Исследование зависимости прочности клеевых соединений от технологических параметров склеивания при изготовлении верхней одежды

Таким образом, следует констатировать, что адгезия -- это очень сложное явление, чтобы объяснить его какой-то единственной моделью или теорией. Практически одновременно может действовать несколько механизмов соединения. Вместе с тем выявление преобладающей тенденции при обязательном признании присутствия других тенденций позволит: управлять процессом склеивания текстильных полотен; проектировать термоклеевые текстильные прокладочные материалы с заданной адгезионной способностью.

В теория склеивания текстильных материалов впервые были рассмотрены особенности текстильных материалов и адгезивов, как компонентов клеевого соединения, выбран универсальный показатель адгезионной способности текстильных материалов, описаны механизмы формирования поверхности адгезионного контакта и разрушения адгезионных соединений с учетом специфики строения компонентов клеевого соединения и протекания процесса склеивания [4].

Текстильные материалы (пряжа, ткань, нетканые и трикотажные полотна) - это сложные анизотропные материалы капиллярно-пористой структуры с развитой внутренней и внешней поверхностями. По сравнению с металлами, древесиной, полимерами и другими твердыми телами текстильные материалы имеют неоднородный химический состав как на уровне первичных элементов - волокон, так и на уровне комплексного продукта - нетканого или трикотажного полотна.

Число нитей или волокон разной химической природы варьируется в очень широких пределах. Например, в пряже, получаемой путем скручивания волокон и нитей, всегда более легкие волокна вытесняются на периферию, из-за чего существуют различия в химическом составе внутри материала и на его поверхности. Это делает невозможным выделение и строгое количественное описание тех компонентов, которые будут формировать внешнюю поверхность текстильного материала.

Краситель и отделочный препарат (или препараты), ассортимент которых включает в себя свыше 1000 наименований, в совокупности могут составлять до 12 % поверхностной плотности текстильного материала. Будучи нанесенными на его поверхность, они блокируют активные центры волокнообразующих полимеров, а из-за своей инертности снижают и химическую активность текстильного материала.

Содержащийся внутри текстильных материалов воздух соотносится с объемом волокнистой массы как 1:5... 1:4. Поры внутри текстильного материала значительно увеличивают гипотетическую площадь адгезионного контакта между ним и адгезивом. Однако вследствие "захлопывания" пор жидким адгезивом возможность проникновения его внутрь текстильного материала может значительно уменьшаться.

Шероховатость поверхности текстильных материалов очень значительна и затрудняет протекание реологических процессов при адгезионном контакте, делает невозможным применение реологической теории склеивания.

Особенностью клеев, применяемых для склеивания текстильных материалов, является их низкая адгезионная активность. Между функциональными группами основных видов клеев -- полиэтиленового (ПЭ), полиамидного (ПА), акрилового (Пакр)- и функциональными группами волокнообразующих полимеров (например, целлюлозы) возможно возникновение различных межмолекулярных связей. Слабая энергия этих связей не позволяет рассматривать их как движущий фактор при установлении межфазного взаимодействия. Известно, что возникновение взаимодействия на границе "текстильный материал -- адгезив" возможно только при приложении к компонентам сжимающего давления 30...50 кПа.

Таким образом, описание особенностей текстильных материалов как субстратов адгезионного взаимодействия представляет собой сложную проблему, решение которой должно быть найдено путем выявления присущих всем без исключения текстильным материалам свойств.

Теория склеивания текстильных материалов разработана на базе механической теории, а в качестве основополагающей адгезионной характеристики текстильных материалов взята ворсистость.

Постулат разработанной теоретической концепции звучит следующим образом: чем выше ворсистость текстильного материала, тем большая по величине площадь адгезионного контакта будет сформирована на границе раздела фаз, тем более благоприятные условия возникнут для получения прочного адгезионного соединения.

Процесс разрушения адгезионного соединения при прикладывании расслаивающей нагрузки представляет собой последовательное деформирование клея и всех компонентов текстильного материала (пряжи, волокон) вплоть до их смещения, деформирования (вытягивания) или разрушения. Внешняя расслаивающая нагрузка может вызывать:

1 разрыв волокон, ранее выступавших над поверхностью текстильного материала (рис. 1.2, а);

2 отслаивание клея без разрушения элементов текстильного материала (рис. 1.2, б);

3 разрушение по массе клея (рис. 1.2, в).

