Влияние технологических режимов формования и фиксации формы на приформовываемость верха обуви к стопе

Комфортность является одним из основных критериев качества обуви и решающим фактором, определяющим желание потребителя приобрести её. Комфортность характеризуется целым рядом показателей, среди которых особое место занимает приформовываемость верха обуви к стопе, характеризующая способность верха обуви принимать и сохранять индивидуальные особенности стопы носчика в процессе носки. Приформовываемость верха обуви к стопе выражается в количественном изменении размеров и формы верха обуви, преимущественно в области плюснефалангового сочленения, в процессе эксплуатации. Чем быстрее верх обуви приформовывается к стопе, тем меньше неприятных ощущений испытывает носчик, тем комфортнее обувь. При этом следует учитывать, что, согласно ряду исследований [1-2], приформовывание верха обуви к стопе должно происходить в пределах одной смежной полноты. Нарушение этого условия может стать причиной потери формы обуви и привести к существенному ухудшению её внешнего вида.

Исследованию способности верха обуви приформовываться к стопе был посвящен ряд работ [3-5]. Установлено, что определяющее влияние на данный показатель качества оказывают упруго-пластические свойства комплектующих верха обуви и конструктивные особенности заготовки. Однако, по мнению авторов работы [6] достаточной приформовываемости, наряду с формоустойчивостью, можно достичь также на стадии производства обуви посредством установления оптимальных режимов формования и фиксации формы верха обуви. Однако конкретных практических рекомендаций по данному вопросу до настоящего момента так и не разработано.

Учитывая это, целью данной работы является исследование влияния технологических режимов обработки на приформовываемость верха обуви к стопе и поиск рациональных режимов технологической обработки заготовок обуви с различным сочетанием комплектующих, обеспечивающих достаточный уровень приформовываемости верха обуви к стопе при сохранении его формы и хорошего внешнего вида.

Для исследования использовались образцы систем материалов для верха обуви круглой формы диаметром 90 мм. В качестве комплектующих систем были выбраны материалы, наиболее часто используемые при производстве обуви: для наружных деталей обуви – натуральная кожа «Софт» (толщина 1,2 – 1,4 мм), для межподкладки – термобязь и нетканое иглопробивное полотно с термоклеевым покрытием «Спанбонд» (поверхностная плотность 80 г/м2), для подкладки – трикотажное полотно с термоклеевым покрытием (поверхностная плотность 292 г/м2).

Образцы систем материалов подвергались операциям формования и фиксации формы, моделирующим реальный технологический процесс производства обуви. Эксперимент осуществлялся с использованием метода математического планирования, обеспечивающего поиск оптимального сочетания технологических факторов. В качестве исследуемых технологических факторов были выбраны: влажность образцов W , %; деформация при формовании ε , %; продолжительность времени термофиксации τ , мин.

Уровни варьирования первого и третьего факторов определялись с учетом анализа технологических режимов обработки верха обуви на действующих предприятиях республики. Для фактора ε уровни варьирования определялись в соответствии с литературными данными [7 – 8], согласно которым деформация заготовки верха обуви при формовании колеблется в пределах 5 – 20 % в зависимости от метода формования и применяемого оборудования, а в носочной части может достигать до 30 %. Уровни варьирования факторов представлены в таблице 1.

Таблица 1 – Интервалы и уровни варьирования факторов

Факторы	Обозначение	Уровни варьирования			Интервал варьирования
		– 1	0	+ 1
Влажность, %	W (Х 2 )	18	23	28	5
Деформация, %	ε (Х 1 )	6	17	28	11
Время фиксации, мин	τ (Х 3 )	2	4	6	2

Схема технологической обработки образцов представлена на рисунке 1.

Рисунок 1 – Технологическая схема обработки образцов

Увлажнение образцов осуществлялось термодиффузионным контактным способом при температуре верхней плиты Т = 110 – 120⁰С . Формование образцов проводилось на приборе [9], обеспечивающем двухосное растяжение сферическим пуансоном на заданную величину деформации. Термофиксация образцов осуществлялась радиационно-конвективным способом в сушильной установке УС – 4 при температуре Т = 115 – 120 ⁰С . После снятия образцов с прибора определялась их остаточная стрела прогиба через 7 суток пролежки с помощью электронно-цифрового штангенрейсмаса с точностью до 0,01 мм.

