Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
11
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ Й НАУКИ УКРАЇНИ
КИЇВСКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ТЕХНОЛОГІЙ ТА ДИЗАЙНУ
УДК 685.31.02
РОЗРОБКА ТЕХНОЛОГІЇ ВИГОТОВЛЕННЯ СПЕЦІАЛЬНОГО ВЗУТТЯ З ВИКОРИСТАННЯМ НОВИХ ВОГНЕЗАХИСНИХ КЛЕЙОВИХ СПОЛУК ДЛЯ КРІПЛЕННЯ НИЗУ
Київ-2005
Дисертацією є рукопис.
Робота виконана в Київському національному університеті технологій та дизайну. Міністерства освіти і науки України
Науковий керівник: кандидат технічних наук, доцент,
член-кореспондент Української Академії
наук національного прогресу
Олійникова Валентина Василівна,
Київський національний університет технологій
та дизайну, професор кафедри конструювання й
технологій виробів із шкіри
Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор,
заслужений працівник народної освіти України
Нестеров Владислав Петрович,
президент Української технологічної Академії
кандидат технічних наук, доцент,
академік Української технологічної Академії
Половников Ігор Іванович,
директор ВАТ "УкрНДІШП"
Провідна організація: Хмельницький національний університет
Міністерства освіти і науки України, м. Хмельницький
Захист відбудеться 27 жовтня 2005 року о 10:00 годині на засіданні спеціалізованої ради Д 26.102.03 у Київському національному університеті технологій та дизайну за адресою: 01011, Київ-11, вул. Немировича-Данченка, 2.
З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Київського національного університету технологій і дизайну за адресою: 01011, Київ-11, вул. Немировича-Данченка, 2.
Автореферат розісланий 26 вересня 2005 р.
Вчений секретар спеціалізованої
вченої ради Первая Н.В.
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Актуальність роботи. Однією з умов розвитку легкої промисловості є створення високопродуктивних і економічно ефективних технологічних процесів виробництва конкурентоспроможної продукції, в тому числі, з використанням клеючих матеріалів.
У літературі є велика кількість інформації про різні модифікації полімерів (поліуретани) по підвищенню теплостійкості. Однак досліджень, враховуючих специфіку застосування у взуттєвому виробництві поліуретанових клейових композицій, у запропонованої нами сполуці й із застосуванням НВЧ-енергії (енергії надвисокої частоти) для полімеризації клейової плівки немає. Модифікацію клейових композицій проводять або шляхом механічного суміщення полімерів у процесі приготування, або використовують попередньо модифікований полімер.Але такі системи мають ряд недоліків: низька еластичність, горючість, концентрація парів деяких летючих речовин не повинна перевищувати ПДК.
Питанням використання енергії радіохвиль НВЧ у промисловості присвячено багато робіт, але в виробництві взуття вони не застосовувались. Перевагами НВЧ нагрівання є висока інтенсивність процесу, об'ємна рівномірність, безінерційність. Використання НВЧ енергії для полімеризації клейової плівки не вимагає процесу сушіння й прискорює процес полімеризації.
У зв'язку з цим, дослідження по створенню вітчизняних поліуретанових клейових композицій з підвищеною теплостійкістю й способів їхнього застосування є необхідним.
Важливість даної теми полягає в розробці технологічного процесу склеювання вогнезахисного взуття.
Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконана відповідно до теми ДБ-027 “Теоретичні основи технологічних процесів виготовлення взуття спеціального призначення із застосуванням нових матеріалів вітчизняного виробництва”.
Мета й завдання дослідження.
Основна мета роботи: дослідження й розробка нових пожаробезпечних поліуретанових клейових композицій з підвищеною теплостійкістю для кріплення низу взуття, що забезпечують розширення асортименту, зниження собівартості продукції й підвищення якості спеціального взуття; розробка нової технології виготовлення спеціального взуття клейового методу кріплення на основі нових пожаробезпечних клейових композицій вітчизняного виробництва із застосуванням НВЧ-енергії.
Для досягнення поставленої мети були вирішені наступні завдання:
1. Вивчити властивості теплостійких клеїв, які застосовуються в вітчизняній і закордонній промисловості.
8. Розробити конструкцію спеціального вогнезахисного взуття з кращими експлуатаційними й
захисними властивостями.
