Способность влаги менять свойства материалов широко используется в технологии производства обуви, где насчитывается около 30 операций, которым предшествует увлажнение деталей.
Основная цель увлажнения — уменьшить усилия при деформации материала и повысить формоустойчивость изделия. Увлажнение обувных заготовок перед обтяжно-затяжными операциями увеличивает коэффициент поперечного сокращения материала при растяжении. Коэффициент поперечного сокращения опойка хромового дубления при вытяжке на 18% увеличивается с 0,75 в воздушно-сухом состоянии до 1,45 после 24-часового увлажнения, шевро — с 0,48 до 1,74. Это позволяет уменьшить вытяжку материала при формовании заготовок на колодке на 10—28%.
Увлажнение повышает удлинение при растяжении по сравнению с начальным: кожи хромтаниидиого дубления — на 215, юфти того же дубления — на ПО, выростка хромового дубления — на 130%. При увеличении абсолютной влажности полукожника хромового дубления и термостойкой юфти до 25—33% увеличивается коэффициент удлинения, максимально растет остаточная деформация и максимально (по интенсивности) снижается напряжение. Увеличение удлинения при растяжении дает возможность уменьшить припуск на затяжную кромку заготовки верха. Увлажнение снижает деформирующее усилие, ускоряет релаксационные процессы. При растяжении опойка хромового дубления на 30% напряжение снижается с 8,8 106 Па
1. К типичным коллоидным телам относятся желатин, агар-агар, прессованное мучное тесто.
2. Капиллярно-пористые тела, или хрупкие г е ли, — материалы, при увлажнении почти не изменяющие размеров, а при удалении влаги становящиеся хрупкими; могут быть превращены в порошок. Это древесный уголь, кварцевый песок, слабо обожженные керамические материалы.
3. Коллоидные капиллярно-пористые тел а— материалы, обладающие свойствами тел двух первых видов. Стенки капилляров коллоидных капиллярно-пористых тел эластичны, при поглощении влаги изменяются их вид и размеры. К таким материалам относятся торф, зерно, хлеб, кожа и др. При удалении влаги в процессе сушки разрушаются связи влаги с материалом, при этом затрачивается определенная энергия.
По принципу интенсивности энергии связи влаги с материалом построена схема П. А. Ребиндера. Связи по этой схеме разбиваются на химическую, физико-химическую и физико-механическую.
Химическая связь очень прочная и нарушается только при химическом взаимодействии или при прокаливании.
Физико-химическая связь включает в себя адсорбционную осмотическую, структурную.
Адсорбционная связь влаги с материалом возникает при адсорбции молекул воды молекулами внешней и внутренней поверхностей мицелл геля. Активными центрами адсорбции являются полярные группы СООН» и группы NH— и —СО— пептидных связей главных цепей молекул. Влага заполняет самые мелкие пространства между основными цепями белка и раздвигает их в одном направлении на относительно большое расстояние (с 10 до 14 А), выпрямляя изогнутые боковые цепи. Адсорбционная влага поглощается с выделением большого количества тепла, что свидетельствует о значительной энергии связи ее с материалом. Поэтому адсорбционную влагу часто называют влагой, гидратации. Энергия связи влаги гидратации настолько значительна, что влага перестает обладать свойствами жидкой фазы: не участвует в растворении веществ, не замерзает, меняет свои электрические свойства. Точное количество влаги гидратации в коже определить трудно, так как нет ярко выраженной границы между . нею и капиллярной влагой .
В следующей стадии происходит проникание молекул воды в материал вследствие их молекулярно-кинетического движения, обусловленного явлением осмоса. Всякое коллоидное тело состоит не из однородных частиц, а из смеси фракций различной молекулярной массы. Фракции высокомолекулярной массы нерастворимы в воде, а низкомолекулярной — растворимы.
Коллоидное тело представляет собой скелет из замкнутых клеток, стенки которых состоят из фракций высокомолекулярной массы. В этих клетках находится растворимая фракция, не способная проходить через стенку клетки. Она попадает внутрь клетки в процессе формирования геля. Но через стенки клетки может проникать вода, т. е. они представляют собой полупроницаемую оболочку. Растворимая фракция вещества геля находится не только внутри клетки, но и вне ее. Концентрация растворимой фракции внутри больше, чем вне клетки, в результате чего вода проникает внутрь клетки путем избирательной диффузии (осмоса) через ее стенку. Таким образом, замкнутая клетка является как бы осмотической ячейкой, и движение воды обусловлено разностью осмотических давлений растворимых фракций. Такая влага называется осмотической.
Поглощение жидкости в этом случае не сопровождается тепловым эффектом, но вызывает значительное увеличение объема и изменение давления набухания.
К осмотически связанной жидкости надо отнести и жидкость, находящуюся внутри клетки и захваченную ею при образовании геля.
Влага, имеющая физико-механическую связь с материалом, может быть разделена на капиллярную и влагу смачивания.
Обводнение материала капиллярной влагой и влагой смачивания происходит путем конденсации или капиллярного всасывания в результате смачивания водой стенок капилляров и действия поверхностных сил.
Механизм капиллярного всасывания следующий. Если капиллярную трубку погрузить в жидкость, последняя поднимается по трубке под действием гидростатического давления, образуя вогнутую поверхность.
