Для облегчения механической обработки кож и кожаных деталей в каждом отдельном случае необходимо устанавливать наиболее эффективную форму связи влаги с материалом и в зависимости от этого проводить предварительное увлажнение.
При производстве обуви применяют несколько способов увлажнения — в жидкой фазе, сорбцией влаги из влажного воздуха, термодиффузией (контактное увлажнение).
Увлажнение в жидкой фазе может выполняться при атмосферном давлении, в вакууме и при повышенном давлении.
Увлажнение в жидкой фазе при атмосферном давлении выполняется намоканием и кратковременным погружением в воду с последующей пролежкой.
При намокании кожа или детали, погруженные в воду, увлажняются под влиянием ряда факторов. В нормальных условиях преобладающим видом движения влаги в толщу кожи является капиллярное всасывание. Скорость капиллярного всасывания влаги пропорциональна радиусу капилляров, поэтому в первую очередь заполняются наиболее крупные капилляры, т. е. кожа поглощает только влагу намокания. Затем из крупных капилляров влага начнет перемещаться в более мелкие. Объем крупных капилляров в 10 раз превышает объем мелких, в связи с чем значительная часть воды остается в первых и оказывается балластом, так как она не изменяет механических свойств кожи. Различные топографические участки кожи при этом обводняются неодинаково вследствие неравномерного распределения крупных капилляров по площади кожи (полы и вороток поглощают влаги больше, чем чепрак и огузок).
Влага, поднимаясь по капиллярам, растворяет и заставляет мигрировать вместе с собой растворимые вещества в коже, вызывает их скопление в отдельных местах, потеки и неравномерную окраску. Концентрация водорастворимых веществ в лицевом слое после сушки заготовок приводит к его ломкости. При этом способе увлажнения ухудшается внешний вид заготовок верха обуви из кож хромового дубления. Из юфти вымывается жир.
При применении поверхностноактивных веществ (ПАВ) повышается скорость увлажнения, особенно юфти, но вымывание жиров и наличие остатков ПАВ снижают, ее водостойкость .
При увлажнении намоканием наряду с капиллярным всасыванием происходит движение влаги по ткани кожи под влиянием градиента влажности, направленного внутрь материала. Когда температура воды выше температуры увлажняемого материала, процесс перемещения влаги осложняется еще и -термодиффузионными явлениями. Так как при намокании всегда имеется избыток влаги, движение ее в кожу носит стационарный характер и завершается наступлением равновесного состояния системы. При изменении условий намокания, например при сильном увеличении гидростатического давления, преобладающим может оказаться движение влаги под действием этого давления, а не капиллярное всасывание.
В вакууме и под давлением детали низа обуви увлажняются перед их прикреплением. При этом вода, находящаяся под давлением поршня, сжимает воздух в капиллярах кожи, быстро заполняет их на значительную глубину и адсорбируется поверхностью капилляров. После снятия внешнего давления сжатый воздух расширяется и выбрасывает излишки воды. Увлажненные детали не содержат балластной воды. Под давлением кожаные детали увлажняются равномерно по толщине и по площади, но вымывание таннидов и солей не устраняется. Увлажняя кожаные .детали в вакууме, можно повысить содержание влаги в них до 30—45% в пересчете на массу влажных деталей. Такой эффект достигается за счет того, что при выдержке деталей Начальная стадия процесса увлажнения при кратковременном погружении в воду с последующей пролежкой протекает так же, как и при намокании характер перемещения влаги в материале влаги ограничено тем количеством ее, в вакууме давление в капиллярах кожи становится ниже атмосферного. При погружении деталей в воду вода быстро заполняет капилляры и адсорбируется их поверхностью.
Недостатком способа является значительное количество балластной воды, которая остается в крупных капиллярах кожи, что увеличивает продолжительность сушки. Практически увлажнение деталей обуви способами намокания и кратковременного погружения с последующей пролежкой не представляет особых затруднений. Когда влажность не должна быть слишком велика и миграция водорастворимых веществ не может принести существенного вреда увлажняемому материалу, рационально увлажнение намоканием. Способ применяется для увлажнения деталей низа и юфтевых заготовок. Способ увлажнения сорбцией материалом влаги из влажного воздуха принципиально отличается от описанных выше.
Итак, можно сделать следующий вывод: для заготовок верха обуви, особенно цветных, наиболее рационально увлажнение сорбцией влаги из воздуха. Для правильного построения процесса увлажнения сорбцией влаги из воздуха необходимо соблюдать ряд требований. Одним из основных требований является высокая (не ниже 97%) насыщенность увлажняющего воздуха, так как в противном случае не будет массовой капиллярной конденсации. Чтобы обеспечить такое насыщение воздуха влагой, увлажнительная камера должна быть достаточно герметичной .
