МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ Й НАУКИ УКРАЇНИ

КИЇВСКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ТЕХНОЛОГІЙ ТА ДИЗАЙНУ

ШЕРЕМЕТ ОЛЕНА АДОЛЬФІВНА

УДК 685.31.02

РОЗРОБКА ТЕХНОЛОГІЇ ВИГОТОВЛЕННЯ СПЕЦІАЛЬНОГО ВЗУТТЯ З ВИКОРИСТАННЯМ НОВИХ ВОГНЕЗАХИСНИХ КЛЕЙОВИХ СПОЛУК ДЛЯ КРІПЛЕННЯ НИЗУ

Спеціальність 05.19.06 - Технологія взуттєвих і шкіряних виробів

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Київ-2005

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Київському національному університеті технологій та дизайну. Міністерства освіти і науки України

Науковий керівник: кандидат технічних наук, доцент,

член-кореспондент Української Академії

наук національного прогресу

Олійникова Валентина Василівна,

Київський національний університет технологій

та дизайну, професор кафедри конструювання й

технологій виробів із шкіри

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор,

заслужений працівник народної освіти України

Нестеров Владислав Петрович,

президент Української технологічної Академії

кандидат технічних наук, доцент,

академік Української технологічної Академії

Половников Ігор Іванович,

директор ВАТ "УкрНДІШП"

Провідна організація: Хмельницький національний університет

Міністерства освіти і науки України, м. Хмельницький

Захист відбудеться 27 жовтня 2005 року о 10:00 годині на засіданні спеціалізованої ради Д 26.102.03 у Київському національному університеті технологій та дизайну за адресою: 01011, Київ-11, вул. Немировича-Данченка, 2.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Київського національного університету технологій і дизайну за адресою: 01011, Київ-11, вул. Немировича-Данченка, 2.

Автореферат розісланий 26 вересня 2005 р.

Вчений секретар спеціалізованої

вченої ради Первая Н.В.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність роботи. Однією з умов розвитку легкої промисловості є створення високопродуктивних і економічно ефективних технологічних процесів виробництва конкурентоспроможної продукції, в тому числі, з використанням клеючих матеріалів.

У літературі є велика кількість інформації про різні модифікації полімерів (поліуретани) по підвищенню теплостійкості. Однак досліджень, враховуючих специфіку застосування у взуттєвому виробництві поліуретанових клейових композицій, у запропонованої нами сполуці й із застосуванням НВЧ-енергії (енергії надвисокої частоти) для полімеризації клейової плівки немає. Модифікацію клейових композицій проводять або шляхом механічного суміщення полімерів у процесі приготування, або використовують попередньо модифікований полімер.Але такі системи мають ряд недоліків: низька еластичність, горючість, концентрація парів деяких летючих речовин не повинна перевищувати ПДК.

Питанням використання енергії радіохвиль НВЧ у промисловості присвячено багато робіт, але в виробництві взуття вони не застосовувались. Перевагами НВЧ нагрівання є висока інтенсивність процесу, об'ємна рівномірність, безінерційність. Використання НВЧ енергії для полімеризації клейової плівки не вимагає процесу сушіння й прискорює процес полімеризації.

У зв'язку з цим, дослідження по створенню вітчизняних поліуретанових клейових композицій з підвищеною теплостійкістю й способів їхнього застосування є необхідним.

Важливість даної теми полягає в розробці технологічного процесу склеювання вогнезахисного взуття.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконана відповідно до теми ДБ-027 “Теоретичні основи технологічних процесів виготовлення взуття спеціального призначення із застосуванням нових матеріалів вітчизняного виробництва”.

Мета й завдання дослідження.

Основна мета роботи: дослідження й розробка нових пожаробезпечних поліуретанових клейових композицій з підвищеною теплостійкістю для кріплення низу взуття, що забезпечують розширення асортименту, зниження собівартості продукції й підвищення якості спеціального взуття; розробка нової технології виготовлення спеціального взуття клейового методу кріплення на основі нових пожаробезпечних клейових композицій вітчизняного виробництва із застосуванням НВЧ-енергії.

Для досягнення поставленої мети були вирішені наступні завдання:

1. Вивчити властивості теплостійких клеїв, які застосовуються в вітчизняній і закордонній промисловості.

2. Вивчити технологічний процес і обладнання, що використовується для виготовлення спеціального вітчизняного взуття.

3. Довести необхідність розробки спеціального вогнезахисного взуття із застосуванням нових високотеплостійких клейових композицій, нових технологій, зокрема застосування НВЧ-енергії для сушіння й полімеризації клейової плівки.

4. Визначити можливість використання у виробництві взуття НВЧ-енергії, як економічно вигідної ресурсозберігаючої технології.

5. Створити й обгрунтувати оптимальні сполуки теплостійких поліуретанових клейових композицій.

