Удосконалення технологічного процесу формостворення верху взуття зі шкурок кроля

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Київський національний університет технологій та дизайну

УДК 685.34.01:685.34.072

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Спеціальність 05.18.18 - Технологія взуття, шкіряних виробів і хутра

Удосконалення технологічного процесу формостворення верху взуття зі шкурок кроля

Савченко Галина В'ячеславівна

Київ - 2011

Дисертація є рукописом

Робота виконана в Київському національному університеті технологій та дизайну Міністерства освіти і науки, молоді та спорту України

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор Злотенко Борис Миколайович, Київський національний університет технологій та дизайну, проректор з наукової роботи, завідувач кафедри тепломасообмінних процесів

Офіційні опоненти: Заслужений працівник народної освіти України, доктор технічних наук, професор Нестеров Владислав Петрович, президент Української Технологічної Академії; кандидат технічних наук, доцент Козарь Оксана Петрівна, Мукачівський державний університет, завідувач кафедри технології та конструювання виробів із шкіри

Захист відбудеться « 27 » жовтня 2011 року о 10⁰⁰ годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.102.03 в Київському національному університеті технологій та дизайну за адресою: 01011, м. Київ-11, вул. Немировича-Данченка, 2, корп. 1, поверх 3, конференц-зал.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Київського національного університету технологій та дизайну за адресою: 01011, м. Київ-11, вул. Немировича-Данченка, 2, корп. 1.

Автореферат розісланий «____» _____________ 2011 року.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Т.О. Полька

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Сучасне шкіряно-хутрове виробництво в Україні характеризується наявністю значної сировинної бази, високопродуктивних технологій та обладнання, які дозволяють випускати якісну конкурентоспроможну продукцію. Жорстка конкуренція на зовнішніх та внутрішніх ринках збуту продукції ставить перед виробництвом завдання постійного вдосконалення технологічних процесів з метою зниження витрат енергії, матеріалів, підвищення екологічної чистоти, покращення експлуатаційних властивостей готових виробів.

Для виготовлення верху взуття існує великий асортимент натуральних шкіряних та хутрових матеріалів, вироби з яких не завжди мають достатню формостійкість та експлуатаційні характеристики. Тому використання шкіряно-хутрових матеріалів у взуттєвій галузі потребує удосконалення технологічних режимів їх виробництва, в тому числі в процесах формостворення деталей взуття.

Вирішення цих завдань неможливе без удосконалення підходів до використання фізичних та хімічних процесів з метою впливу на структуру шкіри та хутра на етапах їх виготовлення. На сьогодні великий інтерес представляє підвищення формостійкості взуттєвих виробів, що обумовлено необхідністю покращення його якісних характеристик.

Отже, дослідження технологічних процесів формостворення верху взуття є актуальною науково-технічною задачею. Одним із способів, які дозволяють її реалізувати, є використання аноліту в технологічних процесах виготовлення шкіри і хутра, а також в процесах формостворення виробів з них. Вирішення цієї задачі дозволить покращити якість готової продукції та підвищити екологічну безпеку виробництва у шкіряно-хутровій та взуттєвій галузях.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконана у відповідності з темою «Теоретична розробка енергозберігаючих тепломасообмінних процесів у легкій, текстильній промисловості та побутовому обслуговуванні, заснованих на використанні електроактивованих водних розчинів» шифр 16.02.16 ДБ, номер державної реєстрації НДР 0109U002469, яка виконується у Київському національному університеті технологій та дизайну (КНУТД) у 2009-2011 рр.

Мета і завдання дослідження. Мета дисертаційної роботи полягає в удосконаленні процесу формостворення деталей верху взуття шляхом забезпечення прогнозованих структури та властивостей шкурок кроля при їх виготовленні з використанням аноліту, а також раціональних параметрів затяжки та сушіння заготовок.

Для досягнення поставленої мети було визначено і вирішено наступні задачі:

– обґрунтовано доцільність використання аноліту в процесах хутрового і взуттєвого виробництв для покращення якості готових виробів;

– встановлено закономірності процесу формостворення верху взуття при затяжці на колодці;

– визначено взаємозв'язки між деформацією заготовки та прикладеним навантаженням в процесі формостворення;

– досліджено вплив технологічних параметрів вакуумно-радіаційного сушіння заготовок на формостійкість верху взуття;

– розроблено практичні рекомендації по вдосконаленню процесу формостворення деталей верху взуття зі шкурок кроля, виготовлених з використанням аноліту;

– досліджено вплив аноліту на параметри пористої структури, фізико-механічні та вологообмінні властивості шкурок кроля;

– визначено раціональні технологічні параметри процесів виготовлення шкурок кроля з використанням аноліту, починаючи з відмочування.

Об'єкт дослідження - процес формостворення верху взуття зі шкурок кроля.

Предмет дослідження - удосконалення технологічного процесу формостворення верху взуття зі шкурок кроля при використанні аноліту в процесах шкіряно-хутрового та взуттєвого виробництв.

Методи дослідження. Для вирішення поставлених задач використовувались методи математичного моделювання, фундаментальні положення технології хутрового та взуттєвого виробництв, сучасні методи досліджень комплексу властивостей матеріалів (термогравікалориметричний, ІЧ-спектроскопічний, оптичної мікроскопії), інструментальні методи шкіряно-хутрового та взуттєвого матеріалознавства (визначення хімічних та фізико-механічних показників), методи математичної статистики для планування та обробки результатів експериментів.

Наукова новизна одержаних результатів полягає в тому, що теоретично та експериментально обґрунтовано вдосконалення процесу формостворення верху взуття на основі використання аноліту в процесах вичинки шкурок кроля та виготовлення з них взуттєвих виробів.

