Проектирование изделий специального назначения с учетом деформационных свойств материалов Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

УДК 537.525.7:621.762

Л. Ю. Махоткина

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ИЗДЕЛИЙ СПЕЦИАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ С УЧЕТОМ

ДЕФОРМАЦИОННЫХ СВОЙСТВ МАТЕРИАЛОВ

Ключевые слова: обувь специального назначения, предел прочности при растяжении, высокое сопротивление многократному

изгибу.

В статье показаны оптимальные варианты регулирования упругопластических свойств натуральной кожи для верха обуви, которые позволяют при данной заготовке форме сохраняться после съема с колодки и в процессе эксплуатации за счет обработки ее высокочастотной плазмой.

Keywords: footwear of special purpose, tensile strength, high resistance to repeated bending.

The article shows the best options for regulation of elastic-plastic properties of genuine leather for shoe uppers, which allows persist the form after removal from the last and during the operation due to radio-frequency plasma processing.

Разработка новых моделей средств индивидуальной защиты, к числу которых относятся изделия специального назначения, производится по определенной системе, позволяющей учитывать все заданные условия для создания удобной и целесообразной формы [1]. Основными требованиями, предъявляемыми к изделиям специального назначения, являются надежность, комфортность, гигиеничность и практичность. Показателями надежности материалов - предел прочности при растяжении, высокое сопротивление многократному изгибу, стойкость к действию влаги, тепла и других внешних факторов, от чего появляются дефекты на поверхности во время их эксплуатации.

К изделиям специального назначения относится специальная обувь. Основным видом обуви специального назначения, удобным в эксплуатации, являются ботинки с высокими берцами [2]. Обувь с высокими берцами отличается от предшественников легкостью, обусловленной применением кож меньшей толщины, большей прочностью, экономичностью в процессе производства и более высокой травмобезопасностью за счет более надежной фиксации голеностопа, но, несмотря на это оставляют ногу подвижной, что значительно уменьшает шансы на получение растяжений сухожилий или иных травм.

Исходя из этого, необходимо принять во внимание, что упругопластические свойства материалов имеют большое значение при изготовлении изделий специального назначения. В комплексе свойств, определяющих удобство спецобуви в эксплуатации, немаловажную роль играет и ее способность приформовываться к нижним конечностям, т.к. именно эта характеристика в значительной степени определяет физическое и психологическое состояние рабочего.

В целях унификации модельного ряда обуви специального назначения для выполнения требований соответствия условиям эксплуатации, при проектировании моделей ботинок с высокими берцами и выборе материалов, в качестве условий эксплуатации закладываются климатические условия: интервал средней температуры года -350С - +350С; количество осадков за год 800 мм [3]. Допустимые параметры

микроклимата внутриобувного пространства: температура от 18 до 330С; влажность от 60 до 73 %, содержание углекислого газа (СО2) 0,8 %.

Проектирование внутренней формы обуви осуществляется радиусографическим методом. В основу построения чертежей колодки положены размеры среднетипичной стопы и нормативы ГОСТ 3927 - 88. При переходе от пространственной формы стопы к колодке учитываются изменения размеров формы стопы в процессе работы, допустимое сжатие отдельных ее участков обувью, эстетические и технические требования [4]. Для построения используются плантограммы стопы, гипсовые слепки со стоп в различных положениях: при равномерной нагрузке обеих ног; при нагрузке стопы массой тела (стоя); вне нагруженном состоянии (сидя); при равномерной нагрузке обеих ног; при поднятии пятки на высоту; в момент отрыва от опорной поверхности.

Благодаря большой доли упругих деформаций верх такой обуви после снятия с колодки сокращает размеры значительнее, чем верх из кожи, что необходимо учитывать при определении размеров обувной колодки. Из плоских материалов путем вырубания получают детали верха обуви. При соединении деталей по определенной технологической последовательности получают заготовку верха ботинок с высокими берцами.

Технологический процесс изготовления заготовки верха обуви включает в себя формование заготовок с целью придания ей объемной формы в соответствии с конструктивными особенностями обуви и колодкой на формовочной машине, основным рабочим органом которой является формующая плита, повторяющая изгибы колодки. Операции формования, при которых заготовке придают форму колодки - важнейшие в производстве обуви. От точности их выполнения зависит качество проведения последующих операций, а также внешний вид обуви.

Формование заготовок верха призвано обеспечить окончательную форму готового изделия. Форма, полученная заготовкой в процессе формования, должна сохраняться после снятия обуви с колодок, при ее хранении, транспортировании и эксплуатации.

Формованию заготовок на колодке предшествует ряд операций. Для снижения усилий при формовании,

повышения пластических свойств заготовки увлажняют до влажности 30% и вытягивают. При этом используются различные способы - от сорбции влаги из воздуха до увлажнения в жидкой фазе, то есть погружением в воду.

