Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ современной технологии изготовления водозащитных изделий
1.1. Систематизация водозащитных материалов 11
1.2. Анализ особенностей пошива изделий из водонепроницаемых материалов 16
1.3. Анализ технологический решений и технических средств при получении герметичных соединений деталей швейных изделий 18
1.4. Классификация методов оценки свойств материалов и швейных изделий 32
1.5. Определение основных направлений исследования 39
2. Программа и методики проведения исследований
2.1.Характеристика объектов исследования 41
2.2. Описание экспериментальных установок
2.2.1. Разработка устройства для внутришовной герметизации мест ниточных соединений 42
2.2.2. Создание устройства для поверхностной герметизации, параллельной с настрачиванием швов 45
2.3. Обоснование методик проведения исследовани й 48
2.4. Обработка данных экспериментальных исследований 59
3. Разработка комбинированной технологии герметизации швов
3.1. Выбор и обоснование исходных химических веществ для разработки герметизирующих материалов 61
3.2. Разработка и изготовление герметизирующих материалов с учетом особенностей их применения 70
3.3. Выбор оптимальной схемы герметизации швов 79
3.4. Исследование и обоснование рациональных режимов и параметров технологии 81
4. Аналитические и экспериментальные исследования возможностей управления величиной адгензионного взаимодействия между полимерами. оценка качества герметизированных швов .
4.1. Анализ особенностей формирования зоны контакта между клеевым
слоем герметизирующего материала и полимерным покрытием основного материала 93
4.2. Исследование межфазного взаимодействия между клеевым слоем герметизирующего материала и поверхностью полимерного покрытия основного материала 115
4.3. Оценка надежности герметизированных швов 122
Выводы 129
Список использованных источников 131
Приложения
- Анализ особенностей пошива изделий из водонепроницаемых материалов
- Разработка устройства для внутришовной герметизации мест ниточных соединений
- Разработка и изготовление герметизирующих материалов с учетом особенностей их применения
- Исследование межфазного взаимодействия между клеевым слоем герметизирующего материала и поверхностью полимерного покрытия основного материала
Введение к работе
Актуальность темы диссертации. Основные тенденции развития экономических отношений и жесткая конкуренция на мировом рынке требуют повышения качества выпускаемой продукции.
Для изготовления водозащитных швейных изделий широко используются водонепроницаемые материалы с полимерными покрытиями, исходные свойства которых в полной мере удовлетворяют предъявляемым к ним требованиям. Для обеспечения защитной функции изделия ниточные соединения должны подвергаться дополнительной герметизирующей обработке. Применение известных способов герметизации (клеевых, сварных, с использованием жидкофазных или парообразных гидрофобизирующих сред) при производстве водозащитных изделий ограничивается узким спектром используемых материалов, видом изделий, конструкцией швов. В ряде случаев процесс герметизации пожароопасен и реализуется во вредных для здоровья работающих условиях. Поэтому совершенствование процесса герметизации швов при изготовлении изделий из водонепроницаемых материалов в настоящее время является актуальной задачей швейного производства. Для специалистов-швейников она конкретизируется разработкой нового герметизирующего материала и способа его фиксирования. Решение этой задачи невозможно без внедрения наукоемких технологий в производство швейных изделий.
Работа выполнена в соответствии с программой Министерства образования РФ по конкурсу грантов 2003-2004 гг. по фундаментальным исследованиям в области технических наук (шифр гранта Т02-10.4-795).
