MT_1_20_1

 

MT_1_20_1

06.09. 2022

Тема №5 Клейові матеріали

 Урок №1  Класифікація клеїв за призначенням.

Класифікація клеїв.

ВЗУТТЄВІ КЛЕЇ

Клеї відносяться до допоміжних матеріалів і широко використовуються для виробництва виробів із шкіри. Вони забезпечують високу міцність скріплення для матеріалів різної товщини і в різних умовах експлуатації, дають можливість підвищити продуктивність праці за рахунок механізації та автоматизації технологічних процесів і забезпечують високу якість виробу.

До клеїв пред’являють наступні загальні вимоги: вони повинні мати високу адгезію, когезію і аутогезію, а також високу швидкість схоплення (затужання) при склеюванні; створювати еластичні та міцні клейові плівки, які стійкі до дії вологи, високої та низької температури; мати просту і зручну технологію використання; бути нетоксичними і стійкими до старіння.

Асортимент клеїв для виробів із шкір досить широкий і класифікувати можна за наступними ознаеками: природою полімеру, призначенням, агрегатним станом тощо.

За природою полімеру клеї поділяють на натуральні (рослинного і тваринного походження), штучні та синтетичні.

Основу натуральних клеїв складають природні полімери рослинного або тваринного походження. Більшість таких полімерів гідрофільні, розчиняються або набухають у воді. Виключення складає натуральний каучук і гутаперча, які розчиняються не у воді, а в органічних розчинниках. До рослинного походження відносять клеї на основі натурального каучуку, борошна, крохмалу, або до тваринного – міздровий, казеіновий. Клеї розчини на основі клеючих речовин рослинного і тваринного походження в наш час використовують обмежено, так як вони мають низьку адгезію і вимагають для свого виготовлення дефіцитної сировини.

До штучних клеїв відносять нітроцелюлозні і карбоксілметилцелюлозні (КМЦ), які у взуттєвому виробництві практично не застосовуються.

Синтетичні клеї переважно випускають на основі еластомірів (каучуків) і пластиків та смол (смоляні). До каучукових відносять поліхлоропренові, поліуретанові клеї – розчини, а також синтетичні латекси на їх основі. До числа смоляних відносять клеї – розплави на основі поліамідів, поліефірів, співполімерів етилену з вінілацетатом. Можливо також використання синтетичних комбінованих (каучокосмоляних) клеїв. Наприклад, на основі бутадієн-нітрильного каучука СКН – 26 і полівінілхлоридної смоли ПСХ-К тощо.

ПИТАННЯ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЮ

1. За якими ознаками класифікують взуттєві клеї?

2. Як поділяють клеї за природою полімеру?

Домашнє завдання: Зробити конспект.

Література : Б.Я.Краснов «Материаловедение  обувного и кожгалантерейного производства»  стор. 156-159.

 

 

MT_1_20_33

 MT_1_20_33

MT_1_20_33

 

Матеріалознавство  гр. 1/20

19.05. 2022

Тема № 3 Штучні та синтетичні шкіри.

Урок № 33   Механічні властивості штучних та синтетичних шкір.

Загальні відомості про механічні властивості матеріалів

На матеріали, що застосовуються людиною для взуття та одягу, діють в основному розтягуючі зусилля, а також стискання, тертя, згин. Тому поняття механічних властивостей матеріалів входить у вивчення поведінки матеріалів при їх розтягуванні, згині, стисканні, фрикційних діях на матеріал (протидія сковзанню), опір матеріалів стиранню (особливо для низу взуття).

Властивості матеріалів при розтягуванні визначаються для таких матеріалів як: шкір для верху взуття, тканин, гуми, картонів, синтетичних та штучних шкір; при згині – шкіра для низу взуття, тканини, гуми, картони, синтетичних та штучних шкір; при стиранні – шкіра для низу взуття, тканин, гуми, картонів, синтетичних та штучних шкір.

Для матеріалів(шкіра, синтетична шкіра, гуми) має значення процес старіння. Для гум визначають опір роздиру, опір гум прориву ниткою та вириванню шпильки.

Для синтетичних та штучних шкір визначають жорсткість та пружність, морозостійкість.

Всі перераховані показники відносяться до механічних властивостей матеріалів.

ПИТАННЯ ТЕМИ

1. Основні поняття зносостійкості

2. Зносостійкість матеріалів при стиранні

3. Стійкість до старіння

4. Потостійкість

5. Стійкість до дії агресивних середовищ

6. Стійкість до дії біологічних агентів

ІНФОРМАЦІЙНІ МАТЕРІАЛИ ТЕМИ

ЗНОСОСТІЙКІСТЬ МАТЕРІАЛІВ

1.Зносостійкістю називають здатність матеріалів протидіяти комплексній дії різних чинників в процесах зберігання, технологічної обробки та експлуатації у виробах. Зносом матеріалу називають процес поступового руйнування його при експлуатації виробів. Знос матеріалів проявляється в зміні їх зовнішнього вигляду, структури і властивостей та призводить до їх руйнування. Іноді такі зміни властивостей роблять експлуатацію матеріалів неможливою, хоча виріб може ще не бути зруйнованим. Зносостійкість матеріалів залежить від їх макро- і мікроструктури, хімічного складу, особливостей виробництва та інших чинників.

Знос матеріалів відбувається внаслідок дії таких чинників (одночасної дії):

- механічних –стирання та втрата міцності з-за багаторазової дії розтягування, стискання, згину;

- фізико-хімічних – дія світла, вологи, температури, повітря, кисню, озону, поту, агресивних середовищ і т. інш.;

- біологічних – дія мікроорганізмів, що викликають гноїння матеріалів.

