CC BY
15
УДК 678.685.34
ЭФФЕКТИВНОСТЬ СКЛЕИВАНИЯ МЕЛКОРИФЛЕНОИ ПОВЕРХНОСТИ ПОДОШВ С МАТЕРИАЛАМИ ВЕРХА ОБУВИ
© 2013 г. П.С. Карабанов, Е.В. Заушицына, ТА. Дмитриенко, В.П. Косых
Карабанов Петр Степанович - д-р техн. наук, профессор, зав. кафедрой «Технология и дизайн изделий из кожи», Новосибирский технологический институт (филиал) Московского государственного университета дизайна и технологий. E-mail: [email protected]
Заушицына Екатерина Владимировна - канд. техн. наук, доцент, кафедра «Технология и дизайн изделий из кожи», Новосибирский технологический институт (филиал) Московского государственного университета дизайна и технологий. E-mail: [email protected]
Дмитриенко Татьяна Александровна - канд. техн. наук, доцент, кафедра «Технология и дизайн изделий из кожи», Новосибирский технологический институт (филиал) Московского государственного университета дизайна и технологий. E-mail: [email protected]
Косых Владимир Петрович - канд. техн. наук, доцент, кафедра «Механика и инженерная графика», Новосибирский технологический институт (филиал) Московского государственного университета дизайна и технологий. E-mail: kafedratik@mail. ru
Karabanov Peter Stepanovich - Doctor of Technical Sciences, professor, head department «Technology and Design of Leather Goods», Novosibirsk Institute of Technology (Branch) Moscow State University of Design and Technology. E-mail: kafedratik@mail. ru
Zaushitsyna Ekaterina Vladimirovna - Candidate of Technical Sciences, assistant professor, department «Technology and Design of Leather Goods», Novosibirsk Institute of Technology (Branch) Moscow State University of Design and Technology. E-mail: [email protected]
Dmitrienko Tatiana Alexandrovna - Candidate of Technical Sciences, assistant professor, department «Technology and Design of Leather Goods», Novosibirsk Institute of Technology (Branch) Moscow State University of Design and Technology. E-mail: [email protected]
Kosyh Vladimir Petrovich - Candidate of Technical Sciences, assistant professor, department «Mechanics and Engineering Graphics», Novosibirsk Institute of Technology (Branch) Moscow State University of Design and Technology. E-mail: [email protected]
Рассмотрено влияние структуры и свойств материалов верха обуви на прочность клеевого крепления с мелкорифленой поверхностью формованных подошв. Сопоставлены расчетные и фактические параметры адгезионного контакта, которые показали адекватность математических моделей формирования клеевого шва. Показано, что мелкорифленая поверхность наиболее эффективна при склеивании с неплотными материалами верха обуви.
Ключевые слова: мелкорифленая поверхность; адгезионный контакт; прочность склеивания; структура материалов; математическая модель.
The structures and properties of upper materials influence for strength adhesive bonding to the moulded soles seamy surface were considered. Estimated and actual characteristics of adhesive contact were compared, and its showed that mathematical models of the glue line shaping is adequate. It is concluded that seamy surface is most effective with bonding friable upper materials.
Keywords: seamy surface; adhesive contact; adhesive strength; materials structures; mathematical models.
Известно, что мелкорифленая поверхность склеивания формованных подошв повышает прочность их клеевого крепления к верху обуви [1]. Эффективность склеивания рифленых поверхностей может быть определена из анализа математической модели формирования адгезионного контакта, представленной в работе [2]. Кроме того, математическая модель показывает, что степень повышения прочности склеивания, а также общая картина адгезионного контакта определяются, в основном, структурой материалов верха обуви.
В настоящей работе определено влияние структуры и свойств материалов верха на формирование адгезионного контакта при их склеивании с мелкориф-
леной поверхностью, сопоставлены расчетные и фактические параметры клеевого шва и проведена оценка эффективности клеевого крепления этих субстратов.
Для решения поставленных задач выделены две группы материалов верха, различающихся по способности к внедрению в их структуру выступов мелкорифленой поверхности. Очевидно, что к этим группам следует отнести материалы плотной и разреженной структур, а критерием различия групп могут быть деформационные характеристики сжатия материалов. По этому критерию можно выделить кожу для верха обуви и войлок, которые радикально различаются по структуре и свойствам.
Деформационные характеристики при сжатии выделенных материалов определяли по общепринятой для обувных материалов методике [3]. Полученные деформационные кривые представлены на рис. 1 в виде зависимости напряжения сжатия о от относительной деформации е образцов.