Коэффициент формоустойчивости систем материалов определялся по формуле

К ф = Н . 100,                 (1)

где h ост – остаточная стрела прогиба образцов после операций формования и термофиксации, мм;

Н – высота поднятия сферического пуансона, мм.

Высота поднятия сферического пуансона, соответствующая заданным величинам деформации, определялась из формулы

^   [ " ' f -2 arctg (1- 5 )]-100 ,             (2)

где £ - относительное удлинение образца по меридиану, %;

R - радиус пуансона, R = 30 мм.

Для оценки способности образцов, прошедших предварительную технологическую обработку, приформовываться осуществлялось исследование их упруго-пластических свойств при многократном растяжении в соответствии с методикой, описанной в работе [10].

Многократное растяжение образцов осуществлялось сферическим пуансоном, диаметр которого соответствует головке первой плюсневой кости взрослого человека, которая в процессе движения наиболее интенсивно воздействует на верх обуви. Скорость механического воздействия на образцы составляла 90 циклов в минуту, что соответствует ускоренному темпу ходьбы человека.

В процессе испытания в каждом этапе осуществлялась фиксация усилий при деформации образцов в первом и последнем циклах нагружения, позволяющая оценить силовое взаимодействие стопы с верхом обуви при ходьбе. После прекращения действия внешней силы осуществлялся замер остаточной циклической стрелы прогиба образцов по истечении 24 часов отдыха образцов.

На основании полученных данных с использованием формул (3) - (5) осуществлялся расчет относительной остаточной циклической деформации образцов по меридиану после многократного растяжения £^ц_ост , %, характеризующей способность систем приформовываться к стопе:

^ост = ^L ₁ ^{L UC}^ • 100 ,                           (3)

Lисх где Lucx - исходная длина образца по меридиану после операций формования и термофиксации, мм;

L - длина образца по меридиану после многократного растяжения, мм.

~ R" ( Г^ 2 )sin Ф

L = 2• (r + 8)-ф + 2

cos ф

„                   r^ 8           ,R

Ф = arcsin .             = ± arccos ,=

4 ( r + 8 - h- цт ) ² + R ² V ( r + 8 - h^ ) ² + R²

где R - радиус рабочей зоны образца, мм ( R = 30 мм);

r - радиус воздействующего пуансона, мм, ( r = 12,5 мм);

8 - толщина образца, мм;

h\_cm - остаточная циклическая стрела прогиба образцов после многократного растяжения, мм

Ф - угол перегиба образца у края кольцевого зажима, рад.

Значения коэффициента формоустойчивости исследованных систем материалов представлены на рисунке 2 а, б.

б

Рисунок 2 – Формоустойчивость систем материалов для верха обуви: а – кожа «Софт» + термобязь + трикотаж; б – кожа «Софт» + нетканый материал + трикотаж

Анализ полученных экспериментальных данных показал, что значения коэффициента формоустойчивости исследованных систем материалов колеблются в широких пределах (61 – 96 %) и в значительной степени зависят от режимов технологической обработки образцов и состава комплектующих.

Для систем с межподкладкой из термобязи характерны более высокие значения коэффициента формоустойчивости (в среднем в 1,16 раза), чем для систем с межподкладкой из нетканого материала, что свидетельствует о лучшей способности данных систем к сохранению формы в процессе производства обуви.

С увеличением степени вытяжки образцов в процессе формования от 6 до 17 % происходит рост коэффициента формоустойчивости у всех исследованных систем материалов на 5 – 10 %. Дальнейшее увеличение деформации при формовании приводит к некоторому снижению коэффициента формоустойчивости у большинства систем. Увеличение влажности образцов и продолжительности их термофиксации способствует существенному улучшению формоустойчивости всех исследованных систем материалов.

С использованием программы обработки экспериментальных данных «Statistica» получены математические зависимости коэффициента формоустойчивости систем материалов от входных факторов в кодированных значениях переменных:

– для системы кожа «Софт» + термобязь + трикотаж

К ф = 86,41 – 4,64Х 1 + 7,44 Х 1 ² + 7,59 Х 3 +7,06 Х 2 ;                  (6)

– для системы кожа «Софт» + нетканый материал + трикотаж

К ф = 74,11 + 8,53 Х 1 + 6,29 Х 1 ² + 5,50 Х 3 +9,24 Х 2 .                 (7)

Данные, полученные в ходе многоциклового растяжения образцов, представлены на рисунке 3 а,б.

