Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Аналитический обзор состояния проблемы. Особенности структурной организации кож и ее изменений в процессах формообразования и формозакрепления 9
1.1 Структурные элементы кож 9
1.2 Изменение структурных характеристик кож в процессах придания им пространственной формы 17
1.3 Методы фиксации структуры кож, полученной в процессе формования 24
1.3.1 Анализ и выбор способа формозакрепления 24
1.3.2 Выбор полимерной композиции для формозакрепления в процессе прямой стабилизации 30
1.4 Показатели и методы оценки формоустойчивости кож 37
Выводы 42
Глава2. Методика исследований 44
2.1 Выбор и характеристика объектов исследования 44
2.2 Методы исследования 49
2.3 Разработка стендовой установки для определения деформационных свойств кожи при многоцикловом растяжении 55
2.4 Методика планирования эксперимента и оценка достоверности экспериментальных данных 58
Выводы 60
Глава 3. Теоретическое обоснование и прогнозирование возможностей повышения формоустойчивости одежных кож 61
3.1 Механизм изменения структурной организации кож в процессе формования 62
3.2 Модификация структуры кож при введении водных полимерных композиций и расплавов полимеров 71
3.3 Выбор и обоснование способа повышения формоустойчивости одежных кож 80
Выводы 88
Глава 4. Исследование формоустойчивости одежных кож, стабилизированных полимерными композициями и дублированных термоклеевыми прокладочными материалами 90
4.1 Обоснование выбора компонентов и параметров нанесения полимерной композиции 90
4.2 Оптимизация параметров процесса прямой стабилизации полимерной композицией 92
4.3 Исследование изменения единичных показателей формоустойчивости материалов и полученных систем материалов 97
4.3.1 Определение жесткости и упругости при изгибе 98
4.3.2 Определение упруго-пластических характеристик при одноцикловом и многоцикловом пространственном растяжении 100
4.4 Исследование гигиенических свойств полученных систем 106
4.5 Влияние эксплуатационных воздействий на механические свойства.. 112
4.5.1 Определение полуцикловых разрывных характеристик при одноосном растяжении 113
4.5.2 Исследование устойчивости кож и систем материалов к многократному изгибу 121
Выводы 123
Глава 5. Апробация способа повышения формоустойчивости кожаных изделий и разработка рекомендаций для его внедрения 126
Общие выводы 135
Библиографический список 138
Приложения 154
- Изменение структурных характеристик кож в процессах придания им пространственной формы
- Разработка стендовой установки для определения деформационных свойств кожи при многоцикловом растяжении
- Модификация структуры кож при введении водных полимерных композиций и расплавов полимеров
- Оптимизация параметров процесса прямой стабилизации полимерной композицией
Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время развитие легкой промышленности тесно связано с производством различных швейных изделий из кожи. В течение последних 6 лет наблюдается рост производства кож, в том числе кож хромового дубления за счет сокращения экспорта и увеличения импорта кожевенного сырья [1].
Благодаря высоким потребительским показателям качества кожи: экологичности, эстетичности, функциональности, эргономичности и др., спрос на изделия из кожи носит стабильный устойчивый характер. Это способствует расширению ассортимента одежды из кожи, которую используют не только для традиционных видов верхней одежды: куртки, плащи, пальто, но и для жакетов, пиджаков, юбок, брюк, платьев с более сложным силуэтным и модельно-конструкторским решением.
Разнообразие ассортимента, а также насыщенность рынка, обуславливают рост требований потребителей к качеству изделий. Поэтому проблема улучшения технологических и эксплуатационных свойств за счет технологических обработок деталей и изделий из кожи остается актуальной и сегодня.
Одним из важнейших направлений совершенствования процессов изготовления одежды из кожи, обеспечивающим качество изделий в эксплуатации, является использование более рациональных способов формообразования и формозакрепления деталей одежды.
Высокие показатели пластичности кожи, в отличие от текстильных материалов, обусловленные ее строением, в частности свойствами коллагеновых волокон, позволяют создавать сложные объемные формы без конструктивных членений. Это является одним из главных условий для реализации экономически-эффективных методов изготовления одежды. Однако, в процессе формования за счет релаксационных процессов имеет место изменение размеров и положения некоторых структурных элементов
кожи, что в конечном итоге приводит к ухудшению потребительских свойств изделия. Указанное выше обстоятельство не позволяет сохранять в готовой одежде, при ее эксплуатации, заданную объемную форму без дополнительной фиксации с учетом объемно-пространственного и композиционного решения модели. Кроме того, для одежды важным требованием является ограничение жесткости конструкции в целях обеспечения эргономичности и комфортности. Поэтому создаваемая структура материала должна обеспечивать одновременно упругость и гибкость пакета одежды.
