Прогнозирование прочности ниточных соединений в деталях обуви из натуральной кожи

В обувной промышленности одним из основных направлений, связанных с качеством изделия является использование новых высокоэффективных технологий и материалов, а также оптимизация выбора технологических параметров сборки заготовок при использовании различных материалов.

Универсальность и частота применения ниточных соединений кожаных деталей для верха обуви требует тщательного изучения факторов, влияющих на прочность и внешний вид шва, т.к. от этого в значительной мере зависит прочность ниточных соединений.

Разрыв шва в изделии не является результатом единичных дефектов, а скорее всего, влиянием многих факторов, действующих на шов во время его образования и эксплуатации изделия [1].

Вид ниточного соединения связан с повреждениями соединённых материалов, свойствами этих материалов, проявляющимися в процессе эксплуатации, и прочностью использованных нитей. Вид соединения характеризуется комплексом факторов, влияющих на надёжность ниточных соединений деталей обуви.

Натуральная кожа, несмотря на развитие химии полимеров и синтетических материалов, всё ещё является практически единственным материалом, обеспечивающим как гигиенические, так и прочностные свойства материала [2]. Физико-механические и химические параметры выдубленной и отделанной кожи обуславливаются ее назначением.

Несмотря на большое количество исследований, проводимых в направлении определения условий создания ниточных соединений, до сих пор не были определены оптимальные критерии выбора технологических параметров, взаимосвязанных со свойствами соединяемых кож, и поэтому определение такой зависимости является всё ещё актуальной проблемой.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДИССЕРТАЦИИ.

Актуальность темы

.

Одним из самых важных показателей качества обуви является надёжность соединения деталей и узлов изделия. Она характеризуется прочностью и степенью износа во время эксплуатации. Структурный анализ исследований эксплуатационных дефектов обуви показывает, что 15−20% возвращенной обуви имеет дефекты ниточных соединений. Это связано с действием ряда факторов, проявляющихся во время изготовления и эксплуатации, а также свойствами соединяемых материалов.

Появляющиеся на рынке новые материалы с разнообразными показателями свойств требуют постоянного контроля за их изменениями, а также определения комплекса параметров, их оптимальных значений и зависимостей, влияющих на качество изделия и увеличивающих надёжность ниточного соединения кожаных деталей заготовки обуви.

В исследовательских работах, проводимых до настоящего времени, остутствуют исследования соотношения между технологией производства кожи, количеством примененных материалов для жирования и дубления, а также качеством ниточных соединений, которые используются для соединения деталей верха обуви.

Стандартные методы определения прочности соединения не позволяют достаточно точно оценить износ материала и нити во время носки. Поэтому определение характера воздействий и деформации нити и соединяемых материалов, возникающих во время эксплуатации и обусловленных воздействием на соединение внешних сил, часто являются решающим фактором оценки надёжности соединений. Разработка комплексного метода оценки и прогнозирования поведения ниточных соединений кожаных деталей позволяет решить всё ещё актуальную проблему повышения прочности соединений деталей и узлов обуви.

Цель работы.

Целью работы является разработка способа увеличения надёжности ниточных соединений кожаных деталей заготовки обуви путём определения оптимальных параметров, а также технологических зависимостей, влияющих на качество изделия.

Для достижения поставленной цели проведены следующие задачи:

• определена физико-химическая характеристика натуральных кож для верха обуви;

• определено влияние технологии производства кожи на параметры процесса получения ниточных соединений в обуви;

• проведен анализ методов исследований и оценки свойств обувных нитей;

• разработана установка для оценки взаимовоздействия системы &bdquo-материал — нить" в динамических условиях, имитирующих перемещение нити в области шва;

• разработана методика исследования взаимовоздействий внутри системы «кожа-нить» ;

• определена прочность ниточного соединения в условиях, имитирующих процессы переработки и эксплуатации, в том числе влияние мигрирации веществ из кожи на прочность соединений;

• проведена оптимизация показателей свойств кожи с разработкой технологии производства ниточных соединений.

Объекты исследований.

Согласно цели и задачам работы на разных её этапах исследованы: выбранные виды натуральной кожи для верха обуви с различными способами отделки, нити из разного сырья и ниточные соединения, полученные с применением этих нитей.

Научная новизна.

Научная новизна работы заключается в следующем.

• Впервые определена зависимость надежности ниточных соединений кожаных деталей от количества введенных в кожу ингредиентов жировых и дубящих веществ, что позволяет разработать комплексный подход к совершенствованию операционной технологии изготовления обуви на этапе сборки деталей верха в заготовку.

• Разработана математическая модель оптимизации параметров получения максимально надежного ниточного соединения кожаных деталей обуви.

• Результаты работы дают возможность внести существенную корректировку в классификацию обувных материалов, что позволит принципиально изменить технологию производства обуви.

• Исследовано комплексное влияние процессов старения, связанное в том числе с миграцией водорастворимых веществ из натуральной кожи.

• Разработана установка, позволяющая определить диапазон показателей прочности кожаных материалов различного ассортимента после динамического воздействия обувных нитей.

• Определены соотношения между количеством ингредиентов жирующих и дубящих веществ, использующихся в процессе производства кожи и прочностью ниточных соединений кожаных деталей, что позволит обоснованно выбирать параметры сшивания, которые, в свою очередь, позволят получить максимальную прочность ниточных соединений.

Практическая значимость.

