В чем отличие эксплуатационных требований к стелечным и подошвенным материалам, какими показателями свойств оцениваются эксплуатационные требования к этим материалам, как они определяются и от чего зависят?
Основными эксплуатационными требованиями к подошвенным материалам являются высокое сопротивление истиранию, трению, раздиру, многократному изгибу, циклическому растяжению, водонепроницаемость, хорошее сцепление с грунтом, твердость, амортизационная способность, низкая масса при повышенной толщине. Подошвенные материалы могут иметь и невысокие гигиенические свойства, т.к. между стопой и подошвой находится несколько слоев различных материалов, в том числе и непроницаемых для потовыделений стопы.
Истирание – это изнашивание поверхностного слоя материалов в результате внешнего трения, сопровождающееся существенной потерей массы материала. Фактическое истирание идет от силы трения скольжения, качения и за счет среза частицами подошвы. Сила трения зависит от отношения двух поверхностей между собой, которое характеризуется коэффициентом трения, который увеличивается с увеличением влажности материала..
Для испытания подошвенных кож, резин, термореактопластов и других материалов применяется прибор типа Грассели УкрНИИК. В качестве истирающего материала используется наждачная бумага. Расчет истираемости ведется по формуле:И = ΔV / W [см³ / кВт*ч]где ΔV = (q1 – q2) / r – объем истертого материала;q1 – вес пары образцов до истирания, гр.;q2 – вес пары образцов после истирания;r – плотность истираемого материала, г / см³.
Для испытания подошвенных кож применяется прибор Позняка. В качестве истирающего материала используется кварцевый песок или грунт. Образец – влажный. Сопротивление истиранию определяют по потере толщины кожи и характеризуют числом часов, необходимых для истирания 1мм образца. Прибор почти полностью воспроизводит условия носки обуви (давление, влажность, движение стопы).
Износ подошвенной кожи зависит от ее свойств: метода дубления, количества наполнителей и жирующих веществ, твердости, пористости, содержания влаги. Износостойкость кожаных подошв тем выше, чем выше угол переплетения
волокон в коже, чем меньше влажность кожи. Наполнители вводят для повышения пластичности кожи, что ухудшает ее упругость, а значит износостойкость.
Изгиб обуви в основном зависит от жесткости стельки, простилки и подошвы. Эти детали должны быть стойкими к многократному изгибу. Характеристикой поведения материалов при изгибе является изгибная жесткость. Жесткостью материала называют его способность сопротивляться изменению формы под действием внешней силы. Определяется жесткость при изгибе по формуле:Дизг = Еу * I [Н] I – момент инерции. I = ba³ / 12, Еу – условный модуль упругости.
Жесткость подошвенных и стелечных материалов определяют по методу «балки». При методе «балки» образец устанавливают на две опоры, усилия прилагают посередине и определяют стрелу прогиба h, мм, при нагрузке Р по зависимости: h = Pl² / 4Еуab³, мм l – длина образца; b – ширина образца.
Свойства резин при изгибе определяются несколько иным способом, чем для других материалов. Используется прибор Торренса, который имеет подвижную часть – ротор, который разбит на секторы. В каждый сектор вставляется образец. При вращении ротора образцы будут изгибаться и разгибаться. Если после испытания в течение 1 часа (30 тыс. изгибов) на материале не обнаружено трещин, то он устойчив к многократному изгибу.
Увлажнение кожи уменьшает устойчивость к многократному изгибу, т.к. оно значительно снижает ее прочность и тягучесть. Также влияют на сопротивление кожи многократному изгибу потовыделения стопы человека. Действие пота, вызывающее раздубливание кожи и способствующее развитию бактерий, разрушающих кожу, снижает устойчивость кожи к многократному изгибу в 2-3 раза. Кожи имеют высокую устойчивость при пониженных температурах.
Твердость определяется двумя методами: на твердомере ТМ-2 вдавливанием иглы (твердость по Шору) и на твердомере ТШМ-2 вдавливанием шарика (твердость по Джонсу). На ТМ-2 твердость определяется в условных единицах, причем за 100 усл. ед. принимается твердость стекла. Твердость определяется усилием, затраченным на вдавливание иглы в материал. Полный уход иглы составляет 100 отн.усл.ед. Это неразрушающий и быстрый метод.
На приборе ТШМ-2 твердость измеряют на шариковом твердомере и получают показатели в МПа. Характеристикой твердости кожи служит нагрузка, необходимая для вдавливания металлического шарика в кожу на 1/3 ее толщины. Твердость определяется: Н = Р / πdh [Па] Р – нагрузка, равная 1 Дан; d – диаметр шарика;h – глубина вдавливания шарика, которая равна 1/3h0, где h0 – толщина материала.