При цьому вперше:

– розроблено математичну модель процесу формостворення верху взуття зі шкурок, що мають задану структуру та покращені фізико-механічні властивості;

– встановлено залежність зміни показника формостійкості від технологічних режимів сушіння при термофіксації заданої форми верху взуття зі шкурок кроля, виготовлених з використанням аноліту;

– визначено закономірності впливу водневого показника та температури аноліту на вологовміст шкурок кроля в процесі їх відмочування;

– встановлено закономірності впливу технологічних параметрів виготовлення шкурок при використанні аноліту на їх структуру та фізико-механічні властивості.

Практичне значення одержаних результатів полягає в тому, що:

– на основі теоретичних узагальнень, результатів експериментальних досліджень запропонована науково обґрунтована технологія виготовлення шкурок кроля для верху взуття з використанням електроактивованої води (аноліту), що пройшла промислову апробацію (акт промислової апробації від 06.10.2010 р.) на обладнанні ЗАТ «ВОЗКО» (м. Вознесенськ). Очікувана економічна ефективність за рахунок економії на хімічних матеріалах становить 14727 грн. на рік (від виробництва 250 тис. шкурок) в цінах 2010 року;

– розроблена технологія виробництва хутра зі шкурок кроля прийнята до впровадження на ВАТ «Оксамит», м. Київ (акт впровадження від 14.12.2010 р.) Очікуваний річний економічний ефект за рахунок скорочення на 8-10 % тривалості технологічного процесу складає 77315 грн. (від вичинки 2 млн. шкурок) в цінах 2010 року;

– встановлено технологічні параметри операцій затяжки та сушіння заготовок при формостворенні верху взуття зі шкурок кроля;

– результати дисертаційної роботи впроваджені в навчальний процес кафедри конструювання і технології виробів із шкіри Київського національного університету технологій та дизайну (акт впровадження від 21.04.2011 р.);

– новизна отриманих результатів підтверджена 4 патентами України на корисні моделі, зокрема на конструкцію вакуумної зони установки для термофіксації заготовок взуття; спосіб зволоження капілярно-пористих матеріалів; спосіб визначення ємності електролітичного розчину; отримано позитивне рішення (від 05. 05. 2011 р.) про видачу патенту на спосіб відмочування хутрової сировини.

Особистий внесок здобувача полягає у постановці задач, здійсненні планування експерименту, проведенні експериментальних досліджень по вивченню комплексу властивостей матеріалів хутрового та взуттєвого виробництв, обробці й аналізі одержаних результатів та формулюванні висновків. Теоретичні розробки, наукові ідеї та практичні рекомендації, що містяться в роботі, одержані автором особисто. В наукових працях, виконаних із співавторами, особистий внесок здобувача полягає у формулюванні основних ідей, проведенні аналітичних та експериментальних досліджень, обробці одержаних результатів. Підготовка до публікації усіх робіт належить здобувачеві особисто.

Апробація результатів дисертації. Основні положення та результати дисертаційної роботи доповідались, обговорювались і здобули позитивну оцінку на конференціях молодих вчених та студентів КНУТД (м. Київ, 2009-2010 рр.); ІІ міжнародній науково-практичній конференції «Теоретичні і експериментальні дослідження в технологіях сучасного матеріалознавства та машинобудування» (м. Луцьк, 2009 р.); міжнародній науково-практичній конференції «Проблеми легкої та текстильної промисловості України» (м. Херсон, 2009 р.); міжвузівській науково-технічній конференції аспірантів та студентів «Молодые ученые - развитию текстильной и легкой промышленности» (Росія, м. Іваново, 2010 р.); міжнародній науково-технічній конференції «Инновационность научных исследований в текстильной и легкой промышленности» (Росія, м. Москва, 2010 р.); регіональній науково-практичній конференції «Сучасні технології в легкій промисловості та сервісі» (м. Хмельницький, 2010 р.); ІІІ міжнародній науково-практичній конференції, присвяченій 80-річчю кафедри технології шкіри та хутра КНУТД, «Сучасні екологічно безпечні технології виробництва шкіри та хутра» (м. Київ, 2010 р.); ювілейній міжнародній науково-практичній конференції, присвяченій 80-річчю КНУТД, «Інтеграція науки і освіти - майбутнє України» (м. Київ, 2010 р.); ІІІ міжнародній науково-практичній конференції «Теоретичні і експериментальні дослідження в технологіях сучасного матеріалознавства та машинобудування» (м. Луцьк, 2011 р.).

Дисертація доповідалась повністю і одержала позитивну оцінку на розширеному науковому семінарі кафедри конструювання та технології виробів із шкіри Київського національного університету технологій та дизайну (м. Київ, 2011).

Публікації. Основні положення і результати дисертаційної роботи опубліковані в 21 друкованій роботі, серед яких 9 статей у провідних фахових наукових виданнях, затверджених ВАК України (з них 2 без співавторів), 2 статті в матеріалах конференцій (з них 1 без співавторів), 5 тез доповідей на наукових конференціях, 4 патенти.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація викладена на 182 сторінках машинописного тексту та складається зі вступу, п'яти розділів з висновками, загальних висновків, списку використаних джерел, який нараховує 94 найменування, додатків. Робота містить 57 рисунків, 15 таблиць. Обсяг основної частини дисертації складає 127 сторінок.

Основний зміст роботи

У вступі обґрунтовано актуальність теми, сформульовано мету та задачі дисертаційної роботи, охарактеризовано об'єкт та предмет досліджень, показані наукова новизна та практичне значення роботи.

