитов, обладающих одинаковой плотностью, показали, что полимерные композиции, вулканизованные способом «запрессовки», обладают более высокими физико-химическими, механическими свойствами и технико-эксплуатационными параметрами переработки, чем обувные композиты, вулканизованные способом «роста». Легкие пористые полимерные композиты в виде пластин составляли толщиной 7^11 мм (для подошвенного материала низа обуви) и 18^43 мм (для изготовления каблуков).

Еще одно характерным фактором при эксплуатации обуви составляет усадка деталей обуви, частности подошвенного низа. По результатам проведенных экспериментальных исследований установлено, что пористые полимерные обувные композиты, полученные при вулканизации способом «запрессовки», имели длительную усадку после вулканизации (10^12 %), в тоже время величина параметра усадки непористых (монолитных) полимерных композиционных материалов для низа обуви составила в порядке от 1 до 1,6 %.

Наверняка, причиной пониженных физико-механических показателей пористых полимерных композиций, полученных при вулканизации способом «роста», является то, что при этом в первый период вулканизации полимерная реакционная смесь нагревается неодинаково (односторонне), а самое главное не происходит усиления каучука. Выделяющийся при разложении спорофора газ, распределяется в сырой реакционной смеси неравномерно, так как происходит разрыв стенок в некоторой части пор и появляются сообщающиеся поры. Результаты проведенных испытаний по получению синтетических материалов для низа обуви из пористых полимерных композиций, на основе синтезированных сополимеров, подтвердили высокие эксплуатационные качества и физико-механические характеристики пористых полимерных обувных композиций, полученных при вулканизации способом «запрессовки». Следовательно, надо отметить, что вулканизация полимерной композиции способом запрессовки дает возможность получать пористые трехслойные полимерные композиты для обувной подошвы двух вариантов: первый - с двумя монолитными пленками, содержащей в составе рецептуры значительное количество ускорителей сильно вулканизующего действия (тиурам) и внутренним пористым слоем; второй - с одной монолитной пленкой, между двумя пористыми слоями. Пористые полимерные композиции для подошвенного низа обуви состоят из двух пористых слоев и одного внутреннего монолитного, предварительно вулканизованного слоя.

Трехслойная пористая полимерная композиция для изготовления синтетического подошвенного материала низа обуви второго варианта, особенно пригодна для рантово-клеевого метода крепления. Сопротивление прорыву шва обувной подошвы, из такого материала намного выше и при ходьбе еще повышается, примерно с 0,8 до 2,6 кгс/мм, по сравнению с обувного подошвенного материала низа обычной пористой структуры.

В таблице 3 приведены основные физико -механические свойства и эксплуатационные характеристики легких пористых обувных полимерных композитов для изготовления синтетического подошвенного материала обычной и трехслойной структуры с плотностью равной 0,85 г/см3.

Таблица 3

Физико-механические показатели легких пористых подошвенных полимерных композиций для изготовления низа обуви

Показатели Пористые композиты

обычные трехслойные

Плотность, г/см3 0,7 0,7

Предел прочности при разрыве, Н 170 205

Относительное удлинение, % 289 265

Твердость по ТМ-2, усл. ед. 32 45

Сопротивление прорыву шва, кгс/мм толщины 0,75 1,24

Из данных таблицы 3 видно, что подошвенный синтетический материал изготовленной из трехслойной пористой полимерной композиции превосходит, почти по всем показателям, аналогичных материалов из обычного пористого композита, т.е. имеет повышенные твердость, предел прочности при разрыве и особенно высокое сопротивление прорыву шва. Это объясняется тем, что в процессе вулканизации закрепляется пористая макроструктура, которая образуется в первый период вулканизации.

Таким образом, наиболее перспективным способом получения формованных пористых деталей для низа обуви является вулканизация реакционной смеси способом «запрессовки», при котором охлаждение изделий в пресс-формах осуществлялось в охладительных камерах поточным методом с обеспечением последующего нагрева пресс-форм до 150 °С.

Таблица 4

Физико-механические показатели и свойства литьевых термопластичных подошвенных полимерных композиций для низа обуви, содержащих ПЭНП

Показатели Композиция без ПЭНП (контрольный образец) Предлагаемая композиция с добавлением ПЭНП

Предел прочности при разрыве, Н 680 720

Относительное удлинение, % 250 275

Твердость по ТМ-2, усл. ед. 85 80

Сопротивление прорыву шва, кгс/мм толщины 0,86 1,10

Устойчивость к многократному изгибу, тыс. циклов 135 125

В ходе экспериментов было интересно дополнительно выявить сравнительных оценок литьевого способа получение синтетических материалов для низа обуви. С этой цели исследованы физико-механические свойства обувных литьевых термопластичных полимерных композиций на основе ТЭП композитов. В таблице 4 приведены физико-механические показатели

и основные свойства полимерных композиций, содержащих ПЭНП до 30 % от общего количества СКН. Для сравнения исследована подошвенная полимерная композиция для низа обуви на основе СКН с другими соответствующими компонентами и ингредиентами.

