предыдущая главасодержаниеследующая глава

Глава IV. Увлажнение и сушка заготовок верха и деталей низа обуви

§ 1. Увлажнение заготовок верха и деталей обуви

Обувь в процессе производства, хранения и носки подвергается воздействию тепла, пара и жидкостей. В результате этого свойства обувных материалов могут меняться. Наибольший интерес для обувной промышленности представляют воздействие тепла и водяного пара (гигротермическая обработка) и воздействие тепла и жидкости (гидротермическая обработка).

Влияние влаги на свойства обувных материалов

Способность влаги менять свойства материалов широко используется в технологии производства обуви, где насчитывается около 30 операций, которым предшествует увлажнение деталей.

Основная цель увлажнения - уменьшить усилия при деформаций материала и повысить формоустойчивость изделия. Увлажнение обувных заготовок перед обтяжно-затяжными операциями увеличивает коэффициент поперечного сокращения материала при растяжении. Коэффициент поперечного сокращения опойка хромового дубления при вытяжке на 18% увеличивается с 0,75 в воздушно-сухом состоянии до 1,45 после 24-часового увлажнения, шевро - с 0,48 до 1,74 [1]. Это позволяет уменьшить вытяжку материала при формовании заготовок на колодке на 10-28%.

Увлажнение повышает удлинение при растяжении по сравнению с начальным: кожи хромтаннидного дубления - на 215, юфти того же дубления - на 110, выростка хромового дубления - на 130%. По данным М. П. Куприянова и Н. И. Шаповала [2], при увеличении абсолютной влажности полукожника хромового дубления и термостойкой юфти до 25-33% увеличивается коэффициент удлинения, максимально растет остаточная деформация и максимально (по интенсивности) снижается напряжение. Увеличение удлинения при растяжении дает возможность уменьшить припуск на затяжную кромку заготовки верха. Увлажнение снижает деформирующее усилие, ускоряет релаксационные процессы (табл. IV. 1).

Таблица IV.1. Напряжение в воздушно-сухих и влажных образцах опойка хромового деления при растяжении на 30 % от их первоначальной длины (по М. А. Файбишенко)
Таблица IV.1. Напряжение в воздушно-сухих и влажных образцах опойка хромового деления при растяжении на 30 % от их первоначальной длины (по М. А. Файбишенко)

Как видно из данных табл. IV. 1, при растяжении опойка хромового дубления на 30% напряжение снижается с 8,8⋅106 Па (0,899 кгс/мм2) в воздушно-сухом состоянии до 5,3⋅106 Па (0,542 кгс/мм2) при увлажнении намоканием; повышается предел прочности при растяжении с 3⋅106 до 5⋅106 Па (с 3,07 до 5,10 кгс/мм2).

Процесс релаксации напряжения в воздушно-сухой коже протекает очень медленно: за 7 ч напряжение уменьшается всего на 17,4%. По данным Н. А. Шестаковой, наиболее интенсивен процесс релаксации при увеличении влажности кожи до 50%.

Через 3 ч в увлажненном образце напряжение падает на 35-40 %, а остаточная деформация, по данным М. А. Файбишенко, после пятисуточного хранения достигает 75%. Эта величина остаточной деформации обеспечивает формоустойчивость готовой обуви. Таким образом, увеличение влажности повышает также и остаточную деформацию кожи в 2,5 раза.

Формы связи влаги с материалом и влияние ее на показатели физико-механических свойств

На свойства обувных материалов при увлажнении существенно влияет форма со связи влаги с материалом. В зависимости от основных коллоидно-физических свойств все влажные материалы можно разделить на три вида [3].

1. Коллоидные тела, представляющие собой эластичные гели, значительно изменяют свои размеры, но сохраняют эластические свойства при поглощении и удалении влаги. К типичным коллоидным телам относятся желатин, агар-агар, прессованное мучное тесто.

2. Капиллярно-пористые тела, или хрупкие гели,- материалы, при увлажнении почти не изменяющие размеров, а при удалении влаги становящиеся хрупкими; могут быть превращены в порошок. Это древесный уголь, кварцевый песок, слабо обожженные керамические материалы.

3. Коллоидные капиллярно-пористые тела - материалы, обладающие свойствами тел двух первых видов. Стенки капилляров коллоидных капиллярно-пористых тел эластичны, при поглощении влаги изменяются их вид и размеры. К таким материалам относятся торф, зерно, хлеб, кожа и др. При удалении влаги в процессе сушки разрушаются связи влаги с материалом, при этом затрачивается определенная энергия.

