CC BY
209
Л. Л. Никитина, Л. Ю. Махоткина, Л. Г. Хисамиева
ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПОДОШВ ИЗ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ И ПРЕСС-ФОРМ ДЛЯ ИХ ИЗГОТОВЛЕНИЯ
Ключевые слова: формованная подошва, полимерные материалы, пресс-форма,
полимерные материалы.
Современные материалы для обуви - это полимерные материалы. Наиболее широко полимерные материалы используются для деталей низа обуви. Рассматриваются полимерные материалы, применяемые для формованных подошв, приводятся показатели их свойств и особенности проектирования подошв и пресс-форм для их изготовления.
Keywords: the molded sole, polymeric materials, mold, polymeric materials.
Contemporary materials for the foot-wear - these are polymeric materials.
Most widely polymeric materials are used for the components of the bottom of footwear. Are examined the polymeric materials, used for the molded soles, they are brought the indices of their properties and special feature of the design of soles and molds for their production.
Использование формованных подошв при изготовлении обуви клеевого метода крепления значительно уменьшает трудоемкость и увеличивает производительность за счет исключения ряда технологических операций по получению деталей, их предварительной и окончательной обработке, улучшает потребительские свойства: повышается сопротивление истиранию подошвы, увеличивается срок службы обуви, водопроницаемость приближается к нулю и т.п. Особенности проектирования формованных подошв и пресс-форм для их изготовления определяются рядом факторов, наиболее важными из которых являются физико-механические свойства материалов и технология изготовления подошв.
Для изготовления формованных подошв используют, в основном, резины, полиуретаны (ПУ), поливинилхлориды (ПВХ), термоэластопласты (ТЭП), также этиленвинилаце-тат (ЭВА). Наиболее распространенным методом изготовления подошв из названных полимерных материалов является литье под давлением, также для изготовления полиуретановых подошв используется метод жидкого формования, для резиновых - метод горячей вулканизации.
Обувная резина - большая группа искусственных материалов, используемых, в основном, для изготовления низа обуви; очень прочный и эластичный материал, но имеющий меньшую эластичность, чем каучук. Обувная резина представляет собой сложное соединение полимерной основы (каучука, в основном, синтетического: бутодиенстирольного СКС-10, СКС-30, СКС-50, СКС-85, бутадиенового СКБ, дивинилового СКД и изопреново-го СКИ-3) и различных добавок. В процессе вулканизации происходит изменение свойств резиновой смеси вследствие взаимодействия каучука с серой и образования пространственной (трехмерной) структуры. [1, 2, 3]
Поливинилхлорид получают полимеризацией хлористого винила при температурах от 20 до 100оС с пероксидными инициаторами. В полимер вводят пластификаторы (эфиры
фталевой, себациновой и адипиновой кислот) для улучшения эластопластических свойств, стабилизаторы (бариевые, кадмиевые и другие соли жирных кислот) - для повышения стойкости к внешним воздействиям, преобразователи, красители и другие ингредиенты, меняя свойства полимера. Подошвы из ПВХ вырабатывают методом литья под давлением. По структуре материала они могут быть монолитными и пористо-монолитными (микропористыми) [1, 2].
Особое место среди подошвенных материалов занимают термоэластопласты (ТЭП), которые сочетают в себе эластические свойства каучуков и пластические свойства термопластов и находят широкое применение в обувной промышленности. Такое сочетание свойств определяется структурой полимеров. ТЭП представляют собой блок-сополимеры структуры А - Б - А или А - Б - С - Б - А, где А - термопластичный блок, Б - эластичный блок, С - агент полимеризации. В начале 60-х годах прошлого столетия началось производство ТЭП на основе этилена и винилацетата. В качестве блока А используют полистирол, полипропилен, полиметилметакрилат, поливинилхлорид и др., в качестве блока Б -полиизопрен, полибутадиен, полиизобутилен и др. От термопластов ТЭП отличаются низкими остаточными удлинениями, высоким сопротивлением истиранию и коэффициентом трения. Наиболее широко применяют трехблочные дивинилстирольные термоэластопласты ДСТ-30, ДСТ-50 и ДСТ-75. их используют для производства пористых формованных подошв. Также используются изопренстирольные ИСТ-20, ИСТ-30, дивинилметилсти-рольные ДМСТ-30. Оптимальными свойствами обладают трехблочные полимеры с содержанием стирола 20 - 30 %. Для улучшения технологичности (перерабатываемости), снижения стоимости и улучшения некоторых свойств в ТЭП вводят мягчители, наполнители, порообразователи, стабилизаторы, красители и т.п. [1, 2, 3].
