Исследование зависимости прочности клеевых соединений от технологических параметров склеивания при изготовлении верхней одежды

где n -- количество проб, отбираемое для определения прочности связи между слоями материала в одном направлении;

с -- количество слоев в материале.

Для проведения испытания применяется разрывная машина, обеспечивающая измерение нагрузки с относительной погрешностью ± 1 % и скорость перемещения подвижного зажима (300±10) мм/мин.

Каждую пробу по длине размечают на участки: первый -- (50±1) мм, второй-- (80±1) мм. Первый участок предварительно расслаивают вручную.

Первоначальное расстояние между зажимами устанавливают -- (50±5) мм. Пробы закрепляют в зажимы разрывной машины: в не подвижный (верхний) зажим -- основу или слой с меньшим удлинением, в подвижный (нижний) -- покрытие или слой (слон) с большим удлинением. Расслаивание пробы проводят до конца второго участка. При испытании определяют не менее десяти значений нагрузки по шкале нагрузок или по диаграмме "нагрузка -- перемещение подвижного зажима" (рисунок 1.18).

Рисунок 1.18 - Диаграмма расслоения

Прочность связи между слоями пробы (X) Н/мм вычисляют по формуле:

, (1.30)

где Р -- средняя нагрузка расслаивания пробы, Н;

В-- номинальная ширина пробы, мм

Среднюю нагрузку расслаивания пробы (Р) определяют:

- из десяти показаний шкалы нагрузок разрывной машины, снятых через каждые 10 мм шкалы удлинения;

- если записывается диаграмма расслаивания, участок оси абсцисс диаграммы делят на 10 частей и определяют десять значений нагрузки. Начальный участок на диаграмме, где отмечено нарастание нагрузки при расслаивании, не учитывают [12].

ГОСТ 30548-97 Полотна нетканые (подоснова) для линолеума. Методы испытаний [13]. Стандарт распространяется на нетканые иглопробивные, нитепрошивные, холстопрошивные, клееные, термоскрепленные и комбинированные полотна для линолеума (подоснову) и устанавливает методы определения ряда показателей, в т.ч. прочности при расслаивании.

В качестве средства испытания используется: машина разрывная, обеспечивающая: величину силы, измеряемой маятниковым силоизмерителем в пределах от 20 до 85 % предельного значения шкалы; измерение силы инерционным силоизмерителем с погрешностью не более ±1 % измеряемой величины; постоянную скорость перемещения подвижного захвата (100±10) мм/мин.

От каждого рулона, удовлетворяющего требованиям к внешнему виду и линейным размерам, на расстоянии не менее 1,5 м от конца полотна по всей его ширине отрезают острыми ножницами точечные пробы в виде отрезков площадью не менее 0,6 м2. Прочность при расслаивании полотна в рулоне определяют на элементарных пробах размерами [(15х200)±2] мм, вырезанных по пять из одной точечной пробы в продольном и поперечном направлениях по всей ширине полотна в шахматном порядке.

Измеряют ширину b1, каждой элементарной пробы. По длине пробы размечают четыре участка в соответствии с рисунком 1.19.

Рисунок 1.19 - Размеченные пробы

На третьем участке, являющимся рабочим, отмечают десять точек, расположенных на расстоянии (10±2) мм одна от другой. Расслаивают вручную первый и второй участки элементарной пробы. Свободные концы элементарной пробы заправляют в зажимы разрывной машины и производят расслаивание до конца третьего участка.

Значение силы при расслаивании каждой элементарной пробы снимают со шкалы прибора по 10 точкам последовательного расслаивания третьего участка.

Прочность при расслаивании Р0, сН/см, вычисляют по формуле:

, (1.31)

где b1 -- ширина элементарной пробы, см;

Р -- сила, сН, вычисляемая по формуле

, (1.32)

где Рi -- сила в i-й точке расслаивания, сН.

За величину прочности при расслаивании полотна в рулоне принимают среднеарифметическое значение результатов испытания элементарных проб соответственно в продольном и поперечном направлениях. Результат округляют до 1 сН/см [13].

ГОСТ 30019.3-93 Застежка текстильная. Метод определения прочности расслаивания [14]. Стандарт распространяется на текстильную застежку и устанавливает метод определения прочности расслаивания. Сущность метода заключается в измерении усилия расслаивания застежки и вычислении удельного усилия расслаивания.

Для проведения испытания применяют разрывную машину с погрешностью измерения не более 0,2 Н и скоростью движения нижнего зажима -- (100±10) мм/мин.