В процесі експлуатації ці чинники, як правило, діють на підошву впливає тертя, розтягування, стискання, атмосферні явища, свілотпогода і т. інше. На матеріали верху взуття діють багаторазові згини, розтяг, атмосферні явища на шкіргалантерейні вироби – тертя, розтяг, атмосферні умови, світлопогода і таке інше.

Важливою проблемою є створення рівнозношування виробів із шкіри. Для цього необхідно підбирати матеріали так, щоб вони виходили з ладу під впливом чинників зносу приблизно через однаковий інтервал часу.

2. При експлуатації виробів між тілом людини, матеріалами та навколишніми предметами є постійний контакт. При цьому виникає тертя деталей та відбувається їх зношування. Особливо інтенсивно відбувається цей процес в матеріалах підошов та каблуків.

Зношування та знос взуття вивчали такі вчені як Кутян, Черніков, Міхєєв та ін.

Характер деформації при експлуатації залежить від структури матеріалу, його призначення, товщини. Для того, щоб відтворити процес зношування матеріалів підбирають вид впливу на матеріали та відтворюють цей процес при стендових лабораторних іспитах.

Зносостійкість матеріалів для виробів із шкіри при терті визначають на приладах: МИ-2 – імітує знос матеріалу, використовуючи шліфувальне полотно та зразки різних матеріалів. Наприклад, зразки гуми зважують до початку іспиту, потім зразок труть 10 хв. (400 об.) та знову зважують. Опір тертю гум  , Дж/мм³ характеризують роботою тертя А, Дж, необхідної для стирання 1мм³ гуми та визначають за формулою:

де  - зменшення об’єму гуми за час тертя;

k – коефіцієнт, який враховує здатність полотна стирати матеріал.

Випробування гум на приладі МИ-2 не враховує тертя котінням та амортизаційні властивості гум.

На приладі ИПМ можна випробувати матеріали в режимах сковзання та сполучення ковзання з котінням на поверхні асфальту. При стиранні на приладі ИПМ гуми деформуються як в реальних умовах носки взуття. Опір стиранню на приладі ИПМ визначається кількістю обертів.

Для випробування шкіри для низу взуття застосовують прилад типу МИ-2. Опір стиранню на цьому приладі визначається числом обертів необхідних для стирання 1 мм товщини шкіри. На приладі ИКВ процес іспитів ще більше наближається до реальних умов зносу. Зразки шкіри вологі та труться об зерна кварцевого піску. Тертя доповнюється котінням зразка. Опір стиранню визначають по втраті товщини шкіри та характеризуються кількістю годин необхідних для стирання 1 мм товщини зразка.

Для визначення опору стирання картонів використовують прилад ИКС, в якому зволожений картон стирають гумою. Опір стиранню оцінюють втратою товщини картону за одиницю часу.

Знос тканин вивчають на приладі ТИ-1М, що стирає зразок по кільцю. В зв’язку з тим, що умови іспитів на всіх приладах різні, то порівняння результатів стирання матеріалів не можливе.

В приладах використовують головки з поверхнею з наждачного матеріалу (каменя), сірошинельного сукна, або іншого матеріалу. Критерієм стирання є число циклів стирання до появи наскрізної протертості. Особливо складно імітувати стирання тканин. Тому що в реальних умовах цей процес відбувається на протязі довгого часу, стираючі зусилля не такі вже й великі, тому волокна тканини встигають релаксувати. На приладах такі умови не забезпечуються. Тому іноді зразки тканин із визначеними фізико-механічними властивостями стирають певний час, а потім розривають зразки і визначають, на скільки зменшується міцність зразка. Зміна міцності зразка після стирання по відношенню до попередньої є показником опору стиранню.

Опір стиранню штучних м’яких шкір визначають на приладі ИКИ – 1М, схожим на прилад ТИ-1М. Показником опору стирання є втрата маси зразка на одиницю виконаної роботи (гр/МДж).

3. Старінням називають процес зміни властивостей матеріалів під дією фізико-хімічних чинників – кліматичних агресивних середовищ. Старіння відбувається при зберігання та експлуатації виробів. Проявляється в зміні механічних, технологічних та споживчих властивостей: зниження міцності, поява тріщин, змінюється колір, поява усадки, липкості.

Під дією фізико-хімічних чинників в матеріалах можуть відбуватися процеси деструкції, структурування, розкладу, зміни будови головного ланцюга полімера, міграція компонентів, порушення адгезійних зв’язків і таке інше. Найбільш розповсюдженим явищем при старінні є процеси деструкції. Це обрив молекулярних ланцюжків, зниження молекулярної маси. Причиною таких змін є дія на матеріали фізичних (механічних, термічних, фотохімічних, ультразвукових, радіаційних) та хімічних (кисню, озону, вологи, агресивних середовищ) агентів. При вивченні старіння матеріалів процес старіння розглядається як комплексний вплив ряду чинників та індивідуальний вплив кожного. Матеріали при експлуатації виробів із шкіри знаходяться під впливом кліматичних чинників, що призводять до старіння. Стійкість матеріалів до дії тепла, вологи, кисню, озону визначають в лабораторних умовах та безпосередньо при експлуатації виробів (природних умовах).