Этиленвинилацетат (ЭВА) в обувном производстве начал применяться в конце 70-х годов прошлого столетия. ЭВА - сополимер этилена и винилацетата характеризуется невысокими показателями физико-механических свойств, однако отличается легкостью и низкой ценой. В 90-е годы появился поперечно-сшитый пенно ЭВА. Структурирование (процесс поперечной сшивки) позволил улучшить эксплуатационные характеристики ЭВА и перерабатывать его методом формования. Подошвы из ЭВА используют для домашней, пляжной, спортивной обуви.
Полиуретаны - это звенья макромолекул полиуретановых смол, связанные между собой уретановой группой. На основе полиуретанов производятся износостойкие подошвы и набойки, синтетические кожи для верха и подкладки обуви, клеев и покрытий, стойких в различных условиях эксплуатации. Основными исходными продуктами для получения полиуретана служат поли- и диизоцианаты и высокомолекулярные вещества с гидроксильными и эфирными группами. При изготовлении формованных полиуретановых подошв используют гидроксилсодержащие компоненты или жидкие каучуки. В качестве гидроксилсодержащего компонента наиболее часто применяют простые и сложные полиэфиры. Из простых полиэфиров наиболее часто применяют полиэтиленгликоль, полиоксипропи-ленгликоль и полифурит, представляющие собой жидкости с молекулярной массой 400 -1500, из сложных полиэфиров - полиэтиленгликольадипинат, поликапролактон, полиэти-ленбутиленгликольадипинат и др. - воскообразные и кристаллические вещества с молекулярной массой до 3000. При получении ПУ гидроксилсодержащие компоненты реагируют с изоцианатами. В смесь также вводят поверхностно-активные вещества и прорегуляторы. Композиции на основе сложных полиэфиров перерабатывают при температуре 40 - 60оС, из простых полиэфиров - при температуре 20 - 22оС. Композиции на основе сложных полиэфиров обеспечивают высокую прочность и сопротивление истиранию. В основном их
применяют для литья низа на верх затянутой обуви. Композиции на основе простых полиэфиров обеспечивают высокую гидролитическую устойчивость при меньшей прочности и сопротивлению истиранию и используются для литья подошв.
Подошвы из ПУ вырабатывают двумя методами: жидкого формования и литья под давлением. Наиболее часто используют метод жидкого формования. Подошвы, полученные этим методом, имеют микроячеистую структуру, что обеспечивает легкость, хорошие теплозащитные свойства и экономию материалов. Метод жидкого формования условно считают разновидностью метода литья под давлением. С литьем под давлением термопластичных полимеров жидкое формование объединяет лишь наличие операций заполнения пресс-формы и получения в ней изделия. При жидком формовании ингредиенты композиции на литьевом агрегате поступают по шлангам из реакторов в виде двух потоков (А и Б) в смесительную камеру, в которой соединяются в один поток, а затем впрыскиваются в пресс-форму, где происходят синтез, вспенивание и отверждение полимерной композиции, формование и фиксация форм низа обуви. Ингредиенты композиции могут соединяться в поток тремя методами: одно- двухстадийным (преполимерным), псевдопреполимерным. При производстве полиуретановых подошв жидким формованием предпочтителен псевдо-преполимерный метод, при котором смешивают потоки разной вязкости и массы, отсутствует саморазогрев смеси, преполимер получают готовым с химических заводов [1, 2, 3, 4].