Об'єкт дослідження: Процес модифікації клейових композицій з метою підвищення їх термічних властивостей, а також розробки нового технологічного процесу складання взуття із застосуванням НВЧ-установки.
Предмет дослідження: Розробка технології виготовлення спеціального взуття з використанням і розробкою нових вогнезахисних сполук для кріплення низу взуття й матеріалів.
Методи дослідження: Теоретичні дослідження базуються на основних положеннях технології взуттєвого виробництва, теоріях математичного моделювання, теоретичної механіки, теоріях адгезії, основ надвисоких частот. Експериментальні дослідження з вивчення нових клейових композицій готувалися на спеціально розробленій, експериментальній НВЧ-установці для сушіння й полімеризації клейової плівки. Дослідження властивостей клейових композицій проводилися з дотриманням вимог відповідних стандартів.
Наукова новизна отриманих результатів. Вперше в взуттєвій галузі одержані й досліджені фізико-механічні й технологічні показники поліуретанових клейових композицій для приклеювання деталей взуття з підвищеною теплостійкістю й зниженою горючістю, а також досліджено можливість використання НВЧ-енергії для полімеризації клейової плівки в технології виробництва взуття, зокрема:
•створені наукові основи проектування технологічних процесів із застосуванням НВЧ-енергії. Практичне значення отриманих результатів:
Результати роботи впроваджені у виробництво на взуттєвих підприємствах: ТОВ “Зенкіс”, ПП “Еліта стиль”, ТОВ “Вегас”, ПП “Сокальський”.
експериментальних завдань. Авторові належать основні ідеї, узагальнення й висновки. При особистій участі автора здійснено планування і проведено експерименти, узагальнено отримані дані, розроблені експериментальні установки.
Апробація результатів.
Основні теоретичні й експериментальні положення, результати роботи доповідалися й одержали позитивну оцінку на наукових конференціях молодих учених і студентів КНУТД в 2001-2005 рр., на взуттєвих підприємствах: ТОВ “Зенкіс”, ПП “Еліта стиль”, ТОВ “Вегас”, ПП “Сокальський”.
Публікації.
По темі дисертації є 9 опублікованих наукових праць, серед них - 6 у виданнях рекомендованих ВАК України.
Структура й об'єм дисертації. Дисертація складається із введення, чотирьох розділів, загального висновку, списку використаної літератури та додатків. Повний обсяг дисертації з додатками становить 229 сторінки машинописного тексту, включаючи 51 рисунок і 56 таблиць. Обсяг основної частини дисертації становить 161 сторінки. Додаток включає 51 сторінку.
У введенні обґрунтована актуальність дисертаційної роботи, сформульована мета й завдання досліджень, показані наукова новизна й практична значимість роботи.
У першому розділі зроблений аналіз сучасного стану науково-дослідних і практичних робіт з вивчення теплостійкості поліуретанових клеїв, сучасних технологій і установок для сушіння й активації клейової плівки. На підставі аналізу зроблено висновок про необхідність розробки клейової композиції (КК) з підвищеними теплостійкими властивостями, еластичної, економічно вигідної, що скорочує технологічний процес. Необхідно знайти нові види енергії й пристроїв для сушіння й полімеризації клейових плівок, зокрема: можливість застосування НВЧ-енергії.
У другому розділі розглянуті теоретичні аспекти й природа склеювання, взаємодії НВЧ-енергії з клейовими композиціями. Запропоновані дві робочі гіпотези: фізична, яка базується на підвищенні температури й хімічна - структуроутворення. Взаємодія цих двох гіпотез пояснює основні аспекти роботи.