6. Визначити технологічні нормативи застосування поліуретанових клейових композицій з і без застосування НВЧ-енегрії для прикріплення заготовки верху спеціального взуття до підошви з матеріалів з підвищеними термічними показниками.

7. Сформулювати вихідні вимоги для проектування НВЧ-установок.

8. Розробити конструкцію спеціального вогнезахисного взуття з кращими експлуатаційними й

захисними властивостями.

Об'єкт дослідження: Процес модифікації клейових композицій з метою підвищення їх термічних властивостей, а також розробки нового технологічного процесу складання взуття із застосуванням НВЧ-установки.

Предмет дослідження: Розробка технології виготовлення спеціального взуття з використанням і розробкою нових вогнезахисних сполук для кріплення низу взуття й матеріалів.

Методи дослідження: Теоретичні дослідження базуються на основних положеннях технології взуттєвого виробництва, теоріях математичного моделювання, теоретичної механіки, теоріях адгезії, основ надвисоких частот. Експериментальні дослідження з вивчення нових клейових композицій готувалися на спеціально розробленій, експериментальній НВЧ-установці для сушіння й полімеризації клейової плівки. Дослідження властивостей клейових композицій проводилися з дотриманням вимог відповідних стандартів.

Наукова новизна отриманих результатів. Вперше в взуттєвій галузі одержані й досліджені фізико-механічні й технологічні показники поліуретанових клейових композицій для приклеювання деталей взуття з підвищеною теплостійкістю й зниженою горючістю, а також досліджено можливість використання НВЧ-енергії для полімеризації клейової плівки в технології виробництва взуття, зокрема:

•

•

•

створені наукові основи проектування технологічних процесів із застосуванням НВЧ-енергії. Практичне значення отриманих результатів:

•

•

Результати роботи впроваджені у виробництво на взуттєвих підприємствах: ТОВ “Зенкіс”, ПП “Еліта стиль”, ТОВ “Вегас”, ПП “Сокальський”.

•

експериментальних завдань. Авторові належать основні ідеї, узагальнення й висновки. При особистій участі автора здійснено планування і проведено експерименти, узагальнено отримані дані, розроблені експериментальні установки.

Апробація результатів.

Основні теоретичні й експериментальні положення, результати роботи доповідалися й одержали позитивну оцінку на наукових конференціях молодих учених і студентів КНУТД в 2001-2005 рр., на взуттєвих підприємствах: ТОВ “Зенкіс”, ПП “Еліта стиль”, ТОВ “Вегас”, ПП “Сокальський”.

Публікації.

По темі дисертації є 9 опублікованих наукових праць, серед них - 6 у виданнях рекомендованих ВАК України.

Структура й об'єм дисертації. Дисертація складається із введення, чотирьох розділів, загального висновку, списку використаної літератури та додатків. Повний обсяг дисертації з додатками становить 229 сторінки машинописного тексту, включаючи 51 рисунок і 56 таблиць. Обсяг основної частини дисертації становить 161 сторінки. Додаток включає 51 сторінку.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У введенні обґрунтована актуальність дисертаційної роботи, сформульована мета й завдання досліджень, показані наукова новизна й практична значимість роботи.

У першому розділі зроблений аналіз сучасного стану науково-дослідних і практичних робіт з вивчення теплостійкості поліуретанових клеїв, сучасних технологій і установок для сушіння й активації клейової плівки. На підставі аналізу зроблено висновок про необхідність розробки клейової композиції (КК) з підвищеними теплостійкими властивостями, еластичної, економічно вигідної, що скорочує технологічний процес. Необхідно знайти нові види енергії й пристроїв для сушіння й полімеризації клейових плівок, зокрема: можливість застосування НВЧ-енергії.

У другому розділі розглянуті теоретичні аспекти й природа склеювання, взаємодії НВЧ-енергії з клейовими композиціями. Запропоновані дві робочі гіпотези: фізична, яка базується на підвищенні температури й хімічна - структуроутворення. Взаємодія цих двох гіпотез пояснює основні аспекти роботи.

