4. Влияние влажности на физико-механические свойства кожи

С изменением влажности кожи изменяются ее размеры, вес, предел прочности при растяжении, упруго-пластические и другие свойства. Изменение размеров кожи происходит при сорбировании влаги (адсорбционной и капиллярной) из воздуха, при дальнейшем поглощении влаги (влаги намокания) размеры кожи не меняются, т. е. размеры кожи, как и ее влажность, зависят от относительной влажности окружающего воздуха.

Аналогично сорбционному гистерезису наблюдается гистерезис в изменении размеров кожи. На рис. 86 показано изменение площадей образцов кож хромового и танидного дубления при сорбции и десорбции. Наибольший гистерезис в размере площадей происходит при относительной влажности воздуха 50-60%.

Рис. 86. Гистерезис площади кож: 1 - хромового дубления; 2 - танидного дубления

Изменение размеров кож хромового дубления в зависимости от влажности более значительно, чем размеров кож танидного дубления. На устойчивость размеров кожи влияет продолжительность ее хранения: повторные циклы увлажнения и сушки дают необратимые изменения размеров свежевыдубленных кож хромового дубления; размеры кож, хранившихся в течение 8 мес. после дубления, обратимы.^* Необратимые усадки кожи связаны с режимами сушки: чем выше температура и ниже относительная влажность воздуха, тем больше необратимая усадка кожи.

^* (Кавказов Ю. Л. Взаимодействие кожи с влагой. Гизлегпром, 1952,стр. 178.)

Рис. 87. Кривая изменения площади образца опойка хромового дубления

Изменение размеров кожи в течение всего процесса сушки до равновесного состояния не пропорционально количеству удаляемой влаги. Изменения линейных размеров и площади образцов кож хромового и танидного дубления показаны на рис. 87 и 88. При удалении влаги до 60-70% (в пересчете на вес абсолютно сухого материала) изменения размеров образцов почти не наблюдается; максимальные изменения размеров происходят при удалении влаги ниже чем 20%. С увеличением влажности повышается предел прочности при растяжении и удлинение при разрыве кож танидного и хромтанидного дубления; удлинение при напряжении 1 ^кГ/_мм² растет для кож всех видов, модуль упругости снижается, повышаются пластические свойства. Наибольшие изменения в коже при повышении влажности происходят при массовой капиллярной конденсации, т. е. в момент равновесия с воздухом при относительной влажности 97%; влага намокания значительного влияния уже не оказывает и для многих операций является балластной.

Изменение во времени напряжения в растянутых образцах кож (по М. А. Файбишенко)

Предварительное увлажнение кожи перед шпилькованием и винчением увеличивает прочность держания шпильки и винта в высушенной коже. Максимальное увеличение прочности держания наблюдается при сорбировании влаги из воздуха; дополнительное увлажнение кожи намоканием не увеличивает прочности держания.

Изменение остаточного (минимального) напряжения и остаточного удлинения^* образцов кож при растяжении и хранении после растяжения (по М. А. Файбишенко)

^* (Остаточное удлинение для образцов опойка и яловки дано через 5 суток хранения, для образцов юфти - через год.)

При сжатии увеличение степени влажности кожи вызывает снижение временного сопротивления разрушению, увеличение остаточной деформации для кож танидного и хоомтанидного дубления кож танидного и хромтанидного дубления и снижение - для кож хромового дубления. Особенно сильно изменяются свойства кож при сжатии с увеличением влажности до 18%.

Рис. 88. Кривые изменения линейных размеров кож при сушке: 1 - яловка хромового дубления; 2 - яловка танидного дубления

Повышение влажности при формовании кожи растяжением приводит к снижению усилий при деформации, увеличению коэффициента поперечного сокращения, росту удлинений при различных напряжениях, увеличению предела прочности при растяжении, повышению запаса прочности и способствует уменьшению напряжения во времени при постоянной величине деформации (релаксация напряжения), что повышает пластичность кожи.