Анализ опыта работы предприятий, производящих одежду из кожи показал, что в настоящее время для фиксации формы применяют традиционный метод дублирования разнообразными прокладочными материалами. При использовании данного метода в процессе эксплуатации из-за недостаточной прочности соединения и различного поведения кожи и прокладочного материала при воздействии внешних факторов происходит пузырение и отслаивание; уменьшение гибкости (подвижности) структуры кожи. Кроме того, данный метод характеризуется большой материалоёмкостью и трудоемкостью.
Поэтому, исследование структуры и свойств одежных кож и разработка эффективных способов формозакрепления с целью повышения формоустойчивости одежды является актуальной задачей и требует глубокого исследования.
Цель работы заключалась в исследовании структуры кожи в процессе формообразования и формозакрепления, разработке метода оценки формоустойчивости и способа её повышения.
Для достижения поставленной цели в работе решаются следующие задачи:
-проведение анализа современного состояния в области образования и закрепления формы из плоских текстильных и нетекстильных материалов;
-анализ основных параметров структурной организации кожи, модификация которых в процессах формообразования и формозакрепления способствует повышению формоустойчивости изделий;
-теоретическое обоснование и выявление механизма взаимодействия структурных элементов кожи с расплавами, и дисперсиями полимеров, применяемыми для повышения формоустойчивости кожи;
-обоснование метода прямой стабилизации полимерной композицией кож хромового дубления для повышения формоустойчивости;
-микроскопическое исследование структуры систем материалов, стабилизированных полимерной композицией и термоклеевыми прокладочными материалами;
-выбор и обоснование наиболее значимых показателей качества для оценки формоустойчивости одежных кож хромового дубления;
-оптимизация параметров процесса прямой стабилизации полимерной композицией одежных кож хромового дубления;
-выбор приборов, методов и проведение экспериментальных исследований для оценки физико-механических, физических и эксплуатационных свойств кож, стабилизированных традиционными прокладочными материалами и полимерными композициями;
-разработка стендовой установки для оценки упруго-пластических свойств при многоцикловом пространственном деформировании;
-разработка способа повышения формоустойчивости кож, состава для его осуществления, рекомендаций для практического использования полученных результатов и апробация способа в условиях производства изделий из кож.
Научная новизна заключается в следующем:
- Получены новые сведения об изменении структурной организации одежных кож хромового дубления, происходящие в процессе формозакрепления полимерными композициями и термоклеевыми
прокладочными материалами, позволяющие увеличивать контакт и снижать подвижность структурных элементов кож, что обеспечивает уменьшение релаксационных процессов за счет фиксации структуры в новом положении, и способствует сохранению заданного деформированного состояния.
Разработана стендовая установка для определения упруго-пластических свойств при многоцикловых пространственных деформациях, позволяющая имитировать реальные условия эксплуатации (Заявка на изобретение № 2007114927 от 20.04.2007).
Разработан способ повышения формоустойчивости кожаных изделий, включающий нанесение на бахтармяную сторону кожи водной полимерной композиции на основе поливинилацетата, придание формы детали, сушку и фиксирование ее охлаждением. Научная новизна предлагаемого способа подтверждена патентом (Патент № 2266863 от 27.12.2005).
Разработан и оптимизирован состав водной полимерной композиции на основе поливинилацетата для повышения формоустойчивости одежных кож хромового дубления в процессе прямой стабилизации.
Практическая значимость Разработанный способ повышения формоустойчивости кожаных изделий был апробирован на предприятии по производству изделий из кожи ЗАО «Юничел-Злато» (г. Златоуст), получил положительную оценку и был рекомендован для внедрения на предприятиях по производству изделий из кожи Уральского региона.
Новый способ повышения формоустойчивости кожаных изделий позволяет направленно регулировать свойства различных участков деталей, восстанавливать потребительские свойства кожи и прогнозировать поведение готовых изделий при эксплуатации, что дает основания рекомендовать его для внедрения на предприятиях, производящих одежду из различных видов кож.