Штучне старіння вивчають за допомогою апаратів штучної погоди (везерометрах). Матеріали опромінюють кварцевими лампами, лампами денного світла, обризкують водою і т.ін. Час випробування становить 900 годин. Отримують різні дані, що дають можливість прогнозувати поведінку матеріалів при їх експлуатації. Так, шкіра в нормальних умовах зберігання, стійка до старіння, зберігає 2-3 роки показники основних властивостей майже без змін. В процесі зберігання незначно зменшується площа, товщина, маса шкіри. Якщо відносну вологість повітря збільшити до 80 %, температуру – більше 25⁰С, властивості шкіри значно погіршуються: зменшується міцність, подовження, збільшується жорсткість, з’являється пліснява і т.ін. Тобто при таких умовах відбувається процеси окислення в шкірі.

Якщо для юхти створювати умови як в субтропіках, то через 6 місяців експозиції зразки втрачають біля 20% розривного навантаження, температура зварювання збільшується на 5 %, змінюється колір фарби. Впливає на старіння метод дублення: юхта хромцирконієвого методу дублення.

При атмосферній дії на тканини відбувається деструкція волокон, на їх поверхні з’являються тріщини, в яких проходять волога та кисень і процес руйнування прискорюється. З натуральних волокон найбільш стійкими до старіння є вовна, найменш – шовк натуральний низьку стійкість до впливу атмосферних явищ мають поліефірні та поліамідні синтетичні волокна.

Головна причина старіння гум є окислення. Швидкість та наслідки окислення залежать від властивостей каучуків (найбільш нестійкими до окислення є ненасичені каучуки, ті, що мають подвійні зв’язки). Наприклад, натуральний каучук при окисленні деструктурується , а синтетичний натрійбутандієновий СКБ – структурується. При старінні гуми стають жорсткими, змінюється міцність та здатність розтягуватися.

Одним із видів старіння матеріалів є вплив на них озону. Концентрація озону у великих містах найбільша на відстані 5-10 см від поверхні землі, тобто в зоні експлуатації взуття. Малоактивні до дому – поліуретани – вони є насиченими каучуками, гуми із зв’язками. Тому в склад нестійких до озону матеріалів вводять антизонанти. Вони зв’язують озон раніше, ніж він починає вступати в реакцію з макромолекулами полімера. Отримані продукти утворюють на поверхні матеріалу захисну плівку. Парафін, віск називають інертними антиозонантами, вони не взаємодіють із озоном, але утворюють на поверхні матеріалу плівку, що не пропускає озон.

Штучні шкіри під дією атмосферних явищ старіють, на них з’являються тріщини, плями, підвищується жорсткість, відбувається міграція різних компонентів. Захист покриттів штучних шкір від старіння забезпечує використання світлотеплових стабілізаторів (оловоорганічних з’єднань). Вони вводяться у невеликих дозах в композиції для покриття. Ці з’єднання попереджують відщеплення НСl при світловій та тепловій дії.

4. Людський організм в процесі життєдіяльності постійно виділяє гази та пари води. Таке явище називається невідчутною перспірацією або шкіряним диханням. За рахунок перспірації підтримується певна температура тіла. При значній зміні температури або при певних емоційних станах людини, починає виділятися піт у вигляді крапель, що запобігає перегріву тіла людини. Шкіра людини має біля 2.5 мм потових залоз, найбільша їх щільність на підошві – приблизно 500 на 1см². Піт людини – рідина, що складається на 98-99% з води, хлориду натрію, мочевини, молочної кислоти та інших речовин. Піт має кислу реакцію, але під дією бактерій набуває слаболужну реакцію. Віддача вологи стопою в нормальних умовах складає до 3 г/год або 0.5 г/дм²год., а при активній роботі до 10 г/год. або 2 г/дм²год. Вважається, що 10-15% поту, який випаровується зі стопи видаляється крізь нещільності між взуттям і стопою, 65-75% поглинається деталями підкладки та верху взуття, 10-15% поглинається устілками. Тому на всі ці деталі інтенсивно діє піт. Потовиділення адсорбується матеріалом, волога випаровується, а на поверхні залишається тверда його складова – солі, вітаміни, інші речовини. Цей шар є пасивним середовищем для мікроорганізмів. Їх життєдіяльність призводить до мікробіологічної деструкції матеріалів.

Потостійкість матеріалів визначають, отримуючи їх в середовищі штучного поту. Коефіцієнт потостійкості є відношення меж міцностей або модулей пружності при розтягуванні зразків після дії на них потом та дистильованої води. Зразки матеріалів зволожували штучним потом та дистильованої води. Зразки матеріалів зволожували штучним потом 8 годин, потім сушили в природних умовах 16 год. Після 30 діб такої обробки межа міцності при розтязі устілкової шкіри знижується на 60 %, тексону – 5%, устілкових картонів – 12%, а подовження зростає відповідно для перерахованих матеріалів на 50, 30, 10 %. Такі випробування знизили межу міцності підкладкової шкіри на 40%. Практично не змінюється межа міцності аміделастоштучшкіри-Т та вінілштучшкіри-Т. На потостійкість впливає метод дублення шкір. Шкіра низу хромтанідного дублення змінюється значно більше ніж титанового способу дублення. З’єднання титану запобігають дії бактерій, забезпечують міцніший зв’язок дубителя із білком шкіри. Висока потостійкість штучних шкір з полівінілхлоридним та каучуковим покриттям пояснюється створенням несприятливого середовища для розвитку бактерій.