По принципу интенсивности энергии связи влаги с материалом построена схема П. А. Ребиндера. Связи по этой схеме разбиваются на химическую, физико-химическую и физико-механическую.

Химическая связь очень прочная и нарушается только при химическом взаимодействии или при прокаливании.

Физико-химическая связь включает в себя адсорбционную осмотическую, структурную.

Адсорбционная связь влаги с материалом возникает при адсорбции молекул воды молекулами внешней и внутренней поверхностей мицелл геля. Активными центрами адсорбции являются полярные группы NH3+, СООН- и группы NH - и - СО - пептидных связей главных цепей молекул. Влага заполняет самые мелкие пространства между основными цепями белка и раздвигает их в одном направлении на относительно большое расстояние (с 10 до 14 Å), выпрямляя изогнутые боковые цепи. Адсорбционная влага поглощается с выделением большого количества тепла, что свидетельствует о значительной энергии связи ее с материалом. Поэтому адсорбционную влагу часто называют влагой гидратации. Энергия связи влаги гидратации настолько значительна, что влага перестает обладать свойствами жидкой фазы: не участвует в растворении веществ, не замерзает, меняет свои электрические свойства. Точное количество влаги гидратации в коже определить трудно, так как нет ярко выраженной границы между нею и капиллярной влагой [4].

В следующей стадии происходит проникание молекул воды в материал вследствие их молекулярно-кинетического движения, обусловленного явлением осмоса. Всякое коллоидное тело состоит не из однородных частиц, а из смеси фракций различной молекулярной массы. Фракции высокомолекулярной массы нерастворимы в воде, а низкомолекулярной - растворимы.

Коллоидное тело представляет собой скелет из замкнутых клеток, стенки которых состоят из фракций высокомолекулярной массы. В этих клетках находится растворимая фракция, не способная проходить через стенку клетки. Она попадает внутрь клетки в процессе формирования геля. Но через стенки клетки может проникать вода, т. е. они представляют собой полупроницаемую оболочку. Растворимая фракция вещества геля находится не только внутри клетки, но и вне ее. Концентрация растворимой фракции внутри больше, чем вне клетки, в результате чего вода проникает внутрь клетки путем избирательной диффузии (осмоса) через ее стенку. Таким образом, замкнутая клетка является как бы осмотической ячейкой, и движение воды обусловлено разностью осмотических давлений растворимых фракций. Такая влага называется осмотической.

Поглощение жидкости в этом случае не сопровождается тепловым эффектом, но вызывает значительное увеличение объема и изменение давления набухания.

К осмотически связанной жидкости надо отнести и жидкость, находящуюся внутри клетки и захваченную ею при образовании геля (структурная влага по классификации П. А. Ребиндера).

Влага, имеющая физико-механическую связь с материалом, может быть разделена на капиллярную и влагу смачивания.

Обводнение материала капиллярной влагой и влагой смачивания происходит путем конденсации или капиллярного всасывания в результате смачивания водой стенок капилляров и действия поверхностных сил [3, 5, 6].

Механизм капиллярного всасывания следующий. Если капиллярную трубку погрузить в жидкость, последняя поднимается по трубке под действием гидростатического давления Ргид, образуя вогнутую поверхность (рис. IV. 1, а). Внутреннее молекулярное давление вогнутой поверхности Рвог меньше, чем плоской Рпл на величину капиллярного давления:


Рис. IV. 1. Схемы механизма капиллярного всасывания
Рис. IV. 1. Схемы механизма капиллярного всасывания

где ρ - радиус кривизны вогнутой поверхности;

σ - поверхностное натяжение.

Тогда Рвог = Рпл - Pσ. Подъем жидкости в трубке будет происходить до тех пор, пока капиллярное давление не будет уравновешено гидростатическим, равным hg (γж - γп),

где h - высота подъема жидкости;

g - ускорение свободного падения;

γж - плотность жидкости;

γп - плотность пара жидкости.

Исходя из равенства гидростатического и капиллярного давлений, можно определить высоту поднятия жидкости в капилляре:


Плотность пара мала по сравнению с плотностью жидкости, поэтому ею можно пренебречь. Выразив радиус мениска через радиус капилляра, получим


где r - радиус капилляра.