Разработана стендовая установка для определения деформационных свойств материалов при многоцикловом пространственном растяжении и
внедрена в учебный процесс и при выполнении НИР на кафедре «Проектирование и технология изделий сервиса» филиала Южно-Уральского государственного университета (ЮУрГУ) в г. Златоусте.
Результаты проведенных исследований были внедрены в учебный процесс по дисциплинам «Материаловедение в производстве изделий текстильной и легкой промышленности» по специальности «Технология швейных изделий» Московского государственного университета сервиса, а также в учебный процесс по дисциплинам «Материаловедение швейного производства», «Технология изготовления изделий из кожи и меха» и дипломное проектирование по специальности 100101 «Сервис» филиала ЮУрГУ в г. Златоусте.
Апробация работы. Материалы диссертации были доложены и получили положительную оценку на Международных научно-практических конференциях «Материаловедение - 2002» (МГУС, 2002), «Наука - сервису» (МГУС, 2006), «Актуальные проблемы переработки льна в современных условиях» (Кострома, 2004), «Проблемы совершенствования качественной подготовки специалистов высшей квалификации» (ОГИС, Омск, 2004), «Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности» (ИГТА, Иваново, 2006), «Современные техника и технологии» (Томск, 2007).
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 15 печатных работ, в том числе 4 из них в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, 1 патент на изобретение и 1 заявка на изобретение.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, выводов и списка использованных литературных источников. Работа изложена на 153 страницах машинописного текста, включает 48 рисунков, 14 таблиц, 13 приложений, список используемых литературных источников включает 159 наименований.
Изменение структурных характеристик кож в процессах придания им пространственной формы
Каждый топографический участок отличается по толщине, плотности, химическому составу, характеру переплетения волокон и физико-механическим свойствам [20,21]. В шкурах и кожах крупного рогатого скота выделяют полы, вороток, чепрак, лапы, челку и огузок. Наиболее ценной частью является чепрак, на долю которого приходится до 55% площади кожи [12]. По данным Поварнина Н.Н. чепрачная часть кожи имеет более равномерную ориентацию пучков волокон по площади относительно линии хребта, чем остальные топографические участки. Свойства кожи в чепраке более равномерны, чем на периферийных топографических участках
Кожу относят к капиллярно-пористым коллоидным телам, т.к. она имеет сложную систему эластичных пор и капилляров. Выделяют несколько типов пор: замкнутые, тупиковые, сквозные и петлеобразные, образующиеся путем соединения трех первых типов, последние и обуславливают огромную внутреннюю поверхность кожи [11].
Таким образом, истинная площадь поверхности всегда больше геометрической, определяемой её габаритными размерами, так как все физические поверхности не являются идеально гладкими и имеют рельеф [22].
Высота микронеровностей поверхности кожевенных материалов, отличающихся пористой структурой, составляет от долей до целых миллиметров, а высота таких микронеровностей как микропоры, а также различных дефектов структуры может быть около микрометра.
Согласно классификации пор по размерам, предложенной Лыковым А.В. поры радиусом до 10 7 м называют микропорами, а поры радиусом больше 10" м макропорами. Причем в одной коже встречаются поры разных радиусов. Объем пор и распределение их по радиусам зависят от вида и способа обработки сырья. Большая пористость кожи, наличие в ней пор разного диаметра, особенность строения пор, обуславливают высокие показатели гигиенических свойств кожи: способность поглощать и пропускать пары воды, воздух и капельную влагу от бахтармяной стороны к лицевой, сохраняя в то же время достаточную водостойкость лицевой стороны. [13].
Таким образом, высшим структурным элементом кожи являются волокна коллагена, переплетающиеся с эластином, ретикулином и между собой в различных направлениях, образуя трехмерное переплетение. Установлено, что между пучками волокон кожи нет химических связей, а удерживаются они за счёт взаимного переплетения. Волокнисто-сетчатая структура кожи и капиллярно-пористое строение обуславливают особенности ее свойств и поведения в процессах формообразования и формозакрепления.
Изменение основных характеристик микроструктуры кожи: угла наклона пучков волокон, регулярности и компактности их укладки, степени их извитости в результате операций формообразования и формозакрепления будут определять формоустойчивость систем материалов, а также их поведение при внешних воздействиях.
