Исследование упруго-пластических свойств кожевенного полуфабриката

Технологические процессы кожевенного производства тесно взаимосвязаны, поэтому эффект каждой операции зависит от режимов других операций. Так, жидкостные партионные процессы чередуются с поштучными механическими операциями. Механические операции имеют различное назначение и в зависимости от устройства, сырые шкуры, голье или полуфабрикат обрабатывают при неподвижном состоянии или, чаще всего, при их движении. Механические операции оказывают существенное влияние на качество и выход кож по площади.

Правильное выполнение механических операций зависит от свойств промежуточного продукта (голье, хромированный полуфабрикат), которые формируются в предшествующих механическим операциям процессах [1]. Так, операциям отжима, двоения, строгания в производстве кож для верха обуви предшествует процесс дубления соединениями хрома. Качество выполнения этих операций зависит от показателей упруго-пластических свойств хромирован- ного полуфабриката: тягучесть, плотность, жесткость, гладкость лицевой поверхности, равномерность свойств по площади. Если двоение выполняется после золения, то на эффект этой операции оказывают влияние упругость и плотность золеного голья.

Интенсивная технология обработки кож для верха обуви [2, 3] предусматривает обработку пикелеванного голья дубящими составами, содержащими жирующие материалы в различных количествах. Для определения места в технологической схеме обработки кож для верха обуви нового способа дубления необходимо изучить упруго-пластические свойства хромированного полуфабриката в зависимости от свойств дубящих составов.

Целью работы является изучение процесса упруго-пластических свойств голья, хромированного полуфабриката после жидкостных операций.

Материалы и методы исследования

Основным объектом исследования являлось сырье крупного рогатого скота бычина легкая мокросоленого способа консервирования. Сырье обрабатывали по [4], включая процесс пикелевания. Дубление проводили с использованием основных соединений хрома (III) разными методами, отличающимися дубящими составами. Образцы опытных вариантов дубили в соответствии с [2, 3]. Дубящий состав 1 содержал 10%, состав 2–50% гидрофобной фазы. Образцы контрольного варианта дубления обрабатывали по методике [4]. После процессов золения, обеззоливания, пикелевания и дубления определяли упруго-пластические свойства сырья, голья и полуфабриката на различных топографических участках: чепрак, пола, огузок, вороток. Показателями упруго-пластических свойств полуфабриката служили пластичность, относительное эластическое восстановление, мягкость. Показатель «пластичность» характеризует способность материала изменять свою форму под действием нагрузки и сохранять ее после снятия нагрузки. Материал называют мягким, если его можно сжать с приложением небольшой силы (показатель «мягкость»). Относительное эластическое восстановление характеризует способность материала восстанавливать форму после снятия нагрузки.

Определение упруго-пластических свойств голья, хромированного полуфабриката проводили на пластометре ПСМ-2 путем сжатия образца между двумя плоскопараллельными площадками под нагрузкой при нормальных условиях. Образцы для испытаний отбирали после золения, обеззоливания, пикелевания, дубления из разных топографических участков: чепрака, воротка, полы, огузка. Золение, обеззоливание, пикелевание проводили по типовой методике [4].

Образец для испытаний имел круглую форму диаметром 15 мм. Пластометр устанавливали на горизонтальной поверхности. После технологического процесса голье или полуфабрикат вынимали из рабочей ванны, давали стечь рабочему раствору с поверхности, промокали фильтровальной бумагой, вырубали образец круглой формы, определяли толщину, помещали на площадку пластометра ПСМ-2, сжимали в течение 30 с при нагрузке 1 кг, фиксировали толщину сжатого образца с точностью до 0,01 мм, снимали нагрузку, выдерживали 30 с и измеряли его толщину с точностью до 0,01 мм.

Пластичность ( Р ), мягкость ( S ), относительное эластическое восстановление ( R ) в безразмерных единицах определяли по формулам (1), (2), (3) соответственно:

р = H 0 - H 2 ;                                   (1)

н о + н 1

H о - H 1 _; н о + H 1 ’

R = ^{H H} , H о - H 1

где Н0 – начальная толщина образца, мм; Н1 – толщина сжатого образца, мм; Н2 – толщина после полного или частичного восстановления, мм.

