Вкладыш для низа обуви с использованием отходов обувной и меховой промышленности

Для предприятий обувной и меховой промышленности, решение проблемы вовлечения в производство отходов предприятий имеет практическую значимость. Это связано с тем, что сырье и материалы в себестоимости продукции составляет более 70 % и замена их вторичным сырьем повлечет за собой снижение себестоимости продукции.

Вопросы переработки и рационального использования отходов обувного и мехового производства в последние годы является крайне актуальными во всем мире. Это объясняется образованием большого количества отходов в результате производства, которые сами по себе являются ценным материалом для переработки. Значительная часть отходов ещё не нашла применения и вывозится на полигоны для захоронения, что приводит к значительным материальным потерям и загрязнению окружающей среды.

Ежегодно безвозвратно теряются десятки тысяч тонн отходов, поэтому крайне важной задачей является наиболее полное использование и переработка отходов обувного и мехового производства.

В связи с этим, целью данной работы является получение вкладыша для низа обуви на основе отходов обувной и меховой промышленности по структуре и свойствам, близким к изготовляемому в настоящее время на предприятии СООО «Белвест».

Объектом исследования является вкладыш для низа обуви на основе отходов различных производств.

Предметом исследования является физические свойства и структура вкладыша, а также наличие связи компонентов между собой.

Научная новизна работы заключается в получении вкладыша для низа обуви с использованием отходов производства со свойствами и структурой, соответствующими подобным материалам.

Анализ литературных источников показал, что в настоящее время разработана технология переработки пенополиуретановых отходов и отходов верхнего кожевенного сырья в изделие «вкладыш на низ обуви» [1, 2], известны несколько вариантов изготовления вкладыша для низа обуви.

По первому варианту вкладыш размещен в пяточной части следа и выполнен из отходов обувного производства, являющихся связующим компонентом и отходов кожи (картона, или тканых и нетканых материалов, или резиновой крошки), являющихся наполнителем [3].

По второму варианту – вкладыш для низа обуви изготовлен из отходов производства, а именно отходов искусственных кож с поливинилхлоридным или полиэфируретановым покрытием [4], взятых в следующем соотношении, мас. %: отходы искусственных кож – не менее 60; отходы обувного производства – остальное.

Сравнительный анализ вкладышей представлен в работе [5].

Известен вариант использования картона при изготовлении вкладыша для обуви метода горячей вулканизации. В качестве измельчителя использовали дробилку роторно-ножевого типа. На таком оборудовании можно осуществлять дробление отходов картона до частиц с размерами от 1 до 5 мм. Такие размеры частиц достаточны для изготовления вкладыша в обувь метода горячей вулканизации. Размолотый картон смешивали с сырой резиной в следующих сочетаниях: сырая резиновая смесь – 50–80 мас.ч.; отходы картона – 20–50 мас.ч. После формования образцов производили вулканизацию в термостате при t = 180 ± 5° C в течение 10 мин. Через сутки пролежки образцов определяли их твердость. Все значения твердости находились в пределах 70–85 усл. единиц. Было замечено, что с увеличение содержания картона твердость несколько возрастает.

РАЗРАБОТКА СОСТАВА ВКЛАДЫША

На основе анализа ингредиентов, используемых для производства изделия «вкладыш на низ обуви», выявлено, что основными из них являются связующий компонент в виде отходов обувного производства и наполнитель, в качестве которого могут выступать любые виды отходов.

В качестве связующего компонента предлагается использовать вторичное полимерное сырьё в виде отходов полиуретана производства обувных предприятий г. Витебска, представленное на рисунке 1.

Рисунок 1 – Отходы полиуретана

В качестве наполнителя для производства вкладыша предлагается использовать отходы овчины меховой и шубной, образующиеся на УПП «Витебский меховой комбинат». Такой выбор связан с тем, что в среднем за год на УПП «Витебский меховой комбинат» образуется около 80 тонн отходов производства, из которых порядка 35 % представляют собой необработанные шкуры.

Сырье данного типа включает различные группы шкур овец: тонкорунных, полутонкорунных и полугрубых и представлено на рисунке 2.

