Материаловедение в производстве изделий из кожи. Учебное пособие

Полиуретановые обувные материалы для низа обуви. Наибо-

лее используемые полиуретановые обувные материалы представлены на рис. 4

Виды полиуретанов (ПУ)

Однослойные Двухслойные

Рис. 4. Классификация полиуретанов для низа обуви

Разновидность подошв из различных материалов и различной толщины по площади представлена на рис. 5.

Во многих областях промышленности в качестве подошв используются многослойные соединения различных термопластичных материалов (см. рис. 4), при этом их изготовление происходит за один цикл.

Комбинация материалов ТПУ с полиуретаном, по мнению фирмы DESMA, считается наилучшей для изготовления обуви. Такая комбинация термопластичного полиуретана с полиуретаном позволяет получить экономические и технологические показатели. Низ обуви из комбинации резины с полиуретаном приобретает такие свойства, как противоскольжение, более высокую по сравнению с ТПУ термостойкость, масло- и бензостойкость. Главным требованием в подобных комбинациях материалов является достижение высокой адгезии между компонентами за производственный цикл.

21

а б в Рис. 5. Внешний вид подошв обуви из резины (а),ТЭП (б), ПУ (в)

Для изготовления комплектующих, деталей и подошв для повседневной, модельной, детской, спортивной, специальной обуви предлагается серия экологичных термопластичных полиуретанов AVALON, обеспечивающих морозостойкость и сложный рисунок подошв с улучшенными физико-механическими показателями.

Отечественный материал спецполиуретан, или резиноподобный полиуретан (нетермопластичен), с высокой плотностью обладает морозостойкостью, прочностью, устойчив к истиранию. Из-за большого удельного веса и дороговизны подошву из подобного «чистого» материала не применяют, однако в комбинации со вспененным полиуретаном используют для изготовления всесезонной спецобуви.

Полиуретановые системы семейства Voralast нового поколения, разработанные компанией «Дау Изолан» совместно с исследовательским центром Dow Chemical, - это технологичные, прочные, легкие, стойкие к агрессивным средам материалы, предназначенные как для однослойных, так и для двухслойных подошв для различных типов обуви (повседневной, домашней, производственной, спортивной, военной).

В последние десятилетия растет интерес к материалам с повышенными теплозащитными свойствами, например с деталями верха из войлока. Подобная обувь предназначается для эксплуатации в условиях пониженных температур. Для снижения анизотропности войлока,

22

повышения прочности, формуемости и формоустойчивости войлочных деталей обуви используется операция дублирования. В качестве термоклеевого прокладочного материала применяют бязь со сплошным термоклеевым покрытием.

2.2. Обувные текстильные материалы

Классификация обувных текстильных материалов для верха и низа обуви приведена на рис. 6. Текстильные материалы применяют для наружных, внутренних (подкладочных) и промежуточных деталей верха обуви. Ассортимент используемых материалов следующий: простые и комбинированные ткани (хлопок, полиэфир, нейлон); ткани с латексным и пенным дублированием для спортивных моделей; трикотажные и тканые подкладки из хлопка и полиэфира, в том числе крашеные, набивные и жаккардовые, для любого вида обуви; крашеные, набивные, вышитые, фасонные и эластичные модные ткани для женских моделей, сандалий и др; нетканый велюр, крашеные и набивные ткани для домашней обуви и подкладок; шотландки, велюры для шлепанцев; набивные ткани для детской обуви; многослойные ткани для стелек, супинаторов.

Разработаны ткани со специальными свойствами, например бактерицидные ткани типа Hygienical. Антибактериальные свойства этой ткани обусловлены наличием керамических элементов, внедренных в структуру нити, которые выделяют ионы серебра. Ионы серебра предотвращают рост бактерий, грибков и т. п., вступая в реакцию с влагой внутри обувного пространства, более того они препятствуют возникновению неприятных запахов и продлевают свежесть обуви.

Другим ярким примером служит мембранное покрытие для кожеподобного текстиля TNT (разработано в Японии) под названием «Экспансия». Этот материал представляет собой нетканое полотно из полиуретана, скрепленное белой пряжей и окрашенное кислотными красителями. Покрытие может быть нанесено без растворителей (с помощью температуры и пресса) на любую основу, придавая последней износостойкие свойства и хороший потребительский вид.