Статистическую обработку результатов выполняли методами математической статистики. Отброс грубых ошибок выполняли по критерию Стьюдента при уровне значимости 0,05.

Результаты исследования и их обсуждение

При действии внешних сил кожа испытывает деформации, сопровождающиеся изменением сил взаимодействия между ее структурными элементами [5]. В процессе обработки кожевенное сырье подвергается воздействию различных химических реагентов, при котором происходит изменение структуры дермы и ее упруго-пластических свойств.

На рисунке 1 показано изменение пластичности различных топографических участков голья, полуфабриката после технологических процессов кожевенного производства. Изменение мягкости голья, полуфабриката показано на рисунке 2. Рисунок 3 демонстрирует изменение относительного эластического восстановления после снятия нагрузки с образцов голья, хромированного полуфабриката, отобранных из разных топографических участков.

Рис. 1. Изменение пластичности ( P ) голья и полуфабриката по топографическим участкам после технологических процессов

Из рисунка 1 видно, что после золения пластичность голья в плотных участках огузка, чепрака низкая. Пластичность полы ожидаемо выше, чем чепрака и огузка из-за различия в строении структуры. Низкая пластичность голья после золения связана с появлением упругих свойств в результате дополнительного обводнения дермы под действием щелочных реагентов. В результате опадания нажора после обеззоливания пластичность и мягкость всех топографических участков голья увеличиваются: чепрака – до 0,13, огузка – до 0,16, воротка и полы соответственно до 0,18 и 0,19. При пикелевании происходит дополнительное разрыхление структуры дермы, что приводит к еще большему увеличению этих показателей, причем разница в значении этих показателей для чепрака, огузка и полы становится незначительной – 0,21–0,22. Повышение пластичности после пикелевания происходит также из-за обезвоживания дермы, сопровождающейся уменьшением диаметров пучков волокон и увеличением межпучкового пространства. Пластичность воротка после пикелевания практически не изменилась, вероятно, на разброс данных влияют наличие складок и борушистость.

Результатом дубления является упрочнение пространственной структуры основного белка шкуры коллагена за счет образования поперечных связей, поэтому пластичность образцов уменьшилась.

Анализ мягкости образцов из разных топографических участков показал, что этот показатель находится в тесной взаимосвязи с показателем «пластичность» (рис. 2). Коэффициент корреляции этих величин после золения равен 0,99, обеззоливания – 0,93, пикелевания – 0,7, дубления – 0,9.

Рис. 2. Изменение мягкости ( S ) голья, полуфабриката по топографическим участкам после технологических процессов

Изменение показателя «относительное эластическое восстановление» обратно пропорционально значениям пластичности и мягкости: при повышении пластичности после обеззоливания и пикелевания этот показатель, наоборот, уменьшается (рис. 3).

0,70

0,60

0,50

0,40

0,30

0,20

0,10

0,00

Огузок

Чепрак

Вороток

Пола

Рис. 3. Относительное эластическое восстановление ( R ) голья и полуфабриката по топографическим участкам после технологических процессов

Так, после золения относительное эластическое восстановление чепрака и огузка равно соответственно 0,45 и 0,49, после обеззоливания – 0,33 и 0,35, после пикелевания – 0,22 и 0,25. Для воротка этот показатель практически не изменяется, для полы изменения этого показателя после золения и обеззоливания находятся в пределах ошибки опыта, после пикелевания относительное эластическое восстановление равно 0,29. Из рисунка 3 видно, что в результате формирования и укрепления пространственной структуры дермы под действием дубителя образцы приобрели способность восстанавливать форму после снятия нагрузки.

Таким образом, полученные данные по изменению упруго-пластических свойств голья, полуфабриката вполне согласуются с известными данными по изменению структуры голья в различных технологических процессах [6]. Из корреляционного анализа видно, что показатели упруго-пластических свойств воротка слабо связаны с этими показателями чепрака, огузка и полы (табл. 1). Вероятно, это зависит от неравномерного строения воротковой части как по толщине, так и по площади. Поэтому исследования по влиянию способа дубления на упруго-пластические свойства хромированного полуфабриката проводили на образцах из чепрачной части.