5. Деякі види виробів із шкіри (спеціальне взуття, рукавички) можуть відчувати дію агресивних середовищ – кислот, луг, окислювачів і т.ін. Ці речовини викликають хемодеструкцію матеріалів. Кислоти та луги прискорюють гідроліз полімерів, що призводить до зміни їх механічних властивостей. Пари сірчаної кислоти викликають виникнення на поверхні шкіри плям ("червона гниль"), тріщин. Сильні луги призводять до потемніння, ламкості шкір, видублених танідами. Підошви спеціального взуття (хімічна, м’ясна, молочна промисловість та ін. галузі) повинні витримувати дію різних агресивних середовищ. Стійкість матеріалів до дії агресивних середовищ забезпечується створенням на їх основі стійких до хемодеструкції полімерів, а також введенням різних добавок. Стійкими до дії агресивних середовищ є шкіри хромового методу дублення, сполуками з хрому та титаноцирконію. Для визначення хемостійкості матеріалів їх піддають дії різних агресивних речовин та визначається коефіцієнт хемостійкості як відношення межі міцності при розтягуванні або відносних подовжень при розриві необроблених та оброблених зразків. Встановлено, що в статичних умовах найбільшу хемостійкість мають штучні шкіри. Але їх стійкість до багатократних деформацій після обробки агресивними речовинами значно нижчі, ніж у юхти. Тому для верху спеціального взуття рекомендують використовувати юхту. Змінюються показники міцності і швейних ниток. При обробці різних ниток сірчаною кислотою найбільше зменшується міцність бавовняних та капронових ниток, найменше – лавсанових. Високу стійкість до дії олій і кислот мають гуми на основі бутадієн-нітрильних та поліхлоропренових каучуків, бутилкаучука, полімерні композиції на основі поліуретанів та полівінілхлориду.

6.При зберіганні матеріалів та експлуатації виробів можлива дія на них біологічних агентів: ферментів, пліснявих грибків, різних бактерій. Старіння та руйнування матеріалів під дією біологічних агентів називається біологічною корозією. Найбільш сприятливими умовами для розвитку грибків та бактерій є температура 25⁰С та відносній вологості повітря 80%. Грибки та бактерії погіршують зовнішній вигляд виробів: з’являються плями, змінюється колір, збільшується жорсткість, зменшується подовження при розтягуванні. Багато полімерів та матеріалів на їх основі мають фунгицидні властивості, тобто гинуть бактерії. Але інші компоненти, що додаються до полімерів (пластифікатори, наповнювачі, емульгатори) погіршують їх фунгицидні властивості. За стійкістю до дії мікроорганізмів всі матеріали поділяють на три групи:

-Фунгицидні

- фунгінертні;

- не грибкостійкі.

Для захисту від дії біологічної корозії додають пестициди. В шкіру, наприклад, в процесі жирування вводять фунгицид оксидифеніл, що захищає її від плісняви. В гуму для трофічних умов додають саліциланілід, що запобігає появі бактерій на ній. Пліснявостійкість матеріалів оцінюють за зміною характеру поверхні після обробки її грибками. Зразки шкіри заражають спорами грибків та витримують їх в термостаті при температурі 30⁰С 19 діб. Шкіра вважається пліснявостійкою, якщо уражена пліснявою площа не перевищує 5% від загальної. Плісняві грибки можуть бути причиною захворювання шкіри стоп – епідермофітії. Обробка устілки 5% спиртовим розчином фурагіна запобігає розвитку грибків.

УЗАГАЛЬНЕННЯ

Зносостійкість матеріалів має велике значення для забезпечення експлуатаційних характеристик. На зносостійкість матеріалів впливають різні чинники: механічні, фізико-хімічні та біологічні. З механічних чинників найбільший вплив на зносостійкість матеріалів є здатність опиратися стиранню. Фізико-хімічні чинники виникають внаслідок дії кліматичних умов, поту, агресивних середовищ. На знос матеріалів впливає дія таких біологічних чинників як мікроорганізми, що викликають руйнування матеріалів та втрату їх механічних властивостей.

ПИТАННЯ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЮ

1. Що називають зносостійкістю матеріалів та виробів?

2. Як класифікуються чинники, що впливають на зношування матеріалів?

3. Що називається рівнозношування виробів?

4. Зношування матеріалів при стиранні, причина виникнення.

5. Стирання різних матеріалів.

6. Прилади для визначення стирання матеріалів.

7. Чинники, що спричиняють старіння матеріалів.

8. Зміна яких показників будови матеріалів призводить до старіння?

9. Як впливають кліматичні чинники на старіння матеріалів?

10. Визначення потостійкості матеріалів.

11. Що називається хемодеструкцією матеріалів?

12. Що називається біологічною корозією матеріалів?

13. Оцінка пліснявостійкості матеріалів?

ПИТАННЯ ТЕМИ

1. Згин матеріалів.

2. Стійкість матеріалів.

ВЛАСТИВІСТЬ МАТЕРІАЛІВ ПРИ ЗГИНІ

1.Майже всі деталі виробів із натуральної та штучної шкіри згинаються в процесі виробництва та працюють на згин в процесі експлуатації виробів. В окремих деталях спостерігаються багаторазові згини, що призводить до їх руйнування. Характерним для матеріалів, з яких виготовляється взуття та шкіргалантерейні вироби, є їх гнучкість. Гнучкість характеризує здатність матеріалів працювати на згин, багаторазовий згин без їх руйнування. Згин матеріалів відбувається з утворенням великого або малого скривлення. При деяких згинах деталей зі шкіри, тканини, штучних матеріалів радіус кривизни згину буває рівним або меншим ніж товщина деталей. При такому згині плоского матеріалу відбувається сильне розтягування його з однієї сторони та стискування з другої. При згині деталей в товщі їх є шар, що називається нейтральною площиною. Площина лежить в середині матеріалу. Чим товстіший матеріал, тим далі від поверхонь знаходиться ця площина, тим більший розтяг або стискання спостерігається на його зовнішніх поверхнях. Види розтягу матеріалу показані на рис. 1.