а -- с разрывом волокон; б -- без разрыва волокон; в -- с разрушением по массе клея

Рисунок 1.2 - Разрушение клеевых соединений текстильных материалов

Экспериментальный анализ перечисленных видов разрушения большого числа адгезионных соединений позволил установить основную причину их расслаивания, заключающуюся в разрушении волокон (см. рис. 1.2, а) и нитей, формирующих приповерхностный слой.

Вторым постулатом разработанной теории является следующий: чем выше прочность волокон текстильного материала, тем прочнее будет адгезионное соединение. Прочность адгезионного соединения текстильных материалов будет зависеть от следующих количественно определяемых величин: суммарной площади адгезионного контакта клея с текстильным материалом; усилия разрушения ворсового покрытия на поверхности текстильного материала.

Таким образом, ворсистость текстильного материала и показатели свойств составляющих его волокон -- диаметр и разрывная нагрузка -- являются определяющими факторами при формировании адгезионного контакта и его разрушении [4].

1.2 Анализ методик на определение прочности клеевого соединения

Теоретические разработки в настоящее время не позволяют надежно предсказать прочность и другие свойства клеевых соединений. Но исследования все время ведутся по подобным испытаниям и большое значение придается выбору метода.

Например, в Американской ассоциации по проведению испытаний и изучению материалов (ASTM) существует комитет D-14, который занимается разработкой стандартов для проведения испытаний адгезионных материалов. В большинстве стран Европы и Азии существуют национальные организации с аналогичными целями, но многие из действующих в этих странах стандартов, в том числе и в России, основаны на стандартах ASTM.

Классификация методов испытаний клеевых соединений приведена на рисунке 1.2.

Информация, получаемая после испытаний, может быть представлена:

- количественными показателями, т.е. числовыми значениями физических величин, например упругости, прочности, адгезионной способности, изменения линейных размеров и т.п.;

- качественными оценками.

В соответствии с этим разделением контроль процесса проектирования и получения клеевых соединений можно проводить как с помощью приборов, так и без них. Например, отслоение термоклеевых прокладочных материалов от основного материала, относящееся к дефектам внешнего вида, обнаруживается визуально. Перед проведением количественных измерений рекомендуют провести качественный эксперимент, необходимость которого поясняется следующим очевидным рассуждением. Все пары из адгезивов и текстильных материалов не являются идеально совместимыми. Адгезив, который может прочно соединяться с одним материалом, может образовывать очень слабые связи с другим. Между этими двумя состояниями существуют разные степени адгезии, усиливаемые параметрами процесса склеивания, в частности температурой [4].

Рисунок 1.2 - Классификация методов испытаний исходных компонентов, клеевых соединений и контроля параметров процесса склеивания

На рисунке 1.3 показан внешний вид проб разных текстильных материалов после расслаивания клеевых соединений в ходе предварительных экспериментов.

В зависимости от места и времени проведения испытаний они могут быть входными, технологическими и итоговыми. Из показателей входных испытаний наиболее важным является адгезионная способность компонентов будущего клеевого соединения.

После определения показателей свойств исходных материалов проводят их сравнение с контрольными значениями, что, в свою очередь, может вызвать проведение других дополнительных испытаний.

Например, если клеевой материал укорачивается после нагревания, то готовое клеевое соединение обязательно проверяют на усадку. По температуре плавления клея, который нанесен на термоклеевой прокладочный материал, назначают температуру склеивания (температуру поверхности рабочих органов оборудования).

а -- клей остается на прокладочном материале; б -- клей остается на основном материале; в -- клей остается на обоих материалах; 1 -- основной материал; 2 -- прокладочный материал; 3 -- клей

Рисунок 1.3 - Внешний вид текстильных материалов после расслаивания клеевых соединений

Методы технологических испытаний процесса склеивания аналогичны методам контроля параметров другого процесса -- влажно-тепловой обработки швейных изделий.

Итоговые методы испытаний клеевых соединений классифицируются по признаку сохранения целостности клеевого соединения и могут быть неразрушающими и разрушающими.

Неразрушающие методы испытаний реализуют как на пробах, так и, что особенно важно, на готовых швейных изделиях, т.е. при контроле качества одежды.