Гидрофильность гидрофобность, супергидрофобность мате-

риалов. Многие природные и технические процессы обусловлены взаимодействием жидкости с твердыми поверхностями, в том числе с обувными материалами, которые определяют специфику ряда технологических процессов.

23

(θ < 90°), гидрофобные (θ = 90-120°), очень гидрофобные (θ = 120-150°) и супергидрофобные (θ > 150°). На предельно гидрофильных поверхностях происходит полное растекание капли. Гидрофобные материалы обладают рядом уникальных свойств: они водонепроницаемы, устойчивы к коррозии, к загрязнению неорганическими и часто органическими веществами и т.п. Супергидрофобные поверхности характеризуются большим углом контакта поверхности с жидкостью, что приводит к самоочищению поверхности.

В обуви материалы должны обладать одновременно гидрофильными и гидрофобными свойствами. Гидрофильными свойствами потому, что они должны поглощать влагу внутри обувного пространства, и гидрофобными – для исключения пропускания влаги извне. Примерами супергидрофобных материалов в естественном виде являются листья лотоса, листья таро, рис, а также ноги водомерки, все они имеют мультимодальную шероховатость.

Создание искусственных супергидрофобных материалов стало возможным в результате нано- и микротехнологического развития. С точки зрения поверхностной энергии и технологических аспектов лучшими материалами для создания супергидрофобной поверхности являются полимеры. Наиболее перспективными полимерами для этих целей служат фторопласты. Однако преимущества фторполимеров сопровождаются технологическими ограничениями, связанными с высокой вязкостью расплава и низкой растворимостью, которые определяют специфику изготовления супергидрофобных покрытий на их основе.

Тонкие гидрофобные фторполимерные покрытия могут наноситься на гидрофильные поверхности несколькими способами:

–при обработке в сверхкритическом диоксиде углерода;

–радиционно-химическим способом;

–прямым фторированием углеводородных полимеров;

–плазмохимическим методом.

2.3.Материалы для промежуточных и внутренних деталей обуви

Классификация основных материалов для промежуточных и внутренних деталей обуви приведена на рис. 7.

25

2.4. Композиционные текстильные материалы

На современном рынке представлено большое разнообразие функциональных композитных текстильных материалов, например таких, как мембранные, высокосорбционные, высококапиллярные, антистатические, электропроводящие и др. Свойства подобных композитов определяются видом текстильных материалов, физическими и химическими свойствами слоев, их толщиной, порядком расположения в структуре, объемом воздуха в системе и технологией получения. Широкое применение находят мембранные текстильные композиции, обладающие высокими технико-эксплуатационными свойствами. Изделия с использованием мембранных тканей комфортны при носке, износостойки и способствуют снижению энергозатрат человеческого тела.

Новым направлением в получении функциональных текстильных материалов является переход к нанокомпозитам на основе органических полимерных матриц и наночастиц различных соединений. Создавая подобные материалы и управляя размерами и формами наноструктур, можно придавать композитам совершенно новые функциональные характеристики. Большое распространение получила техника модификации поверхности текстильных материалов на стадии отделки с применением нанотехнологий. Например, немецкая компания Comp-tex разработала нанопокрытия, обладающие следующими свойствами:

–олиофобные и гидрофобные поверхности, обладающие либо антистатическими свойствами, либо огнестойкостью, либо антибактериальными и противогрибковыми свойствами;

–олиофобные и гидрофобные поверхности с лучшим сопротивлением к истиранию за счет добавления наночастиц.

Американскими физиками предложена методика, которая позволяет связывать наночастицы с другими частицами в определенных направлениях точно так же, как атомы, связываясь между собой, образуют молекулы (так получен полиамид, содержащий наноразмерные частицы в главной цепи полимера). В наноразмерном диапазоне практически любой материал проявляет уникальные свойства, например такой металл, как серебро. Значительно более высокой активностью, чем ионы серебра, обладает раствор наночастиц серебра. Эффективная площадь антибактериального действия лишь одного грамма серебра,

27

расщепленного до наноразмеров, может достигать несколько десятков квадратных метров и при нормальных условиях эксплуатации следить много лет за «чистотой» своей территории. Типичные наночастицы серебра имеют размеры 25 нм. Они обладают большой удельной площадью поверхности, что увеличивает область контакта серебра с бактериями или вирусами, улучшая его бактерицидные свойства. Для обработки обуви промышленностью выпускаются растворы наночастиц серебра в аэрозольной упаковке.

