VN_1_20_32

 VN_1_20_32

MT_1_20_32

 

Матеріалознавство  гр. 1/20

17.05. 2022

Тема № 3 Штучні та синтетичні шкіри.

Урок № 32   Фізичні властивості штучних та синтетичних шкір.

Питання теми

1. Загальні відомості про фізичні властивості матеріалів. Геометричні характеристики матеріалів.

2. Маса, щільність, пористість матеріалів

3. Проникність взуттєвих матеріалів.

 

ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ ПРО ФІЗИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ МАТЕРІАЛІВ

1. До фізичних властивостей матеріалів відноситься – їх геометричні характеристики (товщина, ширина, довжина, площа), маса та такі фізичні властивості: щільність, пористість, проникність, поглинання та віддача вологи, тепла, електричні, оптичні, акустичні та інше.

Багато з цих властивостей впливають на здатність взуття захищати ноги людини від впливу навколишнього середовища, створювати певний мікроклімат всередині взуття, тобто впливати на гігієнічні властивості виробів.

Геометричні характеристики.

Товщина – матеріали бувають різні за товщиною, вона нормується для виробів. Від товщини залежать такі властивості матеріалу як жорсткість, опір тертю, комплекс гігієнічних властивостей, маса виробу та ін.

В процесі виробництва матеріалів їх товщина може змінюватися – при витягуванні, стисканні, під дією тепла, вологи. Товщину виміряють товщиноміром контактним способом. Є і безконтактні методи, наприклад електричний. Товщина шкіри залежить від виду, статі, віку тварини, способу обробки шкури. Вона коливається від 0,4 до 6 мм. Товщина шкіри в процесі її виробництва змінюється (при дубленні збільшується, при розпилюванні та струганні - зменшується). На товщину шкіри впливає волога (комбіноване дублення – товщина шкір збільшується на 20% під дією вологи, для хромових шкір – на 5%).

Шкіра – анізотропічний матеріал, товщина шкіри різна як в партії, так і на топографічних ділянках окремих шкір. Найбільша – в огузковій частині, найменша – в полах, лапах і пашинах. В зв’язку з цим, в шкірах визначають товщину в стандартній точці Н, та в точці збіжистості О (рис. 1 а, б).

Збіжистістю називають зменшення товщини шкіри по направленню від хребтової лінії до пол і від огузку до воротка.

Шкури для низу взуття з товщиною 3,2 мм і вище в точці О відносять до підошовних, а з меншою товщиною – до устілкових. Товщина текстильних матеріалів – від 0,1 до 4 мм. Текстильні матеріали ізотропні за товщиною. Штучні матеріали також відносяться до ізотропних матеріалів за товщиною. За товщиною штучні шкіри поділяють на 34 групи (від 0,2 до 5,6 мм). Наприклад, 1 та 2 група від 0,2 до 0,63 мм.

Картони виготовляють товщиною від 1 до 4 мм. Картони певної марки мають певну товщину та використовуються для певних деталей (устілок, задників, підп’яточників та ін.).

Гуми випускають товщиною від 3 до 80 мм. Гума кожної марки має декілька груп товщин. Наприклад, гума марки ВШ має 10 груп товщин від 3 до 16 мм. Монолітні гуми рівномірні за товщиною. Пластини пористих гум мають відхилення товщини по площі пластини – залежить від виробничих операцій.

Ширина визначається для матеріалів, що випускають у вигляді пластин, листів, рулонів. Ширина впливає на використання матеріалів, конструкцію виробу. Ширина тканини та штучних шкір коливається від 70 до 180 см, гум від 50 до 80 см, картонів – 80-240 см.

Довжина – вимірюють довжину матеріалу в рулонах, довжину пластин та листів. Довжина бавовняної тканини в рулоні складає 70-100 м, вовняної тканини – 25-30 м, штучних шкір – 20-50 м. Довжина впливає на використання матеріалів.

Площа. Визначення площ для простих геометричних фігур не складає труднощів. В основному оцінюється площа шкіри. На величину площі шкір впливає умови зберігання, вологість повітря, а також вид сировини. Вимірюють площу за допомогою спеціального обладнання.