Изменение структурных характеристик кож в процессах придания им пространственной формы. Одной из важнейших операций технологического процесса изготовления изделий легкой промышленности, в том числе и одежды, считается формование, задачей которого является получение сложной объемной формы из плоских материалов с целью создания антропометрического соответствия изделия, что обеспечивает многие показатели качества готовой продукции. В настоящее время широко используются 2 способа создания формы: - конструктивный, за счет членения целого плоского материала на детали сложных конфигураций; - за счет деформации структурных элементов материала (волокон, пучков) и ее последующего закрепления.
Конструктивный способ широко применяется в производстве одежды из кожи, однако является трудо- и материалоёмким, а также не всегда эффективным для более сложных силуэтных и модельно-конструкторских решений [23].
Формообразование за счет деформации материалов используется в головных и обувных изделиях, что дает возможность получать объемные выпуклые поверхности из цельного материла, которые впоследствии жестко фиксируются. Использование этого способа в производстве одежды из кожи не нашло широкого применения, т.к. для одежды важным требованием является ограничение жесткости конструкции в целях обеспечения эргономично-сти и комфортности. Необходимо изыскание возможностей использования данного метода формования при изготовлении одежды из кожи. Для этого требуется изучение структурных изменений кож в процессе придания формы
Фундаментальные исследования, изучающие поведение и изменение структурной организации кожи проведены в работах А. Н. Михайлова, Н.В. Чернова, Ю. П. Зыбина, В.А. Фукина, М. П. Куприянова, С.А. Павлова и других [2,3,14,24,25,26] вопросы одноосного растяжения кожи, изложены в трудах Бузова Б.А., Булатова Г. П., Жихарева А. П., Рыкова С. П., Петропавловского Д. Г. [27,28,29].
В литературе [30-34] сообщается о ряде попыток установления качественных и количественных корреляционных связей между физико-механическими и структурными показателями кожи. Многие работы затрагивали эту проблему в связи с изучением изменения структурных свойств кожи, как в отдельных технологических операциях, так и на протяжении всего технологического процесса выделки кожи [35-45]. В данной работе анализируются изменения структуры кожи, происходящие в результате формования и формозакрепления.
В процессе формообразования, в результате которого кожа испытывает различные деформации (утонение, изгиб, растяжение, сжатие) происходят изменения ее структуры на различных уровнях. Само по себе утонение не оказывает существенного влияния на способность к образованию пространственной формы, так как по сравнению с другими геометрическими размерами толщина обувных и швейных материалов очень мала, но из-за перестройки структуры материала при утонении задаваемая материалу пространственная форма принимается им легче.
Изгиб при образовании формы деталей одежды должен сочетаться с другими видами деформации материала. Так как оболочка, полученная чистым изгибом, не является достаточно устойчивой, в связи с тем, что в материале не возникают какие-либо связи, фиксирующие его структуру.
Большое значение при получении пространственной формы деталей одежды, обуви, кожгалантерейных изделий имеют деформации растяжения и сжатия материала на отдельных участках деталей [12]. Утонение, изгиб можно считать следствием растяжения и сжатия в различных плоскостях элементов структуры кожи.
Разработка стендовой установки для определения деформационных свойств кожи при многоцикловом растяжении
В качестве критериев оценки формоустойчивости используется комплекс показателей: жесткость при изгибе, упругость, несминаемость, изменение профиля или стрелы прогиба отформованных выпуклых образцов [120], компоненты деформации при однократном и многократном пространственном и плоском растяжении и отдыхе [139], усадка, опытная носка. Оценка формоустойчивости проводится теми способами, которые наиболее эффективны в каждом отдельном случае.
При этом важно оценить способность объекта сохранять свое первоначальное состояние, т.е. форму в процессе воздействия на него механических и физико-механических факторов и восстанавливать свою форму после исчезновения действия возмущений заданного типа.
На основании выше сказанного были предложены методы оценки формоустойчивости и ее изменений после эксплуатационных воздействий, которые представлены в таблице 2.6.
Кроме этого необходимо учитывать изменение гигиенических свойств в результате прямой стабилизации и дублирования, т.к. изделие, изготовленное с их применением должно отвечать требованиям безопасности и эргоно-мичности. В качестве показателей для оценки гигиенических свойств выбраны пористость, паропроницаемость и влагоемкость. Методы их определения представлены также в таблице 2.6.