У першому розділі розглянуто сучасний стан та напрямок розвитку технологічних процесів взуттєвого виробництва. Проаналізовано сучасні дослідження методів та засобів формостворення верху взуття. Зроблено висновок, що забезпечення необхідних фізико-механічних та експлуатаційних властивостей взуттєвих виробів може бути здійснене лише при ретельному підборі технологічних режимів виготовлення матеріалів. Найбільш перспективними є дослідження, спрямовані на виявлення впливу параметрів процесу виготовлення шкіри та хутра на їх структуру та фізико-механічні властивості. Для вирішення проблем удосконалення та підвищення ефективності взуттєвого виробництва визначено науково обґрунтований напрям впливу на фізико-механічні властивості шкіри та хутра із застосуванням аноліту в технологічних процесах їх виготовлення, починаючи з відмочування, оскільки аноліт дозволяє вплинути на структуру матеріалу і не призводить до хімічного забруднення навколишнього середовища.

На основі критичного літературного аналізу обґрунтовано необхідність удосконалення технологічного процесу формостворення верху взуття зі шкурок кроля з використанням аноліту як в технології їх вичинки, так і в технологічних процесах формостворення верху взуття. Ці передумови визначили мету і завдання дослідження, спрямовані на встановлення раціональних технологічних режимів згаданих процесів.

У другому розділі здійснено аналіз взаємодії аноліту з колагеном шкіри, визначено закономірності та взаємозв'язки між технологічними параметрами процесу формостворення та обґрунтовано доцільність застосування вакуумного сушіння верху взуття. Для проведення досліджень було обрано шкурку кроля, яка в процесі вичинки піддавалась обробці анолітом. При відмочуванні в розчині аноліта має місце реакція взаємодії іонів водню з полярними карбоксильними групами колагену (рис. 1).

Рис. 1. Реакція взаємодії аноліту з колагеном при відмочуванні

При цьому руйнується іонний зв'язок між аміно- та карбоксильними групами колагену, внаслідок чого аміногрупи білка зберігають свій позитивний заряд, а карбоксильні переходять в незаряджений стан. Це призводить до певних змін в структурі шкірної тканини хутра за рахунок іон-дипольної взаємодії та електростатичного фактору відштовхування. Все це зумовлює підвищення обводнення шкірної тканини хутра.

Для розрахунку технологічних параметрів затяжки взуттєвих заготовок розроблено математичну модель процесу формостворення (1-3), що враховує фізико-механічні властивості шкурок, виготовлених при використанні аноліту, особливістю яких є досить значні деформації при розтязі (рис. 2-3).

Рис. 2. Початкова деформація матеріалу під дією прикладеного зусилля q₀



Рис. 3. Деформація матеріалу під дією прикладеного зусилля q₀ через проміжок часу t

; (1)

; (2)

, (3)

де - відповідно модулі пружності, еластичності та пластичності матеріалу; - характеристичний час еластичної деформації, с; - коефіцієнт, що враховує сили тертя матеріалу по колодці; м - коефіцієнт тертя матеріалу заготовки по колодці.

Для шкурок кроля деформації при розтяганні більші, ніж для шкіри ВРХ.

Тому враховано деформацію матеріалу на кожній з ділянок формування окремо:

; (4)

; (5)

; (6)

, (7)

де k₂ - коефіцієнт, що враховує властивості шкіри, сили тертя і геометричну форму колодки; - коефіцієнт подовження матеріалу; - показник степені, що враховує нелінійний зв'язок між навантаженням і відносним видовженням .

Отримані залежності можуть застосовуватись для визначення взаємозв'язку між абсолютною деформацією матеріалу і зусиллям розтягу при формуванні на колодці. Використовуючи їх, можна визначити такі технологічні параметри процесу затяжки, як хід затяжних губок лещат і зусилля, яке прикладається до лещат, з урахуванням деформаційних властивостей матеріалу верху, радіуса кривизни колодки, коефіцієнта тертя матеріалу по поверхні колодки.

Виявлено, що при сушінні затягнутої на колодку зволоженої заготовки за рахунок пониження тиску можна досягнути значного збільшення теплового потоку до внутрішніх шарів і тим самим різко прискорити інтенсивність сушіння при більш низьких температурах. Це є дуже важливим моментом при сушінні взуття, так як зволожена шкурка значною мірою є термолабільним матеріалом.

У третьому розділі обґрунтовано та описано основні методики досліджень, які використані в роботі для визначення характеристик шкурок в процесі їх виготовлення, структури і властивостей готового матеріалу та технологічних параметрів процесу формостворення.

Проведено вибір критеріїв оцінки якісних характеристик матеріалів для виробництва взуття з урахуванням фізико-механічних, гігієнічних та експлуатаційних властивостей готових виробів.

Для виробництва електроактивованої води було використано електроактиватор «Эковод-6». Проведення технологічних обробок хутра з використанням аноліту контролювали за ступенем відпрацювання оброблювального розчину і температурою зварювання (процес дублення), органолептичною оцінкою шкурок - на всіх етапах обробки.

Вплив умов обробки на якість вичинених кролячих шкурок визначали як за нормованими показниками по ГОСТ 4.420-86 (вміст вологи по ГОСТ 938.1-67, оксиду хрому по ГОСТ 9212-77, незв'язаних жирових речовин у шкірній тканини по ГОСТ 26129-84, рН водної витяжки шкірної тканини по ГОСТ 22829-77, навантаження при розриві цілої шкурки по ГОСТ 22596-77), так і за тими, що знайшли поширення у практиці шкіряно-хутрового та взуттєвого виробництв (об'ємний вихід, деформаційні властивості тощо). Крім того, виконали органолептичну оцінку стану волосяного покриву та шкірної тканини хутрового напівфабрикату.

ІЧ-спектри знято на спектрометрі TENSOR (фірми «Bruker») в межах спектральної області 4000-400 см^-1. Зразки для досліджень готували у вигляді таблетки, яка містила бромід калію з наважкою розтертої шкірної тканини 0,5-1 мг.