2. Масу матеріалів визначають різними методами. Тканини, штучні шкіри – масу 1м² (поверхнева щільність). Картони, гуми – масу пластин, листів, визначають масу формованих виробів. Для ряду матеріалів масу нормують. Необхідно враховувати гігроскопічні властивості матеріалів – перед зважуванням матеріали кондиціюють для приведення до нормальної вологості. Поверхнева щільність текстильних матеріалів складає 40-1000 г, штучних шкір – 400-800 г.

Щільність – одна із важливіших характеристик структури матеріалів. За способом визначення щільності всі матеріали ділять на дві групи. Перша група – тканини і трикотаж. Для них щільність характеризується числом ниток по основі та утку на довжині 100 мм (від 100 до 600). Щільність трикотажу визначається числом петель по горизонталі і вертикалі на довжині 50 мм. Друга група – натуральні та штучні шкіри, гуми, картони, щільність яких визначається через масу одиниці об’єму.

Істинна щільність – це відношення маси матеріалу m до об’єму його щільної речовини V_щ, тобто без об’єму пор. Наприклад для визначення істинної щільності шкіри використовують гас (керосин). Зразок шкіри масою m поміщають в піктометр. Різниця об’єму гасу в піктометрі із зразком і без нього дає об’єм V_щ щільної речовини зразка.

Істинну щільність розраховують за формулою:

d_i =  , г/см³

Удаваною щільністю називається відношення маси зразка до його повного об’єму, включаючи об’єм пор. Повний об’єм V_уд зразка масою m визначають занурення його в волюмометр із ртуттю. Ртуть не проходить в пори зразка, різниця об’ємів ртуті до і після занурення зразка дає об’єм зразка з парами. Удавану щільність визначають за формулою:

d_уд =  , г/см³

Для зразків матеріалів правильної геометричної форми та незмінної товщини масу визначають шляхом визначення ваги, а об’єм шляхом вимірювання геометричних розмірів. Удавана щільність завжди нижча за істинну. Наприклад, удавана щільність шкіри від 0,2 до 1,2 г/см³, а істинна – від 1,2 до 1,9 г/см³.

Знаючи удаванну та істинну щільність матеріалу можна розрахувати його пористість П, % :

П = 

Розрізняють відкриту (доступну) і закриту (недоступну, тобто замкнуту) пористість.

Відкрита пористість П_від складають пори, капіляри, пустопи, що сполучаються між собою і зовнішньою поверхнею матеріалу.

Закрита пористість П_з – пори ізольовані одні від інших та зовнішньої поверхні, а також від системи відкритих пор. В натуральній шкірі переважають відкриті пори, в гумі – закриті.

Від ступеня пористості матеріалу залежить багато його властивостей – гігроскопічність, паро-, вологопоглинання, вологовіддача, теплопровідність, а також механічні властивості.

В шкірі розрізняють крупні пори (макропори) радіусом 10-20 мкм (45% об’єму пор шкіри) та мікропори радіусом 0,06-2 мкм (біля 45% об’єму пор), мікропори радіусом 0,03-0,06 мкм (біля 10% об’єму пор шкіри). Питома поверхня шкіри дуже велика 30-40м²/г.

В найкращих видах синтетичних шкір загальна пористість складає 65-70%, тобто вища, ніж у шкіри, але їх питома поверхня мала 5-7 м²/г.

Висока гідрофільність колагенових структурних елементів шкіри в поєднанні з високою питомою поверхнею, наявністю наскрізних пор забезпечує їй кращі гігієнічні властивості в порівнянні із синтетичними шкірами.

ПИТАННЯ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЮ

1. Які властивості матеріалів відносяться до фізичних.

2. Які характеристики відносяться до геометричних.

3. Стандартна точка визначення товщини шкіри.

4. Точка, в якій визначається збіжистість матеріалу.

5. Поняття про збіжистість.

6. Як поділяють матеріали на групи за товщиною.

7. Для яких матеріалів визначають розміри за довжиною та шириною?

8. Визначення маси для різних матеріалів.

9. На які властивості матеріалів впливає щільність та пористість матеріалів?

10. Поняття щільності для різних матеріалів.

11. Щільність удавана, визначення.

12. Щільність істинна, визначення.