Основными показателями, определяемыми при этих методах, являются:

1 способность клеевых соединений к растяжению;

2 изменение линейных размеров;

3 жесткость;

4 упругость;

5 пространственная формоустойчивость;

6 дефекты внешнего вида.

К сожалению, объем информации, формируемый после неразрушающих методов испытаний, не дает представления о прочности клеевых соединений, которая оказывает решающее влияние на сроки и условия их эксплуатации.

Разрушающие методы испытаний реализуют на пробах, что ограничивает область их распространения только рамками лаборатории. Тем не менее разрушающие методы испытаний исключительно информативны и важны. При разрушающих методах испытаний определяют:

1 прочность клеевых соединений при нормальных условиях влажности и температуры;

2 термомеханическую зависимость прочности клеевого соединения от температуры;

3 прочность после эксплуатационных воздействий (стирки, химические чистки).

Испытания на прочность делят на три группы:

- испытания на сдвиг;

- разрыв;

- расслаивание (отслаивание).

Разнообразие тестов на прочность огромно с помощью, которых определяют показатели адгезионной способности текстильных материалов и клеев.

Адгезионная способность текстильных материалов -- возможность взаимодействия их с клеем и образование с ним при определенных условиях адгезионных связей, обеспечивающих в Дальнейшем получение клеевых соединений при изготовлении одежды.

Подобно тому как воздухопроницаемость текстильных материалов определяют путем продувания через них воздуха, так и показатели адгезионных свойств определяют в момент взаимодействия текстильных материалов с клеем.

Показатели адгезионных свойств должны отвечать следующим требованиям:

- быть восприимчивыми к изменениям в поверхностных слоях волокон или отделочных препаратов, которые наблюдаются после внешнего воздействия на текстильные материалы, например после заключительной отделки;

- должны комплексно характеризовать морфологию (рельеф и строение) опорной поверхности, а также архитектонику приповерхностных слоев;

- должны быть основаны на одновременном испытании по меньшей мере двух объектов, один из которых адгезив, а другой -- текстильный материал;

- внешние условия (температура, усилие сжатия) должны соответствовать условиям склеивания деталей одежды в швейном производстве.

Адгезионная способность текстильных материалов, зависящая от их волокнистого состава, структуры, предшествующих заключительных отделок, проявляется при формировании адгезионного контакта с расплавленными клеями, т. е. влияет на прочность клеевых соединений. Поэтому адгезионная способность, т.е. способность к соединению, с некоторыми допущениями может быть оценена противоположным показателем -- усилием, необходимым для нарушения клеевого контакта в момент его образования, иначе говоря, разрушения адгезионных связей [4].

Для определения адгезионной способности основной ткани и клеевого материала необходимо их совместить и приложить нормальную сжимающую нагрузку для сближения контактирующих поверхностей на расстояние не менее 0,5 нм. Затем, нагрев зоны контакта до температуры перехода клея в вязкотекучее состояние, необходимо приложить нагрузку, разъединяющую склеенные поверхности. Числовое значение нагрузки может служить показателем адгезионных способностей контактирующих материалов.

Для определения адгезионной способности текстильных материалов и клеев используют разные приборы.

Методы оценки адгезионной способности текстильных материалов приведены на рисунке 1.4.

Методика и приборы, используемые для равномерного расслаивания. Для определения показателей прочностных свойств клеевых соединений проводят, как было отмечено выше, испытания на разрыв, сдвиг, расслаивание.

Наиболее распространенным видом испытаний клеевых соединений текстильных материалов является равномерное расслаивание.

Равномерное расслаивание предполагает симметричное приложение усилий в концах обоих субстратов, отсутствие изгибающего момента и постоянную скорость приложения усилий.

Методика испытания заключается в определении нагрузки при постоянном угле между вектором нагрузки и клеевым швом (соединением), который должен равняться 90°. О прочности склеивания при расслаивании судят по удельной нагрузке, которая представляет собой отношение усилия Рk к ширине пробы l (как правило, 1 см). При расслаивании клеевого соединения сначала растягиваются и рвутся самые короткие и наименее прочные адгезионные связи, затем -- длинные и прочные. Из-за беспорядочного поверхностного рельефа поверхности текстильных материалов при сильной нагрузке клеевого соединения в некоторых точках возникают деформации напряжений, приводящие к разбросу экспериментальных данных.