Таблица 1

Результаты корреляционного анализа

Пластичность ( Р )
	Чепрак	Вороток	Пола	Огузок
Чепрак	1	0,30	0,99	0,98
Вороток		1	0,48	0,04
Пола			1	1,00
Огузок				1
Мягкость ( S)
	Чепрак	Вороток	Пола	Огузок
Чепрак	1	0,52	0,75	0,97
Вороток		1	0,80	0,70
Пола			1	0,95
Огузок				1
Относительное эластическое восстановление ( R )
	Чепрак	Вороток	Пола	Огузок
Чепрак	1	0,84	0,91	1,00
Вороток			0,85	-0,81
Пола				0,58
Огузок				1

Известно, что после дубления соединениями хрома в производстве кож хромового дубления выполняются механические операции – отжим, двоение, строгание. Большое значение для правильного выполнения этих операций имеют упруго-пластические свойства полуфабриката [1]. Пластичность и мягкость образцов контрольного варианта была принята за базовую, так как дубление выполняли по обычной методике без использования в дубящем составе гидрофобных материалов.

Разработанные способы дубления, совмещенные с жированием, предусматривают использование дубящих составов с различным содержанием гидрофобной фазы, что может затруднить процесс строгания. Образцы пикелеванного голья, отобранные по методу асимметрической бахромы из чепрачной части, подвергали дублению составами, отличающимися содержанием гидрофобной фазы.

После дубления и пролежки (12 ч) определяли пластичность - P , мягкость - S, проводили органолептическую оценку поверхности хромированного полуфабриката (табл. 2).

Таблица 2

Пластичность ( P ), относительное эластическое восстановление ( R ), термостойкость хромированного полуфабриката после дубления дубящими составами в зависимости от содержания в них гидрофобной фазы

Содержание гидрофобной фазы,%	Пластичность (P)	Относительное эластическое восстановление ( R)	Температура сваривания, 0С
0	0,13	0,87	108
10	0,15	0,81	110
50	0,29	0,77	107

Из таблицы 2 видно, что с увеличением содержания гидрофобной фазы хромированный полуфабрикат становится пластичнее почти в два раза – от 0,13 при дублении без гидрофобной фазы до 0,29 при дублении дубящим составом, содержащим 50% гидрофобной фазы. При содержании гидрофобной фазы в количестве 10% пластичность равна 0,15, при этом разница между контрольным и опытным вариантом находится в пределах ошибки опыта. Жировые вещества в дубящем составе, перешедшие в дерму, способствуют увеличению подвижности коллагеновых волокон, поэтому пластичность увеличилась. Причем, чем больше жира, тем больше величина пластичности.

Образование прочной пространственной структуры дермы в процессе дубления увеличивает способность полуфабриката восстанавливаться после снятия нагрузки. Опыты показали, что на величину относительного эластического восстановления ( R ) не влияет дубящий состав. Вероятно, доминирующим фактором, влияющим на величину этого показателя, является наличие пространственной структуры.

По органолептической оценке, полуфабрикат, дубленный составом, содержащим 50% гидрофобной фазы, на ощупь мягкий, поверхность гладкая и скользкая. Полуфабрикат, дубленный составом, содержащим 10% гидрофобной фазы, по органолептическим свойствам приближается к полуфабрикату, дубленному по обычной методике.

Заключение

Исследованы упруго-пластические свойства голья после процессов золения, обеззоливания, пикелевания, хромированного полуфабриката после дубления с помощью пластометра ПСМ-2. Определены количественные характеристики показателей упруго-пластических свойств различных топографических участков шкуры: пластичность, мягкость, относительное эластическое восстановление. По результатам корреляционного анализа установлено, что упруго-пластические свойства воротковой части шкуры слабо связаны с показателями чепрака, полы и огузка.

Изучено влияние способа дубления на упруго-пластические свойства чепрачной части шкуры. Показано, что после дубления в дубящем составе с содержанием гидрофобной части 10% пластичность хромированного полуфабриката практически не отличается от этих показателей контрольного варианта (базовый), что свидетельствует о возможности выполнения механических операций, например, строгания после дубления таким составом. После дубления в составе, содержащем 50% гидрофобной части, выполнение механических операций будет затруднительно, так как полуфабрикат обладает повышенной пластичностью, существенно отличающейся от образцов контрольного варианта. Следовательно, включение процесса дубления, совмещенного с жированием в технологическую схему выполнения жидкостных процессов возможно при условии содержания в дубящем составе гидрофобной части до10%.