Практическая значимость работы состоит в :

• разработке условий выбора технологии производства кожи, обеспечивающих получение кожи с параметрами прочности ниточных соединений, отвечающих требованиям как производителей, так и потребителей обуви;

• определении критериев выбора нити с учетом влияния процесов старения на ее прочность;

• определении возможности использования в лабораторно-промышленных условиях новой установки для оценки системы &bdquo-материал — нить" ;

• использовании на практике результатов работы, что позволяет уменьшить количество дефектов ниточных соединений, являющихся основанием для возврата обуви.

Апробация результатов работы.

Результаты проведенных исследований были апробированы на семинарии на обувной фабрике «Nowy Lider» в Радоме (Польша, 2002).

Основные положения докладывались и получили положительную оценку на научном семинаре на кафедре Технологии обуви и дубления Радомского политехнического института в ноябре 2003 г., а также на международных научных конференциях, проходивших в Радоме (Польша): 23−24 ноября 2001 г. — «Легкая промышленность на переломе тысячелетия», 3−4 октября 2002 г.- «Проектирование, материалы, технология кожи, одежды и обуви», 20−21 ноября 2003 г. — «Легкая промышленность — хром в коже», а также в Москве 19−20 апреля 2000 г. — «Актуальные проблемы науки, техники и экономики легкой промышленности».

Основные положения проведенных исследований были опубликованы в конференционных материалах и научных изданиях кожаной промышленности.

Результаты работы получили производственную апробацию на обувной фабрике"1Чо?у Lider" в Радоме.

Публикации.

Теоретические материалы и результаты экспериментальных исследований представлены в 8 публикациях.

Структура и содержание диссертации.

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, библиографии и приложений. Диссертация представлена на 191 страницах печатного текста. Работа содержит 69 рисунков, 38 таблиц и 6 фотографии. Библиографический список состоит из 107 публикаций польских и заграничных аторов.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ.

1. Показано, что прочность ниточных кожаных соединенийзависит от физико-химических свойств соединяемых кож и нитей, технологии шитья и от условий эксплуатации изделий.

2. Установлено влияние содержания жира, хрома в коже на прочность ниточных соединений в этих кожах.

• Рост содержания жира повышает упруго-пластические свойства ниточных соединений. Это касается также показателей, непосредственно связанных с процессом шитья, таких, как сопротивление перфорации материала.

• Рост содержания хрома в коже в исследованном диапазоне от 2,5% до 3,8% ведет к снижению прочности кожаного ниточного соединения.

3. Показано, что на качество ниточных соединений из кожи влияет не только количество жира в коже, но и характер, его присутствия.

4. Выявлено, что присутствие в коже несвязанных веществ, вымываемых водой во время эксплуатации, приводит к снижению прочности ниточного соединения.

5. Разработан комплексный критерий, позволяющий оценивать влияние процесса старения на изменение прочности ниточных соединений кож. Установлено, что под влиянием комплекса факторов старения, особенно под воздействием пота, ультрафиолетового излучения, температуры, происходит деструкция полиамидных нитей, которая приводит к снижению их прочности на 60%.

6. Разработана установка, имитирующая поведение нитей внутри соединиемых материалов, что позволило определить диапазон изменений прочностных показателей кожаных материалов и обувных нитей. Подтверждена эффективность использования установки для выполнения качественного ниточного соединения. Полученные результаты изменений прочности нитей и кож после исследований на аппарате позволяют прогнозировать поведение ниточных соединений во время эксплуатации готового изделия. Разработанный метод определения изменений прочностных свойств ниточных соединений на этой установке может быть использован для исследования различных ниточных соединений, также из тканей. Разработанный метод исследований позволяет быстро и точно оценить прочность системы «материал-нить» в ниточном соединении по отношению к условиям эксплуатации. Конструкция установки позволяет регулировать интенсивность напряжений ниточного соединения, что дает возможность выбирать нити в зависимости от технологических и эксплуатационных требований.

7. Полученные результаты исследований позволяют по-новому, с учетом взаимодействий, разделить материалы и нити. Такое новое разделение, проведенное с точки зрения эффективности прочности ниточных соединений, может стать наиболее важным критерием при выборе материалов и нитей.

8. Разработана математическая модель оптимизации параметров, гарантирующих максимальную прочность ниточных соединений в условиях эксплуатации с учетом влияния количества жира и хрома в коже. С помощью этой модели можно прогнозировать поведение ниточных соединений в реальных условиях эксплуатации.

9. Компромиссный оптимум свойств ниточных соединений, обеспечивающий оптимальную прочность в модельных условиях эксплуатации в случае применения полиамидных и полиэфирных нитей представляется следующим образом: В области исследованного соединения содержание хромового дубителя в коже имеет оптимальные значения в интервале 3,2−4% СГ2О3, а частота строчки 4 ст/см для полиамидных нитей, для полиэфирных нитей оптимум находится в пределах 3,3−3,6% хромового дубителя при пересчете на СГ2О3, а частота строчки — 5 ст/см. Оптимальные значения содержания жира в соединяемой коже содержат 6,6−11% жира для плотности шитья 4−5 ст./см для полиамидных нитей. Полиэфирные нити для соединения кожи с одинаковым содержанием жира требуют плотности шитья 3,5−5 стеж./см.

Ю.Результаты представленной работы позволяют получить соизмеримый экономический эффект. Правильно подобранные технологические параметры процесса сострачивания со свойствами соединяемой кожи снизят количество повреждений ниточных соединений, которые являются основанием для возврата обуви. Методика испытана с положительными результатми на обувном заводе «Nowy Lider» в г. Радоме (Польша). В результате проведенного испытания установлено, что использование этого метода оптимизации позволит:

— заказывать кожи в соответствии с их эксплуатационным назначением,.

— уменьшить количество повреждений ниточных соединений из кожи, возникших в результате неправильного выбора технологии сострачивания по отношению к свойствам кож.