Способность жидкой полиуретановой композиции равномерно распределяться по площади при незначительных силах деформации позволяет применять их для изготовления пресс-форм и затворных устройств пресс-форм несложных конструкций. При этом не только удешевляются пресс-формы из эпоксидных или других смол, из полиуретана, силикона, но и резко сокращаются сроки их изготовления, достигается высокая мобильность смены моделей низа и всей конструкции изделия, что важно в условиях быстрой сменяемости ассортимента. Например, для заполнения подошвенной пресс-формы объемом 400см3 требуется: 480г ПВХ-пластиката, 450г непористой резиновой смеси, 400г транспарентной резиновой смеси, 210г микроячеистой композиции из уретановых эластомеров для повседневной обуви, 180г микроячеистой смеси уретановых эластомеров для модельной обуви. Расход электроэнергии при разогреве пресс-форм при жидком формовании низа обуви из уретановых эластомеров значительно ниже, чем при горячей вулканизации и даже при литьевых методах с применением ПВХ или ТЭП, где пресс-формы охлаждаются, а разогреваются шнек и другие элементы агрегатов. При изготовлении подошв из уретано-вых эластомеров температура пресс-форм 45 - 55оС, при вулканизации резинового низа -170 - 190оС, при литье температура разогрева композиции ПВХ-пластиката 180 - 190оС. Снижение температуры пресс-форм также способствует улучшению условий труда.
Помимо свойств материалов, оказывающих существенное влияние на формирование потребительских свойств, при построении подошвы предусматриваются полости для облегчения конструкции и повышения гибкости. В подошвах из резины, ПВХ и ТЭП полости проектируются в виде решетки, стенки которой имеют уклон к основанию 3 - 5о. В полиуретановых подошвах выполнение решетки с остроугольными переходами недопустимо, поскольку они являются местами концентраций напряжений, вызывающих излом подошвы. Из этих соображений на ходовой поверхности не делаются поперечные желобки, недопустима грубая нарезка (имитация швов) и т. п. для облегчения таких подошв выполняются цилиндрические или конические отверстия, максимальная глубина которых составляет 2/3 толщины подошвы. Диаметр отверстий 8 - 15 мм. При моделировании геометрии ходовой стороны подошвы сложной формы необходимо учитывать особенности технологии ее изготовления, в том числе возможности фрезерного станка с ЧПУ, на кото-
ром будет обрабатываться оснастка для литья. При проектировании пресс-форм большое значение имеют технологические параметры переработки полимерных материалов, в частности, усадка - это свойство пластических масс уменьшаться в размере при охлаждении после извлечения из пресс-форм. Уменьшение неодинаково по длине и ширине подошвы. На практике необходимо уточнять значение величины усадки в разных поперечных сечениях.
Литература
1. Иванова, В.Я. Материаловедение изделий из кожи / В.Я. Иванова. - М.: Альфа-М: ИНФРА-М, 2008. - 208 с.
2. Зурабян, К.М. Справочник по материалам, применяемым в производстве обуви и кожгалантереи / К.М. Зурабян. - М.: 8Ьое-1еоп8, 2003. - 209 с.
3. Фомченкова Л.Н. Современные полимерные материалы для низа обуви / Л.Н. Фомченкова // Кожевенно-обувная промышленность. - 2009. - №4. - С. 25 - 30.
4. Пермяшкина, О.И. Совершенствование устройств формирования потока вспененного полимера на выходе из экструдера / О.И. Пермяшкина, В.А.Куничан, М.В. Обрезкова // Вестник Казан. технол. ун-та. - 2009. - №4. - С.159 - 165.
© Л. Л. Никитина - канд. пед. наук, доц. каф. конструирования одежды и обуви КГТУ; Л. Ю. Махоткина - д-р тех. наук, проф., зав. каф. конструирования одежды и обуви КГТУ; Л. Г. Хисамиева - канд. пед. наук, доц. каф. моды и технологии,: [email protected].