В КК, які нами запропоновані, оксид сурми використовується, як добавка-антипірен. Антипірен вводять у клейові композиції для додання їм негорючості або здатності до самозагасання. На початку розглянута залежність міцності кріплення від сухої речовини, тобто кількість оксиду сурми, що витрачається на 100 грам сухої композиції (табл.1, рис.1). Як видно, максимальна міцність кріплення досягається при вмісті в клейовій композиції до 1,5% оксиду сурми. Збільшення кількості оксиду сурми понад 1,5% приводить до перенасичення атомами сурми клейової композиції та виникає додаткове внутрішнє напруження, що приводить до зниження міцності кріплення. Як показано на рисунку 2, зі збільшенням вмісту оксиду сурми в КК зменшується кількість сухої маси - з одним молем сурми йде та сама маса - 3 моля ізоцианату. Сурма ініціює процес деструкції ізоцианатних угруповань шляхом відібрання атома водню з вуглецевого ланцюга, що протікає пропорційно витраті атомів сурми. Визначена залежність міцності кріплення від різних температурних режимів і від вмісту сурми для досліджуваних КК. Найкращі термічні показники отримані для КК № (рис. 3). При нагріванні до 150°С відбувається зшивка ланцюгів полімеру за рахунок вільних ізоцианатних груп і оксиду сурми з наступним структуруванням при нагріванні. Просторове структурування сприяє збільшенню міцності кріплення. Зі збільшенням змісту ізоцианатних груп у композиціях при підвищених температурах зростає кількість відщеплених груп оксиду сурми, що приводить до зниження теплостійкості.
Для того щоб визначити характер термічної й термофізичної деструкції ці процеси були описані лінійно. На рисунку 4 показана залежність тангенса кута нахилу від зворотньої величини температури для досліджуваних клейових композицій, що визначає енергію активації, виражену в молях. Якщо енергія активації більше 35 - відбуваються хімічні процеси, якщо менше - фізичні явища. Виходячи з отриманих результатів енергія активації більше 40 кДж, що означає, що йде хімічний процес. Значення енергії активації ідентичні, тобто, можна сказати, що процеси, що відбуваються при формуванні клейових сполук підкоряються єдиній закономірності й зі збільшенням вмісту груп ізоцианату значення енергії активації зменшуються. При температурі до 200°С дотримується єдина закономірність хімічних процесів для всіх клейових композицій, які досліджувалися. Для клейових композицій №2, 3, що містять додатково вулканізуючий ізоцианатвміщуючий агент у кількості 10-15% енергія активації ідентична, тому їх, можна, покласти на одну пряму, а для композиції №4, що містить додатково вулканізуючий ізоцианатвміщуючий агент у кількості 20% енергія активації знижується, тобто групи, що вміщують ізоцианат, заважають процесу. Дані знаходяться в області експериментальних крапок. Коефіцієнт кореляційного співвідношення = 0,99. При температурі до 200°С дотримується єдина закономірність хімічних процесів для всіх клейових композицій, які досліджувалися. Для клейових композицій №2, 3, що містять додатково вулканізуючий ізоцианатвміщуючий агент у кількості 10-15% енергія активації ідентична, тому їх можна покласти на одну пряму, а для композиції №4, що містить додатково вулканізуючий ізоцианатвміщуючий агент у кількості 20% енергія активації знижується, тобто групи, що вміщують ізоцианат, заважають процесу. Дані знаходяться в області експериментальних крапок. Коефіцієнт кореляційного співвідношення = 0,99.
З точки зору фізичних процесів, при підвищенні температури система стає менш в'язкою й відбувається дифузія. Тобто з підвищенням температури до 200°С відбувається вирівнювання концентрації триокису сурми й ізоцианата.
Для сушіння й активації клейової плівки, у нашій роботі застосовується НВЧ-установка. Випарювання розчинника в процесі сушіння за допомогою НВЧ-енергії умовно можна розділити на три стадії. У початковій стадії відбувається швидке його випарювання з поверхневих шарів клейової плівки, що формується. У результаті цього підвищується концентрація, а отже, і густина адгезива, й на поверхні утворюється більш щільний його шар (як би скоринка) з меншим вмістом розчинника, чим в іншій масі. Потім наступає друга стадія, у якій переважає дифузія розчинника з нижніх шарів плівки, що формується до поверхні. При цьому товщина більш щільного шару поступово росте в глибину до субстрату.
Таким чином, через більш-менш тривалий час випаровується основна частина, але не весь розчинник: у клейовій плівці його може залишитися навіть до 10% від початкової кількості. Цей залишковий розчинник випаровувається, звичайно, вже після утворення клейової сполуки протягом тривалого часу (третя стадія). Міцність клейових сполук при цьому збільшується.
У розділі 3 досліджені властивості поліуретанових КК із метою підвищення стійкості до підвищених температур, визначення оптимального складу й режимів склеювання. Відібрані й досліджені поліуретанові КК, які найбільше застосовуються у вітчизняній промисловості. Створена математичну модель для визначення їх складу. Принцип побудови математичної моделі визначення складу КК, ґрунтується на апріорному поданні даних про об'єкт дослідження.