Цель диссертационной работы заключается в разработке эффективного процесса герметизации швов с использованием новых герметизирующих материалов, а также в исследовании влияния условий герметизации на адгезионную прочность. Для достижения поставленной цели решены следующие задачи:
выполнен анализ химических композиций и обосновано направление разработки герметизирующих материалов;
разработаны герметизирующие материалы и исследованы их свойства, выбраны оптимальные структура и химический состав клеевого и изолирующего слоев герметизирующего материала;
разработан процесс получения герметизирующих хматериалов в промышленных условиях, определены режимы осуществления технологических операций;
обоснована оптимальная схема процесса герметизации швов, проанализировано влияние на качество герметизации режимов и параметров ее осуществления, получена математическая модель прогнозирования адгезионной прочности клеевых соединений в зависимости от толщины клеевого слоя, удельного давления в зоне контакта и продолжительности склеивания;
определены оптимальные режимы герметизации и геометртгческис параметры герметизирующих материалов гГз#одсУМШГ0і№Ш{ІІЇ$а кривиз-
! ККБЛИОТЕКА |
4 ны соединяемых срезов;
исследован процесс герметизации с позиций формирования адгезионного контакта и наличия химических взаимодействий в полимерных материалах, происходящих при образовании клеевого герметичного соединения ;
выполнена оценка защитных свойств и эксплуатационной надежности герметизированных швов, разработаны рекомендации по практическому использованию разработанной технологии.
Научная новизна диссертационной работы заключается в разработке новых герметизирующих материалов, обосновании структур и закономерностей получения клеевых герметизирующих материалов из акриловых латексов, прогнозировании необходимого уровня адгезионной прочности клеевых герметичных соединений в водонепроницаемых изделиях. Впервые получены следующие научные результаты:
теоретически обосновано и экспериментально подтверждено обеспечение достаточной адгезионной прочности соединений, полученных с использованием новых клеевых герметизирующих материалов при совмещении герметизации швов с образованием ниточных соединений;
разработаны новые одно- и многослойные герметизирующие материалы для внутришовной и поверхностной герметизации, обладающие адгезионной способностью без теплового или химического активирования, и исследованы их механические свойства, гигроскопичность, липкость;
на основе экспериментальных исследований установлено влияние режимов и параметров операции склеивания на адгезионную прочность соединений с использованием новых герметизирующих материалов;
выполнены исследования адгезионной способности водонепроницаемых материалов с различными полимерными покрытиями с учетом их смачиваемости и условий формирования площади контакта;
получена методами планирования эксперимента математическая модель прогнозирования адгезионной прочности соединений в зависимости от толщины клеевого слоя, удельного давления в зоне контакта и продолжительности процесса склеивания;
разработаны способы внутришовной и поверхностной герметизации швов и устройства к швейной машине для их реализации, техническая новизна которых защищена патентами РФ;
доказана надежность герметизации швов при воздействиях, возможных в процессе эксплуатации водозащитных изделий.
Общая характеристика объектов и методов исследования. В качестве объекта исследования в диссертационной работе был выбран процесс герметизации ниточных соединений, совмещенный с их образованием. Исследованиям подвергались швы различных конструкций, выполненные из водонепроницаемых материалов с полимерными покрытиями.
Экспериментальные исследования проводились с применением современных методов: электротензометрического, инфракрасной спектроскопии, пенетрометрического.и. измерения водопроницаемости на оригинальном приборе ИГТА. Показатели механических свойств герметизирующих
5 материалов и швов определены по существующим стандартизированным методикам. Для исследования структур клеевых соединений были использованы методы микрофотографирования и графического сканирования. Процесс обработки результатов экспериментальных исследований осуществлялся на ПЭВМ с пакетами специального программного обеспечения.
Практическая значимость работы состоит в разработке новых герметизирующих материалов, обладающих адгезионной способностью к большинству водонепроницаемых материалов без теплового или химического активирования, и устройств, совмещающих герметизацию с образованием ниточных соединений. Герметизированные швы обладают необходимыми защитными свойствами и эксплуатационной надежностью.
В результате совершенствования процесса герметизации обеспечиваются безопасные условия труда на швейных предприятиях.
Технология герметизации с использованием разработанных герметизирующих материалов и устройств апробирована в швейном производстве Ивановского филиала ГУ НИИИ и ПТ ГУИН Министерства юстиции Российской Федерации.
В условиях отдела опытно-промышленных установок ФГУП ИвНИИПИК на наносно-переносной линии «Spooner» (Япония) получены опытные образцы герметизир>тощих материалов.
