автореферат диссертации по технологии материалов и изделия текстильной и легкой промышленности, 05.19.05, диссертация на тему:Технология получения формоустойчивой обуви из низкосортной натуральной кожи с применением неравновесной низкотемпературной плазмы

На правах рукописи

ЖУКОВСКАЯ ТАТЬЯНА ВЛАДИМИРОВНА

ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ ФОРМОУСТОЙЧИВОЙ ОБУВИ ИЗ НИЗКОСОРТНОЙ НАТУРАЛЬНОЙ КОЖИ С ПРИМЕНЕНИЕМ НЕРАВНОВЕСНОЙ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ПЛАЗМЫ

Специальность 05.19.05 - Технология кожи, меха, обувных и кожевенно-галантерейных изделий

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 О М'П то

Казань 2012

005017474

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Казанский национальный исследовательский технологический университет»

Научный руководитель: доктор технических наук, доцент

Махоткина Лилия Юрьевна

Официальные оппоненты: Кулевцов Геннадий Николаевич,

доктор технических наук, доцент, ФГБОУ ВПО «Казанский национальный исследовательский технологический университет», профессор кафедры «Плазмохимические и нанотехнологии высокомолекулярных материалов»

Просвирницын Александр Викторович, кандидат технических наук, доцент, зав. кафедрой «Технологии кожевенно-мехового и обувного производства» ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный университет технологии и дизайна»

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Московский государственный

университет дизайна и технологии», г. Москва

Защита состоится «17» мая 2012 года в /3.£0часов на заседании диссертационного совета Д 2t2.080.09 при ФГБОУ ВПО «Казанский национальный исследовательский технологический университет», по адресу: 420015, г.Казань, ул. К.Маркса, 68, зал заседаний Ученого совета.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Казанского национального исследовательского технологического университета.

Автореферат разослан «17» апреля 2012 года.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук

Н.В. Тихонова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы: В условиях открытости российского рынка при вхождении России в ВТО существенно возрастает роль легкой промышленности в формировании и наполнении внутреннего рынка отечественной продукцией. Согласно стратегии развития легкой промышленности России на период до 2020 года перед отраслью стоят новые задачи, решение которых требует инновационных подходов не только на краткосрочную, но и на долгосрочную перспективу. Продукция легкой промышленности имеет устойчивый спрос, востребована во многих сферах жизнедеятельности человека и оказывает непосредственное влияние на здоровое развитие общества. При этом на продукцию кожевенно-обувного производства приходится около 25% от общего удельного веса в ассортиментной структуре объема вырабатываемой продукции легкой промышленности.

В связи с высокой конкуренцией с импортной продукцией перед отечественным кожевенно-обувным производством стоит задача повышения качества выпускаемой продукции при минимальном увеличении себестоимости. Следовательно, актуальной является проблема улучшения потребительских свойств выпускаемой обуви без значительного увеличения ее стоимости. Наибольшее количество потребителей сегодня предпочитает обувь из натуральной кожи, недорогую, стильную и готово приобретать каждый сезон. Одной из потребительских характеристик, существенно влияющих на внешний вид и удобство в эксплуатации обуви, является ее формоустойчивость.

В настоящее время, исследованиям по определению и повышению формоустойчивости обуви посвящено большое количество работ, среди них работы таких ученых, как А.Н.Калита, Ю.П.Зыбин, В.А. Фукин, Т.Е.Акулова, В.А. Скатерной, Е.В.Акимова, В.П.Рохлин, Т.С. Горнецкая, Е.Я. Михеева, А.Н. Буркин, В.В. Щербаков, Т.С. Макарышева, В.В. Костылева. Однако, несмотря на интенсификацию технологических Процессов производства обуви, разработку новых конструкций и материалов, проблема формоустойчивости обуви остается

актуальной и сегодня.

Формоустойчивость верха обуви неразрывно связана с конструкцией заготовки верха, режимами формования и свойствами материалов верха обуви. В условиях современного производства для деталей низа обуви используются искусственные и синтетические материалы, стабильно сохраняющие свои свойства во время эксплуатации, в связи с этим основные изменения размеров и формы обуви проявляются в изменениях ее верха - натуральной кожи.

В то же время, не менее актуальна проблема переработки низкосортной натуральной кожи. Такие ее дефекты, как отмин и отдушистость, являются одними из самых распространенных, непредсказуемых и оказывающих непосредственное влияние на потребительские и технологические характеристики обуви. Результаты исследований последних лет показывают, что одним из наиболее перспективных способов повышения качества исходного сырья в процессе изготовления

натуральной кожи является модификация при помощи неравновесной низкотемпературной плазмы (ННТП).

Диссертационная работа направлена на решение актуальной проблемы создания формоустойчивой обуви с верхом из низкосортной натуральной кожи за счет модификации заготовки верха обуви при помощи ННТП. В диссертации изложены работы, выполненные в период с 2008 по 2012 гг. по исследованию изменений свойств заготовки верха обуви из низкосортной натуральной кожи и комплексного материала на ее основе под воздействием ННТП.

Работа выполнена в Казанском национальном исследовательском технологическом университете в рамках научно-исследовательской работы по Федеральной целевой программе «Исследование и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2012 гг.» по теме «Развитие центра коллективного пользования научным оборудованием в области получения и исследования наночастиц оксидов металлов, металлов и полимеров с заданными химическим составом и формой» (2008-2009 гг.), а также по теме «Проведение поисковых научно-исследовательских работ в области модификации композитных материалов с использованием электрофизических, электрохимических, сверхкритических флюидных методов в центре коллективного пользования научным оборудованием «Наноматериалов и нанотехнологий» (2009— 2010 гг.).

Цель и задачи работы. Целью работы является разработка технологии производства формоустойчивой обуви из низкосортной натуральной кожи с улучшенными потребительскими характеристиками, за счет обработки неравновесной низкотемпературной плазмой деталей верха обуви.

Поставленная цель достигаегся решением следующих основных задач:

1. Анализ требований, предъявляемых к заготовке верха обуви из натуральной кожи, способов повышения формоустойчивости обуви с верхом из натуральной кожи, а также существующих способов повышения качества низкосортной натуральной обувной кожи. Обоснование возможности комплексного улучшения свойств заготовки верха обуви при помощи модификации ННТП.

2. Обоснование и выбор объектов исследования, методика модификации ННТП, а также методы и средства исследования воздействия ННТП на свойства заготовки верха обуви из комплексного материала на основе низкосортной натуральной кожи.

3. Исследование влияния ННТП на потребительские и технологические характеристики обуви, определяющие ее формоустойчивость, механические, физические и структурные характеристики комплексного материала заготовки верха обуви на основе низкосортной натуральной кожи.

4. Разработка технологического процесса изготовления формоустойчивой обуви из низкосортной натуральной кожи с применением модификации ННТП деталей верха обуви.

Методы исследования: в диссертационной работе для решения поставленных задач использован комплекс современных и стандартных методов и методик исследования. Полученные результаты сравнивались и сопоставлялись с известными экспериментальными и теоретическими данными других авторов.

Объектом исследования выбрана заготовка верха обуви из комплексного материала на основе низкосортной эластичной натуральной кожи хромрвого дубления с естественной лицевой поверхностью, толщиной 1,1-1.3 мм, выработанной по ТУ 8630-012-05431555-93 и отличающейся наличием дефектов отмина и отдушистости. Укрепляющий материал - трикотаж с термоклеевым покрытием, выработанный по ТУ 8729-001-26017127-2004. Формирование комплексного материала происходит в процессе операции дублирования натуральной кожи с укрепляющим материалом.

