Влияние внешних факторов на качественные показатели тканей с пористым полиуретановым покрытием

DOI:

Одним из наиболее часто применяемых полимерно-текстильных материалов в легкой промышленности, используемых при пошиве изделий, является искусственная кожа (Вишневская, 2016). Такие материалы имеют определенные преимущества по сравнению с натуральными кожами: позволяют обеспечить более низкую массу изделия; удешевить процесс производства; разнообразить внешний вид изделий за счет фактур, имитирующих различную мерею натуральных кож; обеспечить хорошие функциональные характеристики (Гаврилова и Никитина, 2014; Кудринский и Тюрин, 2022; Meyer M. et al., 2021). При рассмотрении вопроса о возможности использования искусственных кож для изготовления каких-либо изделий существенную роль играют их гигиенические свойства. Особенно важно, чтобы ими обладали материалы, непосредственно соприкасающиеся с телом человека. Однако большинство выпускаемых искусственных кож обладают низкими гигиеническими свойствами, так как на поверхности образуется сплошная полимерная пленка, делая материал непроницаемым (Ясинская, Марущак, Скобова, 2024). В настоящее время технологии производства совершенствуются и популярность приобретают натуральные хлопчатобумажные ткани с пористым полиуретановым покрытием одежного назначения (экокожи), напоминающие по своему виду натуральную кожу, обладающие лучшими показателями паро- и воздухопроницаемости в сравнении с искусственными кожами такого же назначения (Марущак и Ясинская, 2024).

Ткани с пористым полиуретановым покрытием и изделия из них подвержены естественному старению, но также влияние на качество оказывают внешние факторы, действие которых приводит к изменению исходных характеристик материала. Происходит это в процессе изготовления изделий, при транспортировке и хранении, во время эксплуатации и при стирке.

Причины износа или внешние влияющие факторы разделяют на следующие группы: механические – многократные деформации растяжения, изгиба, трения (истирание); физико-химические – действие света, температуры, влаги, химических веществ, содержащихся в атмосфере, в поте, в моющих жидкостях и чистящих средствах; биологические – разрушение микроорганизмами и повреждение насекомыми; комплексные – действие светопогоды, стирки, химической чистки, носки (Агеева, 2021). Виды факторов, их количество и характер взаимодействия зависят от вида изделия и условий его эксплуатации (Агеева, 2021). Значимость факторов внутри группы различна и среди них всегда можно выделить два - три, определяющих износ. Воздействие перечисленных факторов вызывают изменения в структуре текстильного материала, что приводит в дальнейшем к его ускоренной деструкции. В результате изнашивания материала изделие становится непригодным для дальнейшей эксплуатации.

Качество текстильных материалов, прежде всего, проявляется через потребительские свойства, поэтому практический интерес представляет изучение влияния условий эксплуатации на эти свойства (Марущак, Ясинская, Петюль, 2023). Цель работы – установить влияние наиболее значимых внешних факторов (истирание, действие пониженных и повышенных температур) на качественные показатели тканей с пористым полиуретановым покрытием одежного назначения. Проведение данных исследований необходимо для надёжной эксплуатации изделий из материалов белорусского производства. Полученные результаты позволят осуществлять конфекционирование материалов для одежды с учетом условий эксплуатации изделия.

Объект и методы исследования

В качестве объектов исследования выбраны образцы опытно-промышленной партии тканей с пористым полиуретановым покрытием (ОАО «Барановичское производственное хлопчатобумажное объединение») различной поверхностной плотности и толщины, предназначенные для пошива одежды второго и третьего слоев. Технология производства исследуемого материала разработана авторами и представителями предприятия. Образцы представляют собой композит, образованный сочетанием двух слоев. В качестве основы использовали хлопчатобумажную ткань саржевого переплетения. Лицевой слой представляет собой пористый полиуретан. Благодаря своей молекулярной структуре полиуретан обладает как прочностью, так и эластичностью, что является уникальным свойством. Полиуретановые композиции, в отличие от винила, не требуют добавления пластификаторов, ткань с таким полимером не растрескивается под действием пониженных температур, не подвержена слипанию под действием повышенных температур, а остается мягкой и эластичной в течение всего времени эксплуатации (Huantian C. et al., 2013). Характеристика образцов представлена в таблице 1.