Ожидаемый экономический эффект от внедрения разработанной технологии составляет 19220 рублей на 1000 изделий.
Апробация работы. Основные материалы диссертации доложены и получили положительную оценку:
на межвузовской научно-технической конференции «Студенты и молодые ученые университета - развитию науки и производства Костромской области», КГТУ, Кострома, 1999 г.;
на межвузовской научно-технической конференции «Молодые ученые - развитию текстильной и легкой промышленности» (Поиск-2002,2003), ИГТА, Иваново, 2002,2003 гг.;
на международной научно-технической конференции «Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности» (Прогресс-2002), ИГТА, Иваново, 2002 г.;
на международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы переработки льна в современных условиях» (Лен-2002), КГТУ, Кострома, 2002 г.;
на международной научно-технической конференции «Роль предметов личного потребления в формировании среды жизнедеятельности человека», МГУДиТ, Москва, 2002 г.;
на международной научно-технической конференции «Текстиль-2003», МГТУ, Москва, 2003 г.;
на заседаниях кафедры технологии швейных изделий в 2000-
2003 гг.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 10 научных работ, получено два патента на изобретение и на полезную модель.
Структура и объе\1 работы. Диссертационная работа состоит из
введения, четырех глав. Работа содержит 149 страниц машинописного текста и включает 36 рисунков, 17 таблиц, список использованной литературы (172 наименования), 15 приложений.
Анализ особенностей пошива изделий из водонепроницаемых материалов
Ниточные соединения в настоящее время являются основным, наиболее универсальным из всех остальных способом соединения деталей одежды. Процесс соединения деталей сравнительно прост, максимально обеспечен технологическим оборудованием. Ниточные соединения обладают необходимыми прочностью, эластичностью, эстетическими показателями. Они позволяют сшивать материалы в широком по толщине диапазоне (от 0,1 до 10мм), использовать длину стежка от 1 до 10 мм, существенно изменять в зависимости от условий линейную скорость перемещения материалов (от 2-3 до 20-25 м/мин и более) /29/. Качеству ниточных соединений уделяется большое внимание, особенно при изготовлении изделий, подвергающихся в эксплуатации значительным влияниям силовых воздействий и окружающей среды.
Качество швейных изделий из водонепроницаемых композиционных материалов в равной степени зависит от свойств материала и качества соединения деталей одежды. Ниточный способ соединения, обладая преимуществами по сравнению с остальными, неизбежно приводит к образованию отверстий от прокола иглой в структуре материала.
При стачивании материалов с полимерными покрытиями на величину отверстий, оставляемых иглой, влияет взаимное расположение материалов в шве. Прокалывание иглой с конусной заточкой со стороны покрытия образует отверстия значительно большего размера, чем прокалывание со стороны тканевой основы. То есть, на прорубаемость материалов и, следовательно, на водоупорность швов влияет их конструкция /30/.
Прорубаемость материалов зависит от технологических режимов стачивания: частоты строчки, частоты вращения главного вала, давления лапки, диаметра отверстия в игольной пластине /31,32/.
На водопроницаемость швов, то есть на величину отверстий проколов, влияют толщина иглы и форма заточки ее острия. Основными параметрами иглы, от которых зависит величина вертикальной силы, разрушающей материал при проколе, являются угол заточки острия, коэффициент трения о материал и диаметр. При малом угле заточки повреждаемость ткани незначительна даже при стачивании толстыми нитками. При увеличении угла заточки резко возрастает повреждаемость ткани. Доказано, что повреждаемость тканей незначительна в том случае, если половина угла заточки иглы меньше или равна углу трения о материал /33/.
Важным фактором, влияющим на коэффициент трения иглы о материал, является состояние ее поверхности. При стачивании специально отполированн-ными иглами повреждаемость ткани снижается в 2-3 раза /34/.
В процессе стачивания жестких материалов с полимерными покрытиями в результате трения происходит быстрый износ иглы, выражающийся в удаления микрочастиц с ее поверхности, особенно с острия, что приводит к затуплению иглы и ухудшения качества строчки. Износ острия иглы швейной машины зависит от структуры, плотности и толщины соединяемых материалов, частоты вращения главного вала машины, частоты строчки и времени работы /35/.