Для исследования эксплуатационных характеристик заготовки верха обуви использовался метод экспериментальной носки. Для определения структурных, физических и механических характеристик комплексного материала заготовки верха обуви использовались стандартные методики определения физико-механических показателей материалов легкой промышленности, а также методы релаксационной спектроскопии, электронной растровой микроскопии, рентгеноструктурного анализа при больших углах рассеяния, инфракрасной Фурье спектроскопии с применением приставки МНПВО. Измерение показателей проводили в соответствии с нормативно-технической документацией. Результаты измерений и исследований обрабатывались с применением методой математической статистики и программных продуктов $1а1!5П'са 6.0 и Зс^ Мах 9.

Научная новизна работы:

1. Впервые установлено, что последовательная обработка заготовки верха обуви из натуральной низкосортной кожи в ННТП индукционного и. емкостного разрядов пониженного давления приводит к улучшению потребительских характеристик готовой обуви.

2. Установлено, что с целью улучшения формоустойчивости обуви из низкосортной натуральной кожи целесообразно проводить модификацию заготовки верха обуви в ННТП емкостного разряда пониженного давления.

3. Впервые установлено, что с целью устранения дефектов отмина и отдушистости комплексного материала заготовки верха обуви на основе низкосортной натуральной кожи, целесообразно проводить модификацию заготовки верха обуви в ННТП индукционного разряда пониженного давления.

4. Установлено, что последовательная обработка ННТП индукционного и емкостного разрядов пониженного давления комплексного материала для верха обуви на основе низкосортной натуральной кожи позволяет улучшить его технологические характеристики. ; , .

5. Разработана физическая модель модификации комплексного материала заготовки верха обуви на основе натуральной кожи путем воздействия ННТП индукционного и емкостного разрядов пониженного давления, устанавливающая

физические механизмы повышения формоустойчивости обуви и устранения дефектов отмина и отдушистости материала в результате плазменного воздействия.

Практическая значимость работы:

С помощью оптимизации режимов плазменной обработки установлены технологические параметры воздействия ННТП индукционного и емкостного разрядов пониженного давления на заготовку верха обуви из комплексного материала на основе низкосортной натуральной кожи, позволяющие повысить формоустойчивость обуви и устранить приповерхностные дефекты основного материала.

Разработана технология применения ННТП в процессе производства заготовки верха обуви из низкосортной натуральной кожи, заключающаяся в том, что плазменную модификацию деталей верха целесообразно проводить после операции дублирования деталей верха из натуральной кожи с укрепляющим материалом межподкладки и позволяющая:

- улучшить потребительские характеристики готовой обуви, изготовленной из низкосортной натуральной кожи: формоустойчивость верха обуви - на 13,5%, прочность крепления подошвы - на 12%, прочность ниточного соединения - на 11%;

- улучшить технологические характеристики комплексного материала заготовки верха обуви: упругая деформация увеличивается на 7%, пластическая деформация - на 6%, прочность комплексного материала - на 62%, напряжение при появлении трещин лицевого слоя - на 35%, относительное удлинение - на 19%;

- улучшить потребительские характеристики комплексного материала заготовки верха обуви: устойчивость покрытия к многократному изгибу - на 48%, устойчивость покрытия к трению - на 20%, прочность термосклеивания - на 51%, адгезию покрытия - на 56%;

- повысить сортность натуральной кожи с третьего сорта на первый за счет уменьшения приповерхностных дефектов кожи.

Суммарный экономический эффект от внедрения разработанной технологии с применением ННТП модификации составляет 7,7 млн. руб. в год. Разработанная технология прошла опытно-промышленное испытание на ОАО «ОФ «Спартак» (г. Казань).

На защиту выносятся:

1. Результаты исследований свойств заготовки верха обуви после плазменной обработки, свидетельствующие, что воздействие ННТП емкостного разряда пониженного давления повышает формоустойчивость верха обуви.

2. Результаты исследований влияния обработки комплексного материала заготовки верха обуви из низкосортной натуральной кожи в ННТП индукционного разряда пониженного давления на устранение дефектов отмина и отдушистости материала.

3. Результаты оптимизации параметров последовательной обработки ННТП индукционного и емкостного разрядов пониженного давления деталей заготовки

верха обуви из комплексного материала на основе низкосортной натуральной кожи, позволяющие повысить потребительские характеристики обуви.

4. Физическая модель модификации комплексного материала заготовки верха обуви на основе натуральной кожи путем воздействия плазмы высокочастотного индукционного и емкостного разрядов пониженного давления, устанавливающая физические механизмы повышения формоустойчивости и устранения дефектов отмина и отдушистости в результате плазменного воздействия.

5. Технология производства заготовки верха обуви на основе низкосортной натуральной кожи, с применением ННТП, позволяющая улучшить формоустойчивость верха готовой обуви и устранить дефекты отмина и отдушистости комплексного материала заготовки верха обуви.

Апробация результатов работы.

Основные результаты работы докладывались на международной школе -семинаре аспирантов и молодых ученых «Актуальные проблемы науки и техники» (Уфа, 2010); международной научно-практической конференций студентов и молодых ученых «Новые технологии и материалы легкой промышленности» (Казань, 2010); международной научно-практической конференции «Кожа и мех в 21 веке: технология, качество, экология, образование» (Улан-удэ, 2010-20И); всероссийской научно-практической конференции с элементами научной школы «Наноматериалы, нанотехнологии, наноиндустрия» (Казань, 2010-2011); международной конференции по физике плазмы и УТС (Звенигород, 2011-2012), международной конференции «Физика высокочастотных разрядов» (Казань, 2011), научной школе с международным участием «Актуальные проблемы науки о полимерах» (Казань, 2011).

Основные результаты работы изложены в 24 публикации, из которых 8 статей опубликованы в изданиях, рекомендованных ВАК РФ и 16 по материалам конференций.

Личный вклад автора в опубликованных в соавторстве работах ¿обто'ит в выборе и обосновании методик эксперимента; непосредственном участии в проведении экспериментов; участии в анализе и обобщении полученных экспериментальных результатов, разработке физических закономерностей изменения свойств готовой обуви и комплексного материала на основе натуральной кожи при последовательной ННТП модификации, разработке рекомендаций по промышленному использованию плазменной технологии в производстве обуви.

Структура и объем работы: диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов и приложений. В тексте приведены ссылки на 154 литературных источника. Работа изложена на 160 страницах машинописного текста, содержит 32 рисунка и 26 таблиц. • ■ • ■■■' '

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность диссертационной работы, определены цели и намечены задачи для их достижения, показана научная' новизна и

7

практическая значимость полученных результатов, приведена структура диссертации.

В первой главе описаны основные факторы, определяющие качество заготовки верха обуви, приведен обзор основных материалов, применяемых для производства верха обуви из натуральной кожи и требований, предъявляемых к ним. Представлены наиболее распространенные методы модификации заготовки верха обуви. Обоснована возможность применения неравновесной низкотемпературной плазмы в технологических процессах получения заготовки верха обуви. Сформулированы цель и задачи работы.

Во второй главе описаны высокочастотные плазменные установки для получения индукционного и емкостного разрядов пониженного давления, применяемые в процессах модификации заготовки верха обуви из комплексного материала на основе натуральной кожи.

Обоснован выбор объекта исследования - заготовки верха обуви из комплексного материала на основе низкосортной натуральной кожи. Для исследования изменений потребительских характеристик готовой обуви, технологических характеристик комплексного материала верха обуви, и изменений его структуры в результате воздействия ННТП использованы стандартные методики оценки свойств изучаемых объектов, а также методы релаксационной спектроскопии, электронной растровой микроскопии, рентгеноструктурного анализа при больших углах рассеяния и инфракрасной Фурье спектроскопии с применением приставки МНПВО.

