Модификация натуральной кожи для верха обуви потоком неравновесной низкотемпературной плазмы пониженного давления Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

Н. В. Тихонова

МОДИФИКАЦИЯ НАТУРАЛЬНОЙ КОЖИ ДЛЯ ВЕРХА ОБУВИ ПОТОКОМ

НЕРАВНОВЕСНОЙ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ПЛАЗМЫ ПОНИЖЕННОГО ДАВЛЕНИЯ

Ключевые слова: натуральная кожа, неравновесная низкотемпературная плазма пониженного давления, модификация, физико-механические свойства, формоустойчивость.

Исследовано влияние обработки кожи для верха обуви потоком неравновесной низкотемпературной плазмы пониженного давления на формо-устойчивость обуви. Установлена зависимость между изменениями рассматриваемого свойства и режимами плазменной обработки.

Keywords: leather, nonequilibrium low-temperature plasma of reduced pressure, modification,

mechanical properties, dimensional stability.

The effect of skin treatments for shoe upper stream of nonequilibrium low-temperature plasma of reduced pressure on the dimensional stability shoe. The dependence between the changes in the property in question and the mode of plasma treatment.

Повышение конкурентоспособности обуви из натуральной кожи в первую очередь зависит от повышения качества материалов, входящих в пакет и обеспечивающих основные показатели конечного изделия. Современные производители большое внимание уделяют повышению формоустойчивости, улучшению гигиенических и эстетических свойств обуви. Поэтому материалы, применяемые для ее изготовления, должны обладать хорошей формовочной способностью, хорошо деформироваться при растяжении, чтобы придать верху обуви форму колодки и быть пластичными, чтобы сохранить форму обуви во время носки. В тоже время материалы должны быть упругими и способными к восприятию циклических нагрузок. Удовлетворение этому комплексу требований обеспечивается, прежде всего, соответствующими физико-механическими и физико-химическими свойствами материалов. Таким образом, проблема обеспечения формоустойчивости обуви остается актуальной. Для решения этой проблемы разрабатываются новые технологии для повышения формовочной способности материала. Установлено, что перспективным методом модификации кожи и полимерных материалов является воздействие неравновесной низкотемпературной плазмой, создаваемой с помощью высокочастотного разряда пониженного давления [1].

Физико-механические свойства натуральной кожи определяются свойствами волокон и их взаимным расположением. Срез необработанного плазмой образца имеет однородную бугристую поверхность, где прослеживаются особенности расположения коллагеновых пучков и волокон. Средний угол наклона пучков волокон к поверхности дермы на разных ее участках колеблется. После воздействия плазмы регулярность сплетения структурных элементов кожи сохраняется, а угол сплетения пучков волокон изменяется. Известно, что от угла сплетения зависят такие свойства кожи как: прочность, износостой-

кость и пластичность, а, следовательно, и формоустойчивость готовой обуви. После обработки низкотемпературной плазмой происходит расщепление пучков волокон дермы, это делает кожу более мягкой и тягучей с одной стороны, а уплотнение волокон более прочной и пластичной с другой стороны.

Это объясняется тем, что плазменная обработка является объемной и позволяет осуществлять плазменное воздействие по всему объему. Расщепление пучков волокон дермы и конформационные изменения, приводящие к дополнительному упорядочению аморфной фазы позволяет регулировать эксплуатационные характеристики кожи.

Известно, что воздействие неравновесной низкотемпературной плазмы пониженного давления на натуральную кожу является комплексным: происходит одновременно обработка внешней поверхности материала и внутренней поверхности пор и капилляров. Взаимодействие потоков заряженных частиц, поступающих на внешнюю поверхность из плазмы, а на внутреннюю - из объема пор и капилляров в результате пробоя последних, приводит к увеличению разволокнения и окристаллизованности аморфной фазы. При этом происходят изменения физико-механических характеристик материалов, что является основой увеличения формоустойчивости обуви в процессе эксплуатации после плазменной обработки. Это связано с тем, что происходят конформационные изменения, приводящие одновременно к повышению прочности кожи и разделению пучков волокон, в результате чего изменяются эластичные свойства материала, улучшаются физико-механические характеристики кожи.