В КК, які нами запропоновані, оксид сурми використовується, як добавка-антипірен. Антипірен вводять у клейові композиції для додання їм негорючості або здатності до самозагасання. На початку розглянута залежність міцності кріплення від сухої речовини, тобто кількість оксиду сурми, що витрачається на 100 грам сухої композиції (табл.1, рис.1). Як видно, максимальна міцність кріплення досягається при вмісті в клейовій композиції до 1,5% оксиду сурми. Збільшення кількості оксиду сурми понад 1,5% приводить до перенасичення атомами сурми клейової композиції та виникає додаткове внутрішнє напруження, що приводить до зниження міцності кріплення. Як показано на рисунку 2, зі збільшенням вмісту оксиду сурми в КК зменшується кількість сухої маси - з одним молем сурми йде та сама маса - 3 моля ізоцианату. Сурма ініціює процес деструкції ізоцианатних угруповань шляхом відібрання атома водню з вуглецевого ланцюга, що протікає пропорційно витраті атомів сурми. Визначена залежність міцності кріплення від різних температурних режимів і від вмісту сурми для досліджуваних КК. Найкращі термічні показники отримані для КК № (рис. 3). При нагріванні до 150°С відбувається зшивка ланцюгів полімеру за рахунок вільних ізоцианатних груп і оксиду сурми з наступним структуруванням при нагріванні. Просторове структурування сприяє збільшенню міцності кріплення. Зі збільшенням змісту ізоцианатних груп у композиціях при підвищених температурах зростає кількість відщеплених груп оксиду сурми, що приводить до зниження теплостійкості.

Для того щоб визначити характер термічної й термофізичної деструкції ці процеси були описані лінійно. На рисунку 4 показана залежність тангенса кута нахилу від зворотньої величини температури для досліджуваних клейових композицій, що визначає енергію активації, виражену в молях. Якщо енергія активації більше 35 - відбуваються хімічні процеси, якщо менше - фізичні явища. Виходячи з отриманих результатів енергія активації більше 40 кДж, що означає, що йде хімічний процес. Значення енергії активації ідентичні, тобто, можна сказати, що процеси, що відбуваються при формуванні клейових сполук підкоряються єдиній закономірності й зі збільшенням вмісту груп ізоцианату значення енергії активації зменшуються. При температурі до 200°С дотримується єдина закономірність хімічних процесів для всіх клейових композицій, які досліджувалися. Для клейових композицій №2, 3, що містять додатково вулканізуючий ізоцианатвміщуючий агент у кількості 10-15% енергія активації ідентична, тому їх, можна, покласти на одну пряму, а для композиції №4, що містить додатково вулканізуючий ізоцианатвміщуючий агент у кількості 20% енергія активації знижується, тобто групи, що вміщують ізоцианат, заважають процесу. Дані знаходяться в області експериментальних крапок. Коефіцієнт кореляційного співвідношення = 0,99. При температурі до 200°С дотримується єдина закономірність хімічних процесів для всіх клейових композицій, які досліджувалися. Для клейових композицій №2, 3, що містять додатково вулканізуючий ізоцианатвміщуючий агент у кількості 10-15% енергія активації ідентична, тому їх можна покласти на одну пряму, а для композиції №4, що містить додатково вулканізуючий ізоцианатвміщуючий агент у кількості 20% енергія активації знижується, тобто групи, що вміщують ізоцианат, заважають процесу. Дані знаходяться в області експериментальних крапок. Коефіцієнт кореляційного співвідношення = 0,99.

З точки зору фізичних процесів, при підвищенні температури система стає менш в'язкою й відбувається дифузія. Тобто з підвищенням температури до 200°С відбувається вирівнювання концентрації триокису сурми й ізоцианата.

Для сушіння й активації клейової плівки, у нашій роботі застосовується НВЧ-установка. Випарювання розчинника в процесі сушіння за допомогою НВЧ-енергії умовно можна розділити на три стадії. У початковій стадії відбувається швидке його випарювання з поверхневих шарів клейової плівки, що формується. У результаті цього підвищується концентрація, а отже, і густина адгезива, й на поверхні утворюється більш щільний його шар (як би скоринка) з меншим вмістом розчинника, чим в іншій масі. Потім наступає друга стадія, у якій переважає дифузія розчинника з нижніх шарів плівки, що формується до поверхні. При цьому товщина більш щільного шару поступово росте в глибину до субстрату.

Таким чином, через більш-менш тривалий час випаровується основна частина, але не весь розчинник: у клейовій плівці його може залишитися навіть до 10% від початкової кількості. Цей залишковий розчинник випаровувається, звичайно, вже після утворення клейової сполуки протягом тривалого часу (третя стадія). Міцність клейових сполук при цьому збільшується.

У розділі 3 досліджені властивості поліуретанових КК із метою підвищення стійкості до підвищених температур, визначення оптимального складу й режимів склеювання. Відібрані й досліджені поліуретанові КК, які найбільше застосовуються у вітчизняній промисловості. Створена математичну модель для визначення їх складу. Принцип побудови математичної моделі визначення складу КК, ґрунтується на апріорному поданні даних про об'єкт дослідження.

Для КК №1 вони мають:

Для клейової композиції № 2:

Для клейової композиції №3, з урахуванням незмінних основних компонентів і розходженням у кількості вулканізуючого ізоцианатутримуючого агента - Десмодур (R-Типи) 10% математична модель аналогічна математичній моделі для КК №1. Для композиції № 4:

Визначені найкращі варіанти складу КК (табл.6)

З теоретичних аспектів склеювання триокис сурми значно підвищує теплостійкість склеювання й сприяє негорючості. Для підвищення термічних властивостей клейових композицій було додано триокис сурми з розрахунку 0, 1, 1,5, 2, 2,5 %% від загальної кількості клейової композиції і досліджені фізико-механічні властивості отриманих КК.