Представлены методы статистической обработки результатов экспериментов. Погрешность результатов оценена с помощью методов статистической обработки экспериментальных данных при доверительной вероятности 0,95.

В третьей главе представлены результаты экспериментальных исследований воздействия ННТП на заготовку верха обуви из низкосортной натуральной кожи. В качестве источника ННТП использованы два вида газового разряда. Определены режимы плазменной модификации и установлены закономерности улучшения потребительских и технологических, свойств обуви и заготовки верха обуви в зависимости от режимов воздействия ННТП. Режим ВЧИ плазменной обработки регулировался путем изменения времени воздействия плазмы 15-75 с, мощности разряда 0,3-0,7 кВт, расхода плазмообразующего газа 0,02-0,08 г/с, и давления в разрядной камере 50-70 Па. В качестве плазмообразующего газа выбрана смесь аргона и пропан-бутана. Режим ВЧЕ плазменной обработки регулировался путем изменения времени воздействия плазмы 60-700 с, и мощности разряда 0,2-1,2 кВт. Давление в разрядной камере и расход плазмообразующего газа, оставались постоянными - 26,6 Па и 0,04 г/с соответственно. В качестве плазмообразующего газа выбран аргон.

Последовательная обработка в ННТП индукционного и емкостного разрядов деталей верха обуви позволяет повысить, формоустойчивость обуви. По итогам эксплуатации обуви в течение 9 недель установлено улучшение формоустойчивости верхаобуви на 13,5°/о (рисунок 1) по сравнению с контрольными образцами.

Оценка формоуетойчивости готовой обуви осуществляется комплексно по изменению площади поверхности, объема, складкообразования и смещения. Анализу подвергалась зона складкообразования, располагающаяся между сечениями 0,80 и 0,62ДсТ. Наблюдения за процессом носки обуви велись на протяжении 63 дней. Динамика изменения формоуетойчивости верха обуви контрольных и опытных полупар, обработанных в оптимальном режиме в период экспериментальной эксплуатации приведена на рисунке 2.

О 100

Мощность разряда, и Вт 0,2кВг -а~0.4кВг

200

-О.бкВі

300

-0,8кВ1

500 600

Время обработки, секунд

* 1,0кВт -консольныйоЬр/псц

Рисунок I - Зависимость формоуетойчивости готовой обуви при модификации в ННТП емкостного разряда от продолжительности обработки и мощности разряда

(Сдг=0,04 г/с, Рк=26,6 Па) 100.0 ------

■8

<0 X

а о а

л

§ *

а) х Т )Х

о

с

о

е

05,0

90,0

85,0

80,0

—♦—омытые полупары —в—контрольиыелолупары

Рисунок 2 - Динамика изменения формоуетойчивости обуви при модификации в ННТП (ВЧИ: 6=0,04 г/с, Рк=60 Па, \Ур=0,6 кВт, т=45 е.; ВЧЕ: САг=0,04 г/с, Рк=26,6 Па, \Ур=0,2 кВт, т=500 с)

Анализ полученных экспериментальных данных показал, что в период первой недели носки происходит быстрое увеличение объема верха обуви в области пучков, идет, так называемый, процесс приформовывания обуви к стопе. Оптимальным при этом считается изменение формы обуви на 3-5%. Дальнейшее изменение формы обуви рассматривается как разнашивание. Результаты экспериментальной носки показали, что у опытных полупар - изготовленных из комплексного материала подвергавшегося ННТП обработке за весь период исследования изменение формоуетойчивости достигло 4,2%, в то время как у

контрольных полупар данное значение составило 17,8%, что свидетельствует о частичной потере формы изделия.

Дальнейшие исследования показали, что ННТП обработка заготовки верха обуви приводит к улучшению и других потребительских характеристик обуви, представленных в таблице 1.

Таблица 1 - Влияние ННТП обработки на изменение физических и потребительских свойств готовой обуви (ВЧИ: С=0,04 г/с, Р„=60 Па, Wp=0,б кВт, т=45 е.; ВЧЕ: Оаг=0,04 г/с, Рк=26,6 Па, У/р=0,2 кВт, т=500 с)_____

№ Наименование показателя Контрольный образец Опытный образец Относительное изменение, %

1 Масса, г 346 344 -0,58

2 Гибкость, Н 7 7 Без изм.

3 Остаточная деформация подноска, мм 0,3 0,3 Без изм.

4 Прочность крепления подошвы, Н/см 59 66 +11,9

5 Прочность ниточного соединения, Н/см (2 строчки) 140 155 +10,7

6 Относительная паропроницаемость, % 20 20 Без изм.

Полученные данные свидетельствуют о том, что плазменная модификация позволила увеличить прочность крепления подошвы на 12%, а также прочность ниточного соединения на 11%. Можно предположить, что улучшение формоустойчивости обуви происходит в результате уплотнения комплексного материала заготовки верха обуви на основе натуральной кожи под воздействием ННТП обработки. Относительная паропроницаемость обуви до и после плазменной модификации не изменяется, следовательно, ННТП обработка не оказывает негативного влияния на гигиенические свойства готовой обуви.

Упругопластические свойства комплексного материала заготовки являются фактором, определяющим как технологические, так и потребительские его характеристики. В связи с этим проведено исследование воздействия ННТП обработки на упругопластические свойства комплексного материала заготовки верха обуви. Изменения компонентов деформации приведены в таблице 2.

Таблица 2 - Влияние обработки ННТП на изменение компонентов деформации комплексного материала (ВЧИ: С=0,04 г/с, Рк=60 Па, Wp=0,6 кВт, т=45 е.; ВЧЕ: САг=0,04 г/с, Рк=26,6 Па, \У„=0,2 кВт, т=500 с) ________________

"Аг ' ■ к ■ "р ~ Наименование показателя Контрольный образец Опытный образец Относительное изменение, %

Упругая деформация, % 16,1 23,1 +7

Эластическая деформация, % 9,2 4,5 +4,7

Пластическая деформация, % 6,8 12,7 +5,9

Доли составляющих деформации: - упругая деформация, % - эластическая деформация, % - пластическая деформация, % 50.1 28,7 21.2 57,3 11,2 31,5 +7,2 + 17,5 + 10,3

Полученные данные характеризуют не только повышение формовочных свойств комплексного материала после его ННТП модификации (увеличение доли пластической деформации на 10%), но и улучшение формоустойчивости (увеличение доли упругой деформации на 7%).

Влияние последовательной обработки ННТП на технологические и потребительские характеристики комплексного материала заготовки верха обуви представлены в таблице 3.

Таблица 3 - Влияние ННТП обработки на технологические и потребительские характеристики комплексного материала заготовки верха обуви (ВЧИ: С=0,04 г/с,

Наименование показателя Контрольный образец Опытный образец Относительное изменение, %

Предел прочности при растяжении, МПа 19,1 31 +62,3

Напряжение при появлении трещин лицевого слоя, МПа 11,7 15,9 +35,9

Удлинение при напряжении ЮМПа, % 30 39,7 +9,7

Относительное удлинение при разрыве, % 35 54 + 19

Адгезия покрытия к коже, Н/м 440 690 +56,8

Устойчивость покрытия на коже к многократному изгибу, баллы 2,7 4 +48,1

Устойчивость покрытия на коже к мокрому трению, циклы 82 98 + 19,5

^Трочность термосклеивания, Н/м 211 318 +50,7

Прочность при расслаивании клеевого соединения, Н/см 59 66 + 11,8

Жесткость, сН 54 74 +37

Гигроскопичность, % 19,6 19,6 Без изм.