Для КК №1 вони мають:
(1)
Для клейової композиції № 2:
(2)
Для клейової композиції №3, з урахуванням незмінних основних компонентів і розходженням у кількості вулканізуючого ізоцианатутримуючого агента - Десмодур (R-Типи) 10% математична модель аналогічна математичній моделі для КК №1. Для композиції № 4:
(3)
Визначені найкращі варіанти складу КК (табл.6)
З теоретичних аспектів склеювання триокис сурми значно підвищує теплостійкість склеювання й сприяє негорючості. Для підвищення термічних властивостей клейових композицій було додано триокис сурми з розрахунку 0, 1, 1,5, 2, 2,5 %% від загальної кількості клейової композиції і досліджені фізико-механічні властивості отриманих КК.
Таблиця 3
Сполуки клейових композицій, що досліджувалися.
|
№ п/п |
Найменування композиції |
Найменування компонентів |
Комп. в мас.ч. |
|
1. |
Клейова композиція №1 |
Поліуретановий каучук марки Десмокол-530 Этилацетат Ацетон |
17 63 20 |
|
2. |
Клейова композиція №2 |
Поліуретановий каучук марки Десмокол-530 Сополімер вінілацетату й вінілхлориду Порошок двоокису кремнію Этилацетат Ацетон Ізоцианатвміщуючий вулканізуючий агент Десмодур (R-типи) |
16 2 1 61 20 5% |
|
3. |
Клейова композиція №3 |
Поліуретановий каучук марки Десмокол-530 Этилацетат Ацетон Ізоцианатвміщуючий вулканізуючий агент Десмодур (R-типи) |
17 63 20 10% |
|
4. |
Клейова композиція №4 |
Уретановий каучук типа Десмокол-530 Хлорирований натуральний каучукЭтилацетат Ацетон Ізоцианатвміщуючий вулканізуючий агент Десмодур (R-типи) |
10 10 60 20 20% |
Найбільш високі показники швидкості схоплювання отримані для КК № 1 при будь-якому вмісті триокису сурми (рис.5), міцність склеювання вище норми в 3,5 рази. (рис.6) Відповідно до нормативно технічної документації норма міцності становить 24 Н/см. Для даної роботи важливий показник - теплостійкість. Теплостійкість визначається за степенем зниження міцності клейових сполук у результаті теплової обробки. Тому отримана КК повинна мати підвищену теплостійкість. Клейові сполуки піддавали тепловій обробці, тобто витримці в термостаті протягом 60 хвилин при температурі: 50±2°С, 100±2°С, 150±2°С, 200±2°С, 250±2°С.
У результаті випробувань показники властивостей утворюють статистичну сукупність. Найбільш повна характеристика статистичної сукупності є тоді, коли встановлений закон розподілу варіантів. Для більш повного подання цих параметрів створили функцію, що відтворює залежність міцності КК від вмісту триокису сурми й температури, за допомогою, якої можливо визначати максимальне значення міцності залежно від змісту триокису сурми й інших факторів, що впливають на міцність, зокрема від температури.
Нами експериментально встановлене значення функції Gn(si, Tk) при певних значеннях триокису сурми s і температури Т.
Потім визначали залежність показника міцності G від триокису сурми s при різних температурних умовах Tk одержали наступні функції при наступних температурах:
при Т= T0 = 20±2С (5)
при Т=T1 = 50±20С (6)
при T2=100±20С (7)
при T3=150±20С (8)
при T4=200±20 (9)
при Т5 250±20С (10)
Далі була визначена залежність міцності КК від температури Т при певних значеннях сурми s, одержали значення в Gn(s,T) інших крапках відмінних від T=Ti; i=0,5 застосовували интерполярний багаточлен Лагранжа G(si,Tk), взявши як вузли інтерполяції значення температури Т=Тк, к=0,1,2,3,4,5; де T0 =20; T1 =50; T2=100; T3=150; T4=200; T5=250. G(s,20), G(s,50), G(s,100), G(s,150), G(s,200), G(s,250) при s=sк, к=0,5; тут s0= 0; s1=1; s2= 1,5; s3=2; s4= 2,5.
(11)