Рисунок 1 – Отходы овчины

В качестве пластификатора в составе вкладыша использовали масло индустриальное – вариант масло трансмиссионное ТМ 5-18 (TAD-17) (ТУ 0253-00371148628-2005), подвергнутое фильтрованию от различного рода включений размером более 0,5 мм. Масло способствовало снижению содержания полимера в смеси, позволяет облегчить переработку, способствует упрочнению компонентов и снижению твердости материала. Рецептурный состав вкладыша составлял 60 мас. ч. отходов овчины на 40 мас. ч.

отходов пенополиуретана (образец 1), 50 мас. ч. на 50 мас. ч. (образец 2) и 60 мас. ч. отходов пенополиуретана на 40 мас. ч. отходов овчины (образец 3).

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА

Технология получения вкладыша для низа обуви включает в себя следующие этапы: сортировка, измельчение, смешивание, гранулирование и литье. Схема технологии представлена на рисунке 3.

Рисунок 3 – Технология получения вкладыша для низа обуви

Представленная технология является безотходной, так как остатки полотна заново перерабатываются.

Апробация получения вкладыша проходила на производственном оборудовании предприятия СООО «Белвест».

Измельчение отходов осуществляется с помощью однороторной дробилки Alpine A 40/63-5-3 [6], мощность 30 кВт и частотой вращения ножевого ротора 900 об/мин.

Далее измельченные отходы смешивают с другими ингредиентами. Смешивание предназначено для предварительного равномерного распределения компонентов. Для этого чаще всего применяют лопастные мешалки.

Затем смесь засыпается в экструдер для переработки отходов ЭШ-75 [7], где происходит частичная деструкция отходов, пластикация, смешивание и последующее их продавливание через формообразующую фильеру. Результатом работы экструдера является получение профильного изделия. Профиль изделия определяется сменной формообразующей оснасткой. Технические характеристики экструдера: тип привода – механический, мощность привода – 4,0 кВт, количество зон терморегуляции – 4.

На выходе из экструдера матрица придаёт материалу нужную форму, полученное полотно складывается на стеллаж, далее из полотна резаком вырубается вкладыш, а остатки полотна заново перерабатываются.

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ СВОЙСТВ И СТРУКТУРЫ

Для определения методов испытаний полученных материалов были проанализированы стандарты, распространяющиеся на материалы для низа обуви, а также основные показатели, определяемые для оценки качества полученных ранее вкладышей для низа обуви. В результате анализа выявлено, что в качестве нормативной базы для анализа физико-механических показателей на большинстве обувных предприятий используют ГОСТ 7926-75 «Резина для низа обуви. Методы испытаний» [8]. Данный стандарт определяет перечень физико-механических показателей, характеризующих свойства материалов и методы проведения испытаний. Основными показателями, которые позволяют оценить качество вкладышей в большинстве случаев являются показатели плотности и твердости, методика определения которых представлена в таблице 1.

Таблица 1 – Методика определения плотности и твердости вкладышей для низа обуви

Наименование показателя	Методика	Прибор
Плотность [9]	Определяется путем взвешивания пластинок материалов с заданными геометрическими размерами, то есть определенного объема. Плотность определяли по формуле в г/см3 m	Весы лабораторные электронные PA DWAG тип WLC 6/12/F1/K
Твердость [10]	Испытуемый образец помещают на горизонтальную поверхность, а твердомер устанавливают на образец в перпендикулярном положении. Твердость измеряют не менее чем в трех точках в разных местах образца. За результат принимают среднее арифметическое всех измерений. Допускаемое отклонение каждого измерения от среднего арифметического значения не должно превышать ±3 единицы	Твердомер тип 2033 ТИР

Статистическую обработку результатов испытания проводят по ГОСТу 269-66 «Резина. Общие требования к проведению физико-механических испытаний» [11] и вычисляют следующие характеристики: среднее арифметическое результатов испытаний (Х), оценку среднего квадратического отклонения результатов испытаний (S), коэффициент вариации результатов испытания ( v ), значение, равное половине доверительного интервала (ԑ), относительное отклонение (β).