Благодаря исследовательским работам сотрудников кафедр МТ и ПНТВМ КНИТУ предложен инновационный технологический процесс. В результате воздействия плазмы пониженного давления происходит нанострктурирование кожевенных материалов для специальной обуви. Этот процесс позволяет повысить стойкость окраски кожи к сухому и мокрому трению и придать гигиенические свойства материалу. В последние десятилетия для получения материалов с заданным комплексом свойств стали широко применяться электрофизические методы их модификации как наиболее экономичные и эффективные. Одним из таких методов обработки является высокочастотный разряд пониженного давления, позволяющий исключить химические превращения на обрабатываемой плазмой поверхности в объеме материала и сохранить неизменность химического состава полимера.

Плазменное воздействие на кожи для верха обуви из шкур крупного рогатого скота (КРС) с естественной и шлифованной лицевой поверхностью после нанесения эмульсионной акрилатной композиции для покрывного крашения приводит к увеличению прочностных характеристик. Так, предел прочности при растяжении и прочность лицевого слоя кожи увеличиваются соответственно на 10-20 и 16 %, устойчивость покрытия к многократному изгибу - на 33 %, у с- тойчивость к истиранию - на 20 – 25 %, адгезия покрытия кожи возрастает в 3,2 и 2,4 – 4 раза. Более того, ВЧ - плазменной обработкой сырья КРС и овчины перед отмокой достигается более интенсивное их обводнение, что способствует улучшению технологических свойств кожевенного сырья и повышению эффективности его использования.

После плазменной обработки натуральных материалов в режиме, увеличивающем гидрофильность поверхности, происходит повышение истинной и кажущейся плотности, гигроскопичности, пористости и влагоотдачи материала (табл. 4). Следовательно, улучшаются физические, парообменные свойства, при этом повышается способность материала удалять избыток влаги из внутриобувного простран-

28

ства в процессе носки изделия.

Благодаря структуре материалов, а не обработке специальными составами созданы новые ткани Hygienical с антибактериальными свойствами за счет введения в состав волокон керамических элементов, выделяющих ионы серебра при реакции с влагой, которые препятствуют росту бактерий, грибков и возникновению неприятных запахов.

Вопросы улучшения качества обуви связаны, в частности, с ее формоустойчивостью, т.е. способностью изделия сохранять приданную ему форму в процессе эксплуатации и хранения. На данный показатель влияют деформационные свойства материалов и кинетика процессов деформации. Технологические требования к этим материалам заключаются в способности легко формоваться при растяжении и сохранять форму в период эксплуатации. Для формования заготовок верха материал должен иметь большое удлинение, а для обеспечения формоустойчивости обуви удлинения должны быть невелики. Обработка ВЧплазмой пониженного давления позволяет изменять физи- ко-механические свойства материалов за счет изменения структуры поверхностных и глубинных слоев высокомолекулярных соединений.

Таблица 4 – Физические показатели свойств щлифованной кожи и велюра

Окончание табл. 4

Исследование деформационных свойств обувных материалов, модифицированных в низкотемпературной плазме, как показали эксперименты, проводимые на кафедре моды и технологий, способствуют повышению формовочной способности заготовок верха, предела прочности на многократный изгиб, усилению сопротивления механическим воздействиям в процессе эксплуатации и увеличению формоустойчивости обуви в 1,5 – 2 раза.

Применяя различные газообразующие среды и варьируя параметры ВЧ-обработки, можно также регулировать гидрофильные и гидрофобные свойства обувных полимерных материалов. Например, при обработке в инертной среде (газ – аргон) гидрофобные полимерные материалы приобретают гидрофильные поверхностные свойства, при обработке гидрофильных материалов в среде углеводородов (газ – аргон/пропан-бутан) поверхность материала становится гидрофобной.

Основным направлением повышения конкурентоспособности обуви является использования метода ВЧ-плазменной модификации путем обработки заготовки верха на отдельных стадиях ее изготовления, что позволяет повысить формовочную способность заготовки верха за счет улучшения физико–механических показателей материалов. Плазменное воздействие на заготовки верха и низа обуви приводит также к увеличению адгезии при клеевой технологии.

2.5.Полимерные материалы для деталей верха, подкладки

ивнутренних деталей обуви

Современное производство изделий из кожи ориентировано в основном на расширение сырьевой базы полимерных материалов, т.е. на использование синтетического и искусственного сырья.

Кожи для обуви делятся на синтетические с пористой структу-

30