1.Майже всі деталі виробів із натуральної та штучної шкіри згинаються в процесі виробництва та працюють на згин в процесі експлуатації виробів. В окремих деталях спостерігаються багаторазові згини, що призводить до їх руйнування. Характерним для матеріалів, з яких виготовляється взуття та шкіргалантерейні вироби, є їх гнучкість. Гнучкість характеризує здатність матеріалів працювати на згин, багаторазовий згин без їх руйнування. Згин матеріалів відбувається з утворенням великого або малого скривлення. При деяких згинах деталей зі шкіри, тканини, штучних матеріалів радіус кривизни згину буває рівним або меншим ніж товщина деталей. При такому згині плоского матеріалу відбувається сильне розтягування його з однієї сторони та стискування з другої. При згині деталей в товщі їх є шар, що називається нейтральною площиною. Площина лежить в середині матеріалу. Чим товстіший матеріал, тим далі від поверхонь знаходиться ця площина, тим більший розтяг або стискання спостерігається на його зовнішніх поверхнях. Види розтягу матеріалу показані на рис. 1.

Рис.1. Згин матеріалу

а – навколо валика, б – низу взуття, в – верху взуття

Можна визначити деформацію матеріалу при згині відносно валика радіусом r, товщиною а по відношенню до нейтрального шару. В цьому випадку між величиною згину матеріалу, що виражається радіусом валика, товщиною матеріалу, величиною відносного розтягування буде така залежність:

де   - вихідна довжина ділянки, що згинається.

З цього виразу можна порахувати деформацію згину матеріалу будь-якої товщини. Наприклад, при товщині підошви 15 мм, радіус згину дорівнює приблизно 30 мм, відносне подовження зовнішнього шару підошви складе приблизно 20%, що підтверджується і експериментально. При згині тонких шкіряних матеріалів у виробах за умови, що а=r, його подовження складе 30%. При згині матеріалів за умови, що  , деформація складе приблизно 50%. Це призводить до утворення складок на поверхні матеріалу. Теоретично з цього виразу можна визначити, коли подовження лицевого шару може сягнути 100%. Це відбувається за умови, коли r=0. Наприклад, така деформація виникає при загинанні країв деталей. Але на практиці цього не спостерігається, тому що зона деформації (розтягування) виходить за межу величини  , тоді відносне подовження буде меншим.

При одноразовому випробуванні на згин матеріалів 1 та 2 класів використовують спосіб "балки", що лежить на двох опорах та навантажується всередині. При цьому фіксується стріла прогину h при певному навантаженні Р, або стрілу прогину доводять до певної величини і фіксують силу Р (рис. 2).

Рис.2. Методи дослідження матеріалів на згин

а – метод балки на двох опорах, б – пристосування для дослідження картонів,

в – консольної балки

За принципом згинання балки на двох опорах з навантаженням посередині визначається жорсткість картонів. Для цього використовують пристосування до машини РТ-250. Жорсткість  в даному випадку визначається в кгс/см² за формулою:

де Р - зусилля згину, кгс;

F - площа поперечного перерізу, см².

Дослідження зв’язку між показниками властивостей шкіри для низу взуття при згині та такими показниками для цих матеріалів як жорсткість при розтязі, умовний модуль пружності, опір проколювання голкою, та інші показало наявність доброго кореляційного зв’язку. Тобто за величиною опору шкіри на згин можна скласти уяву про якість деталей, що отримують при розрубі жорстких шкір. Можна також визначити жорсткість на згин, виходячи із принципу згину консольної балки (один кінець закріплено, другий - вільний). Для підрахунку жорсткості на згин В використовують рівняння:

             , (гс/см²)

де Е - умовний модуль;

- момент інерції;

b - ширина зразка, см;

а - товщина зразка, см.

Розрахунок модуля Е виконується за формулою, що прийнята для визначення жорсткості матеріалів, що підкоряється закону Гука:

де Р - вага робочої частини зразка;

- робоча довжина зразка;

- відповідний кут (на мал.)

Як було вже сказано, шкіра, тканина, гума, інші матеріали не підлягають закону Гука, тому застосування цього рівняння умовне. Для текстильних матеріалів застосовується такий же спосіб оцінки жорсткості на згин. Але у формулу  , (гс/см²) вводиться ряд умовностей і вона отримує інший вигляд (буде далі про це).

Напівцикловою характеристикою поведінки матеріалів при згині є жорсткість. Жорсткістю матеріалу називають його здатність опиратися зміні форми під дією зовнішньої сили. Жорсткість визначають на приладах різними методами прикладання навантаження, що викликає згин (метод "балки" - для шкіри 1 та 2 класів, для картонів; ПЖУ-12М для матеріалів 3 класу).

Жорсткість бавовняних тканин складає 60-200 мНсм². На жорсткість текстильних матеріалів впливає їх волокнистий стан, структура волокон та ниток, а також характер структури та опорядження матеріалу. Смужку тканини досліджують на згин методом консольної балки на приладі ПТ. Закріплюють з одного боку та визначають стрілу прогину.