Таблиця 3

Сполуки клейових композицій, що досліджувалися.

№ п/п | Найменування композиції | Найменування компонентів | Комп. в мас.ч.

1. | Клейова композиція №1 | Поліуретановий каучук марки Десмокол-530

Этилацетат

Ацетон | 17

63

20

2. | Клейова композиція №2 | Поліуретановий каучук марки Десмокол-530

Сополімер вінілацетату й вінілхлориду

Порошок двоокису кремнію

Этилацетат

Ацетон

Ізоцианатвміщуючий вулканізуючий агент Десмодур (R-типи) | 16

2

1

61

20

5%

3. | Клейова композиція №3 | Поліуретановий каучук марки Десмокол-530

Этилацетат

Ацетон

Ізоцианатвміщуючий вулканізуючий агент Десмодур (R-типи) | 17

63

20

10%

4. | Клейова композиція №4 | Уретановий каучук типа Десмокол-530

Хлорирований натуральний каучук

Этилацетат

Ацетон

Ізоцианатвміщуючий вулканізуючий агент Десмодур (R-типи) | 10

10

60

20

20%

Найбільш високі показники швидкості схоплювання отримані для КК № 1 при будь-якому вмісті триокису сурми (рис.5), міцність склеювання вище норми в 3,5 рази. (рис.6) Відповідно до нормативно технічної документації норма міцності становить 24 Н/см. Для даної роботи важливий показник - теплостійкість. Теплостійкість визначається за степенем зниження міцності клейових сполук у результаті теплової обробки. Тому отримана КК повинна мати підвищену теплостійкість. Клейові сполуки піддавали тепловій обробці, тобто витримці в термостаті протягом 60 хвилин при температурі: 50±2°С, 100±2°С, 150±2°С, 200±2°С, 250±2°С.

У результаті випробувань показники властивостей утворюють статистичну сукупність. Найбільш повна характеристика статистичної сукупності є тоді, коли встановлений закон розподілу варіантів. Для більш повного подання цих параметрів створили функцію, що відтворює залежність міцності КК від вмісту триокису сурми й температури, за допомогою, якої можливо визначати максимальне значення міцності залежно від змісту триокису сурми й інших факторів, що впливають на міцність, зокрема від температури.

Нами експериментально встановлене значення функції Gn(si, Tk) при певних значеннях триокису сурми s і температури Т.

Потім визначали залежність показника міцності G від триокису сурми s при різних температурних умовах Tk одержали наступні функції при наступних температурах:

при Т= T0 = 20±2С (5)

при Т=T1 = 50±20С (6)

при T2=100±20С (7)

при T3=150±20С (8)

при T4=200±20 (9)

при Т5 250±20С (10)

Далі була визначена залежність міцності КК від температури Т при певних значеннях сурми s, одержали значення в Gn(s,T) інших крапках відмінних від T=Ti; i=0,5 застосовували интерполярний багаточлен Лагранжа G(si,Tk), взявши як вузли інтерполяції значення температури Т=Тк, к=0,1,2,3,4,5; де T0 =20; T1 =50; T2=100; T3=150; T4=200; T5=250. G(s,20), G(s,50), G(s,100), G(s,150), G(s,200), G(s,250) при s=sк, к=0,5; тут s0= 0; s1=1; s2= 1,5; s3=2; s4= 2,5.

Визначили загальний вид формули (11) для визначення залежності міцності КК від Т при певній кількості триокису сурми s. Потім визначали залежність показника міцності G від температурних умов Т при різній кількості триокису сурми ss та одержали залежності міцності КК G5(s,T) для значень ss.:

Аналогічно, записавши формули й для КК №2, 3, 4, побудували графічні залежності міцності від вмісту триокису сурми й температури. З дослідів видно, що випробувані КК мають підвищені теплостійкі характеристики. Зі збільшенням вмісту триокису сурми до 1%-1,5% теплостійкість збільшується, а при змісті 2-2,5% теплостійкість зменшується (рис. 7-15). При температурі 500С-1000С зростають характеристики міцності. При 2000С міцність падає й для композиції №1 становить 26,6 Н/см, що також знаходиться в межах норм НТД - 24 Н/см. Найбільш високі показники теплостійкості клейового шва в клейової композиції №1, до складу якої входить 1%-1,5% триокису сурми (рис. 7-15). За ДСТом нормативне значення теплостійкості клейового шва повинне становити 60% від величини міцності після витримки склейок при температурі 500С протягом 60 хвилин. У даній роботі, у середньому по всіх клейових композиціях, 60% від величини міцності спостерігається при температурі 1500С та при вмісту сурми в межах 1%-1,5%.