В результате возникновения силы трения происходит нагрев иглы, достигающий значительной величины (300-400 С). Нагрев иглы возрастает с увеличением частоты вращения главного вала, толщины и плотности материала, частоты стежков, диаметра иглы, давления лапки. Для обеспечения меньшего нагрева при шитье рекомендуются иглы с хромированной поверхностью /36/.
При стачивании полимерных материалов образованию отверстий способствует расплавление в местах прокола сильно нагретой иглой /37/. Расплавленный полимер налипает на поверхность иглы, увеличивают ее трение о материал, что ведет еще к большему нагреву и обрыву швейных ниток.
Для полного заполнения отверстия прокола необходимо использовать швейные нитки с максимальной линейной плотностью. Но очень толстая нить, не помещаясь в желобке иглы, вместе с иглой разрушает материал. Обработка швейных ниток гидрофобными препаратами может приводить к увеличению их толщины, что требует использования более толстых игл. Кроме этого, гидрофобные нитки теряют способность к дальнейшему набуханию под воздейст-вием воды/38/.
Таким образом, при использовании ниточного способа для соединения деталей водозащитных швейных изделий необходима дополнительная герметизирующая обработка швов, так как в результате действия множества факторов процесса стачивания происходит образование отверстий, не закрываемых полностью швейной ниткой и поэтому проницаемых для воды.
1.3. Анализ технологических решений и технических средств, на ., правленных на получение герметичных соединений деталей швейных из делий.
Водозащитные свойства изделий зависят не только от водозащитных свойств применяемых материалов, конструкции изделия, но и от способа соединения деталей. Швы являются критическим фактором, определяющим водозащитную функцию одежды. При его недооценке проявляется правило: «Малая причина - большое следствие». При изготовлении изделий из водонепроницаемых материалов обязательным условием является герметичность мест соединений деталей. Анализ существующих способов соединения деталей водозащитной одежды показал, что герметичные швы получают клеевым, сварным способами, их комбинацией друг с другом или с ниточными соединениями.
Клеевой способ соединения целесообразно использовать в тех случаях, когда возникают сложности в использовании швейных машин, например, при переработке труднотранспортируемых материалов с большой поверхностной плотностью. На предприятии Papierverarbeitung G6rlinz (Германия) по производству кожгалантерейных изделий взамен ниточного способа применяется клеевой способ соединения. Применяемые клеевые швы выдерживают без разрушения давление 500-800 кПа на 1 см2 поверхности. Климатические испытания показали, что швы не теряют прочности и герметичности при температуре до 90 С/39/.
При использовании клеевого способа получения герметичных швов фирма Plabe Bonn GmbH (Германия) рекомендует использовать клеевой материал Platamid Ml 186. При его применении обеспечивается очень высокая прочность на срез и разрыв клеевого шва Производительность при склеивании превосходит производительность при пошиве на высокоскоростных швейных машинах, а прочность швов соответствует прочности ниточных соединений. Склеивание производится горячим прессованием при температуре 210С /40/.
Клеевые способы соединения, обладающие высокими прочностью и надежностью, являются перспективными, так как при их выполнении не разрушается материал. Однако на прочность клеевых швов оказывает большое влияние так называемый масштабный фактор. Как правило, прочность клеевых соединений малой площади невелика. При клеевом способе возникают значительные трудности при соединении криволинейных контуров, не повторяющих друг друга, что часто встречается в деталях одежды. Кроме этого, в настоящее время не разработано устройств, позволяющих изготавливать клеевым способом водозащитные изделия в массовом производстве, поэтому эта технология является достаточно трудоемкой в исполнении.
Разработка устройства для внутришовной герметизации мест ниточных соединений
Для внутришовной параллельной со стачиванием герметизации ниточных соединений разработано и изготовлено экспериментальное устройство, техническая новизна которого защищена патентом РФ /115/, приложение 3.