Перед проведением испытаний пробы выдерживали не менее 12 часов в нормальных условиях (температура 20 ± 3С и относительная влажность 65 ± 5 % по психрометру) в соответствии с ГОСТ 938.14 «Кожа. Метод кондиционирования пробы». В этих же условиях проводились испытания.
Подготовка образцов к проведению физико-механических испытаний осуществлялась согласно ГОСТ 938.12 «Кожа. Метод подготовки образцов к физико-механическим испытаниям». Перечень нормативных документов (ГОСТ на методы исследований), используемых в данной работе, представлен в таблице 2.6.
В работе также использовались известные методики, не регламентируемые нормативно-технической документацией.
Для выявления механизма взаимодействия структурных элементов кож с расплавами и дисперсиями полимеров были выполнены микроскопические исследования на сканирующем электронном микроскопе фирмы JEOL модификации JSM-6460LV (Япония). Данный микроскоп предназначен для визуального исследования топографии поверхности тела методом вторичной электронной эмиссии и фотографирования их изображения. Срезы выполнялись на салазочном микротоме в продольном и поперечном направлениях кожи, толщиной «5-Ю мкм.
Для усиления контраста подготовленные образцы напылялись тонким слоем платины. После чего помещались в рабочую камеру микроскопа, где электронная оптическая система фокусировала направленный на избранный участок образца узкий пучок электронов, который последовательно «обегал» весь образец. Вторичные рассеянные электроны в каждой точке попадали в электронный детектор. Далее усиленный сигнал подавался на синхронно работающую катоднолучевую трубку с флуоресцентным экраном. Полученная таким образом картина соответствовала изображению образца. Величина увеличения изменялась от 80 до 1000. Важным преимуществом рассматриваемого метода является высокая глубина изображения и контраста.
Пористость кожи определялась в соответствии с методикой, изложенной в «Лабораторном практикуме по химии и технологии кожи и меха» [140]. его полному объему (включая объем пор). Истинной плотностью называется отношение массы образца к объему его плотного вещества (без пор).
Для определения этих величин образец размером 40x40 мм взвешивают на аналитических весах, после чего образец погружают в стакан с керосином, который помещают в вакуумный эксикатор, в течение 5 мин. откачивают воздух. С извлеченного образца удаляют избыток керосина, и образец повторно взвешивается. Зная массу поглощенного керосина и его плотность, определяется его объем, который равен объему пор кожи, исходя из полученных данных, определяется истинная и кажущаяся плотность. Пористость рассчитывается по приведенной формуле 2.1.
Исследования работы разрыва и модуля жесткости проводились на универсальном испытательном комплексе «Инстрон» модель 4411.
Универсальная испытательная система «Инстрон» серии 44 используется для тестирования широкого спектра материалов. Система состоит из нагрузочного модуля, пульта управления, обеспечивающего выполнения калибровки, настройки и управления тестом.
Нагрузочный модуль представляет собой устойчивую конструкцию с высокой степенью жесткости, в которую между силовой и стационарной основанной платой устанавливается тензодатчик. Высокая жесткость обеспечивает передачу испытательного напряжения от двигающегося ползуна на испытуемый образец, удерживаемый на месте между тензодатчиком и основанием. Тензодатчик принимает испытательное напряжение и преобразует его в электрический сигнал для дальнейшего измерения и контроля.
Система управления нагрузочным модулем построена на базе микропроцессорного пульта управления. Можно также управлять модулем через дополнительную компьютерную систему, исполняющую программу тестирования материала.
Для исследования деформационно-пластических свойств кожи использовался автоматизированный компьютерный комплекс «RELAX», разработанный в МГУДТ [135-137]. Оценка деформационных свойств кожи осуществлялось на основе компьютерного анализа процесса релаксации материала - его упругого восстановления после снятия нагрузки. Действие данного прибора основано на методе релаксационной спектрометрии. В основу которого положены представления, в соответствии с которыми модель кожи может рассматриваться как сложная система, состоящая из ряда подсистем, образуемых более или менее однородными кинетическими единицами - релаксаторами.