б

Рисунок 3 – Остаточная циклическая деформация систем материалов: а – кожа «Софт» + термобязь + трикотаж; б – кожа «Софт» + нетканый материал + трикотаж

Как показали экспериментальные данные, наибольшее влияние на способность систем материалов приформовываться к стопе оказывает величина деформации образцов в процессе их формования. С увеличением степени вытяжки образцов отмечается значительное ухудшение их способности приформовываться к стопе. В большинстве случаев увеличение времени термофиксации и влажности образцов также оказывает отрицательное влияние на величину остаточной циклической деформации систем материалов.

В целом, системы с межподкладкой из нетканого материала обладают лучшей способностью накапливать остаточные деформации в процессе многоциклового нагружения, чем аналогичные системы с межподкладкой из термобязи.

Уравнения зависимости остаточной циклической деформации от исходных параметров имеют следующий вид:

– для системы кожа «Софт» + термобязь + трикотаж

ε^ц ост = 1,92 – 1,3Х 1 + 0,7Х 1 ² – 0,3Х 3 – 0,3Х 2 – 0,11Х 2 ² – 0,19Х 1 Х 3 – 0,26Х 1 Х 2 ; (8)

– для системы кожа «Софт» + нетканый материал + трикотаж

ε^ц ост = 2,24 – 1,36 Х 1 –0,23 Х 2 – 0,41 Х 1 Х 3 .                    (9)

С позиций обеспечения высокого качества готовой обуви важным является установление таких технологических режимов формования обуви, которые обеспечивали бы её высокую формоустойчивость в процессе производства и хорошую приформовываемость к стопе в процессе носки. Компромиссное решение было найдено графическим методом, путем наложения двухмерных сечений поверхностей отклика для коэффициента формоустойчивости и относительной остаточной циклической деформации систем материалов, представленных на рисунке 4 а, б.

При установлении критериев оптимизации исходили из того, что приформовывание верха обуви к стопе должно происходить в пределах ½ разницы между смежными полнотами, что составляет 4 мм. Таким образом, оптимальное изменение периметра верха обуви в пучках в процессе носки, обеспечивающее достаточный уровень приформовываемости верха к стопе и не приводящее к потере его формы составит около 1,8 – 2,1 % по отношению к периметру верха обуви среднего размера в сечении 0,68 Д ст ( Д ст – длина стопы).

Учитывая это, выбор рациональных режимов формования и термофиксации осуществлялся при следующих ограничениях:

• -    К ф > 86% ,

• -    1,8 % < ε^ц ост < 2,1 % .

Анализ полученных графиков показал, что рациональными режимами технологической обработки являются следующие:

– для системы кожа «Софт» + термобязь + трикотаж: ε = 17 – 23 %, W = 20 – 30 %, τ = 5 – 6,5 мин.;

– для системы кожа «Софт» + нетканый материал + трикотаж: ε = 20 – 23 %, W = 26 – 30 %, τ = 5,3 – 6,5 мин.

б

а

– коэффициент формоустойчивости

– относительная остаточная циклическая деформация

Рисунок 4 – Совмещенные графики двухмерных поверхностей отклика для систем материалов: а – кожа «Софт» + термобязь + трикотаж; б – кожа «Софт» + нетканый материал + трикотаж

Таким образом, в работе установлено, что увеличение степени вытяжки верха обуви в процессе формования, степени его увлажненности и продолжительности термофиксации приводит в большинстве случаев к росту формоустойчивости готовой обуви, но снижению её способности приформовываться к стопе в процессе носки, а, следовательно, и к снижению её комфортности. Значения рациональных параметров формования и термофиксации, обеспечивающих оптимальное сочетание показателей формоустойчивости и приформовываемости, существенно зависят от состава комплектующих заготовки. Зона оптимизации для заготовок с межподкладкой из нетканого материала находится в более узких границах, чем для заготовок с межподкладкой из термобязи.