Устройство для внутришовной герметизации (рис.2.1.) устанавливается на универсальной швейной машине. Оно позволяет осуществлять герметизацию швов при стачивании с использованием двусторонних клеевых материалов с постоянной остаточной липкостью, способных склеивать соединяемые слои материала без дополнительного температурного или химического воздействия на зону герметизации. Герметизирующий материал дублирован двусторонним антиадгезионным носителем, удаляемым с него в процессе герметизации.
Устройство содержит жестко закрепленный на платформе швейной машины рулон с герметизирующим материалом, направитель герметизирующего материала, прессующий орган, приспособление для удаления в процессе герметизации антиадгезионного носителя с герметизирующего материала.
Герметизация осуществляется в следующей последовательности. Рулон 2 герметизирующего материала заправляется в кассету, закрепленную на платформе 1 швейной машины. Конец герметизирующего материала заправляется во входной направляющий паз направителя 4 таким образом, что герметик находится сверху, а антиадгезионный носитель - снизу.
Затем герметизирующий материал заправляется в выходной паз направителя 4. При выходе из выходного паза герметизирующий материал перегибается и располагается таким образом, что герметик находится снизу, а антиадгезионный носитель - сверху. При этом изменяется направление движения герметизирующего материала на перпендикулярное. Герметизирующий материал отделяется вручную от антиадгезионного носителя на расстоянии, необходимом для заправки антиадгезионного носителя в направляющий паз основания направителя 4 и размещается между соединяемыми слоями основного материала. После этого опускаются игла и прижимная лапка вместе с верхним прижимным роликом и начинается процесс стачивания с одновременным склеиванием припусков шва. Направитель обеспечивает расположение герметика между соединяемыми слоями таким образом, что ниточная строчка проходит через герметизирующую пленку на расстоянии I мм от ее левого (внешнего) и 9мм от правого (внутреннего) края. Снятие антиадгезионного носителя с герметизирующей пленки осуществляется вручную до тех пор, пока длины снятого антиадгезионного носителя не будет достаточно для заправки приспособления для удаления антиадгезионного носителя с герметизирующей пленки. Заправка приспособления осуществляется следующим образом: антиадгезионный носитель подводится к зоне контакта роликов, изготовленных из антиадгезионного материала (тефлона), отводится прижимной ролик. Затем между роликами протягивается антиадгезионный носитель, и ролики приводятся в контакт. Взаимодействие двух роликов обеспечивает последовательный съем носителя параллельно с соединением деталей. Скорость снятия подбирают так, чтобы антиадгезионный носитель проходил между роликами с натяжением. Корректировка скорости может производиться установкой приводного ролика иного диаметра и, в незначительных пределах, длины стежка. После окончания шитья герметизирующая пленка отрезается вручную ножницами вблизи начала строчки без антиадгезионного носителя. Таким образом, заправка герметизирующего материала в направитель и антиадгезионного носителя в приспособление для его снятия осуществляется один раз при заправке каждого нового рулона, что сокращает время вспомогательных приемов при герметизации. При использовании герметизирующих материалов, обеспечивающих необходимую прочность клеевых соединений, возможен переход к безниточ 45 ному способу герметичного соединения деталей с помощью разработанного устройства.
Устройство для внутришовной параллельной со стачиванием герметизации позволяет обеспечить необходимый эффект только на стачных швах, так как при этом полностью блокируется строчка стачивания и склеиваются соединяемые припуски. Однако стачной шов в чистом виде практически не используется при изготовлении водозащитных изделий. Исключение операций ВТО на водонепроницаемых материалах приводит к тому, что припуски швов могут быть зафиксированы только их настрачиванием. Экспериментально установлено, что строчка настрачивания более уязвима при промокании: через неё на изнаночную сторону швов проникает на 15-20% большее количество воды, чем через строчку стачивания. Поэтому строчка настрачивания в изделиях с настрочными и накладными швами, которые наиболее распространены в специальной одежде, должна быть герметизирована. Это можно осуществить при помощи устройства к универсальной машине, которое позволяет осуществлять герметизацию шва при его настрачивании. При использовании этого устройства исключается любая возможность проникновения воды на изнаночную сторону, обеспечивается максимальный уровень водоупорности швов. Герметизация производится при использовании односторонних клеевых материалов с постоянной остаточной липкостью, дублированных с клеевой стороны антиадгезионным носителем. Внешний вид швейной машины с устройством для поверхностной герметизации представлен на рисунке 2.2 (вид со стороны задней панели машины).