Модификация структуры кож при введении водных полимерных композиций и расплавов полимеров
Внешние факторы, такие как влага, тепло ускоряют также процесс релаксации в свободном состоянии после снятия нагрузки.
Таким образом, растяжения до 20%, которым подвергают детали одежды из кожи в процессах формования после снятия нагрузки, будут меняться или вовсе исчезать, вследствие релаксационных процессов, связанных с особенностями структурной организации кож. Это приводит к проблеме стабильности формы готовых изделий из кожи и необходимости её дополнительного закрепления [152].
Силы, препятствующие ориентации и выпрямлению волокон, а также соскальзыванию волокон относительно друг друга отождествляют с силами притяжения и трения между структурными элементами.
Таким образом, полное удлинение, достигаемое кожей к моменту равновесия с приложенной нагрузкой, т. е после формования, будет слагаться из упругого удлинения за счет выпрямления волокон и пластического удлинения, вследствие необратимой перегруппировки волокон друг относительно друга и силы трения между ними. Силы притяжения между волокнами после снятия нагрузки будут стремиться привести систему в новое положение равновесия, поэтому часть эластического удлинения исчезнет. Эта часть удлинения соответствует упругому последействию. Момент упругого последействия и будет, очевидно, одной из основных причин изменения заданного напряжения, а в конечном итоге и формы.
Отсюда следует, что для устойчивого сохранения заданных деформаций в процессе формования необходимо уменьшить возможность взаимного перемещения структурных элементов друг относительно друга. Чем меньше будет подвижность между элементами структуры кожи после формования, тем больше будет ее упругость и жесткость, т.е. сопротивление полученной системы изменению формы [150].
Таким образом, анализ механизма деформирования структуры кожи в процессе формования позволяет теоретически установить следующее: 1) особенностью структурной организации кож является взаимное переплетение пучков волокон, за счет которого они удерживаются друг относительно друга при отсутствии химического взаимодействия. Это обеспечивает возможность ориентации, растяжения, выпрямления и смещения пучков волокон относительно друг друга в процессе деформации растяжения. 2) в процессе формования в структуре кожи происходят сложные пространственные деформации ее элементов в основном за счет выпрямления и растяжения пучков волокон. Большая часть заданной деформации носит упругий или упруго-эластический характер. Пластические, т.е. необратимые изменения не наблюдаются при деформации до 20%. 3) увлажнение при формовании повышает подвижность структуры и дает возможность создавать сложные объемные формы . 4) отсутствие прочных химических связей между пучками волокон приводит к обратимым релаксационным процессам после снятия нагрузки. Это является основной причиной нестабильной формы сформованных деталей и готовых изделий одежды из натуральной кожи в процессе эксплуатации. 5) введение в волокнисто-сетчатую пространственную структуру кожи дополнительных химических реагентов способно снизить подвижность между структурными элементами кожи за счет создания объемно-пространственной сетки и уменьшения межволоконного капиллярно-пористого пространства, что очевидно будет способствовать сохранению заданного деформационного состояния структуры.
Модификация структуры кож при введении водных полимерных композиций и расплавов полимеров. В подразделе 3.1 показано, что в процессе формования происходит перестройка структурных элементов кожи, а, следовательно, и связей между ними. Сохранение заданного в процессе формования деформационно-напряженного состояния структурных элементов кожи возможно за счет создания дополнительных взаимодействий. Очевидно, что закрепление нового положения структурных элементов, полученного в процессе формования возможно за счет изменения сил сцепления, скольжения, контакта между ними.
Увеличение контакта между макроструктурными элементами возможно за счет введения в материал различных полимеров. Это приведет к возникновению контакта в местах переплетения и соприкосновения волокон и получению комплексной системы материалов: кожа + полимер. Измененная структура будет отличаться от исходной структуры кожи, и зависеть от ряда факторов, среди которых следует выделить: капиллярно-пористое строение, характер поверхности (микрорельеф), функциональные группы в макромолекулах вводимого полимера и субстрата (кожи), силы адгезионного и коге-зионного взаимодействия, характера распределения частиц полимера на волокнах и в межволоконном пространстве.
Введение дисперсий в процессе прямой стабилизации и расплавов полимеров при дублировании увеличивает взаимодействие между структурными элементами кожи, снижает их подвижность, что затрудняет протекание процессов релаксации и очевидно, способствует сохранению заданного деформационного состояния структуры [148,149].