Визначені показники водостійкості. При вмісті в КК 1,5-1% триокису сурми міцність кріплення при визначенні водостійкості знижується тільки на 5% -6%, а при збільшенні змісту триокису сурми - знижується до 10%, але знаходиться в межах вище норми. Найкращі показники водостійкості отримані для КК №1. Визначені показники морозостійкості, які вищі норми й становлять 85% - 95% від міцності склеювання для досліджуваних КК.

Ґрунтуючись на отриманих результатах, можна зробити висновки, що найкращі фізико-механічні показники є в КК №1 із вмістом 1%-1,5% триокису сурми.

Теплостійкість для КК №1 при підвищенні температури до 2000С знаходиться у межах і вище норми, тому можна стверджувати, що КК №1 при 1% вмісті триокису сурми, є теплостійкою та витримує температурні навантаження до 2000С. Цю композицію ми й рекомендуємо. Фізико-механічні показники ПУ КК, яка рекомендується, наведені в таблиці 7.

На наступному етапі були визначені оптимальні режими склеювання для клейової композиції, що рекомендується, з 1-1,5% вмісту триокису сурми (табл. 8)

Таблиця 8

Оптимальні часові параметри.

№ п/п | Найменування й позначення факторів | Час, хв | Міцність, Н/см

1. | Час сушіння після першого нанесення клейової плівки

(у кондиційних умовах - температура 20±2С, ? = 65±5 %), хв | 15 |

80,5

2. | Час сушіння після другого нанесення клейової плівки

(у кондиційних умовах - температура 20±2С, ? = 65±5 %), хв | 20-30

3. | Час активації клейової плівки при Т=90С, сек | 45

Таблиця 7

Фізико-механічні показники для клейової композиції, що рекомендується

№ п/п | Найменування показника | Значення показників залежно від %-го змісту триокису сурми

0% | 1% | 1,5% | 2% | 2,5%

1 | Сухий залишок, отриманий шляхом висушування до постійної ваги, % | 20,3 | 20,8 | 21,1 | 21,5 | 21,7

2 | Сухий залишок, отриманий шляхом опромінення інфрачервоними променями, % | 19,7 | 20,2 | 20,4 | 20,6 | 20,9

3 | В'язкість, сек | 2,4 | 2,5 | 2,55 | 2,55 | 2,6

4 | Клеюча здатність, Н/см | 81,4 | 78,5 | 75,8 | 60,8 | 56,5

5 | Швидкість схоплювання, Н/см | 46,8 | 57,4 | 56,3 | 44,5 | 33,7

6 | Теплостійкість при t=50С, Н/см | 48 | 86,4 | 79,4 | 62,6 | 56,8

7 | Теплостійкість при t=100С, Н/см | 20,4 | 82,5 | 78,1 | 36,6 | 34

8 | Теплостійкість при t=150С, Н/см | 7,8 | 52 | 45,4 | 18,2 | 17,4

9 | Теплостійкість при t=200С, Н/см | 4,1 | 26,6 | 22,9 | 15,8 | 10,2

10 | Теплостійкість при t=250С, Н/см | 1,8 | 12,7 | 11,1 | 3,5 | 3,1

11 | Морозостійкість, Н/см | 65 | 65,1 | 60,8 | 47,4 | 35

12 | Водостійкість, Н/см | 74,6 | 74,7 | 72,5 | 55,4 | 51,2

У розділі 4 досліджено вплив НВЧ-енергії на міцність склеювання підошви до верху взуття, розроблені конструкції й технології спеціального вогнезахисного взуття й досліджені експлуатаційні властивості нових матеріалів для верху взуття. Проаналізовані особливості надвисокочастотного нагрівання й застосування НВЧ-енергії при сушінні й активації клейової плівки. Була застосована установка, що являє собою екрановану камеру з приєднаними до неї 2-ма НВЧ модулями (у конструкції передбачена можливість оперативного підключення 3-ого модулю). Модулі складаються з магнетронів (потужність кожного по 760Вт з робочою частотою 2.45Ггц), які через хвилеводи з'єднані з циркуляторами. Установка обладнана автоматизованою мікропроцесорною системою керування роботою модулів (рис. 16).

Зміна режимів обробки зразків сліду взуття й підошов НВЧ-полем здійснювалося шляхом установлення різних рівнів потужності НВЧ-установки, та виражено у відсотках від максимального значення. Для визначення технологічних параметрів склеювання верху взуття з низом із використанням НВЧ-енергії складена математична модель, що представляє собою послідовний симплекс планування режимів склеювання. Рух симплекса у факторному просторі здійснюють шляхом дзеркального відбиття однієї з вершин, що має мінімальне значення параметра оптимізації.