1
о, МПа 3,0
2,5
2,0
1,5
1,0
0,5
0 0,4
Рис. 1. Деформационные кривые при сжатии кожи для верха обуви (1) и войлока (2)
Имея деформационные характеристики материалов верха обуви (рис. 1) и подошвенных термоэласто-пластов (приведены в работе [2]), можно рассчитать параметры деформации склеиваемых материалов. Метод расчета параметров деформации субстратов при склеивании мелкорифленой поверхности с материалами верха обуви изложен в работе [2]. В соответствии с этим методом величина вдавливания ш выступов рифлений в кожу для верха обуви определяется по формуле
1 -v F
(1)
где F - усилие прессования, приходящееся на один выступ; V - коэффициент Пуассона; G - модуль сдвига материала верха; d - диаметр выступа.
Расчет величины вдавливания ш выступов в войлок следует проводить, положив в выражении (1) V = 0. Это связано с тем, что при экспериментальном определении характеристик сжатия войлока поперечные размеры сжимаемых образцов ввиду их разреженной структуры практически не изменялись.
Расчетную картину формирования адгезионного контакта можно наглядно представить с помощью зависимостей ш/к = /(Р), к/к0 = /(Р), d/d0 = /(Р), где к0 и d0 - высота и диаметр выступов рифления до склеивания; h и d - их значения в склейках; Р - давление прессования склеек. При таком представлении зависимостей очевидно, что при ш/к = 1,0 выступ рифленой поверхности полностью внедрен в структуру материала верха, а при Р = 0 ш/к = 0. Очевидно также, что к/к0 = 1,0 и d/d0 = 1,0 при Р = 0 , а значения параметров к/к0 <1,0 и d/d0>1,0 характеризуют величину осадки выступов и их поперечное расширение в результате прессования склеек.
Зависимость ш/к = /(Р) представлена на рис. 2, из которой следует, что полное внедрение выступов рифлений в поверхностный слой материалов верха происходит при небольшом давлении прессования. Однако более глубокое проникновение выступов возможно лишь при существенном повышении давления ввиду уплотняющейся структуры материалов верха. При этом полное внедрение выступов высотой 1,2 мм в войлок достигается при Р = 0,42 МПа, тогда как в кожу оно невозможно в исследуемом диапазоне давления прессования. Этого и следовало ожидать, поскольку кожа имеет значительно более плотную структуру, чем войлок.
ю/h 1,0
0,8
0,6
0,4
0,2
1 2
/ / 4
1 / f ^
Г 5
6
0,2 0,4 0,6 Р, МПа
Рис. 2. Зависимость параметра ш/к от давления прессования Р в склейках рифленой поверхности с войлоком (1, 2, 3) и с кожей (4, 5, 6) при высоте выступов к0 = 0,2 (1 и 4), к0 = 0,7 (2 и 5) и к0 = 1,2 (3 и 6) мм
Относительные величины осадки выступов к/к0 и их поперечного расширения d/d0 при прессовании склеек представлены на рис. 3. Эти данные характеризуют степень деформации выступов, которая, как отмечено в работе [2], приводит к появлению дополнительных очагов внутренних напряжений в клеевом шве, что негативно сказывается на прочности склеивания.
h/h0 1,0 -
0,9
0,8
0,2
Г
0,4
d/d0 1,2
1,1
.. 1,0
0,6 Р, МПа
Рис. 3. Зависимость параметров к/к0 (кривая 1) и d/d0 (2) от давления прессования Р
3
0
со =
На основе полученных результатов построены модели адгезионного контакта склеек мелкорифленых поверхностей подошвенных термоэластопластов Sofprene 199Ш1576 с высотой выступов 0,2; 0,7 и 1,2 мм, шагом рифления 5 =1,8 мм с материалами верха обуви (кожей для верха обуви и войлоком) при давлении прессования 0,2; 0,4 и 0,6 МПа.
При этих же условиях по общепринятой технологии склеивали полиуретановым клеем реальные склейки исследуемых субстратов. Поперечные срезы склеек сфотографированы с помощью цифрового микроскопа DigiScope, позволяющего измерять параметры адгезионного контакта с точностью до 0,001 мм.
На рис. 4 представлены модели и фактические картины адгезионного контакта, соответствующие
высоте выступов рифлений ^ = 0,7 мм и давлению прессования Р = 0,4 МПа.
Сопоставление моделей и фактических картин адгезионного контакта позволяет сделать следующие выводы.
Во-первых, модели клеевого шва качественно соответствуют фактическим картинам, что свидетельствует о формировании специфического адгезионного контакта при склеивании мелкорифленых поверхностей подошв с волокнистыми материалами верха обуви. При этом основной особенностью клеевого шва является внедрение выступов мелкорифленой поверхности в материалы верха. Это увеличивает фактическую площадь адгезионного контакта и приводит к «заклиниванию» скрепляемых поверхностей, что способствует повышению прочности склеивания.