Элементарную пробу заправляют в зажимы разрывной машин (рисунок 1.20) по все ширине симметрично нулевой разметки зажима. Свободные участки петельной и крючковой лент заправляют соответственно в верхний и нижний зажимы. Элементарную пробу подвергают расслаиванию на участке длиной (5,0±0,1) см.

Усилие расслаивания каждой элементарной пробы Q, в Н, определяется:

На разрывной машине, снабженной устройством, регистрирующим работу расслаивания вычисляют по формуле:

, (1.33)

где Аj--средняя работа расслаивания, Н·см;

L -- длина участка элементарной пробы, подвергающегося расслаиванию, равная 5.0 см.

На разрывной машине, снабженной устройством для записи диаграммы расслаивания (рисунок 1.21), вычисляют по формуле:

, (1.34)

где Qi - i-тое значение усилия по диаграмме расслаивания или снятое по шкале нагрузок, Н, одной элементарной пробы;

n - число точек на диаграмме расслаивания, для которых определяется значение усилия, или показаний, снятых со шкалы нагрузок.

1 - верхний зажим, 2 - петельная лента, 3 - крючковая лента, 4 - нижний зажим

Рисунок 1.20 - Заправка элементарной пробы в зажимы разрывной машины

Рисунок 1.21 - Диаграмма расслаивания

Удельное усилие расслаивания каждой элементарной пробы (Рр), Н/см, определяют по формуле:

, (1.35)

где b -- ширина рабочей части застежки, ем, определяемая по ГОСТ 30019.4

ГОСТ 28832-90 Материалы прокладочные с термоклеевым покрытием. Метод определения прочности склеивания [15]. Стандарт распространяется на прокладочные материалы с дискретным или сплошным термопластическим полимерным покрытием, предназначенные для швейных изделий, и устанавливает метод определения прочности склеивания прокладочного материала с контрольным материалом. Сущность метода заключается в определении нагрузки при расслаивании склейки, полученной термосклеиванием прокладочного и контрольного материала при заданных условиях температуры, давления, увлажнения и времени термосклеивания.

Порядок отбора и количество точечных проб установлено в технических нормативных правовых актах на прокладочные материалы, но число проб не должно быть меньше четырех. Допускается ширину пробы доводить до 30 мм удалением нитей по длине пробы с обеих сторон.

Из контрольного материала на расстоянии не менее 50 мм от кромки в продольном направлении вырезают две полоски: одну - для термосклеивания с прокладочным материалом длиной (150±2) мм, шириной (35±1) мм; вторую - для увлажнения в случае использования при испытании режима термосклеивания с увлажнением длиной 78-79 мм, шириной (30±1) мм. Количество указанных полосок контрольного материала должно соответствовать количеству проб.

На пробах прокладочного материала от края отмечают участок, равный (40±1) мм, не подлежащий термосклеиванию.

Перед термосклеиванием пробы и полоски контрольного материала выдерживают в лабораторных условиях не менее 16 часов и кондиционируют не менее 3 часов.

Пробу прокладочного материала совмещают со стороны термопластичного полимерного покрытия с лицевой стороной полоски контрольного материала по отметкам середины ширины и при достижении заданной температуры накладывают на матрицу пресс-формы (на нижнюю часть пресса). При режиме термосклеивания с увлажнением непосредственно перед размещением элементарной пробы с контрольным материалом в пресс-форме (в прессе) на нее накладывают лицевой стороной увлажненную полоску. Полоску, предназначенную для увлажнения, используют сразу после ее погружение в дистиллированную воду и свободного стекания капель воды. Включают разрывную машину, смыкают пуансон с матрицей и нагружают пресс-форму до заданной нагрузки (P') в Н (кгс), значение которой вычисляется по формуле:

P'=2400.p, Н(240.p, кгс), (1.36)

При достижении заданной нагрузки начинают отсчет времени по секундомеру. По истечении времени термосклеивания склейку элементарной пробы прокладочного материала с полоской контрольного материала вынимают из пресс-формы и выдерживают не менее 3 часов в условиях кондиционирования. Определяют среднюю нагрузку расслаивания пробы Р в Ньютонах (Н). Нагрузку вычисляют из 50% самых низких значений пиков нагрузки, которые определяют на центральном участке, составляющем 50% от общей длины диаграммы расслаивания; начальный участок на диаграмме, где отмечено нарастание нагрузки при расслаивании не учитывают (рисунок 1.22).