При формовании обувной заготовки верха ботинок с целью придания пространственной формы материал подвергается различным видам деформации: одномерное растяжение, вытяжка (двумерное растяжение в двух направлениях), сжатие, изгиб, преобладающей из которых является растяжение. Характер деформации и ее величина зависят от конструкции заготовки и упругопластических свойств материалов.

В условиях производства обуви и при ее эксплуатации материалы подвергаются небольшим нагрузкам, что составляет 10-30% от нагрузки при полном разрыве. Однако при постоянном чередовании нагрузки и отдыха материал ослабляется, изменяются его форма и линейные размеры, что значительно ухудшает внешний вид изделия и комфортность при носке [5].

За счет сетчатого строения обувной кожи, при растяжении ее в одном направлении, происходит сокращение ее размеров в перпендикулярном направлении, и плоская заготовка принимает форму той поверхности, на которой в данный момент она находилась.

Интенсивное механическое воздействие на обувь во время ее эксплуатации происходит в носочно-пучковой части обуви, поэтому там и наблюдаются, рассматривая характеристики изделий с точки зрения потребительских свойств, наиболее заметные изменения формы обуви (увеличение или уменьшение размеров верха обуви или смещение верха обуви на наружную или внутреннюю сторону, складкообразование верха обуви). Изменение формы обуви при ходьбе может привести к ограничению гибкости стопы и потере при этом ее пружинящих свойств.

Сохранить форму и повысить упругопластические свойства материала из натуральной кожи возможно за счет обработки материала низкотемпературной плазмой [6].

Натуральная кожа относятся к волокнистым капиллярно-пористым материалам и имеют сложное строение, в значительной степени обусловливающее деформационные процессы, которые имеют выраженный релаксационный характер [7,8]. Для оценки величины и характера изменений, происходящих в коже при механическом воздействии и после его прекращения на стадии опытной носки, рассмотрены одноцикловые характеристики в режиме «нагрузка - разгрузка - отдых».

На рис. 1 приведена зависимость абсолютного полного и остаточного удлинения кожи для верха обуви от приложенного усилия.

Как видно из рисунка абсолютное полное удлинение кожи до формования после обработки

низкотемпературной плазмой при мощности разряда 1,3 кВт, не изменяется, остаточное удлинение увеличивается на 25 %; абсолютное полное удлинение кожи заготовки верха обуви после обработки низкотемпературной плазмой при мощности разряда 1,6 кВт уменьшается на 6 %, остаточное удлинение на 33 %.

IW

к1

□ К

ы

Л Г\ on ОГ> А Г\ СП

5 4 3

I2

- 1

о

<0

■Wp=1,3

кВт С Контрольн

ый □ Wp=1,6 кВт

10 20 30 40 50

р, дан

б

Рис. 1 - Зависимость абсолютного полного (а) и остаточного (б) удлинения обувной кожи от приложенного усилия.

Таким образом, показаны оптимальные варианты регулирования упругопластических свойств натуральной кожи для верха обуви, которые позволяют приданной заготовке форме сохраняться после съема с колодки и в процессе эксплуатации за счет обработки ее высокочастотной плазмой.

Литература

1. Н. В. Бекк, Л. А. Белова, Л. Ю. Махоткина, Вестник Казан. технол. ун-та, 15, 15, 255-258 (1998)

2. Л. Л. Никитина, Л. Ю. Махоткина, О. В. Фукина, Кожевенно-обувная промышленность, 3, 24-25

3. А. П. Жихарев, О. В. Фукина, И. Ш. Абдуллин, Л. Ю. Махоткина, Влияние факторов окружающей среды на материалы лёгкой промышленности, КГТУ, Казань, 2011, 231 с.

4. Л. Л. Никитина, Л. Ю. Махоткина, Л. Г. Хисамиева, Вестник Казанского Технологического Университета, 9, 373-376 (1998)

5. Л. Ю. Махоткина, Кожевенно-обувная промышленность, 5, 36-37

6. Пат. Россия RUS 2127763 (1999)

7. Г. И. Гарипова, И. Ш. Абдуллин, Л. Ю. Махоткина, Вестник Казан. технол. ун-та, 4, 121-122 (1998)

8. Л.Ю. Махоткина, Дисс. докт. тех. наук, КГТУ, Казань, 2006, 341 с.

© Л. Ю. Махоткина - д-р техн. наук, проф., зав. каф. «Конструирования одежды и обуви» КНИТУ, lili_makh@mail.ru.

© L. Makhotkina - Doctor of technical science, professor, head of the Garment and Footwear Design department, KNRTU, lili_makh@mail.ru.

а