При регулярной структуре микрорельефа поверхностей ткани разброс данных уменьшается. Ориентация макромолекулярных цепей полимерного клея в одном направлении также повышает прочность клеевого соединения и снижает разброс экспериментальных данных.

При расслаивании клеевых соединений часть усилий затрачивается не на преодоление адгезионного взаимодействия, а на деформацию текстильных материалов (распрямление, растяжение, выдергивание волокон, нитей и пряжи).

Рисунок 1.4 - Методы оценки адгезионной способности текстильных материалов

В общем виде сопротивление А расслаиванию следует рассматривать как результирующую двух слагаемых:

А = Аад + Адеф, (1.15)

где Аад -- работа расслаивания на преодоление адгезионных сил (химических, Ван-дер-Ваальса и др.),Н * м;

Адеф -- работа деформирования компонентов клеевого соединения (клея, основной ткани, прокладочного материала), Н-м; (Адеф = 55.„65% А).

Усилие расслаивания зависит от скорости приложения нагрузок: с увеличением скорости оно возрастает из-за увеличения Адеф. Величина Aдеф зависит от вида материалов, составляющих клеевое соединение: для трикотажных полотен, обладающих высокой растяжимостью, Адеф гораздо больше, чем для тканей.

Схема приложения нагрузки к концам испытываемой пробы показана на рисунке 1.5.

1,3-- текстильные материалы; 2 -- адгезив (Р -- усилие; l -- длина зоны адгезионного контакта)

Рисунок 1.5 - Схема равномерного расслаивания и получаемая адгезиограмма

Из-за растяжения текстильных материалов вдоль одной системы нитей при расслаивании происходит их сжатие вдоль другой системы нитей. Это приводит к уменьшению длины зоны адгезионного контакта, что также вносит систематическую погрешность в результаты испытаний.

Указанные особенности позволяют с известной долей осторожности соотносить получаемые значения усилий с истинной прочностью клеевых соединений, особенно состоящих из растяжимых материалов.

Деформация текстильных материалов при расслаивании клеевых соединений является иногда причиной несоответствия экспериментальных значений и теоретической прочности клеевых соединений, рассчитанных по энергии химических связей. Однако ввиду относительной простоты испытаний, несложной формы проб метод равномерного расслаивания получил преимущественное распространение в швейной промышленности.

Другим его достоинством является хорошая воспроизводимость результатов (коэффициент вариации обычно составляет 2 - 5 % для пяти параллельных испытаний).

Метод определения прочности склеивания растяжимых материалов. При расслаивании клеевого соединения по схеме, показанной на рисунке 1.5, усилие Р расходуется частично и на деформацию растяжения текстильных материалов. Растяжение материалов вдоль линии действия нагрузки, приложенной, как правило, к нитям основы, вызывает удлинение последних и приводит к сокращению поперечных размеров другой системы нитей -- уточных. Это проявляется, как было отмечено выше, в деформации зоны разрушения: ее искривлении и сокращении по длине. В этом случае происходит не одновременное, а последовательное разрушение мест клеевого контакта: вначале слабых, затем наиболее сильных, затем слабых и т.д. Такой характер разрушения обнаруживается по показаниям силоизмерителя и является причиной достаточно большого разброса результатов измерений, что снижает их статистическую достоверность.

Расслаивание клеевого соединения можно проводить жестким (недеформирующимся) элементом, перемещаемым между текстильными материалами (рисунок 1.6).

Перед испытанием несклеенные концы пробы зажимают неподвижно. Между ними размещают жесткий элемент таким образом, чтобы он располагался перпендикулярно длине клеевого соединения и направлению приложения силы Р. При своем перемещении силовой элемент одновременно разрушает все адгезионные связи по ширине расслаиваемой пробы.

1,2-- несклеенные концы пробы; 3 -- жесткий элемент {Р -- усилие; l -- длина

Рисунок 1.6 - Схема расслаивания клеевых соединений жестким элементом

Пробу расслаивают с одного конца. Клеевое соединение закрепляют расслоенными концами в зажиме. К противоположному концу пробы прикрепляют дополнительный груз массой Р1; усилие, создаваемое Р1 меньше разрывной нагрузки клеевого соединения. Разрывная нагрузка клеевого соединения равна усилию, необходимому для одновременного разрушения обоих материалов [4].