Рисунок 1.22 - Диаграмма расслаивания

Нагрузку вычисляют из десяти показаний шкалы нагрузок разрывной машины, снятых через 10 мм шкалы удлинения. Прочность склеивания (R) в килоньютонах на метр (кН/м) вычисляют по формуле:

, (1.37)

где Р-- средняя нагрузка расслаивания в Н.

За окончательный результат испытания принимают среднее арифметическое значение результатов испытаний всех элементарных проб, округление до 0,01 кН/м [15].

Проанализировав методики и оборудования для проведения испытаний на прочность клеевых соединений видно, что во всех методах используется угол расслоения равный 180?, кроме ГОСТ 28966.2-91. Но угол расслоения по этому стандарту точно не регламентирован.

Практически во всех методах предлагается использовать скорость расслоения от 100 до 300 мм/мин за исключением трех стандартов.

Размеров образцов во всех методах выбираются различные габариты.

Наиболее подходящими по свойствам исследуемых материалов являются три стандарта: ГОСТ 6768-75 (Резина и прорезиненная ткань. Метод определения прочности связи между слоями при расслоении (ширина образца 25 мм), ГОСТ 28832-90 (Материалы прокладочные с термоклеевым покрытием. Метод определения прочности склеивания (ширина образца 30 мм) и ГОСТ 28966.2-91 (Клеи поилмерные. Метод определения прочности при отслаивании (ширина образца 15 мм). Во всех случаях, регламентируется использование разрывной машины с различными приспособлениями, что сопряжено с определенными неудобствами, начиная от высокой стоимости оборудования и его обслуживания и невозможностью использования испытаний непосредственно в цеху, в процессе производства.

2. Исследование влияния технологических параметров на прочность клеевого соединения

Определения прочности склеивания клеевых соединений осуществлялось на разрывной машине по ГОСТ 28832-90 "Материалы прокладочные с термоклеевым покрытием. Метод определения прочности склеивания". Сущность метода состояла в определении нагрузки при расслаивании склейки, полученной термосклеиванием прокладочного материала и материала верха при заданных температуре, давлении и времени термосклеивания. Данная методика детально описана в подразделе 1.2.

2.1 Исследование влияния температуры дублирования на прочность клеевых соединений

В исследовании использовались три пакета материалов:

- в качестве материала верха - ткань пальтовая: светлая артикул С227 (полушерстяная), поверхностная плотность 280 г/м2; черная артикул С 206 ИА (шерсть и полиакрилонитрильное волокно), поверхностная плотность 360 г/м2; черная артикул 3326 (шерсть и полиакрилонитрильное волокно), поверхностная плотность 380 г/м2;

- в качестве прокладки - термоклеевой материал: артикул R 161; артикул 512 00 30; артикул 81040. Клеевое покрытие - полиамидное.

Общее правило, которым руководствуются при выборе температуры дублирования, следующее: Тгреющ. пов.>Тпл. клея+ (10-15?C).

При этом температура плавления клея (таблица 2.1) не должна превышать температуры термостойкости, которая определяется по температуре разложения, размягчения, плавления волокон или потери их прочности (таблица 2.2) [17].

Таблица 2.1 - Характеристики клеёв

Таблица 2.1 - Температурные характеристики волокон

В нашем случае: Тгеющ. пов.>120-125?C. Дублирование осуществлялось на прессе "Certus" фирмы "Каннегиссер" (Германия). Время дублирования - 12,4 секунд, давление - 30 Н/см2. Температура (верхняя плита/нижняя плита пресса) изменялась от 130/135 до 140/145?C. Прочность клеевого соединения продублированных образцов определялось по ГОСТ 28832-90. Результаты испытаний прочности клеевых соединений продублированных образцов представлены в таблице 2.3.

Таблица 2.3 - Результаты испытаний прочности клеевых соединений продублированных образцов при изменении температурного режима

По значениям среднего усилия построена гистограмма влияния температуры дублирования на прочность клеевого соединения (рисунок 2.1).

желтым цветом отмечен первый пакет материалов (основа артикул С227,прокладочный - R161); зеленый - второй пакет материалов (основа - С 206 ИА, прокладочный - 5120030); коричневый - третий пакет материалов (основа - 3326, прокладочный - 81040).