Разработка и изготовление герметизирующих материалов с учетом особенностей их применения
В готовом виде герметизирующие материалы с липким слоем должны состоять из несущего материала (основы) и клеящего вещества. В зависимости от природы и свойств носителя и клеящего вещества возникает необходимость в промежуточном слое (праймере), который способствует увеличению адгезии клея к основе и отделительном слое (антиадгезиве). Отделительный слой может являться носителем. Перед применением клеевых материалов он должен легко сниматься. В качестве антиадгезионного слоя целесообразно использовать пленку, обработанную с двух сторон растворами силиконов, имеющих пониженное сродство к защищаемому клеевому слою. Нами была использована по-лиэтилентерефталатная пленка, силиконизированная с двух сторон, толщиной 0,06 мм.
Для технологической переработки акриловых латексов в пленочные материалы необходимо обеспечить их оптимальную вязкость. Содержание метак-риловой кислоты в используемых латексах до 5% позволяет регулировать их вязкость в широких пределах изменением рН /149/. Оптимальная вязкость достигалась нейтрализацией карбоксильных групп аммиаком и введением водорастворимого акрилового загустителя. Акриловые сополимеры способны загущаться под действием щелочи. При загущении происходит увеличение показателя рН среды латекса. При этом возрастает поверхностное натяжение системы, которое объясняется увеличением межфазной поверхности в результате набухания частиц дисперсии при нейтрализации внутренних карбоксильных групп, которые из-за стерических затруднений не выходят на поверхность частиц даже в гидратированном состоянии /148/. Экспериментально установлено, что максимальная вязкость загущенных композиций акриловых латексов, необходимая для их переработки, достигается при рН среды 7,5-8,5. При такой вязкости дисперсия обладает неньютоновскими свойствами. Благодаря очень высокой вязкости в покое повышается стабильность системы, а вследствие того, что при высоких скоростях сдвига такая дисперсионная среда в сильной степени «разжижается» (эффект аномалии вязкости), создается возможность проведения технологических операций /150/. Загущенный латекс представляет собой материал, способный течь при высоких скоростях сдвига. Поэтому он легко наносится тонким слоем на различные поверхности. Этот слой стабилизируется, то есть не растекается из-за того, что вязкость системы при низких скоростях сдвига становится очень высокой. При удалении воды постепенно усиливается взаимодействие между коагулирующими на поверхности частицами полимера, пока не произойдет образования сплошной пленки.
Приготовление композиции для изолирующего слоя Заправка антиадгезионного материала (носителя) в устройство і Транспортировкакомпозиции к узлунанесения Нанесение изолирующегослоя на носитель, ракля сострым ножом, зазор 0,2 мм - Контроль протеканиятехнологическогопроцесса Сушка изолирующего слоя Т=80-85С; V=5 м/мин «_ 1 Намотка рулона і Контроль качества промежуточного материала 1 Съем рулона X Заправка промежуточного материала в устройство Приготовление клеевой композиции Нанесение клеевого слоя наизолирующий слой Ракля с острым ножом, зазор 0,2 мм
Для упрочнения герметизирующих материалов в ряде случаев необходимо их армирование, например текстильными материалами с малой поверхностной плотностью, предварительно придав им водонепроницаемость. Это осуществляется пропиткой материалов неклеевыми акрилатными латексами исходных концентраций или нанесением загущенного латекса с использованием ракли без воздушного зазора с последующей сушкой материала. Водонепроницаемый пленочный слой армирующего материала является изолирующим от воды слоем, а также способствует увеличению адгезии клея к основе. Неклеевой (армирующий) слой герметизирующего материала для поверхностной герметизации не только обеспечивает необходимую прочность, но и предотвращает аутогезию герметизирующего материала при его хранении и при производстве изделий.
