Показатели качества кожевенных материалов

При оценке качества материалов, используемых для производства товаров массового потребления, наибольшее значение получили исследования их отношения к действию приложенных внешних сил, которое характеризуется пределом прочности и удлинением, а для кожи еще и прочностью лицевого слоя и жесткостью [30,35,50-52]. Эти показатели характеризуют степень сохранности волокнистой структуры дермы, однородность свойств в различных направлениях, а также прочность и тягучесть лицевого слоя кожи и кожевой ткани.

Механические свойства натуральных кожевенных материалов характеризуют качество и предопределяют их назначение. Кроме того, эти свойства характеризуют степень сохранности волокнистой структуры дермы при обработке сырья и в процессах выделки, позволяют оценить однородность свойств кожи и кожевой ткани в различных направлениях.

Для характеристики физико-механических свойств кожи используют следующие показатели: предел прочности при растяжении (σ _р), прочность лицевого слоя (σ_Л), относительное удлинение (σ _р), жесткость (D_p) и условный модуль упругости кожи (Е_p), устойчивость покрытия к многократному изгибу (P_изг).

Повышение прочности волокон при разрыве обеспечивает улучшение эксплуатационных свойств получаемых из них материалов, улучшений условий переработки. Максимальная расчетная прочность волокон значительно выше реально достигаемой прочности [36,53], что объясняется особенностями структуры волокон. С помощью этих показателей можно оценить однородность свойств кожи и материалов на ее основе в различных направлениях, а для кожи и кожевой ткани меха судить о прочности и тягучести лицевого слоя.

Степень изменения прочности волокон в мокром состоянии определяют следующие факторы:

- характер и количество функциональных групп в макромолекуле полимера;

- молекулярный вес (степень полимеризации);

- прочность связей между макромолекулами и их агрегатами [54].

С увеличением числа гидрофильных групп (‑OH, ‑COOH, ‑NH₂) в макромолекуле полимера интенсивнее протекает процесс гидратации, возрастает степень набухания волокна и в большей мере понижается его прочность в мокром состоянии. С уменьшением степени полимеризации одного и того же полимера в большей мере снижается прочность волокна в мокром состоянии, содержащего гидрофильные группы.

Энергия межмолекулярного взаимодействия гидрофильных макромолекул в присутствии воды при низкой степени полимеризации не уменьшается.

Важной характеристикой эксплуатационной ценности волокнистых материалов является величина и характер удлинения при приложении различных нагрузок: чем больше нагрузка, при которой происходят только обратимые удлинения, тем выше их эксплуатационная ценность. Суммарное удлинение гидрофильных волокнистых материалов в мокром состоянии на 4-5% выше, чем в сухом. Удлинение гидрофобных волокон не зависит от их влажности [55].

Величина удлинения упрочненного ориентированного волокна определяется, главным образом, формой макромолекул в равновесном состоянии и степенью их релаксации. Чем более вытянутую форму имеют макромолекулы в равновесном состоянии, тем меньше возможность их деформации при растяжении, тем меньше удлинение волокна при разрыве.

Показателем, определяющим износостойкость получаемых изделий, является устойчивость материалов к истиранию. Высокой стойкостью к истиранию обладают материалы, имеющие большую прочность на разрыв и большую эластичность, но низкий модуль жесткости и малый коэффициент трения. Устойчивость волокон к истиранию определяется химической природой материала, структурой (в частности, степенью ориентации макромолекул), условиями последующей обработки волокна, материалов и характером применяемых реагентов. Критерием оценки служит число циклов действия истирающей нагрузки.

Физические свойства кожевенных материалов (способность к поглощению, теплофизические, оптические и др.) определяют способность одежды и обуви защищать тело человека от воздействия внешней среды, обеспечивать микроклимат жизнедеятельности, а также определяют параметры технологических процессов изготовления изделий легкой промышленности. Одним из важных физических свойств является способность материалов к поглощению различных веществ (газов, паров, жидкостей). Изделия из кожи чаще всего контактируют с водой и паром. При непосредственном соприкосновении поверхности кожевенных материалов и материалов на их основе с водой влага поглощается как путем диффузии ее молекул в полимер, так и путем механического захвата ее частиц структурой материала. Способность к поглощению оценивают по изменению водопоглощаемости и капиллярности, времени растекания и диаметру растекания капли воды.

При эксплуатации кожевенных материалов в атмосфере воздуха происходит поглощение паров воды коллагеном, что приводит к изменению их механических, электрических и других свойств.

Поэтому существенное значение при определении областей использования материалов имеет их гигроскопичность.

Гигроскопичность зависит, в основном, от характера функциональных групп в молекуле, а также от энергии межмолекулярного взаимодействия (при одинаковом химическом строении). Дополнительной характеристикой гигроскопичности волокна служит показатель, определяющий количество влаги, удерживаемой волокнами, находившимися в воде в течение минуты после отжима их в центрифуге с числом оборотов 1000 об/мин., а также скорость удаления влаги с отжатых волокон в процессе сушки при 80°С.

Важной характеристикой, определяющей в ряде случаев возможность использования волокон различных типов, является стойкость к высоким и низким температурам. Стойкость волокон к высоким температурам характеризуется изменением (обратимым и необратимым) механических свойств, в частности прочности и удлинения, физическим изменением полимера (внешний вид волокна, пластическое течение, размягчение, склеивание), химическим изменением полимера (дегидратация, частичное разложение).