Для проведення дослідів в умовах тиску нижче атмосферного було використано зразки шкурок кроля, вичинених за технологією, де на усіх етапах було використано аноліт. Для затяжки заготовки використовувалась пластиметрична приставка (рис. 4), що складається із основи 1 з закріпленою на ній дерев'яною напівсферою 4, на якій знаходиться зволожена заготовка 3, зафіксована пуансоном 2.

Після сушіння зразка він знімається з пластиметричної приставки і поміщається на установку для визначення показника формостійкості (рис. 5). Пристрій складається зі штатива 5, опорної площадки 4 з центруючими штифтами, на яку встановлюється підданий гігротермічному впливу висушений зразок 2, закріплений в кільцевому затискувачі пластиметричної приставки 3. Вимірювання висоти відформованого шарового сегмента проводиться індикатором переміщення 1 годинникового типу.

Дослідження з впливу тиску на тривалість сушіння затягнутої на колодку зволоженої заготовки проводили у вакуум-сушарці марки SPT-200, призначеній для дослідження властивостей тіл при постійній температурі та зниженому тиску. Показник формостійкості Ф оцінюється, зіставляючи висоту шарового сегмента в даний момент вимірювання формостійкості h₂ з висотою сегмента, досягнутою в кінці процесу формостворення h₁ (рис. 5). Показник формостійкості не є загальноприйнятим, тому немає норм, що регламентують його величину.

Рис. 4. Схема пластиметричної приставки для затяжки зразка



Рис. 5. Схема установки для визначення показника формостійкості

В четвертому розділі викладено результати експериментальних досліджень з впливу аноліту на структуру, властивості шкурок та формостійкість верху взуття.

Визначення оптимальних параметрів процесу відмочування в умовах багатофакторного впливу вхідних параметрів виконувалось на основі методики рототабельного планування експерименту другого порядку. В якості критерію оптимізації y було обрано вологовміст зразків W, %. Результати математичного моделювання та експериментальні дані наведені в додатках у вигляді таблиць та графіків. В результаті статистичної обробки було отримано рівняння регресії, яке для кодованих факторів має наступний вигляд:

, (8)

де х₁ - величина водневого показника рН, х₂ - температура робочої рідини t, єС.

Відповідно до математичної моделі (8) побудовано геометричні залежності вологовмісту шкурок кроля від водневого показника рН і температури t робочої рідини (рис. 6).

Рис. 6. Залежність вологовмісту W від температури t та водневого показника рН

На основі отриманої графічної та математичної моделей процесу відмочування шкурок кроля прісносухого способу консервування встановлено, що функція відгуку має вигляд випуклої поверхні. Графічна інтерпретація математичної моделі процесу дійсно відображає поверхню відгуку, що містить екстремум функції.

Для дослідження впливу аноліту на фізико-хімічні перетворення структури колагену шкірної тканини кроля застосовано метод інфрачервоної спектроскопії. В роботі досліджували ІЧ-спектрограми колагену шкірної тканини кроля, обробленої з використанням різних видів води: аноліту та водопровідної.

В табл. 1 наведена відносна оптична густина, яка відповідає характеристичним частотам в різних діапазонах ІЧ-спектрів колагену шкірної тканини кроля.

Таблиця 1 Відносна оптична густина в діапазоні 3800-2600 см^-1

Вид води	Відносна оптична густина при частоті, см-1
	3410	3325	3246	3070	2926	2855
1	2	3	4	5	6	7
Аноліт	0,86	0,93	1,02	0,58	1,45	1,00
Водопровідна	0,48	0,64	0,69	0,49	0,71	0,87

Аналіз табл. 1 свідчить про вплив виду води на відносну оптичну густину досліджуваних зразків, навіть після того, як вони пройшли повний технологічний цикл вичинки. Так, відносна оптична густина при частотах 3246, 3325, 3410 см^-1, які відповідають коливанням водневих зв'язків та NH-груп, у разі використання аноліту в 1,5-1,8 разів більше, ніж при використанні водопровідної води.

З метою визначення характеру впливу аноліту, що використовувався як робоче середовище при виробництві шкурок, на їх структуру, досліджено фотографії отриманих зразків (рис. 7), відзняті за допомогою світлового мікроскопу МБД-15 з кратністю збільшення 3,3 мкм в 1 см.

Рис. 7. Фотографії шкурок кроля, вичиненої за технологією, де на усіх етапах технологічного циклу використовували: а - аноліт; б - водопровідну воду

На рис. 7 видно, що у разі використання аноліту спостерігається рівномірність структури дерми, розташування волокон з певною повторюваною закономірністю по всій площі зразка. Простір між волокнами також однорідний, без особливо великих проміжків. Це може свідчити про впорядкованість волокон та рівномірність розподілу пор в товщі та по площі зразка. шкурка кролик аноліт взуття

Отже, використання аноліту забезпечує підвищення рівномірності структури готового матеріалу.

Вологообмінні характеристики матеріалу було одержано за допомогою комплексного термогравікалориметричного (ТГК) методу. При температурі 50 єС було знято термограми зразків шкурок кроля (рис. 8) та розраховано їх вологообмінні властивості (табл. 2).