Жорсткість картонів залежить від їх волокнистого складу, виду речовини, що проклеює волокна, способу відливу та товщини. Нормативи жорсткості устілкових картонів 10-100 Н, простилкових 2-60, для задників - 10-60, для геленків - 100-200 Н. Із збільшенням товщини картонів жорсткість його зростає. Жорсткість підошовних та устілкових шкір складає 2000-4000 Н. Жорсткість шкіри залежить від її структури, товщини та способу виробітку.

Структура і товщина матеріалі, а також специфіка роботи деталей у виробі, визначають особливість методу дослідження. Для оцінки стійкості покриття шкіри до багаторазового згину застосовують прилад ИПК-2М. Стійкість зразка до згину оцінюється у балах за кількістю та видом складок, тріщин, що утворюються. Прилад "союзка" імітує деформацію союзки при згині на гумовій колодці, що змінює свої розміри аналогічно стопі при ходінні. Штучні шкіри згинають на приладах МИРЦ - зразок має циліндричну форму, МИДП - вертикально розтягнуті зразки згинають навколо затискувачів. МИРП - зразки згинають по формі ромба з послідовною зміною стискування та розтягу. Прилад Торенса застосовують для вивчення деформацій гум при згині. Тканини на багаторазовий згин досліджують на приладах, схожих на прилад МИДП. Дослідження шкір до багаторазових згинів при температурі -25⁰С виконується на приладі МИРМ. Штучні шкіри витримують від 0.3 до 1 млн. циклів згинів; гуми - від 60 до 100 тис. циклів; тканини - від 5 до 50 тис. циклів.

2. Стійкість матеріалу 3 класу називають опір прогину смужки матеріалу, звернутого у кільце. Цей спосіб практично імітує органолептичний спосіб оцінки стійкості верху взуття в області союзки при натискуванні пальцем руки. Для визначення стійкості матеріалу смужку тонкого та м’якого матеріалу звертають у кільце або напівкільце та встановлюють його під стрижень, що навантажується силою Р (прилад ПЖУ-12М). Визначається величина стрілки прогину h при певній силі Р, або навпаки знаходять силу Р, що прогинає зразок на величину h. Згідно методики ВЕМ (Всесоюзная единая методика исследования материалов) рекомендується визначати стійкість S прогину зразка на 60 мм за схемою б) (рис.3). Стійкість матеріалу визначається за формулою:

де а- товщина матеріалу, мм.

Рис.3. Визначення стійкості матеріалів

Стійкість матеріалів 1 та 2 класів визначається кількістю циклів повторних згинів. Для цього використовується обладнання описане раніше.

УЗАГАЛЬНЕННЯ

1. Вплив деформації згину на властивості матеріалів.

2. Яка здатність матеріалів називається гнучкістю.

3. Як відбувається деформація матеріалів при згині.

4. Схема за якою пояснюється деформація при згині.

5. Визначення жорсткості матеріалів методами "балки".

6. Залежність деформації на згин від жорсткості матеріалів.

7. Обладнання для визначення деформації згину.

8. Поняття про стійкість матеріалів.

ПИТАННЯ ТЕМИ

1. Поняття про виникнення тертя, теорії тертя.

2. Значення тертя при виборі матеріалів для взуття.

ФРИКЦІЙНІ ВЛАСТИВОСТІ МАТЕРІАЛІВ

1. В процесі виробництва і експлуатації виробів із шкіри виникають контакти між деталями та предметами навколишнього середовища. Такі контакти супроводжуються виникненням тертя між ними. Необхідно знати чи можуть сили тертя, що виникають, дозволити використовувати певний матеріал для виробу, для певних умов експлуатації. Вивчення сил тертя, їх визначення, це достатньо важка задача. Існують різні теорії, що намагаються пояснити, що таке є процес тертя. Труднощі вивчення контактної взаємодії твердих тіл пояснюються виникненням при навантаженні матеріалів фізико-хімічних процесів адсорбції, дифузії, окислення і таке інше. В наш час встановлена наявність при терті адгезійної взаємодії тіл, що труться та деформації поверхневих шарів нерівностями тіла, яке називається контртілом. Існуючі теорії тертя, відрізняються їх відношенням до цих складових тертя. Згідно адгезійної теорії в зонах фактичного контакту поверхонь, що труться, спостерігається сильна адгезія. Сила тертя F вираховується за законом Амонтона:

де f - коефіцієнт тертя;

N - нормальне навантаження.

Коефіцієнт тертя для полімерів може бути визначений за формулою:

де S - напруга зрізання нерівностей поверхні;

С - постійна, що дорівнює приблизно 3;

- межа текучості полімеру.

Адгезійна теорія не враховує деформаційну складову тертя та релаксаційний характер деформації полімерів. Ні одна з теорій адгезій не дає повного пояснення адгезійних явищ тертя, немає єдиної думки, яка з теорій адгезій може бути використана для характеристики природи тертя.

Молекулярна теорія тертя виходить з положення, що тертя гладких поверхонь зумовлене молекулярною шершавістю матеріалів, тобто силами відштовхування електронних оболонок атомів тіл, що контактують. За цією теорією сила тертя визначається залежністю:

де С_1, С₂ - коефіцієнти, що залежать від швидкості руху, температури та молекулярного контакту;

А - площа контакту;

W - коефіцієнт, що відображає вплив нормального навантаження на сили прилипання;

Р - фактичний тиск.