Амортизационная способность низа обуви – это уменьшение ударных динамических нагрузок. Для оценки амортизационных свойств используют копер. Груз свободно по штоку опускается, падает на закрепленный образец с высоты 1м. По высоте отскока груза судят об амортизационных свойствах материала. В обуви лучшее сочетание материалов кожа + резина, чем каждый из них по отдельности.
Материалы для основных стелек должны быть устойчивы к циклическому сжатию, многократному изгибу, истиранию во влажном состоянии, расслаиванию, хорошо поглощать влаговыделения стопы и легко отдавать их при сушке, т.е. материал стельки должен быть гидрофильным, должен обладать большой влагоемкостью, гигроскопичностью, минимальным временем влагоотдачи. Для обеспечения хорошего приформовывания к стопе материал стельки должен быть мягким и пластичным. При хорошем приформовывании давление стопы рассредотачивается на большую площадь стельки, что удлиняет срок носки обуви. Материал стельки не должен разрушаться при контакте с механическими крепителями.
Гидрофильность – это способность материала смачиваться водой, а не смачиваются водой гидрофобные материалы. Зависит от поверхности материала. Кожа, картон – гидрофильны; резины, ТЭП – гидрофобны.
Влагоемкость – количество влаги, установившееся в образце после намокания в течение двух часов. W = ((q2 - q0) / q0) * 100% q2 – вес мокрого образца (после намокания в течение двух часов); q0 – вес абсолютно-сухого образца. q0 = (q1(100 – w)) / 100
w – влажность образца в воздушно-сухом состоянии.
Влагоемкость зависит от объема крупных капилляров и пор материала, т.е. от их диаметра и их количества, а также от гидрофильности материала.
Намокаемость – способность материала впитывать воду в течение двух часов. Намокаемость обеспечивает гигиенические свойства (потовпитываемость) и поэтому является желательной. Н = ((q2 – q1) / q1) * 100%
q1 – вес воздушно-сухого образца (воздушно-сухое состояние - это состояние образца при нормальных условиях). Намокаемость зависит от плотности волокнистого строения кожи, гидрофильности и системы пор. W > Н W = Н, когда они = 0, а это тогда, когда материалы гидрофобны.
Гигроскопичность – способность материала впитывать влагу из воздуха. Гигроскопичность определяют в % по увеличению массы образца,
выдержанного при относительной влажности воздуха 100% в течение 16ч. при t = 20С, отнесенной к его первоначальной массе: Г = ((q2 – q1) / q1) * 100% q1 – вес образца до увлажнения; q2 – вес увлажненного материала.
Гигроскопичность зависит от наличия пор в структуре материала и от степени гидрофильности.
Влагоотдача измеряется количеством влаги, отданной увлажненным образцом после его высушивания при определенных условиях. Характеризует десорбционную способность материала.
Сжатие. Предел прочности при сжатии кожи зависит от многих факторов. Увлажнение кожи резко снижает предел прочности при сжатии. Предел прочности возрастает с увеличением содержания гольевого вещества и плотности волокнистой структуры. Увеличение толщины кожи снижает ее предел прочности при сжатии. Деформация сжатия определяется: εсж = ((b – b') / b) * 100% b – толщина материала до сжатия, мм; b' – толщина материала в момент сжатия.
Опорная жесткость: Д = Р / Δbобщ [Дан] Р – нагрузка сжатия, Дан; Δbобщ – абсолютное сжатие при действии нагрузки Р, мм.
Чем меньше Д, тем легче приформовывается материал к стопе. Приформовываемость характеризуется также показателем Δbост (остаточная деформация при сжатии). Этот показатель очень важен для стелечных материалов. Чтобы стопа выработала свое ложе в стельке, Δbост должен быть довольно большим.
Сопротивление расслаиванию для картонов многослойного отлива характеризует их эксплуатационные свойства, т.к. при недостаточной проклейке при носке может происходить расслаивание материала по слоям, т.к. стелька работает в обуви при изгибе системы низа на сжатие. Расслаиваемость определяется: R = P / F [кН / см²]
В процессе носки стельки, особенно из картона многослойного отлива, истираются (скатываются) с поверхности, обращенной к стопе. Метод определения сопротивления картонов скатыванию после 24 ч. намокания в воде хорошо отображает их износостойкость. При этом нормируется величина потери толщины образца в пересчете на толщину сухого картона. (В сухом состоянии картоны практически не скатываются). И = ((а1 – а2) / а1) * 100% а1 и а2 – толщина до и после истирания.
Скатываемость зависит от коэффициента мокростойкости: чем ниже коэффициент мокростойкости, тем быстрее скатывается картон. Также зависит от влажности.