Рис. 8. Криві зміни вологовмісту (1-2) та термограми сушіння (1ґ-2ґ) зразків, виготовлених на: 1 - аноліті; 2 - водопровідній воді

Таблиця 2 Характеристика вологообмінних властивостей і пористої структури шкурок кроля

Робоча рідина в технологічних процесах	Аноліт	Водопровідна вода
1	2	3
Повний вологовміст, %	136,8±3,2	92,0±2,9
Диферен-ційний вологовміст, %	Волога гігроскопічного стану	55,4±2,1	62,2±2,6
	Адсорбована волога	полішару	17,1±1,3	28,1±1,9
		моношару	7,7±0,6	13,6±1,0
Питомий об'єм пор, Ч10-5 м3/кг	макропор, r>10-7 м	81,6±4,2	29,9±0,7
	мікропор, r<10-7 м	38,4±1,4	34,1±1,2
	повний	137,0±9,7	92,2±6,3

Діаграма впливу виду обробки шкурок кроля на розподіл пор за розміром в товщі дерми представлена на рис. 9. Пориста структура капілярно-пористих тіл постійна і не залежить від природи зволожуючої рідини, а сорбційні властивості в основному визначаються розмірами молекул рідини, що проникає тільки в пори відповідних розмірів.

З аналізу отриманих результатів встановлено, що використання аноліту (варіант 1) в технології вичинки шкурок кроля забезпечує підвищення загальної пористості та гігроскопічності шкірної тканини, оскільки збільшує об'єм макропор на 61…65 % та загальний об'єм пор на 30…34 % у порівнянні з технологією, що передбачає використання водопровідної води.

Рис. 9. Вплив умов обробки на пористу структуру шкурок кроля: 1 - аноліту; 2 - водопровідної води

Зміною структури і фізико-механічних властивостей шкурок за рахунок використання аноліту обумовлено необхідність розробки математичної моделі формостворення для розрахунку технологічних параметрів процесів виготовлення деталей взуття. З цією метою експериментальну залежність між зусиллям розтягу q та деформацією матеріалу е при його одновісному розтязі перетворено до вигляду:

(9)

В результаті статистичної обробки експериментальних даних отримано рівняння регресії:

,(10)

з якого визначені параметри кривої розтягу при формуванні заготовки верху на колодці: і .

З метою перевірки отриманої аналітичної залежності (4) встановлено експериментальну залежність між навантаженням і деформацією верху взуття при його одновісному розтязі на моделі колодки. В результаті статистичної обробки експериментальних даних отримано рівняння регресії:

, (11)

де - поточне зусилля розтягу, Н; - миттєва абсолютна деформація матеріалу, мм.

Порівняння аналітичної, розрахованої за рівнянням (4) та експериментальної, розрахованої за рівнянням (11), графічних залежностей представлені на рис. 10.



Рис. 10. Взаємозв'язок між навантаженням q₀ та абсолютною деформацією а при формуванні верху взуття на колодці

Графічна інтерпретація аналітичної та експериментальної залежностей має вигляд кривої другого порядку.

Різниця між значеннями величини деформації при одних і тих самих значеннях навантаження, розрахованих за аналітичною (4) та експериментальною (11) залежностями не перевищує 7 %.

До основних параметрів режиму сушіння у вакуумній установці належать температура, при якій ведеться процес, величина абсолютного тиску та тривалість процесу (табл. 3).

Зміна формостійкості Ф і тривалості сушіння ф_суш при різній величині абсолютного тиску Р представлена на рис. 11.

На рис. 12 показано вплив абсолютного тиску, при якому ведеться процес сушіння, на зміну показника формостійкості.

Таблиця 3 Характеристика процесу сушіння зразків

Група	Параметри сушіння	Формостійкість Ф±0,5 %
	Абсолютний тиск Р, Ч104±0,0001 Па	Тривалість фсуш±0,002 хв
1	2	3	4
1	0,1	23,17	95,00
2	1	25,50	94,72
3	2	32,45	92,80
4	3	38,25	88,59
5	4	42,30	85,52
6	6	47,25	82,80
7	8	48,72	81,36
8	10	49,50	80,78

Рис. 11. Вплив абсолютного тиску Р на показник формостійкості Ф та тривалість сушіння ф_суш взуттєвих заготовок

При сушінні в умовах максимального тиску формостійкість заготовки є найбільшою, порівняно з іншими режимами сушіння, зокрема з сушінням при атмосферному тиску.

В результаті проведених досліджень встановлено, що застосування режиму вакуумно-радіаційного сушіння з мінімальним значенням абсолютного тиску в камері скорочує тривалість процесу на 52…54 % та покращуєформостійкість заготовки на 14…16 % в порівнянні з радіаційним способом сушіння.

Вказані технологічні особливості свідчать про переваги вакуумно-радіаційного методу сушіння в порівнянні з атмосферним при однихі тих же технологічних режимах.

Рис. 12. Зміна показника формостійкості Ф залежно від режиму сушіння зразка при абсолютного тиску Р:

1 - 0,1·10⁴ Па; 2 - 1·10⁴ Па; 3 - 2·10⁴ Па

4 - 3·10⁴ Па; 5 - 4·10⁴ Па; 6 - 6·10⁴ Па;

7 - 8·10⁴ Па; 8 - 10·10⁴ Па

У п'ятому розділі розроблено практичні рекомендації з удосконалення процесу формостворення верху взуття зі шкурок кроля при їх виготовленні з використанням аноліту. Визначено технологічні параметри процесів виготовлення шкурок кроля та верху взуття з них.

З цією метою визначено оптимальні параметри процесу відмочування прісносухої сировини при викорис-танні аноліту із застосуванням методу релаксації, заснованого напереміщенні до оптимуму в напрямку осей координат, вздовж яких функція мети змінюється найбільш суттєво.

Рис. 13. Схема пошуку оптимальних параметрів процесу відмочування

На рис. 13 показано схему пошуку оптимуму в координатах кодованих величин.

Встановлено, що оптимальними значеннями технологічних параметрів процесу зволоження при відмочуванні в аноліті є температура 45±1 єС та водневий показник рН 3,1±0,1. При цих значеннях технологічних параметрів досягається максимальний вологовміст шкурки - 147±12 %.