13. Пористість матеріалів, вплив на їх властивості.

ПРОНИКНІСТЬ ВЗУТТЄВИХ МАТЕРІАЛІВ

1.Проникність – здатність матеріалу пропускати пари води, повітря, гази, рідину. Від проникності залежить багато властивостей виробів, в першу чергу гігієнічних.

2. Паропроникність – це здатність матеріалу пропускати пари води, це процес переносу речовини через мембрану (матеріал, система матеріалів), що викликано перепадом тиску, концентрації або температури по різні її сторони.

Паропроникність за рівнянням Фіка дорівнює кількості речовини, що проникає крізь матеріал при стаціонарному режимі. Рівняння, що використовують для визначення паропроникності має вигляд:

Q= ,

де P – коефіцієнт проникності;

DР – різниця тиску;

b – товщина зразка матеріалу;

S – площа зразка;

t – час.

Для визначення паропроникності натуральних та штучних шкір використовують метод склянки, тобто виміряють значення маси води у склянці, верхня частина якого щільно закрита зразком. Виміри проводять в ізотермічних та неізотермічних умовах.

Є більш сучасні прилади для визначення паропроникності матеріалів в кінетиці. Розрахунок паропроникності матеріалів виконують за формулою (метод склянки):

Q= ,

Q – паропроникність, мг/см² год;

m – маса парів води, що пройшли за 6 год. через зразок;

r – радіус зразка, см;

t – час проведення іспиту, год.

Паропроникність залежить від відносної вологості середовища та структури матеріалу.

Паромісткість – впливає на гігієнічні властивості матеріалу. Визначають шляхом ізоляції верху зразка в склянці від навколишнього середовища. Підраховують як відношення збільшення маси зразка по зрівнянню з його масою у повітря-сухому стані або абсолютно сухому стані.

3. Повітропроникність – важливий показник гігієнічних властивостей матеріалу. Використовують прилад ПВЗ, в якому створюється різниця тиску по обидві сторони зразка та фіксується кількість повітря, що пройшло через одиницю площі зразка за 1 год. Повітропроникність залежить від багатьох чинників – пористості, щільності переплетення волокон, ниток і т. п. Повітропроникність залежить від вологості матеріалів, чим вологість більша, тим повітропроникність менша.

П= , де

П – повітропроникність, мл/см²год;

t, t_о – час проходження 100 мл повітря крізь зразок та через прилад без зразка, с.

УЗАГАЛЬНЕННЯ

Матеріали здатні пропускати пари води, повітря, гази. Така властивість називається проникністю. З метою оцінки гігієнічних властивостей матеріалів визначають їх паро- та повітропроникність. Для визначення паропроникності використовують метод склянок. Для визначення повітропроникності використовують прилад ПВЗ.

ПИТАННЯ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЮ

1. Який процес називається проникністю матеріалів.

2. Як визначається паропроникність матеріалів.

3. Метод склянок для визначення паропроникності матеріалів.

4. Які чинники впливають на паропроникність матеріалів.

5. За якою формулою визначають паропроникність матеріалів.

6. Поняття паромісткості матеріалів, визначення паромісткості.

7. Повітропроникність матеріалів, чинники, що впливають на повітропроникність.

ТЕПЛОФІЗИЧНІ ТА ЕЛЕКТРИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ ВЗУТТЄВИХ МАТЕРІАЛІВ

1. Носіння одягу та взуття постійно пов’язані з дією зовнішнього теплового поля на матеріали. Теплообмін між тілом людини та зовнішнім тепловим полем проводить через захисну оболонку, тобто через матеріали, із яких виготовлення взуття та одяг. Теплообмін є складним процесом, що можна ділити на такі складові: теплопровідність, конвекцію та випромінювання.

Теплова енергія теплопровідності передається в матеріалі від молекул з більшою енергією молекулами з меншою енергією. Теплообмін конвекцією проходить тільки в рідинах та газах.

Теплообмін випромінюванням проходить шляхом подвійного перетворення енергії: теплової – в електромагнітну та електромеханічної – в теплову. Всі види теплообміну протікають в матеріалах, доповнюючи одна одну, але основне значення має теплообмін шляхом теплопровідності.