Между несклеенными концами текстильных материалов помещают жесткий элемент (например, из стали) шириной h. Ширину жесткого элемента выбирают из условия h > l, где l -- ширина зоны адгезионного контакта.

К жесткому элементу через тяги прикладывают силу Р, достаточную для перемещения элемента 3 между материалами и разрушения адгезионных связей между ними и клеем.

Силу Р периодически замеряют, например через каждый 1 см перемещения жесткого элемента вдоль клеевого соединения.

Сравнение двух методов испытания -- традиционного расслаивания и расслаивания жестким элементом -- проведено в таблице 1.

Таблица 1.1 - Результаты определения прочности клеевых соединений разными методами

Из таблицы 1.1 видно, что относительная ошибка при испытании жестким элементом уменьшается в 2 раза. Благодаря одновременности разрушения всех адгезионных связей жестким элементом фиксируется большее значение прочности, чем при традиционном расслаивании.

Предлагаемый способ отличают простота, наглядность, широкие возможности в получении точных результатов. Использование данного способа обеспечивает по сравнению с традиционным следующие преимущества:

- отсутствие ограничений по видам клеевых соединений;

- учет специфики свойств текстильных материалов.

Метод расслаивания клеевых соединений, состоящих из ткани и нетканого объемного материала. Перечисленные выше методы испытаний непригодны для испытания клеевых соединений, одним из компонентов которых является легко растяжимый объемный нетканый материал типа синтепона.

При изготовлении утепленной одежды объемные нетканые материалы типа синтепона склеивают с тканями. Эти материалы имеют разные значения разрывных нагрузок. Поэтому определение прочности таких клеевых соединений методом равномерного расслаивания невозможно, поскольку часто при испытаниях объемный нетканый материал разрушается, если его разрывная нагрузка ниже нагрузок, необходимых для расслаивания клеевых соединений.

Для большинства таких клеевых соединений, состоящих из ткани, клея и нетканого материала, характерно соотношение

Q1<P<Q2, (1.16)

где Q1, Q2 -- разрывные нагрузки при растяжении соответственно ОМ и объемного нетканого материала;

Р-- усилие расслаивания клеевого соединения.

Клеевые соединения, состоящие из ткани, клея и объемного нетканого утепляющего материала, могут быть испытаны методом сдвига менее прочного материала относительно более прочного. По значению усилия, необходимого для сдвига нетканого материала по поверхности ткани, судят о прочности склеивания материалов в клеевом соединении (рисунок 1.7).

1 -- ткань; 2 -- иглы для сдвига; 3 -- нетканый материал (Р -- усилие; / -- длина клеевого соединения)

Рисунок 1.7 - Схема определения прочности сцепления ткани и объемного нетканого материала в клеевом соединении

На рисунке 1.8 показана последовательность реализации метода с помощью специального приспособления, содержащего иглы для сдвига. Метод применим для клеевых соединений, одним из компонентов которых являются синтепоны, ватины разного способа получения толщиной более 5 см. Если толщина нетканого объемного материала невелика, например, как у флизелина, то данным методом разрушить клеевое соединение невозможно.

1 -- ткань; 2 -- нетканый материал; 3 -- иглы; 4 -- клеевые точки

Рисунок 1.8 - Положение склеенных между собой ткани и нетканого объемного материала перед испытаниями (а), после введения игл в объемный утепляющий материал (6) и во время испытаний (в)

При проведения испытаний основную ткань склеивают с нетканым материалом, например ватином, с помощью клея. Клей может быть предварительно нанесен на один из материалов в виде точек. Прочность к растяжению нетканого материала определяют одним из известных способов, например на разрывной машине. Закрепляют один из концов пробы в тисках разрывной машины.. В противоположных тисках закрепляют элемент, несущий ряд параллельных игл. Иглы вводят через нетканый материал внутрь клеевого соединения на всю толщину нетканого материала по всей ширине пробы. К элементу, несущему иглы, прикладывают нагрузку. Иглы, расположенные с такой же частотой, что и частота точек клея, начинают перемещаться вдоль клеевого соединения, "соскабливая" нетканый материал с поверхности основной ткани. Развиваемое усилие фиксируют по шкале разрывной машины. Значения усилия записывают через каждый 1 см перемещения игл, а затем находят среднее арифметическое. Прочность склеивания рассчитывают по формуле:

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8