Запропоновано вираз для визначення взаємозв'язку між технологічними параметрами процесу формостворення, отриманий в результаті перетворення виразу (4):

(12)

Після розв'язання рівняння (12) встановлено залежність для розрахунку зусилля затягування смужки матеріалу одиничної ширини:

(13)

При формуванні на колодці заготовки верху взуття загальне зусилля затягування буде:

, (14)

де - ширина ділянки заготовки, що піддається розтягуванню.

На основі проведених досліджень визначено наступні технологічні параметри процесу затяжки: тривалість 10…20 с, середнє зусилля затягування 2…2,5 Н, середнє подовження матеріалу впоперек носка 6…8 %. Таким чином, знаючи виявлені закономірності, можна керувати технологічним процесом затяжки заготовки на взуттєвій колодці з метою забезпечення необхідних і достатніх технологічних параметрів формостворення виробів. На основі аналізу результатів досліджень процесу вакуумно-радіаційного сушіння встановлено, що після досягнення значення абсолютного тиску 10⁴ Па не відбувається суттєвого скорочення тривалості процесу та підвищення формостійкості взуттєвих заготовок. Подальше зниження тиску призводить лише до необґрунтованого збільшення енерговитрат. У зв'язку з цим, рекомендовано раціональні значення параметрів процесу сушіння затягнутих на колодці взуттєвих заготовок зі шкурок кроля: тиск 0,9…1·10⁴ Па, температура 50 єС, тривалість 23…25 хв.

Загальні висновки

1. На основі комплексних теоретичних та експериментальних досліджень вирішена важлива науково-технічна задача - обґрунтовано удосконалення процесу формостворення верху взуття зі шкурок кроля при використанні аноліту в процесах хутрового та взуттєвого виробництв.

2. Визначено оптимальні параметри процесу відмочування шкурок кроля в аноліті. Використано метод релаксації, на основі якого встановлено, що максимальний вологовміст зразка 147±12 % досягається при значенні водневого показника рН 3,1±0,1 і температурі відмочувальної рідини 45±1 єС.

3. Встановлено, що заміна водопровідної води на аноліт в технології виготовлення шкурок кроля забезпечує підвищення загальної пористості та гігроскопічності шкірної тканини, збільшуючи об'єм макропор на 61…65 %, а також загальний об'єм пор на 30…34 % і підвищення температури зварювання колагену на 11…15 %.

5. Розроблено математичну модель процесу формостворення деталей верху взуття зі шкурок, що мають задану структуру та покращені фізико-механічні властивості. При експериментальній перевірці залежності деформації заготовки від прикладеного навантаження розбіжність дослідних і теоретичних значень деформації і теоретичних при однакових значеннях навантаження не перевищує 7 %.

6. Обґрунтовано вплив режимів вакуумного сушіння на формостійкість взуттєвої заготовки. Встановлено, що застосування режиму вакуумно-радіаційного сушіння при значенні абсолютного тиску в камері 0,1Ч10⁴±0,0001 Па скорочує тривалість процесу на 52…54 % та покращує формостійкість заготовки на 14…16 % в порівнянні із радіаційним сушінням.

7. На основі отриманих результатів досліджень розроблені практичні рекомендації по використанню аноліту в процесах виробництва шкурок кроля для деталей взуття, які впроваджені у навчальний процес кафедри конструювання і технології виробів із шкіри КНУТД, промислово апробовані на обладнанні ЗАТ «ВОЗКО» (м. Вознесенськ) та впроваджені у виробництво на ВАТ «Оксамит» (м. Київ). Очікуваний річний економічний ефект складає 77315 грн. в цінах 2010 року.

Список опублікованих праць за темою дисертації

1. Злотенко Б.М. Перспективи вдосконалення процесів формування верху взуття / Б.М. Злотенко, Г.В. Савченко // Наукові нотатки - 2009. - Випуск 25 (част. ІІ). - С. 99-100.

2. Савченко Г.В. Дослідження впливу температури на процес зволоження шкіри електроактивованою водою / Г.В. Савченко // Проблеми легкої та текстильної промисловості України. - 2010. - №1 (16). - С. 96-98.

3. Савченко Г.В. Математична модель процесу формування верху взуття / Г.В. Савченко, Б.М. Злотенко, О. А. Матвієнко // Вісник КНУТД. - 2010. - № 5 (т.1). - С. 151-157.

4. Савченко Г.В. Вплив електроактивованої води на спектральні характеристики шкірної тканини шкурок кроля / Г.В. Савченко, О. П. Цимбаленко, А.А. Горбачов // Вісник КНУТД. - 2010. - № 6. - С. 73-76.

5. Горбачов А.А. Вплив електропровідності води на основні характеристики хутра кроля / А.А. Горбачов, Г.В. Савченко, Б.М. Злотенко // Вісник ХНУ. - 2011. - №1. - С. 217-220.

6. Савченко Г.В. Вплив режиму обробки тканини шкурки кроля електроактивованою водою на структурні властивості дерми / Г.В. Савченко, Б.М. Злотенко, А.А. Горбачов // Вісник КНУТД. - 2011. - № 1. - С. 78-83.

7. Савченко Г.В. Дослідження впливу електроактивованої води на термостабільність дерми кроля / Г.В. Савченко, Б.М. Злотенко, А.А. Горбачов // Вісник ХНУ. - 2011. - №2. - С. 116-118.

8. Савченко Г.В. Оптимізація технологічного процесу, що забезпечує необхідні властивості шкурок кроля при використанні електроактивованої води / Г.В. Савченко, Б.М. Злотенко, А.А. Горбачов // Вісник КНУТД. - 2011. - № 2. - С. 152-155.

9. Савченко Г.В. Закономірності формостворення взуттєвих заготовок зі шкурок кроля / Г.В. Савченко // Наукові нотатки -2011. - Випуск 32. - С. 363-368.