Координати нової вершини знаходять за формулою: (17)

де - координата нової крапки;

- координата крапки з мінімальним значенням параметра оптимізації;

- середнє з координат всіх крапок симплекса, крім “поганий”.

Отримані результати по визначенню режимів склеювання в лабораторних умовах графічно зображені на пелюсткових діаграмах - рис. 17 і 18.

З урахуванням можливості застосування даних режимів у процесі виробництва та на підставі отриманих результатів були досліджені два варіанти сушіння й активації клейової плівки. При першому варіанті, перше нанесення клейової плівки й сушіння при температурі 20±20С проводилося в заготовочному цеху. Друге нанесення клейової плівки, сушіння, активація, з'єднання деталей і пресування - в складальному цеху з використанням НВЧ-енергії. Для другого варіанта характерно, те, що всі операції проводилися в складальному цеху.

Як показали результати, найкращими показниками є ті, які були отримані для другого варіанта. Дані експерименту приведені в таблиці 9.

Таблиця 9.

Показники міцності кріплення підошви до верху, зроблені на зразках готового взуття. (Варіант 2)

№ | півпара | Модель взуття | Показник міцності на відрив, Н/см | Норма показника міцності кріплення на відрив, Н/см

1 | ліва | Напівчеревики клейового методу кріплення | 119,625 | 24 Н/см

ГОСТ 9292-82

2 | права | 116,5

3 | ліва | Напівчоботи клейового методу кріплення | 117,75

4 | права | 117,625

5 | ліва | Черевики клейового методу кріплення | 116,25

6 | права | 119

Таблиця 10.

Оптимальні часові параметри із застосуванням НВЧ-енергії

№ п/п | Найменування й позначення факторів | Час

1. | Час сушіння після першого нанесення КК при 20% НВЧ+обдув, сек | 5-10

2. | Час сушіння після другого нанесення КК при 20% НВЧ+обдув, сек | 60

3. | Час активації клейової плівки при 100%НВЧ, сек | 45

Для всіх випробуваних моделей показники міцності перевищують норми на 5-20%, а в деяких експериментах і більше. Час обробки кожної напівпари з використанням НВЧ-енергії для другого варіанта з урахуванням часу нанесення клейової плівки, розміщення у НВЧ-установку й повернення напівпари на конвеєр - становить 3 хвилини 55 секунд. Оптимальні часові параметри для досліджуваної клейової композиції без застосування НВЧ-енергії - 47 хвилин 45 секунд. Тобто, можна зробити висновок, що застосування НВЧ-енергії значно скоротить технологічний процес виробництва взуття. Як підсумок досліджень, для досліджуваної КК розроблені наступні технологічні режими із застосуванням НВЧ-енергії.

Розроблені дві конструкції спеціального взуття з теплостійкої шкіри та покриті спеціальною вогнестійкою композицією. Перша конструкція верху взуття виконана у вигляді черевиків, верхня частина яких має м'який кант, клапан у вигляді язика, виготовленого разом із союзкою й берцями. Висота берець конструюється залежно від необхідної висоти – на рисунку 19 наведені 5 варіантів такого взуття. Друга конструкція взуття виконана у вигляді напівчобіт (4 варіанти заготовок). Нами досліджена конструкція взуття у вигляді напівчобіт з накладним захисним ременем зі швидко растібаючуюся застібкою (рис.20), м’яким кантом (амортизатор) і язиком (рис. 21).

З метою застосування для верху спеціального вогнезахисного взуття були досліджені наступні матеріали - шкіра хромового методу дублення зі шкір великої рогатої худоби (КХ), юхта, дублена основними хромовими солями в комбінації із синтетичними дубителями (ЮХ), термостійка юхта хромрослинного методу дублення (ЮХРТ) і вогнестійка шкіра хромтитанового методу дублення (КХТО). Так як ці шкіри будуть застосовуватися для виготовлення вогнестійкого взуття, яке витримує теплові навантаження до 250°С, фізико-механічні показники визначались після витримки шкіри в термостаті при температурі 200°С. А саме проводилися випробування за наступними показниками: стійкість покриття до багаторазового вигину; стійкість покриття до сухого й мокрого тертя; межа міцності при розтягуванні, відносне й залишкове подовження; паропроникність, швидкість прогоряння шкіри верху, морозостійкість (рис.22 - 27).

Випробування проводилися в умовах виробництва на устаткуванні лабораторії “Фізико-механічних досліджень взуттєвих матеріалів” об'єднання “Київ”. Дослідження й отримані результати показали, що для виготовлення шкіряного спеціального вогнезахисного взуття переваги віддаються шкірі хромтитанового методу дублення.