Свойства материала определяли в соответствии со стандартными методиками. Устойчивость к истиранию проводили на приборе ДИТ-М. В качестве абразива использовали серошинельное сукно. Испытывали ткани с покрытием при скорости вращения головки прибора 100 об/мин. За результат измерения принимали число циклов вращения головки прибора, при котором произошло визуально регистрируемое разрушение полимерного слоя образца. Для оценки слипаемости тканей с полимерным покрытием под действием тем-

Таблица 1 – Характеристика образцов

Table 1 – Characteristics of samples

Шифр образца № 1Ч № 2Г № 3С № 4Р № 5Ч Толщина PU покрытия, мм 1,1 0,6 0,22 0,4 0,7 Толщина материала, мм 1,35 0,88 0,47 0,7 1,1 Поверхностная плотность г/м2 440 340 230 300 390 ператур руководствовались ГОСТ Р 5978 «Ткани с резиновым или полимерным покрытием. Метод определения устойчивости к слипанию». Разрывную нагрузку и разрывное удлинение определяли в соответствии с ГОСТ ISO 1421 «Материалы с резиновым или пластмассовым покрытием. Определение разрывной нагрузки и удлинения при разрыве». Для исследования паропро-ницаемости материалов был выбран гравиметрический метод, реализованный с помощью анализатора влажности «Radwag» М-50. За основу взята методика, отраженная в ГОСТ 22900-78 «Кожа искусственная и пленочные материалы. Методы определения паропроницаемости и влагопоглощения» и рекомендации разработчика прибора. Температуру в камере прибора контролировали в течение всего опыта (40 °C). Время термостатирования – 30 минут, время испытания – 1 час (Марущак и Ясинская, 2024). Коэффициент паропроницаемости определяли расчетным методом как отношение массы водяных паров, прошедших через пробу материала, к площади образца материала и времени испытания. Гигиенический показатель «воздухопроницаемость» полученного материала имеет диапазон изменения, близкий к плотным текстильным материалам (плащевые и курточные ткани) при определении по методике по ГОСТ 12088-77 «Материалы текстильные и изделия из них. Метод определения воздухопроницаемости». Для исследования воздухопроницаемости руководствовались данным ГОСТ.

В таблице 2 представлены нормируемые и рекомендуемые значения физико-механических и гигиенических свойств искусственных кож и материалов одежного назначения для второго слоя. В качестве нормативных документов выбраны: ТР ТС 017/2011 «О безопасности продукции легкой промышленности», ГОСТ Р 55303 «Одежда верхняя из плащевых и дублированных материалов, искусственной кожи и замши. Общие технические условия», ГОСТ 28461 «Кожа искусственная одежная. Общие технические условия».

Для оценки качества тканей с пористым полиуретановым покрытием и изучения их устойчивости к изменяющимся условиям окружающей среды подготавливали образцы в соответствии со схемой, представленной на рисунке 1.

Температуры выбраны с учетом условий окружающей среды, а также с учетом научных работ авторов, занимающихся исследованиями в аналогичных областях

Таблица 2 – Нормируемые и рекомендуемые значения физико-механических и гигиенических свойств

Table 2 – Standardized and recommended values of physical, mechanical and hygienic properties

Наименование показателя	ТР ТС 017	ГОСТ Р 55303* для взрослых	ГОСТ 28461* для вида В	Литература (Бацукова и др., 2020)
Разрывная нагрузка, Н основа/уток, не менее	–	–	150/100	–
Воздухопроницаемость, дм3/м2∙с, не менее	60	60	–	30 (30–50)
Коэффициент паропроницаемости, мг/см2∙ч	–	–	–	3,5–4

Ткань с пористым полиуретановым покрытием

Пониженная температура

• 1 .Т = -20°С,

• 2 . 2 цикла по 24 часа.

Нормальные климатические условия*

• 1.    Т = +23 °C,

• 2.    Относительная влажность 65%, 3. 24 часа.

* ГОСТ 10681-75

Рисунок 1 – Схема подготовки образцов Figure 1 – Sample preparation scheme

(Бесшапошникова, Климова, Ковалева, 2018; Парвицкая и др., 2019; Suduo X., Yan F., Guojun S., 2022; Sureshkumar P.S., et al., 2012). Температура +70 °С выбрана с учетом возможного в условиях эксплуатации нагрева, например, в салоне автомобиля в летнее время года или нагрева при влажно-тепловой обработке. Подготовленные образцы исследовали по показателям: устойчивость к истиранию, паро- и воздухопроницаемость, разрывная нагрузка и удлинение.