Исследование структуры вкладышей проводили с помощью микроскопа BestScope BPM-130 USB Portable Digital Microscope [12], представленного на рисунке 4. Анализ включал в себя исследование однородности структуры полученных вкладышей, выявления адгезионной связи и наличия либо отсутствия внутренних дефектов.

ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ И СТРУКТУРЫ

В производственных условиях предприятия СООО «Белвест» были получены образцы вкладышей двух различных составов, а также «эталонный» образец вкладыша, производимый на предприятии, включающий в себя 1 мас. ч. отходов пенополиуретан + 1 мас. ч. первичного пенополиуретана + 3 мас. ч. отходов кожи. Средние значения свойств полученных вкладышей представлены в таблице 2.

Рисунок 4 – Микроскоп BestScope BPM-130 USB Portable Digital Microscope

Таблица 2 – Свойства вкладышей

Вкладыш	Плотность, г/см3	Твердость, усл. ед.
Образец 1	0,86	40
Образец 2	0,96	50
Образец 3	1,00	65
«Эталон» вариант СООО «Белвест»	1,06	75

Из данных таблицы 2 видно, что наилучшим вариантом вкладыша, близким по свойствам «эталону» является образец 3, в составе которого минимальное содержание отходов овчины.

При этом необходимо отметить, что плотность образцов не сильно варьирует, а вот твердость изменяется в значительных пределах. Статистическая обработка результатов испытания твердости полученных вкладышей представлена в таблице 3.

Структура «эталонного» образца вкладыша и наилучшего полученного образца представлена на рисунках 5‒6 соответственно.

Таблица 3 – Статистическая обработка результатов испытания твердости вкладышей

Композиция	Х̅	S	v	ԑ	β	С Р = 95 % значения находятся
1	50,3	9,0	18,0	6,5	12,9	50,3 ± 6,5 (43,8 – 56,8)
2	39,6	5,0	12,6	3,6	9,0	39,6 ± 3,6 (36,0 – 43,2)
3	64,5	7,9	12,3	5,7	8,8	64,5 ± 5,7 (58,8 – 70,2)

Рисунок 5 – Структура «эталонного» образца вкладыша

Рисунок 6 – Структура наилучшего полученного образца вкладыша

По анализу рисунков 5 и 6 выявлено, что:

– «эталонный» образец характеризуется тесной связью компонентов структуры, отходы кожи находятся внутри структуры, однако кое-где наблюдаются и небольшие пустоты между компонентами структуры, и неровности на обеих поверхностных сторонах, данный образец имеет химическую теорию адгезии;

– наилучший образец вкладыша характеризуется тесной связью, волокна овчины спутываются между собой, что способствует укреплению образца, поверхностные стороны образца гладкие, блестящие, данный образец имеет химическую теорию адгезии;

– у обоих образцов внутренних дефектов в виде расслоений, трещин, разломов не выявлено.

В рамках работы также произведена апробация вкладышей на прочность сцепления с литьевой композицией для изготовления подошв, которая показала, что данные вкладыши имеют достаточную степень адгезии.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, разработана технология и рецептура вкладыша в пяточную часть подошвы. В состав композиции для вкладыша вводили стеарат кальция, масло индустриальное, отходы пенополиуретана в качестве основного компонента и отходы овчины в качестве наполнителя. Полученные образцы вкладыша исследовали по двум показателям:

плотность и твердость. В результате анализа установлено, что имеют достаточно близкие значения к вкладышу, производимому на предприятии СООО «Белвест». Анализ структуры и произведенная апробация вкладышей на прочность сцепления с литьевой композицией для изготовления подошв показали, что они имеют достаточную степень адгезии.

В дальнейшем возможно получение вкладышей низкой плотности, что может быть достигнуто путем введения целевых добавок, оказывающих влияние как на технологический процесс экструзии, так и на структуру композита. Это могут быть низкоплавкие термопласты (для облегчения компаундирования компонентов и придания формоустойчивости изделию), пористые материалы (для привнесения в систему низкоплотной фазы), жидкие и твердые пластификаторы (для облегчения контакта частиц компонентов и повышения текучести смеси), порофоры (для снижения плотности) и т. п.