Теплопровідність характеризує здатність матеріалів проводити теплоту. Це кількість теплоти, що пройшла за одиницю часу, через одиниці площі матеріалу товщиною 1м при перепаді температур 1ºС.

Показники теплофізичних властивостей матеріалів, що використовують для виготовлення взуття, визначають тільки експериментальним шляхом. Всі методи експериментального визначення показників теплофізичних властивостей можна поділити на дві групи:

· стаціонарна теплопровідність (Т і Q не залежать від часу);

· нестаціонарна (миттєве джерело тепла) теплопровідність (Т і Q залежать від часу).

Теплопровідність шкіри із збільшенням її вологості залежить від виду вихідної сировини, покриття, технології виготовлення та призначення шкір.

Для оцінки стійкості матеріалів до дії підвищених температур визначають їх тепло і термостійкість.

Теплостійкість характеризують максимальною температурою, при якій зміни властивостей матеріалу носять зворотній характер..

Термостійкість характеризують температурою при якій починається термічний розпад матеріалу, тобто властивості не відновлюються. Полімерні матеріали мають різну стійкість до високих температур, вуглецеві зв’язки витримують високі температури. Наявність водню, а особливо кисню знижують термостійкість полімерних матеріалів. Видублені колагенові волокна шкіри при нагріванні довільно скорочуються вздовж своєї осі. Скорочення зразка шкіри супроводжується зміною його властивостей. Таке явище називається зварюванням, а температура, при якій починається різка усадка зразка – температурою зварювання. Цю температуру можна вважати межею теплостійкості шкіри.

Тепло та теплостійкість шкіри залежать від часу термообробки, методу дублення, вмісту вологи, жиру та інших факторів. Основна усадка шкіри (40-80% від загальної усадки) проходить на першій хвилині. Якщо шкіра була зволожена, температура зварювання знижується та зменшується усадка, тому що волога гідратації послаблює силу зв’язку між ланцюгами.

Найбільш стійка до нагрівання шкіра, що продублена солями хрому. При комбінованому методі дублення добрий ефект дає поєднання солей хрому з алюмінієвими квасцями. Температура зварювання шкіри танідного дублення 70-85%, жирового – 65-70%. Від температури зварювання залежать властивості шкіри такі як: модуль пружності, величина залишкової деформації, менше – стирання. Чим вища температура зварювання, тим показники кращі.

2. Здатність електризуватися – це здатність накопичувати заряди статичної електрики на поверхні.

Електропровідність характеризує здатність матеріалу проводити електричний струм, тобто відводити заряди із шкіряних деталей. Заряди виникають як при виробництві, так і за рахунок тертя стопи об матеріали при експлуатації виробів. Величина і знак заряда, що утворюється залежить від електропровідності матеріалів, яка залежить від вологості матеріалів, вологості повітря, зони контакту тіл, що труться.

У полімерів, на відміну від металів, питомий електричний опір дуже великий, тому вони сильно електризуються та накопичують на своїй поверхні електричний заряд. Дослідження процесів виникнення зарядів, стікання та накопичування їх на металах дає можливість підбирати компоненти так, щоб нейтралізувати заряди.

До нашого часу не вияснено повністю, як впливає статична електрика на здоров’я людини. Є дані, що при сильній електризації підвищується кров’яний тиск, виникають болі у серці, порушується обмін речовин. Особливо негативним вважається позитивний заряд.

УЗАГАЛЬНЕННЯ

Теплозахисні властивості матеріалів впливають на експлуатаційні та технологічні характеристики. Для оцінки теплозахисних та температурних характеристик матеріалів визначаються показники теплопровідності, температуропроводності, теплоємкості. Для оцінки стійкості матеріалів до дії підвищених температур визначають тепло- і термостійкість. Гігротермічна стійкість дозволяє використовувати технологічні процеси обробки деталей при високій температурі та підвищеній вологості без погіршення якості матеріалів. Електропровідність матеріалів впливає на їх експлуатаційні та гігієнічні властивості.

 

Домашнє завдання: Зробити конспект.

Література : Б.Я.Краснов «Материаловедение  обувного и кожгалантерейного производства»  стор. 112-120.