Как видно из данных таблицы 4 предлагаемая ТЭП композиция литьевого назначения по показателю прочности при разрыве, относительному удлинению и сопротивлению прорыву шва намного превосходит известную композицию, а твердость и устойчивость к многократному изгибу находится на уровне известной композиции.

Заключение. Результаты исследования физико-механических свойств полимерных композитов как вулканизирующихся, так и литьевых показали, что они не уступают известным полимерным композициям на основе СКН. Экспериментально установлена, что большим преимуществом использования ПЭНП как одного из компонентов рецептуры обувных подошвенных композиций является, придание полимерным композициям хорошей износоустойчивости и высокого предела прочности при разрыве, особенно при повышенной температуре. Для изготовления синтетического подошвенного обувного материала низа применяются термопластичные полимерные композиции с содержанием в составе рецептур реакционной смеси гранулы ПЭНП в пределах 20^30 %. Кроме соотношения гомогенных полимеров большое влияние на свойства композитов оказывает молекулярная масса блоков эластомеров. Наилучший комплекс показателей обеспечивается при молекулярной массе блоков термопластов - ПЭНП 7^15 тыс. и блоков эластомеров - 20^80 тыс.

Список литературы:

1. Калинчев Э.Л., Соковцева М.Б. Выбор пластмасс для изготовления и эксплуатации изделий: справочное пособие. - Л. Химия, 1982. - 328 с.

2. Альтзицер B.C., Меерсон В.Д., Красовский М.Г. Производство обуви из полимерных материалов. - М., 1987.

3. Колышкин Н.Н., Шандра Т.В., Гольдштейн С.Г. Исследование литьевых композиций на основе полиуретанов и ТЭП к действию агрессивных сред // «Новые технологии в производстве кож и обуви». - М., 1988. - С. 80-95.

4. Вольфсон С.И. Динамически вулканизованные термоэластопласты: Получение, переработка, свойства / С.И. Вольфсон. - М.: Наука, 2004. - 173 с.

5. Карпухин А.А. Перспективы использования термопластичных резин в обувной промышленности // Международный сборник научных трудов Техническое регулирование: базовая основа качества материалов, товаров и услуг. - Шахты: ГОУ ВПО «ЮРГУЭС», 2010. - 175 с.

6. Biron M. Thermoplastics and thermoplastic composites: Technical information for plastic users. Elsevier Science, 2007. Р. 874.

7. Handbook of engineering and specialty thermoplastics. In 4 volumes. V 1. Polyolefin's and styrenes / Ed. by J.K. Fink. Scrivener Publishing, John Wiley & Sons, 2010. P. 187-209.

8. Краснов А.П., Выгодский Я.С., Федорова Л.С., Сахарова А.А., Афо-ничева О.В., Волков И.О. Трение многокомпонентных систем на основе сополимеров акрилонитрила с бутилакрилатом и полиимида // Трение и износ. -1999. - Т. 20, № 4. - С. 421.

9. Сербин В.М., Пенкин Н.С. Абразивная износостойкость эластомер-ных композиций на основе сополимера бутадиена, стирола и акрилонитрила в условиях смазки водой // Каучук и резина. - 2002. - № 2. - С. 8-10.

10. Карпухин А.А. Модель качества подошвенных материалов для повседневной обуви / А.А. Карпухин, И.М. Леденева, С.С. Мусоев // Кожевен-но-обувная промышленность. - 1994. - № 11/12. - С. 26-28.

11. Хабибуллаев П.К. Композиты и современная технология // Ж. Композиционные материалы. - 2000. - № 1. - С. 4-11.

References:

[1] The choice of plastics for the manufacture and operation of products: Kalinchev EL, Sokovtseva MB Handbook. - L. Chemistry, 1982. P. 328.

[2] Biron M. Thermoplastics and thermoplastic composites: Technical information for plastic users. Elsevier Science, 2007. P. 874.

[3] Handbook of engineering and speciality thermoplastics. In 4 volumes. V 1. Polyolefins and styrenics / Ed. by J.K. Fink.Scrivener Publishing, John Wiley & Sons, 2010. P. 187-209.

[4] Serbia VM., Penkin N.S. The abrasive wear resistance of elastomeric compositions based on a copolymer of butadiene, styrene and acrylonitrile in a lubrication water // Rubber and rubber. 2002, № 2, pp. 8-10.

[5] Altzitser VS., Meyerson VD., Krasovsky M.G Footwear of plastics. M.: 1987.

[6] Kolishkin N.N., Shandra T.V, Goldstein S.G Study molding compositions based on polyurethane and TPE to aggressive environments // «New technologies in the production of leather and footwear». M., 1988. P. 80-95.

[7] Wolfson S.I. Dynamically vulcanized thermoplastic elastomers: Production, processing, properties / S.I. Volfson. M.: Nauka, 2004. P. 173.

[8] Karpuhin A.A. Quality Model plantar materials for casual shoes / Kar-puhin A.A., Ledeneva I.M., Musoev S.S. // leather and footwear industry, 1994. -№ 11/12. P. 26-28.

[9] Karpuhin A.A. Prospects for the use of thermoplastic rubber in the shoe industry / international collection of scientific papers // Technical regulation: a basic foundation of the quality of materials, goods and services // Mines, GOU VPO «SRSUES», 2010. P. 175.