Рисунок 2.1 - Гистограмма влияния температуры дублирования на прочность клеевого соединения

Как видно из результатов испытаний, прочность клеевого соединения возрастает с увеличением температуры, а также значительно меняется в зависимости от видов материалов. Влияние данного параметра дублирования на адгезию прокладочных материалов можно объяснить следующим образом. Вязкость клея уменьшается по мере возрастания температуры. Наивысшую способность к склеиванию (адгезию) клея приобретают в определённом диапазоне вязкости, который находится между температурой размягчения и температурой плавления и составляет 130-160?C. Ниже диапазона оптимальных температур адгезия уменьшается, клей становится слишком твёрдым. Выше диапазона оптимальных температур клей становится чересчур текучим и впитывается верхней тканью и прокладкой, прочность клеевого соединения уменьшается [17].

2.2 Исследование влияния давления дублирования на прочность клеевых соединений

В исследовании использовались аналогичные виды основного и прокладочного материала, как и в раздели 2.1

Значение давления дублирования обычно выбирают в зависимости от типа от типа дублируемых материалов. Если ткань имеет ворсовое покрытие (или рельефную поверхность) и сжатие может привести к появлению блеска, то давление при дублировании желательно уменьшить.

Большинство современных прессов, предназначенных для дублирования, обеспечены устройствами, позволяющими регулировать давление прессования от 0 до 10 Н/см2. Практически все материалы дублируют при давлении, равном 20-60 Н/см2 [3].

Дублирование исследуемых образцов осуществлялось на прессе "Certus". Параметры дублирования следующие: температура - 130/135?C, время - 12,4 секунды, давление - 20; 35, 40 Н/см2.

Результаты испытаний прочности клеевых соединений продублированных образцов в таблице 2.4.

Анализ полученных данных говорит о том, что увеличение давления ведёт к увеличению прочности склеивания. При большом усилии прессования клеевая точка сплющивается, увеличиваясь в диаметре. В результате прочность склеивания увеличивается. Но слишком большое давление может вызвать утонение пакета соединяемых материалов, выдавливание клея в структуру тканей. Всё это ведёт к ухудшению гигиенических свойств изделия.

Таблица 2.4 - Результаты испытаний прочности клеевых соединений продублированных образцов при изменении давления

По значениям среднего усилия построена гистограмма влияния давления дублирования на прочность клеевого соединения (рисунок 2.2).

желтым цветом отмечен первый пакет материалов (основа артикул С227,прокладочный - R161); зеленый - второй пакет материалов (основа - С 206 ИА, прокладочный - 5120030); коричневый - третий пакет материалов (основа - 3326, прокладочный - 81040).

Рисунок 2.2 - Гистограмма влияния давления дублирования на прочность клеевого соединения

2.3 Исследование влияния времени дублирования на прочность клеевых соединений

В исследовании использовались аналогичные виды основного и прокладочного материала как и в раздели 2.2

Дублирование осуществлялось на прессе "Certus". Параметры дублирования следующие: температура - 130/135?C, давление 30 Н/см2, время 11,4; 12,4; 13,7; секунды. Результаты испытаний прочности клеевых соединений продублированных образцов и их статистическая обработка представлены в таблице 2.4.

Таблица 2.4 - Результаты испытаний прочности клеевых соединений продублированных образцов при изменении времени воздействия на материал

По значениям среднего усилия построена гистограмма влияния времени воздействия при дублировании на прочность клеевого соединения (рисунок 2.3).

желтым цветом отмечен первый пакет материалов (основа артикул С227,прокладочный - R161); зеленый - второй пакет материалов (основа - С 206 ИА, прокладочный - 5120030); коричневый - третий пакет материалов (основа - 3326, прокладочный - 81040).

Рисунок 2.3 - Гистограмма влияния времени воздействия при дублировании на прочность клеевого соединения

Как видно из результатов исследований, прочность склеивания с увеличением времени дублирования уменьшилась. Возможно, для данного пакета материалов время дублирования, равное 11,4; 12,4; 13,7 секунды, оказалось слишком долгим. Это могло повлечь за собой перегрев клея, в итоге он расплавился бы, при этом впитался бы в прокладку, ткань стала бы жёсткой, а клеевое соединение слабым.