За адгезійно-деформаційною теорією тертя зумовлене деформацією матеріалу, нерівностями, що зчіплюються одна з одною та з подоланням адгезійних зв’язків в зоні фактичного контакту, тобто з утворенням та руйнуванням фрекційних зв’язків. Загальна сила тертя складається із сили, що витрачається на деформацію матеріалу в тонкому поверхневому шарі і сили, що витрачається на руйнування адгезійного зв’язку.

Аналіз теорії тертя свідчить, що велику роль грають фактична площа дотику, швидкість ковзання, навантаження і температура. В загальному вигляді вплив зони контакту і типу полімерів, що контактують, на силу тертя виражається залежністю:

                

де  - питома сила тертя:  , де  ,   - коефіцієнти, що залежать від природи тіл, що дотикаються;

 

N - нормальна сила;

А - площа контакту.

При вивченні сил тертя розрізняють тертя спокою (статичне тертя Т_с) та тертя ковзання (динамічне тертя Т_к). Схема сил тертя, що виникають при русі тіла по поверхні така:

Рис.1. Схема сил, що виникають при русі тіла по поверхні

Якщо сила тертя Т дорівнює Т_с, то тіло під дією сили Р не рухається (Т_с Р). Якщо сила тертя Т=Т_к, то тіло буде рухатися під дією сили Р (Т_к Р). Загальна закономірність впливу швидкості ковзання на силу тертя не встановлена. Для гум, наприклад, відмічено збільшення коефіцієнту тертя з ростом швидкості ковзання; для таких пластиків як поліетилен, полістирол така залежність не встановлена. Так само важко визначити чи має вплив на величину коефіцієнта тертя величина навантаження. Вплив температури на коефіцієнт тертя незначний до 80⁰С, а при збільшенні температури деяких полімерів з 80 до 120⁰С коефіцієнт тертя значно зростає. Найчастіше силу і коефіцієнт тертя визначають експериментальним шляхом, тому що розраховувати ці величини важко. Найбільш простим методом визначення коефіцієнта тертя є метод нахиленої площини. На нахилену площину встановлюють зразок матеріалу масою m_к (рис. 2)_.

Рис.2. Схема розкладання сил, що діють при русі тіла по нахиленій площині

Змінюючи кут  , визначають таку його величину, при якій зразок починає переміщуватися. Коефіцієнт тертя визначають залежністю:

де Т - сила тертя;

N - нормальна сила;

m_к - маса матеріалу.

Для визначення зусиль переміщення матеріалу на площині використовують трибометр Бартєнєва-Єлькіна, що з’єднується з приводом розривної машини. При вивченні фракційних властивостей особливу увагу приділяють підошовним та каблучним матеріалам. Коефіцієнти тертя цих матеріалів суттєво впливають на безпеку ходіння, особливо по мокрій або покритій льодом поверхні.

Необхідно для матеріалів низу взуття знати значення статичного f_c та динамічного f_к коефіцієнтів тертя. Декілька дослідників запропонували оцінювати здатність підошви ковзати по землі коефіцієнтом стійкості до ковзання. Він дорівнює відношенню коефіцієнта динамічного тертя до коефіцієнта статичного тертя і виражається в процентах. Наприклад, по відношенню до керамічної підлоги матеріал підошви повинен мати коефіцієнт стійкості до ковзання не нижче 50%. Визначені показники коефіцієнтів тертя для різних матеріалів підошви та опорної поверхні в сухих, мокрих умовах та низьких температурах. Результати досліджень свідчать, що найбільші коефіцієнти мають матеріали при терті на асфальті, а найменші - по льоду при температурі -10⁰С. По різному впливає на коефіцієнт тертя вологість поверхні. Так, шкіра має високі коефіцієнти тертя на мокрій поверхні, на гуму вологість не впливає. На зміну коефіцієнту тертя впливає рифлення поверхні підошви. Із сучасних матеріалів найбільшу стійкість до ковзання в екстремальних умовах (мокрий грунт, лід) мають термоеластопласти. На коефіцієнт тертя гум впливає їх пористість та твердість: пористість підвищує коефіцієнт тертя, твердість - зменшує. Необхідно враховувати також сили тертя, що виникають при формуванні заготовок, при терті п’яткової частини стопи по матеріалу підкладки. В цих випадках необхідно оптимізувати силу тертя за рахунок підбору матеріалів.

УЗАГАЛЬНЕННЯ

В процесі виробництва та експлуатації виробів із шкіри між деталями та навколишніми предметами виникає контакт. Такий контакт зумовлює виникнення сил тертя між ними. Існують різні теорії, що пояснюють умови виникнення сил тертя між матеріалами. Але ні одна з цих теорій не є універсальною. Сили тертя, що виникають між різними за походженням матеріалами, пояснюються різними теоріями. Визначення коефіцієнтів тертя відбувається експериментальним шляхом. Для цієї мети застосовують метод нахиленої площини. При виборі матеріалів для деталей низу необхідно враховувати коефіцієнт стійкості до ковзання та чинники, що впливають на його значення. Від коефіцієнту стійкості до ковзання залежить безпека ходіння людини в різних кліматичних умовах.

ПИТАННЯ ДО САМОКОНТРОЛЮ

1. З якою метою вивчаються сили тертя.

2. Яке тіло називається контртілом.

3. Сутність адгезійної теорії тертя.

4. Визначення сили тертя за законом Амонтона.

5. Недоліки адгезійної теорії тертя.

6. Сутність молекулярної теорії тертя.

7. Визначення сили тертя за молекулярною теорією.

8. Сутність адгезійно-деформаційної теорії тертя.

9. Визначення сили тертя за адгезійно-деформаційною теорією.