0,52
0,45
SOvSC iSSj /jC, Ш'
J^vj
/л 0,58
б
0,52
0,64 .||
0,49
Рис. 4. Сопоставление моделей (а, б) и фактических картин (в, г) адгезионного контакта склеек мелкорифленой поверхности термоэластопласта (к0 = 0,7 мм) с кожей (а, в) и войлоком (б, г) при давлении прессования Р = 0,4 МПа
Сопоставление расчетных и фактических параметров адгезионного контакта
а
в
г
Сопоставляемые параметры Высота выступов рифлений, мм
0,7 1,2
Давление прессования склеек, МПа
0,2 0,4 0,6 0,2 0,4 0,6
h, мм расчетн. -/ 0,57 0,52/0,52 0,49/- -/0,97 0,90/0,90 0,85/-
фактич. -/0,55 0,45/0,49 0,42/- -/0,94 0,76/0,82 0,73/-
расхожд., % -/3,6 13,5/5,7 14,2 /- -/3,1 15,6/8,9 14,1 /-
ю, мм расчетн. -/0,53 0,15/0,63 0,18/- -/0,67 0,15/0,73 0,18/-
фактич. -/0,56 0,17/- 0,21/- -/0,76 0,18/0,79 0,22/-
расхожд., % -/5,7 13,3/- 14,2/- -/11,8 16,7/7,6 18,2/-
d, мм расчетн. -/0,56 0,58/0,58 0,60/- -/0,56 0,58/0,58 0,60/-
фактич. -/0,60 0,64/0,61 0,66/- -/0,59 0,63/0,61 0,68/-
расхожд., % -/8,9 9,4/4,9 9,1/- -/5,1 8,6/5,2 13,3/-
Примечание: в числителе указаны параметры адгезионного контакта склеек рифленой поверхности с кожей, в знаменателе - с войлоком.
Во-вторых, степень внедрения выступов мелкорифленой поверхности существенно зависит от структуры материалов верха обуви и деформационных характеристик при их сжатии.
Так, сравнительно плотная кожа допускает лишь частичное внедрение в неё выступов рифлений. Напротив, разреженная структура войлока и его низкая плотность обеспечивают легкое проникновение выступов рифлений внутрь материала. Именно поэтому прочность клеевого крепления войлока с мелкорифленой поверхностью выше, чем с гладкой на 96 - 112 %, в то время как соответствующее повышение прочности склеивания с кожей равно 18 - 32 % [4].
В-третьих, при склеивании мелкорифленой поверхности с кожей и войлоком формируется клеевой слой с существенно различающимися характеристиками. Так, на поверхности кожи образуется сплошной слой адгезива, наибольшая толщина которого имеет место в зоне впадин рифлений (рис. 3 а, б). На поверхности же войлока отсутствует четко выраженный слой адгезива. Это связано с тем, что клей глубоко проникает в неплотную структуру войлока, в результате чего образуется пропитанный адгезивом поверхностный слой субстрата (рис. 3 в).
Количественная оценка адекватности математических моделей адгезионного контакта склеек рифленой поверхности с исследуемыми материалами верха обуви представлена в таблице.
Из данных таблицы следует, что соответствие между расчетными и фактическими значениями параметров адгезионного контакта довольно высокое: расхождение между ними не превышает 18,2 %.
Таким образом, при склеивании мелкорифленых поверхностей подошв выступы рифлений внедряются
Поступила в редакцию
в волокнистые материалы верха обуви, что увеличивает фактическую площадь адгезионного контакта и приводит к эффекту «заклинивания» скрепляемых поверхностей. Это положительное влияние мелкорифленых поверхностей проявляется в наибольшей степени при их склеивании с неплотными материалами верха обуви, например, с взъерошенными эластичными кожами и, особенно, с неткаными материалами. Эффективность мелкорифленой поверхности при клеевом креплении можно оценить с помощью математических моделей адгезионного контакта, которые удовлетворительно описывают количественные параметры клеевого шва.
Литература
1. Пат. 2304420 Российская Федерация, МПК А 43 В 13/32 , С 09 J 5/02, В 29 D 31/515. Способ повышения адгезионной способности поверхности формованных подошв / П.С. Карабанов, Е.В. Комкова и др.; опубл. 20.08.07. Бюл. № 23. 7 с.
2. Заушицына Е.В., Карабанов П.С., Косых В.П. Исследование адгезионного контакта в клеевых соединениях рифленой поверхности формованных подошв // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. 2011. № 6. С. 136 - 139.
3. Жихарев А.П., Краснов Б.Я., Петропавловский Д.Г. Прак-
тикум по материаловедению в производстве изделий легкой промышленности : учеб. пособие. М., 2004. 464 с.
4. Карабанов П.С., Заушицына Е.В. Прочность адгезионного крепления формованных подошв с мелкорифленой поверхностью склеивания // Кожевенно-обувная промышленность, 2012. № 1. С. 34 - 36.
28 февраля 2013 г.