В таблице, помещенной ранее, указано изменение напряжений в образцах опойка хромового дубления, растянутого на 30%, яловки хромового и танидного дубления, растянутых на 20% первоначальной длины и выдержанных в течение 7 и 24 ч в комнатных условиях.

Рис. 89. Кривые релаксации образцов опойка хромового дубления при различной начальной влажности: 1 - 20%; 2 - 40%; 3 - 60%; 4 - 100%

На рис. 89 показаны кривые релаксации для образцов опойка хромового Дубления. Остаточные напряжения в образцах кож вследствие релаксации напряжения снижаются с увеличением влажности более значительно, чем начальные напряжения. Остаточные удлинения после деформации зависят от остаточных напряжений: остаточное удлинение тем больше, чем меньше остаточные (минимальные) напряжения и больше начальная влажность кожи. Изменение остаточного удлинения в образцах различных кож в зависимости от начальной влажности и остаточного напряжения приведено в таблице и на рис. 90.

Рис. 90. Кривая изменения остаточного удлинения в образцах опойка хромового дубления в зависимости от начальной влажности

Повышение начальной влажности кожи до 40% (в пересчете на вес абсолютно сухой кожи) особенно эффективно, увеличение же влажности кожи выше 60% мало изменяет указанные выше свойства.

Явление релаксации во влажных кожах широко используется в кожевенной и обувной промышленности. Многократные растяжения кожи в процессе производства, сушка в растянутом состоянии благодаря большому спаду напряжений в коже дают возможность увеличить выход площади кожи и изменять ее механические свойства в нужном направлении.

Явление релаксации в затянутых на колодках заготовках способствует сохранению формы обуви. При формовании обуви происходит спад напряжений в растянутой коже, при сушке обуви в заготовке растут напряжения, так как кожа стремится сократить свои размеры. Рост напряжений, как и усадка кожи, связан с режимом сушки обуви.

Рис. 91. Кривая изменения напряжения при растяжении и сушке инфракрасными лучами воздушно-сухого образца юфти хромтанидного дубления (сплошная линия - естественная сушка, пунктирная - сушка инфракрасными лучами)

Повышение температуры при сушке вносит существенные изменения в процесс релаксации растянутой кожи. Изменение напряжений при растяжении и сушке инфранагрев растянутых образцов растяжении и сушке инфракрасными лучами иллюстрируют рис. 91 и 92. Нагрев растянутых образцов кожи как воздушносухих, так и влажных сопровождается резким повышением скорости релаксации. В течение 15 мин нагрева инфракрасными лучами напряжения снижаются до минимальных значений (65% от начального напряжения при растяжении воздушносухих образцов и 50% - влажных) и затем возрастают тем больше, чем выше начальная влажность кожи. На обеих кривых при сушке наблюдаются зоны постоянного напряжения. После прекращения нагрева напряжения снижаются. Незначительное повышение напряжения в момент прекращения нагрева свидетельствует о термическом расширении кожи.

Рис. 92. Кривая изменения напряжения при растяжении и сушке инфракрасными лучами увлажненного образца юфти хромтанидного дубления

Резкий спад напряжений при сушке свидетельствует о том, что сушка увлажненных и не увлажненных заготовок повышает формоустойчивость обуви.

Зона постоянного напряжения при сушке показывает, что для формования следует использовать лишь активный участок прогрева (влияющий на изменение напряжения), а время сушки за счет зоны постоянного напряжения можно сократить.

Формоустойчивость обуви, подвергающейся сушке при повышенных температурах, в отличие от сушки в естественных условиях не зависит от времени сушки и выдержки на колодках, а определяется минимальными и максимальными напряжениями.

Наряду с изменениями механических свойств при увеличении влажности кожи повышается ее электропроводность, электрическая проницаемость и теплопроводность, понижается термоустойчивость.