Влагоотдача, % 9,4 9,8 +0,4

Водопромокаемость в динамических условиях, мин. >120 >120 Без изм.

Анализ результатов показывает, что плазменная обработка комплексного материала заготовки верха обуви на основе натуральной кожи позволяет увеличить предел прочности комплексного материала на 62%, напряжение при появлении трещин лицевого слоя - на 36%, относительное удлинение - на 19%, адгезию покрытия - на 56%, устойчивость покрытия к многократному изгибу - на 48%, устойчивость покрытия к трению - на 20%, прочность термосклеивания - на 51% и прочность при расслаивании клеевого соединения - на 12%.

С целью устранения приповерхностных дефектов отмина и отдушистости, часто встречающихся в натуральной коже, применяемой в обувном производстве, исследованы свойства поверхности заготовки верха обуви из комплексного материала на основе низкосортной натуральной кожи под воздействием плазмы высокочастотного индукционного разряда пониженного давления.

Зависимости проявления отдушистости в заготовке верха обуви, найденные экспериментальным путем, представлены на рисунках 3 и 4.

о 15 30 <15 60 75

Времяобработки, секунд Мощность разряда, кВт кг-..

-4-0,¿кВт ~Я-0,4кВг ~*~0,5к8г —>—0,6к8т — 0,7*Вт ••♦»конгрольный образец

Рисунок 3. - Зависимость проявления отдушистости при модификации заготовки верха обуви в ННТП индукционного разряда от продолжительности плазменной обработки и мощнос ти разряда (С=0,04 г/с, Рк=60 Па)

Расход плазмообразующего газа, г/с

Давление в вакуумной камере, Па

—♦~50Па -~®~60Ла -»ж—70Пз конгвояьныйобразсц

Рисунок 4. - Зависимость проявления отдушистости при модификации заготовки верха обуви в МНТП индукционного разряда от расхода плазмообразующего газа и давления в вакуумной камере (\Ур=0,6 кВт, т= 45с)

По полученным результатам, видно, что уменьшение отдушистости более чем на 25%, достигается в следующем режиме ВЧИ плазменной обработки: 0=0,04 г/с, Рк=60 Па, \Ур=0,6к Вт, т= 45с, в качестве плазмообразующего газа использована смесь аргона и пропан-бутана.

С целью установления причин изменения потребительских и технологических свойств комплексного материала на основе натуральной кожи и управления данными изменениями под воздействием ННТП проведено исследование структурных изменений комплексного материала методами электронной растровой микроскопии, исследования пористости, инфракрасной (ИК) Фурье спектроскопии с применением приставки МНПВО и рентгеноструктурного анализа при больших углах рассеяния.

На рисунках 5 и 6 приведены фотографии поперечных срезов образцов материала по границе с покрытием и границе с термоклеевым материалом до и после плазменной обработки при увеличении в 1000 раз.

В обработанном образце (рисунок 56) толщина покрытия уменьшается в среднем на 46%. На границе покрытия и кожи не наблюдается пустот, так как полимерная композиция глубже проникает в кожу, при этом улучшается адгезия покрытия к коже. Сосочковый слой обработанного образца уплотняется. В

результате модификации изменяется качество лицевого слоя, исчезают мелкие

Рисунок 5 - Фотография поперечного среза образцов комплексного материала на границе с покрытием (х 1000): а - контрольный образец; б - опытный образец (ВЧИ: 0=0,04 г/с, Рк=60 Па, ,Л/Р=0,6 кВт, т=45 е.; ВЧЕ:САг=0,04 г/с, Р„=26,6 Па, \Ур=0,2к Вт, т=500 с)

Рисунок 6 - Фотография поперечного среза образцов комплексного материала по границе с термоклеевым материалом (х 1000): а -контрольный образец; б -опытный образец (ВЧИ: в=0,04 г/с, Рк=60 Па, XV,,=0,6 кВт, т=45 е.; ВЧЕ:СА=0,04 г/с, Рк=26,6 Па, NN^=0,2 кВт, ' т=500 с)

материалом видно, что на волокон кожи происходит за счет чего прочность термосклеивания комплексного материала заготовки верха обуви улучшается.

Таким образом, анализ данных, полученных с применением метода электронной растровой микроскопии, выявил уплотнение верхнего и нижнего слоев обработанного комплексного материала при разделении среднего слоя. Полученные данные подтверждают результаты исследования пористости методом определения объема пор. Установлено перераспределение общего объема пор и уплотнение верхнего слоя (пористость верхнего слоя уменьшается на 4,5%). Нижний слой комплексного материала уплотняется на 8%. Наблюдается увеличение пористости среднего слоя на 5%, что является следствием объемной модификации в плазме емкостного разряда пониженного давления, а также тем, что уплотняющиеся крайние слои растягивают волокна среднего слоя, упорядочивая его структуру.

Анализ данных инфракрасной (ИК) Фурье спектроскопии с применением приставки МНПВО и рентгеноструктурного анализа при больших углах рассеяния показал, что МНТП обработка не вызывает деструкции материала. Дифрактограммы контрольных и опытных образцов комплексного материала на основе натуральной кожи идентичны между собой (рисунок 7), а; инфракрасные. спе|а-ры МНПВО

а б

На фотографиях по границе с термоклеевым опытном образце (рисунок 66) за счет разделения диффузия клеевой композиции в толщу кожи,

снятые на различных участках поверхности исследуемых образцов сопоставимы друг с другом. Однако, ННТП модификация приводит к упорядочиванию структуры комплексного материала за счет увеличения доли кристаллической фазы, о чем свидетельствует уменьшение полуширины дифракционных максимумов контрольного образца. Уменьшение степени кристалличности приводит к увеличению прочностных характеристик комплексного материала заготовки верха

Рисунок 7 - Дифракционные кривые комплексного материала до и после последовательной обработки ННТП (в ВЧИ-разряде: №^=0,65 кВт, т=45 с, 0=0,04 г/с, Рк=60 Па и в ВЧЕ-разряде: \УР=0,2 кВт, г=500 с, 0=0,04 г/с, Рк=26,6 Па): 1 - контрольный образец;2 - опытный образец

Таким образом, исследования образцов комплексного материала на основе натуральной кожи до и после плазменной модификации показали, что структура обработанных образцов становится более упорядоченной, упрочняются как сами слои, так и связи между ними, за счет чего улучшаются прочностные и упругопластические характеристики заготовки верха обуви и снижается проявление дефекта отдушистости. В результате выявленных структурных изменений улучшаются как технологические, так и потребительские характеристики материала заготовки верха и готовой обуви в целом.

Известно, что на внешнюю поверхность пористых материалов, помещенных в ННТП, в большей степени воздействуют низкоэнергетичные (до 100 эВ) ионы плазмы, ускоренные в слое положительного заряда (СПЗ), возникающем у поверхности образца, и рекомбинация ионов (15,76эВ при использовании аргона в качестве плазмообразующего газа). На внутреннюю поверхность пор и капилляров воздействуют заряженные частицы, образующиеся при электрическом пробое капиллярного объема, возникающем за счет осцилляции с частотой поля потенциалов противоположных сторон образца. При воздействии на внутреннюю поверхность пористого материала основное влияние оказывает рекомбинация ионов; вклад кинетической энергии существенно меньше - до 10 эВ. Происходит одновременно обработка внешней поверхности материалов и внутренней поверхности пор и капилляров, но с разным уровнем энергетического воздействия.

Воздействие заряженных частиц на внутреннюю поверхность пор и капилляров приводит к разрыву межпучковых и межволоконных слабых поперечных водородных связей и связей, образованных силами Ван-дер-Ваальса, изменению конформации белковых молекул на поверхности пучков и волокон.