Добиться высокой герметичности увлажнительной камеры трудно, поскольку необходимы непрерывные загрузка и выгрузка увлажняемых деталей. Одним из рациональных решений может быть камера Г-образной конструкции, в которой загрузочное отверстие размещается в вертикальной части, а рабочая зона —в горизонтальной, расположенной под потолком. В этом случае подогретый влажный воздух, который легче атмосферного, не будет опускаться к загрузочному отверстию, благодаря чему рабочая зона будет достаточно герметична.
Для ускорения процесса увлажнения необходимо создать движение паровоздушной смеси в камере. Движение воздуха способствует диффузии молекул пара через слой воздуха, прилегающий к поверхности кожи. Интенсивность сорбции влаги особенно возрастает при увеличении скорости движения воздуха от 0 до 0,5 м/с, при дальнейшем повышении скорости действие ее ослабляется. Такое явление связано с повышением температуры кожи и увеличением теплоотдачи от кожи в воздух при большей скорости сорбции, причем коэффициент диффузии возрастает медленнее коэффициента теплоотдачи. При движении воздуха со скоростью больше 0,5 м/с температура кожи увеличивается медленнее, что замедляет и скорость сорбции. Учитывая большое сопротивление движению воздуха находящихся в камере деталей или заготовок обуви, скорость движения паровоздушной смеси в рабочей зоне камеры рекомендуется в пределах 1—2 м/с. Воздух должен насыщаться не примешиванием к влаге готового пара, а испарением распыленной влаги. При насыщении паром излишки его, конденсируясь на поверхности увлажняемых предметов, вызывают потеки и изменяют окраску. При увлажнении воздуха распыленной водой конденсации пара не происходит. Распылять воду можно форсунками любой системы. Для испарения влаги необходимо тепло, подводить которое рациональнее с испаряемой водой, подогревая ее до высокой температуры (80—90 °С), не доводя до кипения.
Ускорить поглощение влаги из воздуха можно, подогревая готовую паровоздушную смесь. Однако значительное повышение температуры смеси затрудняет полное насыщение воздуха паром, так как с увеличением температуры относительная влажность воздуха снижается. Кроме того, подогревание влажного воздуха до температуры 60—65е С приводит, к тому, что в начале процесса температура поверхности кожи за счет теплоты сорбции будет на 15—17° С выше температуры увлажняющего воздуха, т. е. 80—82° С, что может отрицательно повлиять на качество кожи. При такой температуре увлажняющего воздуха температура кожи к концу увлажнения будет близка к 60° С. Когда детали или заготовки будут вынуты из увлажнительной камеры и помещены в атмосферу наружного воздуха (18— 20° С), из-за большого перепада температуры влага начнет перемещаться путем термодиффузии из внутренних слоев на поверхность материала, с которой будет быстро испаряться.
В увлажнительную камеру рекомендуется подавать паровоздушную смесь, подогретую до температуры 35—45° С. На скорость поглощения влаги кожей при всех способах увлажнения значительно влияет направление потока влаги. Движение ее от лицевой поверхности к бахтармяной происходит медленнее, чем в противоположном направлении.
Особенно резко повышается скорость поглощения влаги при движении ее от бокового реза внутрь кожи. Большая скорость перемещения влаги от бахтармяной поверхности кожи к лицевой объясняется двумя причинами:
1) более тесным переплетением волокон лицевого слоя, сужающим капилляры. При хорошей смачиваемости стенок капилляров это вызывает дополнительное движение влаги к лицевой поверхности;
2) бахтармяный слой больше набухает, чем лицевой, и в нем задерживается больше воды.
Различная скорость движения влаги сквозь толщу кожи и вдоль ее поверхности через боковой рез связана с тем, что степень переплетения волокон в горизонтальном направлении выше, чем степень переплетения их в направлении вертикальном. Поэтому движение влаги вдоль поверхности происходит главным образом по капиллярам примерно одинакового сечения. При движении влаги сквозь толщу кожи плотно переплетенные волокна оказывают значительное сопротивление прохождению жидкости.
Ни один из перечисленных способов не дает возможности быстро и просто увлажнять кожи, детали и заготовки, и часто необходимая влажность материала не достигается. Ппринципиально В рассмотренных способах движение влаги осуществляется в основном под действием градиента влажности и только при увлажнении сорбцией из воздуха небольшое значение имеет перепад температуры, вызывающий термодиффузню влаги.