10. Савченко Г.В. Прогнозування властивостей шкурок кроля, вичинених з використанням електроактивованої води / Г.В. Савченко, В. П. Коновал, М. С. Беднарчук // Легка промисловість. - 2010. - № 4. - С. 32-33.

11. Цимбаленко О. П. Дослідження впливу рН електроактивованої води на її кислотну та лужну ємність / О. П. Цимбаленко, Г.В. Савченко, Б.М. Злотенко // Сучасні екологічно безпечні технології виробництва шкіри та хутра: ІІІ міжнар. наук.-практ. конф., присвячена. 80-річчю каф. ТШХ, 27-28 квіт. 2010 р.: зб. наук. праць. - К.: КНУТД. - 2010. - С. 170-172.

12. Савченко Г.В. Пластификация кожи электроактивированной водой как новый способ увлажнения коллоидных капиллярно-пористых материалов / Г.В. Савченко // Инновационность научных исследований в текстильной и легкой промышленности: междунар. науч.-техн. конф., 12-13 мая 2010 г.: сбор. науч. трудов. - М.: РосЗИТЛП. - 2010. - Кн. 1. - С. 222-225.

13. Савченко Г.В. Вплив вологої та теплової обробки на технологічні процеси виготовлення взуття з натуральної шкіри / Г.В. Савченко, Б.М. Злотенко // Наукові розробки молоді на сучасному етапі: VІІІ Всеукр. наук. конф. молодих вчених та студентів, 23-24 квіт. 2009 р.: тези доп. - К.: КНУТД. - 2009. - Том І. - С. 119-120.

14. Савченко Г.В. Інтенсифікація процесів формостворення у виробництві високоякісного взуття / Г.В. Савченко, Ю. І. Міщенко, Б.М. Злотенко // Наукові розробки молоді на сучасному етапі: VІІІ Всеукр. наук. конф. молодих вчених та студентів, 23-24 квіт. 2009 р.: тези доп. - К.: КНУТД. - 2009. - Том ІІ. - С. 25.

15. Савченко Г.В. Дослідження впливу електроактивованої води на процес відмочування прісносухих шкур кроля / Г.В. Савченко // Наукові розробки молоді на сучасному етапі: ІХ Всеукр. ювілейна наук. конф. молодих вчених та студентів, 22-23 квіт. 2010 р.: тези доп. - К.: КНУТД. - 2010. - Том ІІ. - С. 82.

16. Савченко Г.В. Влияние активированных водных растворов на процесс отмоки капиллярно-пористых коллоидных материалов легкой промышленности / Г.В. Савченко // Молодые ученые - развитию текстильной и легкой промышленности (ПОИСК-2010): межвузовская науч.-техн. конф. аспирантов и студентов, 28-30 апр. 2010 г.: тезисы докладов. - Иваново: ИГТА. - 2010. - Часть 2. - С. 166-168.

17. Савченко Г.В. Встановлення закономірностей формування виробів зі шкурок кроля / Г.В. Савченко, Б.М. Злотенко // Сучасні технології в легкій промисловості та сервісі: регіонал. наук.-практ. конф., 22-23 вер. 2010 р.: зб. тез доп. - Хмельницький: ХНУ. - 2010. - С. 57-58.

18. Пат. на корисну модель 46247 Україна, МПК А 43 D 11/00. Вакуумна зона установки для термофіксації заготовок взуття / Савченко Г. В., Злотенко Б. М., Матвієнко О. А.; власник Київський національний університет технологій та дизайну. - № u200907142; заявл. 09.07.2009; опубл. 10.12.2009, Бюл. № 23.

19. Пат. на корисну модель 47778 Україна, МПК А 43 D 11/00. Спосіб зволоження капілярно-пористих матеріалів / Савченко Г. В., Злотенко Б. М., Мусієнко В. О., Матвієнко О. А., Цимбаленко О. П.; власник Київський національний університет технологій та дизайну. - № u200908599; заявл. 14.08.2009; опубл.. 25.02.2009, Бюл. № 4.

20. Пат. на корисну модель 51940 Україна, МПК Н 01 G 7/00. Спосіб визначення ємності електролітичного розчину / Цимбаленко О. П., Савченко Г. В., Злотенко Б. М., Данилкович А. Г., Матвієнко О. А.; власник Київський національний університет технологій та дизайну. - u201000586; заявл. 21.01.2010; опубл. 10.08.2010, Бюл. № 15..

21. Заявка на патент № u201015801, МПК С 14 С 1/04. Спосіб відмочування хутрової сировини / Савченко Г. В., Злотенко Б. М., Цимбаленко О. П., Матвієнко О. А., Данилкович А. Г.; ДП 27.12.2010; рішення про видачу від 05.05.2011.

Анотації

Савченко Г.В. Удосконалення технологічного процесу формостворення верху взуття зі шкурок кроля. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.18.18 - технологія взуття, шкіряних виробів і хутра - Київський національний університет технологій та дизайну, Київ, 2011.

Дисертація присвячена вирішенню задачі покращення формостійкості верху взуття зі шкурок кроля за рахунок використання аноліту в процесах вичинки шкурок та виготовлення з них взуттєвих виробів. Проведені комплексні дослідження впливу аноліту на пористу структуру, фізико-механічні та вологообмінні властивості хутра.

Обумовлено доцільність використання аноліту в процесах шкіряно-хутрового та взуттєвого виробництв для покращення якості готових виробів, проведено аналіз взаємодії аноліту з колагеном шкіри.

Розроблено математичну модель процесу формостворення при затяжці верху взуття на колодці, що враховує фізико-механічні властивості шкурок, виготовлених при використанні аноліту, особливістю яких є досить значні деформації при розтязі.