Вследствие разрыва межволоконных поперечных связей пучки волокон разделяются, а отдельные волокна уплотняется. Таким образом, структурные элементы становятся более собранными и жесткими, что в свою очередь увеличивает прочность волокнистой структуры материала в целом и формоустойчивость готовой обуви, в частности. Вследствие разрыва межпучковых поперечных связей уменьшается трение между пучками волокон, что повышает их способность к ориентации при растяжении, а это приводит к уменьшению их изгиба и напряжения в них, следовательно, формовочная способность материала также улучшается.

В отличие от коллагена кожи покрывная и клеевая композиции имеют не ориентированную волокнистую, а аморфную пленочную структуру. Воздействие ионов, а также термическое воздействие плазмы на покрывную композицию с одной стороны образца и на клеевую композицию с другой стороны приводит к уменьшению вязкости и повышению текучести полимерных композиций. Действие капиллярных сил приводит к тому, что покрывная и клеевая композиции глубже проникают в измененную структуру кожи, глубина проникновения в среднем увеличивается на 30%. В последующем в капиллярах и порах образуются заклепки. В результате происходит уплотнение наружных слоев комплексного материала, и значительно уменьшаются такие дефекты лицевого слоя как отмин и отдушистость.

В четвертой главе разработана технология производства формоустойчивой заготовки верха обуви из комплексного материала на основе натуральной низкосортной кожи с применением ННТП (рисунок 8).

Рисунок 8 - Схема получения формоустойчивой заготовки верха обуви из комплексного материала на основе низкосортной натуральной кожи с применением неравновесной низкотемпературной плазмы

За основу предлагаемой технологии принята традиционная технология^ производства обуви, в которую предлагается ввести стадию последовательной плазменной модификации, заключающуюся в предварительной обработке деталей., заготовки верха обуви комплексного материала на низкосортной натуральной кожи ННТП индукционного разряда с целью устранения дефектов отмина и

отдушистости в режиме \Ур=0,65 кВт, т=45 с, 0=0,04 г/с, Р«=60 Па, плазмообразующий газ - смесь аргона и пропан-бутана. Затем следует обработка деталей заготовки верха обуви комплексного материала на низкосортной натуральной кожи в ННТП емкостного разряда с целью повышения формоустойчивости обуви в режиме \Ур=0,2 кВт, т=500 с, С=0,04 г/с, Рв=26,6 Па, плазмообразующий газ - аргон.

Модификацию деталей заготовки верха обуви из комплексного материала на основе низкосортной натуральной кожи целесообразно проводить после операции дублирования деталей из натуральной кожи с укрепляющим материалом, последовательно в ННТП индукционного и емкостного разрядов пониженного давления.

Заготовки верха обуви из комплексного материала на основе низкосортной натуральной кожи, полученные по предложенной схеме, обладают улучшенными потребительскими и технологическими характеристиками по сравнению с изделиями, произведенными по типовой технологии из натуральной кожи без дефектов отмнна и отдушистости. Разработанная технология прошла опытно-промышленное испытание на ОАО «ОФ «Спартак» (г. Казань). Суммарный экономический эффект от внедрения разработанной технологии с применением ННТП модификации составляет 7,7 млн. руб. в год.

Выражаю благодарность д.т.н. профессору И.Ш. Абдуллину, а также к.т.н. Н.В. Тихоновой, принимавшим участие в постановке задачи работы, проведении ; экспериментов и обсуждении их результатов.

ВЫВОДЫ

1. В результате экспериментальных исследований установлено, что последовательная обработка заготовки верха обуви из комплексного материала на основе низкосортной натуральной кожи в ННТП индукционного и емкостного разрядов пониженного давления позволяет повысить формоустойчивость верха обуви и устранить дефекты отмина и отдушистости основного материала, а также улучшить его физико-механические характеристики, не вызывает деструкции и конфигурационных изменений в материале, упорядочивает структуру материала.

2. Установлено, что с целью улучшения формоустойчивости верха обуви целесообразно проводить модификацию заготовки верха обуви в ННТП емкостного разряде пониженного давления, а для устранения дефектов отмина и отдушистости комплексного материала заготовки верха обуви на основе натуральной кожи целесообразно проводить модификацию ННТП заготовки верха обуви в индукционном разряде пониженного давления.

3. Разработана физическая модель взаимодействия ННТП индукционного и ёмкостного разрядов пониженного давления с комплексным материалом заготовки верха обуви на основе натуральной кожи, устанавливающая физические механизмы повышения формоустойчивости обуви и устранения приповерхностных дефектов материала.

4. Разработана технология последовательной обработки ННТП. индукционного и емкостного разрядов пониженного давления заготовки верха обуви из комплексного материала на основе низкосортной натуральной кожи позволяющая:

- улучшить потребительские характеристики готовой обуви, изготовленной из низкосортной натуральной кожи: формоустойчивость верха обуви - на 13,5%, прочность крепления подошвы - на 12%, прочность ниточного соединения - на 11%;

- улучшить технологические характеристики комплексного материала заготовки верха обуви: упругая деформация увеличивается на 7%, пластическая деформация - на 6%, прочность комплексного материала - на 62%, напряжение при появлении трещин лицевого слоя - на 35%, относительное удлинение - на 19%.

- улучшить потребительские характеристики комплексного материала заготовки верха обуви: устойчивость покрытия к многократному изгибу - на 48%, устойчивость покрытия к трению - на 20%, прочность термосклеивания - на 51%, адгезию покрытия - на 56% и устранить дефекты отмина и отдушистости комплексного материала заготовки верха обуви.

Суммарный экономический эффект от внедрения разработанной технологии с применением ННТП модификации составляет 7,7 млн. руб. в год.

Основное содержание работы изложено в следующих публикациях:

Статьи в ведущих рецензируемых научных журналах, рекомендуемых ВАК РФ:

1. Абдуллин И.111. Изменение формоустойчивости обуви с верхом из натуральной кожи под действием ВЧ-плазмы пониженного давления / И.Ш. Абдуллин, Н.В. Тихонова, Л.Ю. Махоткина, Т.В. Жуковская // Вестник Казанского технологического университета. -2010. -№5. -С.112-114.

2. Абдуллин И.Ш. Изменение свойств натуральной обувной кожи при двукратной плазменной обработки в ВЧИ и ВЧЕ разрядах пониженного давления / И.Ш. Абдуллин, Н.В. Тихонова, Л.Ю. Махоткина, Т.В. Жуковская // Кожевенно-обувная промышленность. - 2010. -№ 6. - С24-26.

3. Тихонова Н.В. Натуральные и синтетические полимеры в современном производстве обуви / Н.В. Тихонова, Т.В. Жуковская, Л.Ю. Махоткина // Вестник Казанского технологического университета. -2010, -№ 9. -С.369-373.

4. Тихонова Н.В. Морфологические изменения комплексного материала для заготовки верха обуви на основе натуральной кожи под воздействием неравновесной низкотемпературной плазмы / Н.В. Тихонова, Т.В. Жуковская, И.Ш. Абдуллин, Л.Ю. Махоткина // Дизайн. Материалы. Технология. - 2011. -№3(18).-С.65-69.

5. Тихонова Н.В. Применение неравновесной низкотемпературной плазмы для повышения качества комплексного обувного материала на основе низкосортной натуральной кожи / Н.В. Тихонова Т.В. Жуковская, И.Ш. Абдуллин, Л.Ю.

17

Махоткина // Вестник Казанского технологического университета. - 2011. -№22. -С. 28-31.