Принципиальное различие разработанных герметизирующих материалов состоит в том, что для внутришовной герметизации используются двухсторонние клеевые материалы, для поверхностной — односторонние.
Разработанные герметизирующие материалы были изготовлены наносным способом на наносно-переносной линии "Spooner" (Япония) в условиях опытно-эксперементального производства ФГУП «Ивановский научно-исследовательский институт пленочных материалов и искусственных кож». Ширина полученных на установке герметизирующих материалов составляет 60 см, толщина - от 0,15 мм до 0,35 мм (в зависимости от вида материала), длина -от 5 до 50 метров. При изготовлении пленок на этом оборудовании необходимо обеспечить их постоянное перемещение внутри сушильной камеры для исключения контакта композиции с нагревательными элементами камеры и ее закипания в зоне контакта. Для изготовления герметизирующих материалов была использована ракля с острым ножом, величина воздушного зазора составляла 0,20-0,25 мм. Скорость перемещения материала внутри сушильной камеры - 2 м/мин, температура в камере сушки - 80-85 С. Стадии процесса получения герметизирующих материалов различных видов представлены в приложении 4. Изготовленные промышленным способом пленки можно использовать для герметизации швейных изделий, предварительно разрезав их на полосы необходимой ширины при помощи устройства /144/, изображенного на рис. 3.5. Рис. 3.5 Устройство для нарезания пленок на полосы /- стойка для рулона; 2- рулон герметизирующего материала; 3- направляющая для герметизирующего материала; 4- вертикальный нож; 5- направляющий валик; 6- вертикальная стойка; 7- разъединяющий штырь; 8- механизм вращения вала; 9- кожух; 10- закрепленная направляющая; 11- съемная направляющая.
В промышленных условиях герметизирующие материалы могут быть изготовлены на наносной линии «Изотекс» (комбинат искусственных кож г. Тверь). Схема промышленной установки, адаптированной для производства комбинированных пленочных материалов с липким слоем, приведена в приложении 5.
После получения герметизирующих материалов на основании экспертного опроса и ранжирования полученных данных были выявлены свойства герметизирующих материалов, влияющие на качество герметизации соединений водозащитных изделий, выполнена их оценка. К этим свойствам относятся липкость клеевого слоя, гигроскопичность клеевого и изолирующего слоев, прочность при одноосном растяжении, относительное удлинение при разрыве, относительное остаточное удлинение.
Исследование межфазного взаимодействия между клеевым слоем герметизирующего материала и поверхностью полимерного покрытия основного материала
Под адгезией (прилипанием) понимают сцепление между двумя приведенными в контакт поверхностями различных по своей природе материалов. Причиной адгезии является молекулярное взаимодействие адгезива и субстрата, которое уменьшает свободную энергию системы.
Для возникновения адгезии необходимо сближение границы разделов клея и основного материала на расстояния не менее 0,4...0,5 нм /152,154,159/. При этих условиях начинают проявляться силы взаимного притяжения молекул. Обеспечение необходимого расстояния в практике склеивания достигается приложением внешнего давления к соединяемым поверхностям. Необходимо отметить, что обе стадии процесса клеевой герметизации: формирование зоны контакта и межфазное взаимодействие могут протекать параллельно.
Межмолекулярное взаимодействие между адгезивом (клеевым слоем герметизирующего материала) и субстратом (полимерным покрытием водонепроницаемого материала) возможно за счет широкого спектра сил: Ван-дер-Ваальса, водородных связей, донорно-акцепторных, химических связей (кова-лентных, ионных, координационных). Величина этих сил может быть определена по свободной поверхностной энергии адгезива и субстрата /145/. Установить тип взаимодействия адгезива с субстратом, выявить характер связей, возникших в зоне контакта, является важной задачей при изучении адгезии полимеров.