Досліджено зміну формостійкості залежно від абсолютного тиску у камері вакуумно-радіаційної сушарки, при якому вели процес сушіння взуттєвої заготовки. Виявлено, що застосування режиму вакуумно-радіаційного сушіння з мінімальним значенням абсолютного тиску в камері скорочує тривалість процесу та покращує формостійкість заготовки.

На основі теоретично обґрунтованих та експериментально перевірених залежностей між абсолютною деформацією матеріалу і зусиллям розтягу при формуванні на колодці розраховано технологічні параметри процесу формостворення. Розроблено практичні рекомендації по вдосконаленню процесу формостворення верху взуття зі шкурок кроля при їх виготовленні з використанням аноліту.

Ключові слова: шкурка кроля, аноліт, формостворення, деформація матеріалу, вакуумно-радіаційне сушіння, формостійкість.

Савченко Г.В. Усовершенствование технологического процесса формообразования верха обуви из шкурок кролика. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.18.18 - технология обуви, кожаных изделий и меха - Киевский национальный университет технологий и дизайна, Киев, 2011.

Диссертация посвящена решению задачи улучшения формоустойчивости верха обуви из шкурок кролика за счет использования анолита в процессах выделки шкурок и изготовления из них обувных изделий. Проведенные комплексные исследования влияния анолита на пористую структуру, физико-механические и влагообменные свойства меха.

В работе использовались методы математического моделирования, фундаментальные положения технологии мехового и обувного производства, современные методы исследований комплекса свойств (термогравика-лориметрический, ИК-спектроскопический, оптической микроскопии), инструментальные методы кожевенно-мехового и обувного материаловедения (определения химических и физико-механических показателей), методы математической статистики для планирования и обработки результатов экспериментов.

Обоснована целесообразность использования анолита в процессах кожевенно-мехового и обувного производства для улучшения качества готовых изделий, проведен анализ взаимодействия анолита с коллагеном кожи. Определены оптимальные режимы процесса отмоки пресносухого сырья. Использовано метод релаксации, на основе которого установлено, что максимальное влагосодержание образца147±12 % достигается при значении рН 3,1±0,1 и температуре отмочной жидкости 45±1 єС. Разработано математическую модель процесса формообразования верха обуви из шкурок кроля, имеющих заданную структуру и улучшенные физико-механические свойства.

Получена зависимость для определения взаимосвязи между абсолютной деформацией материала и усилием растяжения при формировании на колодке. При экспериментальной проверке зависимости деформации обувной заготовки от приложенного усилия расхождение между экспериментальными и теоретическими значениями деформации при одних и тех же значениях нагрузки не превышает 7 %.

Проведен расчет технологических параметров формования изделий, на основании которого даны рекомендации по влиянию на технологические режимы затяжки заготовки на обувной колодке. Таким образом, зная обнаруженные закономерности, можно управлять технологическим процессом затяжки заготовки на обувной колодке с целью обеспечения необходимых и достаточных технологических параметров формообразования обувных изделий.

Установлено, что замена водопроводной воды на анолит в технологии изготовления шкурок кроля обеспечивает повышение общей пористости и гигроскопичности кожевенной ткани, повышая объем макропор на 63,4±9,3 %, общий объем пор на 32,7±6,3 % и повышение температуры сваривания коллагена на 10±1 єС.

Обнаружено, что при сушке затянутой на колодку увлажненной заготовки за счет понижения давления можно достичь значительного увеличения теплового потока к внутренним слоям и тем самым резко ускорить интенсивность сушки при более низких температурах. Это является очень важным моментом при сушке обуви, так как влажная шкурка в значительной мере является термолабильным материалом.

Исследовано изменение формоустойчивости в зависимости от абсолютного давления в вакуумной камере, при котором вели процесс сушки обувной заготовки. Обнаружено, что применение режима вакуумно-радиационной сушки с максимальным значением абсолютного давления в камере сокращает продолжительность процесса на 52…54 % и улучшает формоустойчивость заготовки на 14…16 % в сравнении с радиационной сушкой. На основе теоретически обоснованных и экспериментально проверенных зависимостей между абсолютной деформацией материала и усилиям растяжения при формировании на колодке рассчитано технологические параметры процесса формообразования. Разработаны практические рекомендации по совершенствованию процесса формообразования верха обуви из шкурок кролика при их изготовлении с использованием анолита.

Ключевые слова: шкурка кроля, анолит, формообразование, деформация материала, вакуумно-радиационная сушка, формоустойчивость.

Savchenko G. V. The improvement of the technological process of forming of shoe upper with rabbit skins - Manuscript.

The thesis for the degree of candidate technical sciences in the specialty 05.18.18 - technology footwear, leather goods and furs - Kyiv National University of Technology and Design, Kyiv, 2011.

The thesis is devoted to the solving of the problem of improving of form saving of shoe upper from rabbit skins through the use of anolite in making skins and shoe products from them. The complex study of the impact of anolite on porous structure, physical, mechanical and moisture transfer properties of fur are accomplished.

A mathematical model of the process at form creating of shoe upper that takes into account the physical and mechanical properties of the skins produced using anolite, which is quite significant for deformation at stretching.

The changes of form saving depending on the absolute pressure in the vacuum chamber for shoe drying are investigated. It is found that the use of vacuum-mode radiation drying with the minimum value of absolute pressure in the chamber reduces duration of the process and improves form saving properties of products.

On the basis of the theoretically grounded and experimentally verified relationships between absolute deformation of the material and the efforts of tension in the formation technological parameters of form creating are calculated. Practical recommendations to improve the process of form creating of shoe upper from rabbit skins using anolite are developed.

Keywords: rabbit skins, anolite, form creating, deformation of the material, vacuum-radiation drying, form saving.

Размещено на Allbest.ru

...