Теплоемкость характеризует изменения прочности и удлинения волокна, измеряемые при повышенной температуре и полностью исчезающие при нормальной температуре (обратимые изменения).

Термостойкость характеризует изменения прочности и удлинения волокна, определяемые после прогрева и последующего охлаждения волокна до нормальной температуры (необратимые изменения). При одинаковом химическом строении полимера теплостойкость волокна, а в известной степени и термостойкость, зависят от интенсивности межмолекулярного взаимодействия, определяемого, в частности, степенью ориентации макромолекул. Термостойкость волокнистых гидрофильных материалов зависит от их влагосодержания.

Термоустойчивость высокомолекулярных соединений, используемых в производстве материалов и изделий легкой промышленности, очень ограничена и в значительной степени зависит от длительности температурного воздействия. Даже непродолжительное нагревание гидрофильных натуральных полимеров при 100 – 180°С вызывает изменение их свойств. Например, у целлюлозы, коллагена, кератина, фиброина уменьшается способность сорбировать пары воды, набухать в воде, кислотах, щелочах, что приводит к уменьшению их окрашиваемости. Длительное нагревание приводит к ухудшению физико-механических свойств [56-58]. Нагрев до более высокой температуры приводит к деструкции полимера.

Термическое воздействие на ВММ характеризуется показателем - температура сваривания.

Одной из характерных особенностей коллагена является отношение его к термическим воздействиям в водной среде и после высушивания. Кратковременное нагревание коллагена при температуре вблизи точки сваривания или длительное нагревание при температуре значительно ниже сваривания приводит к изменению ряда свойств. При нагревании в обезвоженном состоянии и при определенных условиях (в присутствии воды) коллаген может последовательно перейти в высокоэластическое, а затем в вязкотекучее состояние.

Размягчение аморфных зон структуры коллагена завершается при 120°С; плавление кристаллических зон может осуществляться в интервале температур 80 – 100°С [39], однако при этом растет устойчивость к перевариванию пепсином и воздействию плесени [33,64]. При обработке сухого коллагена в течение 3-х суток при температуре 125 – 175°С снижаются прочность при растяжении, поглощение воды, количество выплавляемого желатина [65-67]. Наличие воды приводит к снижению температуры его структурных превращений при нагревании [68].

Температура сваривания коллагена кожного покрова зависит от состава аминокислот, от механического растяжения или сжатия (она увеличивается). Температура сваривания рыхлой дермы ниже, чем плотной [69,70]. С уменьшением температуры сваривания понижается способность к набуханию [32]. При сваривании коллагена отщепляются молекулы воды, связанные в его структуре [71]. Нагревание образца при постоянной температуре может привести к снижению температуры сваривания.

Равномерность окрашивания имеет большое значение при оценке качества волокнистых материалов, используемых для изготовления изделий широкого потребления. Равномерность окрашивания является одним из показателей, характеризующих потребительские свойства волокон, материалов и изделий из них. Равномерность окрашивания зависит в основном от равномерности структуры волокна и скорости диффузии красителя. Чем больше степень ориентации макромолекул или их агрегатов, тем медленнее происходит крашение волокна.

Воздухопроницаемость, паропроницаемость, теплопроводность, водопроницаемость и водонамокаемость кожи и кожевой ткани, характеризующие гигиенические свойства, тесно связаны с их пористостью.

Эксплуатационные свойства кож во многом определяются качеством покрывного крашения, которое зависит от адгезионных характеристик кожевенных материалов. Для характеристики адгезионной способности кожевенных материалов используется показатель прочности прилипания покрытия из нитролака в соответствии с методикой [59].

Адгезионные свойства высокомолекулярных материалов особо ценны при крашении, поскольку отвечают на восприимчивость поверхности к покрытиям и фиксации красителей [60-62].

Основными факторами, характеризующими стойкость изделий из натуральных ВММ к атмосферным воздействиям являются [63]: температура, влага, ультрафиолетовые лучи, износ, статическое электричество, микроорганизмы, растяжение. Степень воздействия данных факторов определяется путем нахождения следующих параметров: температуры сваривания, термостойкости, загрубения кожевой ткани от действия влаги, устойчивости облагороженной овчины к воздействию влаги, водоустойчивости волосяного покрова, устойчивость окраски, светостойкости, износостойкости, электризуемости, устойчивости к ускоренному старению, истираемости волосяного покрова, плотности и пористости, бактериальной зараженности, предела прочности при растяжении, паропроницаемости.

На стойкость к атмосферным воздействиям изделий из натуральных ВММ наиболее существенное влияние оказывает влага. Вода, проникая в ВММ способна разрушать их структуру и, следовательно, понижать устойчивость к атмосферным воздействиям. Устойчивость ВММ к действию на них влаги определяется с помощью двух характеристик: загрубения кожевой ткани от действия влаги и устойчивости волосяного покрова к действию влаги.

Следующим показателем, определяющим устойчивость ВММ к атмосферным воздействиям, является стойкость к воздействию ультрафиолетовых лучей. Степень их влияния на натуральные ВММ характеризуется таким параметром как цветоустойчивость окраски.