При рассмотрении сил, возникающих в системе адгезив-субстрат, необходимо учитывать, что во взаимодействии участвуют не изолированные атомы и молекулы, а конденсированные фазы. Несмотря на малый радиус действия молекулярных сил между двумя частицами, роль этих сил возрастает, когда во взаимодействие вступают конденсированные тела. /152/. Поэтому адгезионное взаимодействие складывается из взаимодействия молекул или атомов наружного слоя и суммарного взаимодействия молекул поверхности и молекул, находящихся в объеме.
Фактически адгезия за счет молекулярных сил формируется в граничном слое, состоящем, как правило, не более чем из двух слоев молекул и имеющем толщину до 1 нм. Граничный слой определяет не только величину адгезионного взаимодействия, но и тип отрыва — когезионный, адгезионный. Граничный слой может быть «слабым», то есть уменьшать адгезионную прочность, и «сильным», то есть усиливать адгезионную прочность. Он является слабым в том случае, если на склеиваемых поверхностях имеются загрязнения, адгезионно-инертные вещества, сильным - при наличии активных функциональных групп. Граничный слой сам по себе может иметь многослойную структуру. В центре этой структуры будет образовываться собственно граничный слой, а по периферии его образуются промежуточные структуры, которые характеризуют переход, с одной стороны, от граничного слоя к адгезиву, с другой стороны — к субстрату. Граничный слой формирует адгезионное взаимодействие за счет межмолекулярных и химических связей и в то же время сам формируется в процессе контакта адгезива и субстрата. /151/
Сила и энергия адгезии пленок за счет молекулярного взаимодействия определяется константой, зависящей от природы контактирующих тел. Поэтому, меняя природу поверхности, можно изменять адгезионное взаимодействие. Изменение поверхностных свойств твердых тел до возникновения адгезионного взаимодействия называют модификацией /168/. Физико-химическая модификация поверхности субстрата является мощным средством, противодействующим снижению адгезионной прочности как в воздушной, так и в жидкой среде. При модификации необходимо стремиться увеличить свободную поверхностную энергию субстрата. Адгезия полимеров к различным субстратам зависит от полярности полимера. Молекулярные силы и адгезия за счет этих сил максимальны случае контакта двух поверхностей, молекулы которых имеют одинаковую полярность. Минимальная адгезия возникает при взаимодействии молекул различной полярности. Эти особенности молекулярного взаимодействия находят свое отражение в эмпирическом правиле Дебройна: неполярные молекулы не могут обладать хорошей адгезией к полярным материалам. Причина заключается в том, что адгезия неполярных веществ обусловлена наиболее слабым видом молекулярного взаимодействия- дисперсионными силами. /152/ Необходимо отметить, что поскольку адгезионное взаимодействие полимера клея с материалом субстрата осуществляется по поверхности латексных глобул, эффективными с этой точки зрения могут быть лишь полярные группы, находящиеся на поверхности глобул. Поэтому наиболее пригодными в качестве клеев должны быть латекс ы неполярных полимеров, к которым привиты полярные блоки. /153,158/
С позиций адсорбционной теории вполне естественно было бы ожидать наличия зависимости между числом функциональных групп и адгезией. Однако при изучении этого вопроса многими авторами на большом числе различных объектов было обнаружено, что с увеличением содержания в адгезиве функциональных групп адгезионная прочность изменяется по кривой с четко выраженным максимумом /152, 168/. Экстремальная зависимость адгезионной прочности от содержания функциональных групп объясняется постепенным понижением подвижности сегментов макромолекул адгезива. При этом возрастает жесткость макромолекул, снижается вероятность контакта функциональных групп адгезива и субстрата. Таким образом, увеличение межмолекулярного взаимодействия в пределах одной фазы препятствует осуществлению взаимодействия на границе фаз. Поэтому, говоря о молекулярном взаимодействии на границе раздела адгезив-субстрат, не следует связывать возможность такого взаимодействия только с наличием и количеством определенных функциональных групп в компонентах системы.