При контактном способе градиент температуры имеет решающее значение, так как обычно он бывает значительным. Перемещение жидкости в направлении теплового потока обусловлено всеми видами термовлагопроводности (термодиффузией, капиллярной термовлаго-проводностыо и относительной термодиффузией пара и воздуха), при этом скорость увлажнения повышается. Градиент влажности в этом случае также играет положительную роль. Ускорению увлажнения способствует и совпадение направлений градиентов влажности и температуры. Термодиффузионный (контактный) способ увлажнения отличается от двух первых. При контактном способе увлажняемый материал кладут лицевой поверхностью на холодную плиту. Сверху на материал укладывают такую ткань-влагоноситель, которая поглощала бы определенное количество влаги. Установлено, что для получения образца кожи 35%-ной влажности ткань-влагоноситель должна поглощать (5—7) • 10е кг/м2 (0,05—0,07 г/см2) влаги. Лучше подбирать ткань, способную поглотить 10 кг/м2 (1 г/см2). Верхняя плита нагревается до температуры 75—125° С. Влагу можно подавать в виде пара через отверстия нижней плиты непосредственно на бахтармяную сторону деталей.
Большой перепад температуры по слоям кожи вызывает диффузию влаги от горячей поверхности к холодной, что приводит к равномерному и быстрому увлажнению кожи. Кроме того, скорость увлажнения повышается в результате того, что часть воды, находящаяся в поверхностных слоях кожи, переходит в парообразное состояние. Пар, стремясь выйти наружу, ускоряет диффузию влаги и, проходя по капиллярам внутрь кожи, конденсируется в микрокапиллярах более холодных ее слоев. Это ускоряет процесс увлажнения и способствует равномерному распределению влаги по толщине. Увлажнение по площади также равномерно. Имеется явная зависимость между количеством поглощенной влаги, температурой нагревателя (верхней плиты) и временем увлажнения т: чем выше температура верхней плиты и больше время увлажнения, тем большее количество влаги переходит из ткани-влагоносителя в кожу. Однако режим увлажнения при контактном способе надо выбирать осторожно, так как известно, что тепловое воздействие на кожу при высокой температуре и влажности понижает ее качество. Это понижение показателей физико-механических свойств кожи происходит из-за того, что вода под воздействием температуры вызывает гидролитическое расщепление белков. Так как заготовка для верха обуви представляет собой систему, состоящую из кожи + бязь + тик-саржа, интересно проследить увлажнение указанной системы. Если при этом определить количество влаги не по слоям, а во всей системе, то получим картину перехода влаги из ткани-влагоносителя в систему из трех материалов, изображенную на диаграмме.
При температуре верхней плиты 75 и 100° С с увеличением времени выдержки количество влаги, перешедшее в систему из ткани влагоносителя, возрастает. При температуре верхней плиты 125° С скорость потока настолько велика, что уже через 10—20 с почти вся влага переходит в увлажняемую систему и дальнейшая выдержка образца в прессе почти не увеличивает суммарную влажность, происходит лишь некоторое перераспределение ее по слоям.
При температуре верхней плиты 125° С нагревание даже в течение 10 с снижает температуру сваривания кожи на 22° С, в течение 60 с — на 37° С, что свидетельствует об ухудшении показателей физико-механических свойств кожи.
При увлажнении контактным способом термостойкой юфти оптимальной является температура верхней плиты 70—90° С. Температура верхней плиты ниже 70° С замедляет процесс поглощения влаги кожей, а температура выше 90° С приводит к интенсивной потере влаги деталями заготовки после увлажнения. Эти потери тем больше, чем выше температура верхней плиты. При повышении температуры нижней плиты снижается абсолютная влажность лицевого слоя. Следовательно, нижняя плита должна охлаждаться, температура ее должна быть стабильна. В противном случае возможно пересушивание и садка лицевого слоя при формовании.
Степень увлажнения заготовки зависит от плотности структуры материала, его покрытия, разности температур, создаваемой в материале в период увлажнения, и от времени увлажнения . Количество влаги при увлажнении возрастает с увеличением паропро-ницаемости покрытия кожи, разности температуры и времени увлажнения, а также с уменьшением плотности структуры материала.
Значительное количество факторов, влияющих на процесс увлажнения, и сложность обеспечения точного режима работы термодиффузионной увлажнительной установки затрудняют распространение этого способа увлажнения.