Экспериментальные исследования и обсуждение результатов

Анализ литературных источников показал, что большая доля механического износа приходится на истирание, меньшая – на многократные деформации растяжения и изгиба (Бекашева, 2015; Zhang, Y. и Zhang, Q., 2012). Истирание происходит вследствие внешнего трения текстильного материала о другие поверхности, которое сопровождается постепенным осыпанием полимерного покрытия, и, как следствие, разрушением материала. По результатам исследования установлено, что образец № 1Ч выдерживает 497 циклов до начала разрушения, образец № 2Г - 402, образец № 3С - 327, образец № 4Р - 335, образец № 5Ч - 529. По получен- ным данным подтвердилось предположение, что с увеличением толщины полимерного покрытия количество циклов, которое выдерживает образец при истирании, увеличивается. Наиболее устойчивыми к истиранию являются образцы № 1Ч и № 5Ч с наибольшей толщиной пористого полиуретанового покрытия 1,1 мм и 0,7 мм соответственно.

Для оценки слипаемости полимерных покрытий испытываемых образцов под действием температур подготовлены квадратные образцы со стороной 150 мм. Образцы располагали лицевой стороной к лицевой. Под действием груза 5 кг образцы выдерживали в печи в течение 3 часов при температуре (70±2) °С. По результатам исследования слипаемости образцов установлено: образцы № 3С, 4Р - 1 балл («отсутствие слипания»: полимерные покрытия разделяются без каких-либо признаков слипания), образцы № 1Ч, 2Г, 5Ч - 2 балла («незначительное слипание»: при разделении имеет место отдельное слипание полимерных покрытий без разрушения покрытия).

На рисунке 2 представлены диаграммы, отражающие результаты измерения устойчивости к истиранию исследуемых образцов при пониженной температуре

Рисунок 2 – Диаграммы изменения устойчивости к истиранию Figure 2 – Diagrams of changes in abrasion resistance

(-20 °C) и повышенных (+35 °C, +70 °C).

Воздействие пониженной температуры (-20 °C) и повышенной температуры (+35 °C) не оказывает существенного влияния на устойчивость лицевого слоя к истиранию, что видно по диаграмме, представленной на рисунке 2. После выдерживания образцов при температуре +70 °C происходит снижение количеств циклов, которые выдерживает ткань с покрытием до начала разрушения полимерного слоя. В процентном выражении для каждого из образцов в среднем это составило: при -20 °C падение показателя на 6 %, при +35 °C падение не превышает 2 %, а при +70 °C составило от 14 до 24 %.

В таблице 3 представлены результаты исследований влияния пониженной и повышенных температур на разрывную нагрузку и удлинение, а также на показатели паро- и воздухопроницаемости опытных образцов.

Анализируя данные, представленные в таблице 3, можно сделать вывод, что образцы, имеющие толщину всего материала в диапазоне 0,7-1,1 мм (№ 2Г, № 4Р № 5Ч) обладают наилучшими показателями паро- и воздухопроницаемости. Снижение толщины материала до 0,47 мм (образец № 3С) и увеличение до 1,35 мм (образец № 1Ч) влечет за собой незначительное снижение коэффициента паропроницаемости и падение воздухопроницаемости на 40–50 %. Повышение температуры до +35 °С не оказывает существенного влияния на свойства тканей с покрытием, значения показателей находятся в рекомендуемых границах. Нагрев образцов до +70 °С оказывает влияние на изменение прочности как в основном, так и в уточном направлениях. Прочность тканей снижается в среднем на 16 % по сравнению с их прочностью при нормальных условиях. Также снижаются значения показателей паро- и воздухопроницаемости. После воздействия повышенной температуры на образец № 5Ч воздухопроницаемость снижается до 29,6 дм3/м2∙с, что ниже рекомендуемого значения 30–50 дм3/м2∙с (Бацукова и др., 2020). После выдерживания образцов в условиях пониженных температур значения разрывной нагрузки и разрывного удлинения, а также паро- и воздухопроницаемость снижаются.