6. Тихонова Н.В. К вопросу о повышении формоустойчивости обуви с верхом из комплексного полимерного материала на основе натуральной кожи / Н.В. Тихонова Т.В. Жуковская, И.Ш. Абдуллин, Л.Ю. Махоткина // Вестник Казанского технологического университета. -2011. -№24. - С.53-56.

7. Абдуллин И.Ш. Повышение качества комплексного обувного материала на основе натуральной кожи за счет воздействия неравновесной низкотемпературной плазмы / И.Ш. Абдуллин, Н.В. Тихонова Т.В. Жуковская, Л.Ю. Махоткина// Кожевенно-обувная промышленность.-2012.-№1.~С.46-48.

8. Абдуллин И.Ш. Исследование влияния неравновесной низкотемпературной плазмы на эксплуатационные свойства верха обуви из натуральной кожи / И.Ш. Абдуллин, Н.В. Тихонова Т.В. Жуковская, Л.Ю. Махоткина, И.Х. Исрафилов // Вестник Казанского технологического университета. - 2012. -№ 3. - С.62-65.

Материалы конференций, статьи:

9. Тихонова Н.В. Применение ВЧ-плазмы для совершенствования клеевых композиций в производстве обуви / Н.В. Тихонова, Т.В. Жуковская, И.Ш. Абдуллин, Л.Ю. Махоткина // Материалы V всероссийской зимней школы -семинара аспирантов и молодых ученых «Актуальные проблемы науки и техники». УГАТУ. - Уфа. - 2010. - С.35-38.

10. Махоткина Л.Ю. К вопросу о формоустойчивости обуви с верхом из натуральной кожи / Л.Ю. Махоткина, Н.В. Тихонова, Т.В.Жуковская, Л.Л. Никитина И Материалы VI международной научно-практической конференции студентов и молодых ученых «Новые технологии и материалы легкой промышленности». КГГУ. - Казань. -2010. - С. 166-170.

11. Тихонова, Н.В. К вопросу о показателях качества обуви / Н.В. Тихонова, Л.Ю. Махоткина, Т. В. Жуковская // Материалы VI международной научно-практической конференции студентов и молодых ученых «Новые технологии и материалы легкой промышленности». КГТУ. - Казань. -2010. - С.187-192.

12. Тихонова, Н.В. Влияние плазменной обработки на изменение свойств натуральной обувной кожи / Н.В. Тихонова, Т.В. Жуковская, И.Ш. Абдуллин, Л.Ю. Махоткина // Материалы VI международной научно-практической конференции «Кожа и мех в 21 веке: технология, качество, экология, образование». ВСГТУ. - Улан-удэ. - 2010. - С.39-42.

13. Тихонова, Н.В. Воздействие ВЧ-плазмы пониженного давления на наноструктуру материала для верха обуви / Н.В. Тихонова, Л.Ю. Махоткина, Т.В. Жуковская // Материалы 1 Всероссийской научно-практической конференции с элементами научной школы «Наноматериалы, нанотехнологии, наноиндустрия». -Казань.-2010.-С.11-14.

14. Тихонова, Н.В. Формообразование современной женской обуви из натуральных модифицированных материалов / Н.В. Тихонова, Т.В. Жуковская, Л.10. Махоткина, И.Ш. Абдуллин // Материалы II международной научно-практической конференции «Проблемы дизайн-проектирования и оформления мусульманской и национальной одежды». КГТУ. - Казань. -2011. - С.73-76.

15. Тихонова, Н.В. Влияние неравновесной низкотемпературной плазмы на свойства комплексного материала из натуральной кожи для верха обуви / Н.В. Тихонова, Т.В. Жуковская, И.Ш. Абдуллин, Л.Ю. Махоткина // Материалы VII Международной научно-практическая конференции «Кожа и мех в 21 веке: технология, качество, экология, образование». ВСГУТУ. -Улан-удэ. -2011 .-С.47-53.

Апробация работы (тезисы докладов)

16. Тихонова, Н.В. Повышение качества натуральной обувной кожи модификацией с помощью ВЧ плазмы / Н.В. Тихонова, Л.Ю. Махоткина, Т. В. Жуковская // Тезисы докладов ХХХНХ Международной (Звенигородской) конференции по физике плазмы и УТС г. - Звенигород, Москва. - 2011. -С.244.

17. Тихонова, Н.В. Высокочастотная плазменная модификация натуральной кожи для верха обуви / Н.В. Тихонова, Л.Ю. Махоткина, Т. В. Жуковская // Тезисы докладов ХХХПХ Международной (Звенигородской) конференции по физике плазмы и УТС. -Звенигород, Москва. - 2011. - С.243.

18. Махоткина, Л.Ю. Повышение качества натуральной кожи для верха обуви за счет плазменной модификации / Л.Ю. Махоткина, Н.В. Тихонова, Т.В. Жуковская // Материалы Научной сессии КГТУ. - Казань. - 2011. - С. 300.

19. Махоткина, Л.Ю. Изменение физико-механических свойств натуральной кожи для верха обуви после обработки ВЧЕ плазмой пониженного давления / Л.Ю. Махоткина, Н.В. Тихонова, Т. В. Жуковская // Материалы Научной сессии КГТУ. - Казань. - 2011. - С. 300.

20. Тихонова, Н.В. Аспекты применения плазменных технологий в производстве изделий из кожи / Н.В. Тихонова, Е.А. Емельцова, Л.Ю. Махоткина, Т.В. Жуковская // Материалы международной конференции «Физика высокочастотных разрядов» посвященной 100-летию со дня рождения Г.И. Бабата 1СРЯРЭ 20И. - Казань. - 2011. - С.315.

21. Тихонова, Н.В. Повышение сортности натуральной кожи для верха обуви при помощи обработки ННТП / Н.В. Тихонова, Т. В. Жуковская, Л.Ю. Махоткина, И.Ш. Абдуллин // Материалы международной конференции «Физика высокочастотных разрядов» посвященной 100-летию со дня рождения Г.И. Бабата 1СР1*РО 2011. - Казань. - 2011. - С.325.

22. Тихонова, Н.В. Укрепляющие материалы с термоклеевым покрытием в производстве обуви / Н.В. Тихонова, Т. В. Жуковская, Л.Ю. Махоткина // Сборник материалов научной школы с международным участием «Актуальные проблемы науки о полимерах». - Казань. - 2011. - С. 142.

23. Тихонова, Н.В. Модификация наноструктуры комплексного обувного материала на основе натуральной кожи / Н.В. Тихонова, Т. В. Жуковская, Л.Ю. Махоткина // Сборник материалов научной школы с международным участием «Актуальные проблемы науки о полимерах». - Казань. - 2011. - С.212.

24. Абдуллин, И.Ш. Воздействие неравновесной низкотемпературной плазмы на комплексный материал для верха обуви /И.Ш. Абдуллин, Н.В. Тихонова, Т.В. Жуковская, Л.Ю. Махоткина// Тезисы докладов XXXIX Международной (Звенигородской) конференции по физике плазмы и УТС. - Звенигород, Москва.

-2012.-С. 163.

Т.В. Жуковская

Заказ № ¿іЄ

Тираж 100 экз.