2.4 Исследование влияния скорости расслоения на результаты прочностных характеристик клеевого соединения

Были проведены испытания 80 образцов дублированного материала по 16 скоростям на разрывной машине РМ-3 с целью выявления влияния скорости расслоения на результаты определения прочности клеевого соединения, и выбора наиболее подходящей скорости движения подвижного зажима для разрабатываемого тестера. В качестве материала верха - ткань костюмная (шерсть 40% и полиакрилонитрильное волокно (ПАН) 60%), поверхностная плотность 280 г/м2. В качестве прокладки - нетканый термоклеевой материал, артикул 81 030 (090) 110, состав основы - полиэфир 100% , поверхностная плотность 30 г/м2, имеет полиамидное клеевое покрытие. Дублирование осуществлялось на прессе "Certus" фирмы "Каннегиссер" (Германия). Время дублирования - 13 секунд, давление - 32 Н/см2. Температура (верхняя плита/нижняя плита пресса) изменялась от 130/135

Результаты проведенных испытаний приводятся в Приложении А, на рисунке 2.4 показана тенденция изменения прочности клеевого соединения в зависимости от скорости расслоения.

Две кривые, показанные желтым и зеленым цветом, характеризуют верхний и нижний предел прикладываемой нагрузки, которая достаточно сильно изменяется в пределах испытаний.

Как видно из графика при увеличении скорости движения зажима диапазон между средним минимальным усилием расслоения Rmin.ср. и средним максимальным усилием расслоения Rmax.ср. уменьшается, при этом общее усилие расслоения увеличивается с увеличением скорости, что в принципе хорошо подтверждает общие положения теории адгезии.

Увеличение скорости разрыва приводит к упругим деформациям как к тканых материалах, так и в клеевом соединении, в результате усилие возрастает.

Рисунок 2.4 - График зависимости нагрузки в момент расслоения образца от скорости расслоения

При расслаивании клеевых соединений часть усилий затрачивается не на преодоление адгезионного взаимодействия, а на деформацию текстильных материалов (распрямление, растяжение, выдергивание волокон, нитей и пряжи).

В общем виде сопротивление А расслаиванию следует рассматривать как результирующую двух слагаемых:

А=Аад+Адеф, (2.1)

где, Аад - работа расслаивания на преодаление адгезионных сил, Н·м;

Адеф - работа деформирования компонентов клеевого соединения (клея, основной ткани, прокладочного материала), Н·м; (Адеф=55…65%А)

Усилие расслаивания зависит от скорости приложения нагрузок: с увеличением скорости оно возрастает из-за увеличения Адеф. Величина Адеф зависит от вида материалов, составляющих клеевое соединение: для трикотажных полотен, обладающих высокой растяжимостью, Адеф гораздо больше, чем для тканей [4].

В соответствии с полученными значениями, для разрабатываемого тестера рекомендуется выбрать минимальную скорость передвижения подвижного зажима. Соответственно, для гармонизации с уже действующими методиками, определяем скорость в 100 мм/мин, как наиболее часто применяемую для проведения испытаний.

В результате, к определенным основным техническим требованиям, касающихся размеров исследуемых образцов и угла расслоения, принимаем значение скорости расслоения в 100 мм/мин. Указанное требование необходимо обеспечить при проектировании тестера для экспресс оценки прочности клеевых соединений дублированных материалов при производстве верхней одежды.

2.5 Применение анализа размерностей для исследования зависимости прочности склеивания от определяющих факторов

Содержание анализа размерностей определяется одной из теорем подобия, которая называется теоремой Букингема: если какое-либо уравнение однородно относительно размерностей, то его можно преобразовать к соотношению, содержащему набор безразмерных комбинаций входящих в него величин.

Однородным относительно размерностей является уравнение, вид которого не зависит от выбора основных единиц измерения. Безразмерные комбинации представляют собой произведения или отношения величин, составленные таким образом, что в каждой комбинации размерности величин сокращаются. Безразмерные комбинации величин ценны тем, что они входят в состав изучаемой зависимости, вид которой неизвестен заранее.

Таким образом, анализ размерностей даёт возможность устанавливать некоторые черты (особенности) математической структуры уравнения, описывающего реальный процесс или состояние объекта. Он, как правило, не даёт окончательного ответа на вопрос о точной форме уравнения, но позволяет значительно прояснить такой вопрос.

Для проведения анализа размерностей исследователь должен прежде всего выявить величины, входящие в состав уравнения, отображающего изучаемую зависимость. При этом одну из них, исходя из физического смысла, выбирают в качестве функции, а остальные рассматриваются в качестве её аргументов. При отборе величин следует учитывать, что они должны иметь характер фундаментальных переменных, то есть величин, обязательно оказывающих влияние на ту из них, которая выбрана в качестве функции. Признаком того, что данная переменная может рассматриваться как фундаментальная, является её способность изменяться независимо от других переменных.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5