10. Поняття тертя спокою та ковзання.

11. Чинники, що впливають на процес тертя.

12. Чинники, що впливають на вибір підошовних матеріалів.

Домашнє завдання: Зробити конспект.

Література : Б.Я.Краснов «Материаловедение  обувного и кожгалантерейного производства»  стор. 120-123.

 

MT_1_20_24

 

Матеріалознавство гр 1/20

 

05.04.2022

Тема №3 Текстильні матеріали

Урок №24  Лабораторно-практична робота №4.

Тема: «Фізико-механічні випробування текстильних матеріалів».

Мета роботи: Вивчити фізико-механічні випробування текстильних матеріалів

Наочні посібники: посібник Б.Я Краснов «Материаловедение обувного и кожгалантерейного производства», набір зразків текстильних матеріалів, картки-завдання, фільм-флешка.

Матеріальне забезпечення:  зразки готових тканин, лінійки, голки, текстильні лупи, технічні ваги, набір гир, товщиноміри.

Хід роботи.

1.Ознайомитися зі зразками тканин за якістю і дефектами.

2. Вивчити теоретичний матеріал, користуючись конспектами лекцій та рекомендованою літературою.

3. Вивчити фізичні і механічні властивості текстильних матеріалів.

4.Дати характеристику зразкам текстильних матеріалів:

- фізичні властивості;

-механічні властивості;

5. Зробити висновки .

Вказівки до роботи.

1.Уважно розглянути зразки текстильних матеріалів.

2. Робота оформлюється у вигляді протоколу , в якому необхідно охарактеризувати фізичні та механічні властивості текстильних матеріалів

3. В кінці роботи зробити висновки.

Теоретичні відомості.

Посібник Б.Я Краснов «Материаловедение обувного и кожгалантерейного производства» , сторінка 68-72.

Властивості тканини і методи їх визначення.

   Фізичні властивості тканини характеризуються товщиною, шириною, поверхністьною щільністю,гігроскопічністю, волого поглинанням, вологовіддачею, повітряно-, паропроникністю, теплопровідністю та іншими показниками.

Товщина залежить від лінійної щільності і структури пряжи, структури тканини. Товщина тканини коливається від 02 до 2мм.

Ширина тканини визначає степінь корисної дії її площини. Ширину куску тканини вимірюють у трьох місцях з включенням обох країв . Ширина взуттєвих тканин 60-140 см. ГОСТ допускається відхилення ширини +_(1...2)см.

Поверхністна щільність тканини характеризує її товщину і щільність. Поверхністна щільність залежить від лінійної щільності ниток і щільності тканини. Поверхністна щільність тканин для верху взуття становить 200-600 г/м квадратний, підкладочних тканин – 80-140 г/м квадратний.

Гігроскопічність тканин визначають витримкою зразків розмірами 50-200 мм протягом 4 год. в ексикаторі при відносній вологості повітря 100%. На гігроскопічність впливає природа волокон і структура тканини. Гігроскопічність хлопчатобумажних взуттєвих тканин рівна 8-14 %, капронових і лавсанових – 1-2%.

Вологопоглинання тканин дуже високе: хлопчатобумажних  30-60% , із капронового еластика до 400%,  тканини із змішаних капронових і шовкових волокон 140-150 %.

Вологовіддача  хлопчатобумажних тканин становить 40-60 %.

Повітрянопроникність тканин залежить від структури товщини і вологості. Тканинидля верху більшості видів взуття повинні мати повітрянопроникність вище, ніж тканини для верху утепленого взуття.

Паропроникність залежить від виду волокна і структури тканини. Паропроникність тканин для верху утепленого взуття складає 6-10 мг(см квадратний *ч), а для верху інших видів взуття – 13-16мг(см квадратний *ч).

Тканини мають низьку теплопровідність із-за наявності в структурі повітря. Теплопровідність тканин змінюється в проміжках 0,037-0,078 Вт/(м* градусів С).

Механічні властивості тканин характеризують стійкість розтягненню , згинанню і стиранню. При випробуванні на розтягування показником стійкості тканин являється загрузка при розриві по утку і основі . Випробовування проводять на зразках шириною 50 мм і робочою довжиною 200мм. Нагрузка при розриві тканин складає 100-1500Н. На загрузку при розриві вліяє природа волокна і структура тканини. Міцність тканини по основі більше, ніж міцність по утку. Із збільшенням вологості міцність хлопчатобумажних тканин збільшується, шерстяних і віскозних зменшується.

Розтяжимість тканин порівняно невелика: відносне подовження при розриві складає  5-20 %.Найбільшу розтяжимість тканини мають по діагоналі. У більшості тканин подовження по основі менше , ніж подовження по утку. На подовження тканини вліяє природа волокна , вид переплетіння , лінійна щільність пряжи.

При розтягненні полоски тканини в одному направленні вона скорочується в другому направленні.Цю  властивість тканини  характеризує коефіцієнт поперечного скорочення.Для нормального формування заготовки верху взуття із тканин коефіциєнт поперечного скорочення їх повинен бути не менше 0,8.

Стійкість стиранню визначають на приборах ТИ-1М, ИТ-3, ИТ-3М, ДНТ, в яких на тканину діє стираюча поверхність в виді металевих шарошок або шерстяної тканини. Стійкість до стирання , характеризується числом циклів (оборотів стихаючої поверхні), необхідних для сквозного протирання тканини, або зміни її міцності після певного числа циклів стирання.Стійкість тканин стиранню залежить від типу волокна і переплетіння.