Офсетная лаборатория КНИТУ

420015 г. Казань, ул. К.Маркса, 68

61 12-5/2413

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Казанский национальный исследовательский технологический университет»

На правах рукописи

ЖУКОВСКАЯ ТАТЬЯНА ВЛАДИМИРОВНА

ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ ФОРМОУСТОЙЧИВОЙ ОБУВИ ИЗ НИЗКОСОРТНОЙ НАТУРАЛЬНОЙ КОЖИ С ПРИМЕНЕНИЕМ НЕРАВНОВЕСНОЙ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ПЛАЗМЫ

Специальность 05.19.05 - Технология кожи, меха, обувных и кожевенно-галантерейных изделий

ДИССЕРТАЦИЯ

на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: доктор технических наук профессор Л. Ю. Махоткина

Казань 2012

СОДЕРЖАНИЕ

Введение 5

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ РАЗВИТИЯ ОБУВНОГО ПРОИЗВОДСТВА 14

1.1 Факторы, определяющие качество заготовки верха обуви и материалы, применяемые в ее производстве 14

1.2 Методы обработки заготовки верха обуви из натуральной кожи с

целью повышения формоустойчивости 31

1.3 Основы взаимодействия неравновесной низкотемпературной плазмы

с материалами верха обуви 43

1.4 Задачи диссертации 52 ГЛАВА 2. ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ВЫСОКОЧАСТОТНЫХ ПЛАЗМЕННЫХ УСТАНОВК ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ИНДУКЦИОННОГО И ЕМКОСТНОГО РАЗРЯДОВ

И МЕТОДИК ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА 54

2.1 Описание экспериментальных высокочастотных плазменных установок и их характеристик 54

2.2. Выбор объектов исследования и их характеристики 60

2.3. Методика экспериментальных исследований взаимодействия заготовки верха обуви из комплексного материала на основе низкосортной натуральной кожи с неравновесной низкотемпературной плазмой 67

2.4. Методы статистической обработки результатов экспериментов 86 ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЛИЯНИЯ НЕРАВНОВЕСНОЙ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ПЛАЗМЫ НА СВОЙСТВА ВЕРХА ОБУВИ ИЗ НАТУРАЛЬНОЙ КОЖИ 91

3.1. Исследование влияния ННТП на формоустойчивость верха обуви из натуральной кожи 91

3.2. Исследование влияния ННТП на технологические и потребительские характеристики комплексного материала заготовки верха обуви 98

3.3. Структурные изменения комплексного материала заготовки верха обуви на основе низкосортной натуральной кожи при воздействии неравновесной низкотемпературной плазмы 112

3.4. Физические закономерности изменения свойств готовой обуви и комплексного материала заготовки верха обуви под воздействием ННТП 121 ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПРОМЫШЛЕННОГО ПРИМЕНЕНИЯ ПЛАЗМЕННОЙ ОБРАБОТКИ В ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССАХ ПОЛУЧЕНИЯ ЗАГОТОВКИ

ВЕРХА ОБУВИ 128

4.1 Разработка технологического процесса получения заготовки верха

обуви из натуральной кожи с применением ННТП обработки 128

4.2 Разработка опытно-промышленных высокочастотных плазменных установок для обработки заготовок верха обуви из натуральной кожи 133

4.3 Технико-экономическое обоснование эффективности внедрения плазменной обработки в технологический процесс производства

заготовки верха обуви 13 7

Выводы 140

Список литературы 142

Приложение 156

СПИСОК УСЛОВНЫХ СОКРАЩЕНИЙ

ННТП - неравновесная низкотемпературная плазма;

ВЧИ разряд - высокочастотный индукционный разряд;

ВЧЕ разряд - высокочастотный емкостной разряд;

х - время обработки, с;

1¥р - мощность разряда, кВт;

Рк- давление в разрядной камере, Па;

О - расход плазмообразующего газа, г/с;

КРС - крупный рогатый скот;

ЭДС - электродвижущая сила;

ВВМ - высокомолекулярные волокнистые материалы - плотность ионного тока; - кинетическая энергия ионов.

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы: В условиях открытости российского рынка при вхождении России в ВТО существенно возрастает роль легкой промышленности в формировании и наполнении внутреннего рынка отечественной продукцией. Согласно стратегии развития легкой промышленности России на период до 2020 года перед отраслью стоят новые задачи, решение которых требует инновационных подходов не только на краткосрочную, но и на долгосрочную перспективу. Продукция легкой промышленности имеет устойчивый спрос, востребована во многих сферах жизнедеятельности человека и оказывает непосредственное влияние на здоровое развитие общества. При этом на продукцию кожевенно-обувного производства приходится около 25% от общего удельного веса в ассортиментной структуре объема вырабатываемой продукции легкой промышленности.

В связи с высокой конкуренцией с импортной продукцией перед отечественным кожевенно-обувным производством стоит задача повышения качества выпускаемой продукции при минимальном увеличении себестоимости. Следовательно, актуальной является проблема улучшения потребительских свойств выпускаемой обуви без значительного увеличения ее стоимости. Наибольшее количество потребителей сегодня предпочитает обувь из натуральной кожи, недорогую, стильную и готово приобретать каждый сезон. Одной из потребительских характеристик, существенно влияющих на внешний вид и удобство в эксплуатации обуви, является ее формоустойчивость.

В настоящее время, исследованиям по определению и повышению формоустойчивости обуви посвящено большое количество работ, среди них работы таких ученых, как А.Н. Калита, Ю.П. Зыбин, В.А. Фукин, Т.Е. Акулова, В.А. Скатерной, Е.В. Акимова, В.П. Рохлин, Т.С. Горнецкая, Е.Я. Михеева, А.Н. Буркин, В.В. Щербаков, Т.С. Макарышева, В.В. Костылева. Однако, несмотря на интенсификацию технологических процессов производства обуви, разработку новых конструкций и материалов, проблема формоустойчивости обуви остается актуальной и сегодня.

Формоустойчивость верха обуви неразрывно связана с конструкцией заготовки верха, режимами формования и свойствами материалов верха обуви. В условиях современного производства для деталей низа обуви используются искусственные и синтетические материалы, стабильно сохраняющие свои свойства во время эксплуатации, в связи с этим основные изменения размеров и формы обуви проявляются в изменениях ее верха -натуральной кожи.

В то же время, не менее актуальна проблема переработки низкосортной натуральной кожи. Такие ее дефекты, как отмин и отдушистость, являются одними из самых распространенных, непредсказуемых и оказывающих непосредственное влияние на потребительские и технологические характеристики обуви. Результаты исследований последних лет показывают, что одним из наиболее перспективных способов повышения качества исходного сырья в процессе изготовления натуральной кожи является модификация при помощи неравновесной низкотемпературной плазмы (ННТП).

Диссертационная работа направлена на решение актуальной проблемы создания формоустойчивой обуви с верхом из низкосортной натуральной кожи за счет модификации заготовки верха обуви при помощи ННТП. В диссертации изложены работы, выполненные в период с 2008 по 2012 гг. по исследованию изменений свойств заготовки верха обуви из низкосортной натуральной кожи и комплексного материала на ее основе под воздействием ННТП.

Работа выполнена в Казанском национальном исследовательском технологическом университете в рамках научно-исследовательской работы по Федеральной целевой программе «Исследование и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2012 гг.» по теме «Развитие центра коллективного пользования научным оборудованием в области получения и исследования наночастиц оксидов металлов, металлов и полимеров с заданными химическим составом и формой» (2008-2009 гг.), а также по теме «Проведение поисковых научно-исследовательских работ в области модификации композитных материалов с использованием

электрофизических, электрохимических, сверхкритических флюидных методов в центре коллективного пользования научным оборудованием «Наноматериалов и нанотехнологий» (2009-2010 гг.).

Цель и задачи работы: Целью работы является разработка технологии производства формоустойчивой обуви из низкосортной натуральной кожи с улучшенными потребительскими характеристиками, за счет обработки неравновесной низкотемпературной плазмой деталей верха обуви.