Проведенные исследования влияния ННТП обработки на физико-механические свойства кожи для верха обуви из шкур КРС хромового дубления, показали, что ННТП обработка кожи для верха обуви из шкур КРС хромового дубления в режиме Wp=1,6 кВт, /*=13,3 Па, GAr=0,04 г/с, t = 3 мин позволяет увеличить физико - механические показатели: увеличиваются предел прочности при растяжении и прочность лицевого слоя на 25-30 %, увеличивается устойчивость покрытия к многократному изгибу на 33 %, устойчивость к истиранию на 50 %, что связано с конформационным изменениями, разделением волокнистой структуры дермы и перераспределением ее пористости во время обработки неравновесной низкотемпературной плазмой.

Испытания кожи на растяжение по ГОСТ 938.11 проводили на маятниковой разрывной машине РТ-250М с автоматическим прибором для записи диаграммы растяжения. Предел прочности при растяжении образцов фиксировали по шкале нагрузок разрывной машины. Прочность лицевого слоя определяли при появлении трещины лицевой поверхности. Величину нагрузки, необходимую для подсчета напряжения и момент появления трещин определяли по диаграмме растяжения и по шкале нагрузок. Удлинение образца измеряли одновременно с пределом прочности. Необходимо отметить, что кожа относится к упругопластическим материалам и не подчиняется закону Гука, поэтому модуль упругости является условным показателем. В связи с чем расчет модуля упругости, как и жесткости, осуществлялся при деформации испытываемого материала.

Установлено, что плазменная обработка способствует повышению модуля упругости в режиме Wp=1,6 кВт, P=13,3 Па, GAr=0,04 г/с, t = 3 мин по сравнению с контрольным образцом модуль упругости кожи увеличивается на 30 % (значение контрольного образца Е=4,35 Н/м).

Повышение показателя модуля упругости и жесткости кожи из шкур КРС хромового дубления связано с увеличением средней плотности волокон и упрочнением молекулярных связей.

Однако формоустойчивость обуви, как конечного изделия не может быть оценена через свойства каждого материала, входящего в пакет, а только комплексно. Большую часть показателей при этом можно определить только в условиях опытной эксплуатации (опытной носки).

Для оценки эксплуатационных свойств материала после обработки ВЧ- плазмой проведена опытная носка обуви, так как при лабораторных испытаниях не удается создать такие же условия воздействия на материал.

Формоустойчивость верха обуви определяли после носки путем непосредственного измерения на обуви величины приращения измеряемого участка и отнесения его к величине этого же участка готовой не ношеной обуви без и при применения обработки неравновесной низкотемпературной плазмой.

Опытная носка показала, что наиболее сильным воздействиям подвергается участок верха обуви над плюсно - фаланговом сочленении стопы, который при переносе опоры стопы на пучки значительно изгибается.

Установлено, что интенсивное увеличение размеров верха обуви, особенно в области пучков, происходило в течении первых 2-3 недель носки. В обуви, изготовленной из кожи модифицированной в режиме Wp=1,6 кВт, Р=13,3 Па, 0Лг=0,04 г/с, 1 = 3 мин, в процессе носки произошло увеличение поперечных размеров только до 3%, что не считается потерей формы, а в контрольных парах обуви произошло увеличение поперечного размера в области пучков более чем на 6 %, что свидетельствует о частичной потере формы. При изгибе, как в области растяжения, так и в области сжатия происходят изменения структуры материала, подобное тому, какое происходит при испытании на растяжение и сжатие материала. Пучки волокон кожи из шкур КРС хромового дубления не обработанной низкотемпературной плазмой теряют разволокненость, в то время как волокна обработанных пар остаются эластичными и способными восстанавливаться после приложенной нагрузки при носке обуви.

Таким образом, ННТП обработка деталей верха обуви в указанном режиме, способствует повышению предела прочности на многократный изгиб, усиливает сопротивление механическим воздействиям в процессе эксплуатации и повышает комплексный показатель качества обуви - формоустойчивость.

Литература

1. Тихонова, Н.В. Высокочастотная плазма пониженного давления в производстве обуви / Н.В. Тихонова, И.Ш. Абдуллин, Л.Ю. Махоткина //Вестник Казанского технол. ун-та - 2009. - №4. -С.131-135.

© Н. В. Тихонова - канд. техн. наук, доц. каф. «КОиО», [email protected].