Оптимизация параметров процесса прямой стабилизации полимерной композицией
При производстве и эксплуатации материалы изделий, как правило, не испытывают усилий, приводящих к их разрушению, но, несмотря на это, прочностные свойства материалов являются одними из основополагающих, поэтому важно оценивать изменение этих свойств не только при создании и исследовании новых материалов, систем, но и в результате влияния эксплуатационных воздействий.
В работе проведено исследование изменения предела прочности и разрывного удлинения образцов кож и систем материалов, стабилизированных полимерной композицией и термоклеевыми прокладочными материалами до и после воздействия химчистки. Показатели определялись на разрывной машине РТ - 250М - 2 по ГОСТ 938.11. Результаты испытаний и их статистическая обработка приведены в таблице Д.1 - Д.4 приложения Д и на рисунках 4.14-4.16.
На рисунке 4.14 видно, что в процессе обработок полимерными композициями и дублирования термоклеевыми прокладочными материалами происходят изменения предела прочности, значения которого определяются силами когезии структурных элементов кожи и силами связи между ними.
Для полимерных материалов, каким является кожа, изменение размеров и формы при действии силы связано с изменением пространственной конформации макромолекулы в объеме полимера в результате ее распрямления и увеличения расстояний между атомами главных цепей.
При введении полимерных композиций, происходит повышение предела прочности. При стабилизации кож полимерной композицией происходит увеличение предела прочности от 6 до 21 % в продольном и в поперечном направлениях. Увеличение предела прочности объясняется характером расположения волокон кожи, в частности величиной угла их сплетения. В опойке коллагеновые волокна имеют ромбовидное переплетение, т.е. располагаются под высоким углом, в результате формования возможно происходит некоторая ориентация волокон кожи вдоль приложенной силы, а введение полимерной композиции способствует уплотнению структуры. Совместное влияние этих факторов вызывает увеличение предела прочности полученных систем материалов.
В результате формования возможно происходит ориентация и волокон коллагена, который состоит из полипептидных цепей, вытянутых и направленных вдоль оси волокон. Цепи соединены между собой через определенные промежутки боковыми цепями. Возможно, что этот тип правильной структуры не охватывает всего волокна, и в промежутках между такими участками имеются участки с менее упорядоченными цепями. Если боковые цепи препятствуют свободному сдвигу одной главной цепи по отношению к другой, то аморфные участки обладают низкой механической прочностью. В результате введения водной полимерной композиции увеличится подвижность между главными цепями, и они начинают перемещаться друг относительно друга, что вызывает некоторое уменьшение волнистости и выпрямление цепей коллагена в аморфных участках. В процессе сушки фиксируется новое положение волокон. Эта форма будет прочнее, поскольку она содержит меньше складок.
Сравнивая образцы кожи расположенные вдоль и поперек чепрака можно заметить, что предел прочности больше у образцов в продольном направлении. В связи с тем, что деформация кожи существенно зависит от способности структурных элементов ориентироваться в объеме материала вдоль действующей силы. Эта способность к ориентации определяется энергией когезии полимерного вещества структурного элемента и энергией связи между структурными элементами материала, а также направлением действия внешней силы ввиду малой изотропности строения материалов. Если ось волокон совпадает с направлением растягивающей силы, то в процессе деформации они растягиваются. Причем действующая сила будет стремиться вырвать волокна из общей их массы. Если большинство волокон образца расположены параллельно действующей силе, то они будут выдергиваться из кожи, и разрыв произойдет через расползание. Поверхность разрыва получится бахромчатой. Это явление наблюдается в образцах кожи расположенных в продольном направлении.
Когда большинство волокон образца расположены под некоторым углом к направлению действующей силы и волокна по каким-то причинам не смогут легко ориентироваться под действием нормальной составляющей, тогда произойдет изгибание волокон, которое характерно для образцов, расположенных в поперечном направлении. Так как волокна обладают большой длиной, то возникающие напряжения будут большими, произойдет излом волокон, поверхность разрыва в этом случае будет гладкой. Значит, сопротивление разрыву образца кожи зависит не только от прочности волокон, но и от их расположения.
При дублировании термоклеевыми прокладочными материалами происходит снижение предела прочности на 5...8 %, что возможно связано с отслаиванием прокладочного материала при проведении испытаний.