Поставленная цель достигается решением следующих основных

задач:

1. Анализ требований, предъявляемых к заготовке верха обуви из натуральной кожи, способов повышения формоустойчивости обуви с верхом из натуральной кожи, а также существующих способов повышения качества низкосортной натуральной обувной кожи. Обоснование возможности комплексного улучшения свойств заготовки верха обуви при помощи модификации ННТП.

2. Обоснование и выбор объектов исследования, методика модификации ННТП, а также методы и средства исследования воздействия ННТП на свойства заготовки верха обуви из комплексного материала на основе низкосортной натуральной кожи.

3. Исследование влияния ННТП на потребительские и технологические характеристики обуви, определяющие ее формоустойчивость, механические, физические и структурные характеристики комплексного материала заготовки верха обуви на основе низкосортной натуральной кожи.

4. Разработка технологического процесса изготовления формоустойчивой обуви из низкосортной натуральной кожи с применением модификации ННТП деталей верха обуви.

Методы исследования: в диссертационной работе для решения поставленных задач использован комплекс современных и стандартных методов и методик исследования. Полученные результаты сравнивались и сопоставлялись с известными экспериментальными и теоретическими данными других авторов.

Объектом исследования выбрана заготовка верха обуви из комплексного материала на основе низкосортной натуральной кожи хромового дубления с естественной лицевой поверхностью, толщиной 1,11,3 мм, выработанной по ТУ 8630-012-05431555-93 и отличающейся наличием дефектов отмина и отдушистости. Укрепляющий материал -трикотаж с термоклеевым покрытием, выработанный по ТУ 8729-00126017127-2004. Формирование комплексного материала происходит в процессе операции дублирования натуральной кожи с укрепляющим материалом.

Для исследования эксплуатационных характеристик заготовки верха обуви использовался метод экспериментальной носки. Для определения структурных, физических и механических характеристик комплексного материала заготовки верха обуви использовались стандартные методики определения физико-механических показателей материалов легкой промышленности, а также методы релаксационной спектроскопии, электронной растровой микроскопии, рентгеноструктурного анализа при больших углах рассеяния, инфракрасной Фурье спектроскопии с применением приставки МНПВО. Измерение показателей проводили в соответствии с нормативно-технической документацией. Результаты измерений и исследований обрабатывались с применением методов математической статистики и программных продуктов Бгайэйса 6.0 и Зёэ Мах 9.

Научная новизна работы:

1. Впервые установлено, что последовательная обработка заготовки верха обуви из натуральной низкосортной кожи в ННТП индукционного и емкостного разрядов пониженного давления приводит к улучшению потребительских характеристик готовой обуви.

2. Установлено, что с целью улучшения формоустойчивости обуви из низкосортной натуральной кожи целесообразно проводить модификацию заготовки верха обуви в ННТП емкостного разряда пониженного давления.

3. Впервые установлено, что с целью устранения дефектов отмина и отдушистости комплексного материала заготовки верха обуви на основе низкосортной натуральной кожи, целесообразно проводить модификацию

8

заготовки верха обуви в ННТП индукционного разряда пониженного давления.

4. Установлено, что последовательная обработка ННТП индукционного и емкостного разрядов пониженного давления комплексного материала для верха обуви на основе низкосортной натуральной кожи позволяет улучшить его технологические характеристики.

5. Разработана физическая модель модификации комплексного материала заготовки верха обуви на основе натуральной кожи путем воздействия ННТП индукционного и емкостного разрядов пониженного давления, устанавливающая физические механизмы повышения формоустойчивости обуви и устранения дефектов отмина и отдушистости материала в результате плазменного воздействия.

Практическая значимость работы:

С помощью оптимизации режимов плазменной обработки установлены технологические параметры воздействия ННТП индукционного и емкостного разрядов пониженного давления на заготовку верха обуви из комплексного материала на основе низкосортной натуральной кожи, позволяющие повысить формоустойчивость обуви и устранить приповерхностные дефекты основного материала.

Разработана технология применения ННТП в процессе производства заготовки верха обуви из низкосортной натуральной кожи, заключающаяся в том, что плазменную модификацию деталей верха целесообразно проводить после операции дублирования деталей верха из натуральной кожи с укрепляющим материалом межподкладки и позволяющая:

улучшить потребительские характеристики готовой обуви, изготовленной из низкосортной натуральной кожи: формоустойчивость верха обуви - на 13,5%, прочность крепления подошвы - на 12%, прочность ниточного соединения - на 11%;

- улучшить технологические характеристики комплексного материала заготовки верха обуви: упругая деформация увеличивается на 7%, пластическая деформация - на 6%, прочность комплексного материала - на 62%, напряжение при появлении трещин лицевого слоя - на 35%, относительное удлинение - на 19%;

- улучшить потребительские характеристики комплексного материала заготовки верха обуви: устойчивость покрытия к многократному изгибу - на 48%, устойчивость покрытия к трению - на 20%, прочность термосклеивания - на 51%, адгезию покрытия - на 56%;

- повысить сортность натуральной кожи с третьего сорта на первый за счет уменьшения приповерхностных дефектов кожи.

Суммарный экономический эффект от внедрения разработанной технологии с применением ННТП модификации составляет 7,7 млн. руб. в год. Разработанная технология прошла опытно-промышленное испытание на ОАО «ОФ «Спартак» (г. Казань).

Апробация результатов работы.

Основные результаты работы докладывались на международной школе - семинаре аспирантов и молодых ученых «Актуальные проблемы науки и техники» (Уфа, 2010); международной научно-практической конференций студентов и молодых ученых «Новые технологии и материалы легкой промышленности» (Казань, 2010); международной научно-практической конференции «Кожа и мех в 21 веке: технология, качество, экология, образование» (Улан-удэ, 2010-2011); всероссийской научно-практической конференции с элементами научной школы «Наноматериалы, нанотехнологии, наноиндустрия» (Казань, 2010-2011); международной конференции по физике плазмы и УТС (Звенигород, 2011-2012), международной конференции «Физика высокочастотных разрядов» (Казань, 2011), научной школе с международным участием «Актуальные проблемы науки о полимерах» (Казань, 2011).

Основные результаты работы изложены в 24 публикациях, из которых 8 статей опубликованы в изданиях, рекомендованных ВАК РФ и 16 по материалам конференций.

Личный вклад автора в опубликованных в соавторстве работах

состоит в выборе и обосновании методик эксперимента; непосредственном

участии в проведении экспериментов; участии в анализе и обобщении

полученных экспериментальных результатов, разработке физических

закономерностей изменения свойств готовой обуви и комплексного

материала на основе натуральной кожи при последовательной ННТП

10

модификации, разработке рекомендаций по промышленному использованию плазменной технологии в производстве обуви.

Структура и объем работы: диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов и приложений. В тексте приведены ссылки на 154 литературных источника. Работа изложена на 160 страницах машинописного текста, содержит 32 рисунка и 26 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность диссертационной работы, определены цели и намечены задачи для их достижения, показана научная новизна и практическая значимость полученных результатов, приведена структура диссертации.

В первой главе описаны основные факторы, определяющие качество заготовки верха обуви, приведен обзор основных материалов, применяемых для производства верха обуви из натуральной кожи и требований, предъявляемых к ним. Представлены наиболее распространенные методы модификации заготовки верха обуви. Обоснована возможность применения неравновесной низкотемпературной плазмы в технологических процессах получения заготовки верха обуви. Сформулированы цель и задачи работы.

Во второй главе описаны высокочастотные плазменные установки для получения индукционного и емкостного разрядов пониженного давления, применяемые в процессах модификации заготовки верха обуви из комплексного материала на основе натуральной кожи.

Обоснован выбор объекта исследо