Таблица 3 – Результаты исследований влияния пониженной и повышенных температур на качество тканей с полиуретановым покрытием

Table 3 – Results of studies of the effect of low and high temperatures on the quality of fabrics with polyurethane coating

Показатель	Значения показателей
	№ 1Ч	№ 2Г	№ 3С	№ 4Р	№ 5Ч
Разрывная нагрузка, Н основа/уток
+23 °С	770/619	1253/788	1213/759	662/358	568/441
-20 °С	707/512	1068/687	1117/659	601/312	526/419
+35 °С	745/565	1206/745	1152/678	635/334	548/426
+70 °С	676/504	997/657	1048/604	598/305	501/403
Разрывное удлинение, % основа/уток
+23 °С	11,5/25,5	18/25,5	16,5/23,5	21/31	24/29
-20 °С	10,9/25	17,9/24,4	16,2/23,3	20,5/30,9	23,8/27,8
+35 °С	9,9/23,5	16,7/23,5	14,3/21,6	19,7/29	23,5/28,1
+70 °С	7,8/22,7	13,4/19	12,8/20,5	18,3/17,9	21,1/26,9
Воздухопроницаемость, дм3/м2∙с
+23 °С	32,4	43,9	38,7	62,4	64,7
-20 °С	30,1	40,1	35,5	59,7	61,3
+35 °С	31,5	41,7	36,3	60,8	62,4
+70 °С	29,6	34,4	35,1	58,9	56,5
Коэффициент паропроницаемости, мг/см2∙ч
+23 °С	13,4	15,4	14,7	16,5	16
-20 °С	13,5	15,3	14,6	16,4	16,1
+35 °С	13,3	15,2	14,7	16,3	16,1
+70 °С	13,2	14,7	13,8	16,0	15,8

Уменьшение гигиенических показателей не превышает 5 %, что является не значительным изменением. Снижение значений разрывной нагрузки и удлинения обусловлено тем, что высокая подвижность молекулярных сегментов в полимере является условием каучукоподобного состояния, т. е. высокого упругого удлинения. С понижением температуры движения сегментов уменьшаются. В среднем падение разрывной нагрузки составило 11 %, а падение разрывного удлинения – 4 %.

Научная новизна исследований состоит в получении новых сведений об устойчивости белорусских тканей с пористым полиуретановым покрытием к внешним воздействиям (истирание, повышенные и пониженные температуры).

Выводы

В результате проведенных исследований установлено влияние истирания, пониженных и повышенных температур на качественные показатели тканей с пористым полиуретановым покрытием, а также изучена устойчивость их полимерных покрытий к слипанию под действием повышенных температур. По результатам установлено, что наиболее устойчивыми к истиранию являются образцы № 1Ч и № 5Ч с наибольшей толщиной пористого полиуретанового покрытия 1,1 мм и 0,7 мм, которые выдерживают 497 и 529 циклов истирания соответственно. Ткани с пористым полиуретановым покрытием устойчивы к слипанию под действием повышенных температур, поскольку ни один из образцов не показал отрицательный результат 3 балла («слипание»:

поверхности трудно разделить, в процессе разделения покрытие целиком или частично удаляется). Воздействие пониженной температуры (-20 °С) и повышенной температуры (+35 °С) не оказывает влияния на устойчивость лицевого слоя к истиранию. При воздействии температуры +70 °С происходит снижение количества циклов (до 24 %), которые выдерживает образец до начала разрушения полимерного покрытия. Нагрев образцов до +70 °С оказывает влияние на изменение прочности как в основном, так и в уточном направлениях. Также снижаются значения показателей паро- и воздухопроницаемости. Температуры по-разному влияют на разрывную нагрузку и разрывное удлинение, а также на воздухо- и паропроницаемость, оказывая более или менее негативное воздействие. В условиях пониженных температур значения разрывной нагрузки и разрывного удлинения, а также паро- и воздухопроницаемость тканей с полиуретановым покрытием снижаются незначительно, что вероятнее всего является погрешностью измерения.

В соответствии с требованиями технического регламента ТР ТС 017/2011 образцы № 5Ч и № 4Р соответствуют нормируемым значениям воздухопроницаемости и могут быть использованы при пошиве одежды второго слоя без подкладки. Образцы № 2Г, № 3С и № 5Ч рекомендуется использоваться с подкладкой для изделий второго слоя, а также они могут быть применены при изготовлении одежды третьего слоя. Все исследуемые образцы являются достаточно паропроницаемы, поскольку числовые значения коэффициента паропрони-цаемости входят в диапазон рекомендуемых значений для материалов одежного назначения. Рекомендуется минимизировать воздействие высоких температур (+70 °С) и использование материала в деталях одежды, где происходит режущее воздействие (например, в качестве ремней на платьях из данного материала), тогда изделие из материала прослужит дольше.

Можно сделать вывод, что опытные образцы тканей с пористым полиуретановым покрытием хорошо выдерживают пониженные и повышенные температуры от -20 °С до +70 °С, физико-механические и гигиенические показатели находятся в рекомендуемом диапазоне для материалов одежного назначения (таблица 2), что делает возможным применение материала в различных климатических условиях.