Такий ефект обумовлений тим, що основні солі хрому не взаємодіють із пептидними групами коллагена, а солі титану - фіксують їх. Фіксація пептидних груп у вигляді площини, характерної для коллагена, сполуками титану, створює захисні властивості шкіри (вогнестійкість).

Експериментальним шляхом визначена можливість застосування спеціальної вогнезахисної композиції для герметизації шва. В умовах підвищених температур ниткові шви, що з'єднують деталі заготовки, можна захистити від впливу високих температур покриваючи їх герметичним вогнестійким розчином. Захист механічної сполуки деталей заготовки верху спеціального вогнезахисного взуття спеціальними вогнестійкими сполуками може надійно забезпечити необхідний захист стопи від проникнення гарячих потоків і палаючих елементів.

Також розроблений технологічний процес складання заготовок і складання взуття із застосуванням

ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ ПО ДИСЕРТАЦІЙНІЙ РОБОТІ

1.

2.

3.

4.

5.

6.

Основні наукові результати роботи опубліковані в роботах:

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

АНОТАЦІЯ

Шеремет О.А. Розробка технології виготовлення спеціального взуття з використанням нових вогнезахисних сполук для кріплення низу взуття й матеріалів.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.19.06 - технологія взуттєвих і шкіряних виробів. - Київський національний університет технологій і дизайну, м. Київ, 2005 р. На підставі теоретичних і експериментальних досліджень розроблена нова клейова композиція з підвищеними теплостійкими властивостями й розроблений технологічний процес застосування, що рекомендується КК. Розроблено математичну модель визначення сполук КК. Визначено залежність міцності КК від вмісту триокису сурми й від температури шляхом створення інтерполяційного багаточлена Лагранжа. Запропоновано дві робочі гіпотези: фізична заснована на підвищенні температури й хімічна - структуроутворення. Проведені дослідження з відпрацьовуванням режимів і вдосконаленню технологічного процесу із застосуванням НВЧ-енергії. Застосований метод послідовного симплекс планування для пошуку оптимуму при визначенні оптимальних режимів склеювання із застосуванням НВЧ-енергії. Встановлені вимоги до виготовлення КК із підвищеними термічними властивостями й до технологічних процесів із застосуванням таких композицій для складання взуття, що базуються. Вивчені фізико-механічні особливості нових матеріалів після витримки в термостаті при температурі 200°С. Також розроблений технологічний процес складання заготовок і складання спеціального взуття із застосуванням НВЧ-енергії. Результати роботи впроваджені у виробництво на взуттєвих підприємствах: ВАТ “Кияни”, ТОВ “Зенкіс”, ПП “Еліта стиль”, ТОВ “Вегас”, ПП “Сокальський”; використовуються в навчальному процесі Київського національного університету технологій і дизайну. Ключові слова: поліуретанова клейова композиція, виробництво взуття, негорючість, теплостійкість, НВЧ-енергія, НВЧ-установка, технологічний процес, полімеризації клейової плівки.

АНОТАЦИЯ

Шеремет Е.А. Разработка технологии изготовления специальной обуви с использованием новых огнезащитных составов для крепления низа обуви и материалов.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.19.06 - Технология обувных и кожевенных изделий. Киевский национальный университет технологий и дизайна, г.Киев, 2005 г.

На основании теоретических обобщений, результатов математического моделирования и экспериментальных исследований разработана новая клеевая композиция с повышенными теплостойкими свойствами и разработан технологический процесс применения рекомендуемой клеевой композиции. Разработана математическая модель определения составов клеевых композиций.

Определена зависимость прочности клеевой композиции от содержания трехокиси сурьмы и от температуры путем создания интерполяционного многочлена Лагранжа.

Предложены две рабочие гипотезы: физическая основанная на повышении температуры и химическая - структурообразование. Взаимодействие этих двух гипотез объясняет некоторые аспекты нашей работы.

Установлена зависимость сухого вещества от прочности крепления, то есть количество трехокиси сурьмы расходуемое на 100 грамм сухой композиции и зависимость количества сухого вещества от количества атомов сурьмы в КК - с увеличением содержания трьохокиси сурьмы в КК уменьшается количество сухой массы - с одним молем сурьмы уходит одна и та же масса - 3 моля изоцианата. Сурьма инициирует процесс деструкции изоцианатных группировок путем отъема атома водорода с углеродной цепи, который протекает пропорционально расходу атомов сурьмы

Можно предположить, что при повышении температуры до 1500С протекают дополнительные процессы структурирования полимера и продолжаются до полного расходования свободных изоцианатных групп и атомов сурьмы, а с увеличением температуры сверх 2000С - усиливается деструкция синтезирующегося полимера, что приводит к снижению прочности крепления. То есть, в данном случае при нагревании до 1500С происходит сшивка цепей полимера за счет свободных изоцианатных групп и оксида сурьмы с последующим структурированием при нагревании. Пространственное структурирование способствует увеличению прочности крепления.