Плотность пара мала по сравнению с плотностью жидкости, поэтому ею можно пренебречь. Выразив радиус мениска через радиус капилляра, получим
Иначе обводняются коллоидные капиллярно-пористые тела во влажном воздухе. Поглощать влагу из воздуха способны капилляры определенного размера, в которых может происходить капиллярная конденсация. Рассмотрим механизм капиллярной конденсации на следующем примере. Поместим капиллярно-пористое тело, стенки которого смачиваются водой, во влажный воздух при парциальном давлении пара 16,6 мм рт. ст. и температуре воздуха 20″С. При этой температуре давление насыщенного пара 17,54 мм. рт.ст. Стенки капилляра адсорбируют пар и покроются слоем влаги толщиной. На дне капилляра образуется вогнутый мениск. Предположим, что радиус капилляра 10,2-10~7 см. Известно, что давление насыщенного пара над мениском такого радиуса составит 0,90 от давления насыщенного пара окружающего воздуха, т. е.
Следовательно, пар в окружающем пространстве при давлении 16,6 мм рт. ст. будет перенасыщенным над мениском капилляра, и произойдет конденсация.
Толщина адсорбируемого стенками гидрофильного капилляра слоя воды, согласно экспериментальным исследованиям, равна примерно 10″5 см. Таким образом, если капилляр сквозной (без дна), то адсорбированные пленки жидкости могут слиться тогда, когда радиус капилляра в наиболее узком месте будет равен или меньше 10-5 см. Если радиус капилляра в наиболее узком месте больше 10″Б см, конденсация пара невозможна, й такой капилляр заполняется влагой только при погружении его в жидкую среду.
Капилляры, радиус которых меньше или равен 10-6 см и которые способны поглощать влагу из воздуха, называются микрокапиллярами, а влага, их заполняющая, микрокапиллярной. Капилляры, радиус которых больше 10″5 см, называются макрокапиллярами, а влага, их заполняющая, —макрокапиллярной, или влагой смачивания. Обязательным условием присутствия влаги смачивания в материале является наличие пор, не заполненных путем капиллярной конденсации, и жидкости.
Количество влаги в коже зависит от параметров окружающего воздуха. Чем выше относительная влажность и ниже температура воздуха, тем более крупные капилляры заполняются влагой, тем больше будет капиллярной влаги и влаги смачивания в коже. Но опыты показывают, что даже при полном насыщении воздуха влагой, капиллярная конденсация происходит только в капиллярах, радиус которых не превышает 10~6 см. Более крупные капилляры, даже предварительно заполненные жидкой влагой, теряют ее при этих условиях полностью.
При проведении технологических операций изготовления обуви необходимо проявление и изменение различных свойств материала. В связи с этим и характер обводнения материала должен быть различным, так как выделенные три основные формы связи влаги по-разному воздействуют на те или иные свойства материала.
Значительно меняются размеры кожи при поглощении влаги гидратации благодаря увеличению расстояния между основными полипептидными цепями. На размеры кожи существенно влияет и присутствие в ней микрокапиллярной влаги: в результате расклинивающего действия тонких слоев капиллярной влаги площадь и толщина образцов кожи становятся больше. Увеличение влаги намокания почти не изменяет размеров кожи. Если кожу, полностью насыщенную микрокапиллярной влагой, поместить в воду, то размеры ее не изменятся, хотя влага намокания поглощается в значительном количестве.
Размеры кож хромового дубления в зависимости от влажности изменяются в большей степени, чем размеры кож таннидного дубления.
Б. Поляк, исследовавший влияние относительной влажности воздуха на деформационные свойства кожи при растяжении, установил, что остаточные и упругие деформации кож для верха обуви хромового дубления при увлажнении сорбцией влаги из воздуха максимально меняются, если влажность кож достигает равновесия с паром, упругость которого равна 97%, т. е. в момент наступления массовой конденсации влаги в капиллярах.
Следовательно, на деформационные свойства кожи существенно влияет влага гидратации и микрокапиллярная. Радиус этих капилляров, согласно формуле Томсона, равен 1,6-10-7 м.
Под влиянием микрокапиллярной влаги меняются и другие механические свойства кожи при растяжении. Голье и краснодубная кожа имеют максимальную прочность при увлажнении в воздухе, упругость пара которого близка 100%. Кожи хромового и хромтан-нидного дубления в этих условиях имеют максимальное удлинение при растяжении.
Иначе ведет себя увлажненная кожа при сжатии: прочность ее снижается. Это объясняется тем, что разрушение происходит в тонкой структуре кожи, а влага гидратации, ослабляя связь между цепями, обусловливает уменьшение сопротивления материала сжатию. Таким образом, на свойства кожи при сжатии существенно влияет влага гидратации.
Влага намокания почти не изменяет эффект, достигаемый поглощением капиллярной влаги. При увлажнении кожаных задников для юфтевой обуви сорбцией из воздуха до 11,5% усилие прокола заготовок верха иглой уменьшается на 24%, а при увлажнении водой до 25% — на 27%. При увеличении влажности кожаных подошв с Идо 24% при увлажнении сорбцией прочность держания винта увеличивается с 6,05 -106 Па (6,19 кгс/мм2) до 8,04-10″ Па (8,20 кгс/мм2), при увлажнении кожаных подошв водой до 35% прочность держания винта увеличивается с 16,05-106 до 7,9-106 Па (с 6,19 до 8,08 кгс/мм2).
Советуем почитать:
Нет похожих статей