Исследована возможность использования СВЧ-энергии для полимеризации клеевой пленки в производстве обуви, проведены исследования по отработке режимов и совершенствованию технологического процесса с применением СВЧ-энергии.

Применен метод последовательного симплекс планирования для поиска оптимума при определении оптимальных режимов склеивания с применением СВЧ-энергии.

Установлены требования к изготовлению клеевых композиций с повышенными термическими свойствами и к технологическим процессам с применением таких композиций для сборки обуви, базирующиеся на данных математического моделирования и подтвержденные экспериментальными исследованиями показателей качества обработанных изделий.

Изучены физико-механические особенности новых материалов после выдержки в термостате при температуре 200°С с целью применения для огнестойкой обуви выдерживающей тепловые нагрузки до 250°С,. Проведенные исследования и полученные результаты показали, что для изготовления кожаной специальной огнезащитной обуви преимущества отдаются коже хромтитанового метода дубления, то есть содержащей соли хрома и титана.

А так же разработан технологический процесс сборки заготовки и сборки обуви с применением СВЧ-энергии.

Как показывают полученные результаты, использование энергии радиоволн СВЧ для полимеризации клеевой пленки не требует процесса сушки и ускоряет процесс полимеризации. Исследование и разработка новых пожаробезопасных полиуретановых клеевых композиций с повышенной теплостойкостью для крепления низа обуви, обеспечивает расширение ассортимента, снижает себестоимость продукции и повышает качество специальной обуви. К преимуществам СВЧ-нагрева относятся высокая интенсивность процесса, объемная равномерность, безинерционность.

Разработана новая технология изготовления специальной обуви клеевого метода крепления на основе новых пожаробезопасных клеевых композиций отечественного производства с применением СВЧ-энергии.

Разработаны конструкции специальной обуви из теплостойкой кожи и покрытые специальной огнестойкой композицией, а именно конструкция обуви в в виде полусапог с накладным защитным ремнем с быстро расстегивающейся застежкой и языком. Разработана технология изготовления этой обуви.

Результаты работы внедрены в производство на обувных предприятиях ОАО “Кияны”, ООО “Зенкис”, ЧП “Элита стиль”, ООО “Вегас”, ЧП “Сокальский”; а так же используются в учебном процессе Киевского национального университета технологий и дизайна.

Ключевые слова: полиуретановая клеевая композиция, производство обуви, негорючесть, теплостойкость, СВЧ-энергия, СВЧ-установка, технологический процесс, полимеризации клеевой пленки.

SUMMARY

Sheremet Е.А. The development of technology оf producing а special footwear with use of new fireproof structures for strengthening а bottom of footwear and materials.

The dissertation on competition of а scientific degree of Cand. Tech.Sci. on а specialty 05.19.06- The technology of а footwear and leather. - Kiev national university of technologies and design, Kiev, 2005. On the basis of theoretical and experimental researches are developed the new glutinous composition with the raised fireproof properties and the technological process of an application of recommended GC. The mathematical model of а definition of the structures of а glutinous compositions is developed. The dependence of а durability of GC on the contents of antimony trioxide and from temperature is determined by creation of interpolational polynomial of Lagrange. Two working hypotheses are offered: physical based on rise in temperature and chemical - the structurization. The researches on working off of the modes and perfection of technological process with application of microwave energy are lead. А method of consequent simplex planning is applied for the search an optimum at definition of an optimum modes of pasting with application of а microwave energy. Requirements tо manufacturing GC with the raised thermal properties and to technological processes with application of such compositions for assembly the footwear basing are established. Designs of а special footwear from heat-resistant leather and covered by а special fire-resistant composition are developed. Physic mechanical features of new materials after endurance in thermostat are investigated at temperature 200С. And а technological process of an assembly of preparation and assembly of а special footwear with the application of а microwave-energy is developed. Results of work are introduced into manufacturing at shoe enterprise "Kiyani"; at shoe enterprises "Zenkis" "Elita stile", "Vegas", "Sokalskiy". Results of the dissertation are used in educational process of the Kiev national university of technologies and design. Keywords: polyurethane glutinous composition, manufacturing of а footwear, incombustibility, heat resistance, microwave energy, microwave plant, technological process, polymerization of glutinous film.

Підп. до друку 23.09.05р. Формат 60x84 1/16. Папір офісний.

Друк цифровий. Умовн. др.арк. 1,63. Умови, фарбо-відб. 1,74.

Облік.-вид.арк. 1.27. Тираж 135. Зам. 320.

Дільниця оперативної поліграфії при КНУТД.

01601, ДСП, Київ-11, вул. Немировича-Данченка, 2.

Свідоцтво про внесенні до Державного реєстру ДК № 993 від 24.07.02 р.