Из формулы видно, что чем меньше радиус капилляра, тем больше высота подъема жидкости.

Иначе обводняются коллоидные капиллярно-пористые тела во влажном воздухе. Поглощать влагу из воздуха способны капилляры определенного размера, в которых может происходить капиллярная конденсация. Рассмотрим механизм капиллярной конденсации на следующем примере. Поместим капиллярно-пористое тело, стенки которого смачиваются водой, во влажный воздух при парциальном давлении пара Рп = 16,6 мм рт. ст. и температуре воздуха t = 20°С. При этой температуре давление насыщенного пара Рн = 17,54 мм. рт. ст. Стенки капилляра адсорбируют пар и покроются слоем влаги толщиной δ. На дне капилляра (рис. IV.2) образуется вогнутый мениск. Предположим, что радиус капилляра r = 10,2⋅10-7 см. Известно, что давление насыщенного пара Рм над мениском такого радиуса составит 0,90 от давления насыщенного пара окружающего воздуха, т. е.


Рис. IV.2. Схема механизма капиллярной конденсации
Рис. IV.2. Схема механизма капиллярной конденсации

Следовательно, пар в окружающем пространстве при давлении Рп = 16,6 мм рт. ст. будет перенасыщенным над мениском капилляра, и произойдет конденсация.

Толщина адсорбируемого стенками гидрофильного капилляра слоя воды, согласно экспериментальным исследованиям, равна примерно 10-5 см. Таким образом, если капилляр сквозной (без дна), то адсорбированные пленки жидкости могут слиться тогда, когда радиус капилляра в наиболее узком месте будет равен или меньше 10-5 см. Если радиус капилляра в наиболее узком месте больше 10-5 см, конденсация пара невозможна, и такой капилляр заполняется влагой только при погружении его в жидкую среду.

Капилляры, радиус которых меньше или равен 10-5 см и которые способны поглощать влагу из воздуха, называются микрокапиллярами, а влага, их заполняющая, - микрокапиллярной. Капилляры, радиус которых больше 10-5 см, называются макрокапиллярами, а влага, их заполняющая, - макрокапиллярной, или влагой смачивания. Обязательным условием присутствия влаги смачивания в материале является наличие пор, не заполненных путем капиллярной конденсации, и жидкости.

Физико-механическая связь влаги, особенно влаги смачивания, с материалом очень непрочная. Влага смачивания еще менее прочно, чем капиллярная, удерживается гидрофильной поверхностью тела, и сила тяжести значительно влияет на толщину пленки жидкости.

Исходя из уравнения Томсона можно рассчитать, что при упругости пара 40% возникает капиллярная конденсация влаги в микрокапиллярах.


где Θ - краевой угол смачивания;

φ - относительная влажность воздуха,

Количество влаги в коже зависит от параметров окружающего воздуха. Чем выше относительная влажность и ниже температура воздуха, тем более крупные капилляры заполняются влагой, тем больше будет капиллярной влаги и влаги смачивания в коже. Но опыты показывают, что даже при полном насыщении воздуха влагой, капиллярная конденсация происходит только в капиллярах, радиус которых не превышает 10-5 см. Более крупные капилляры, даже предварительно заполненные жидкой влагой, теряют ее при этих условиях полностью.

Таким образом, с точки зрения проведения процессов увлажнения и сушки обувных материалов и обуви интересны три основные формы связи влаги с материалом - адсорбционная, осмотическая и структурная и связь в микро- и макрокапиллярах.

При проведении технологических операций изготовления обуви необходимо проявление и изменение различных свойств материала. В связи с этим и характер обводнения материала должен быть различным, так как выделенные три основные формы связи влаги поразному воздействуют на те или иные свойства материала.

Значительно меняются размеры кожи при поглощении влаги гидратации благодаря увеличению расстояния между основными полипептидными цепями. На размеры кожи существенно влияет и присутствие в ней микрокапиллярной влаги: в результате расклинивающего действия тонких слоев капиллярной влаги площадь и толщина образцов кожи становятся больше. Увеличение влаги намокания почти не изменяет размеров кожи. Если кожу, полностью насыщенную микрокапиллярной влагой, поместить в воду, то размеры ее не изменятся (рис. IV.3), хотя влага намокания поглощается в значительном количестве.

Рис. IV.3. Кривая зависимости площади кожи от влажности
Рис. IV.3. Кривая зависимости площади кожи от влажности

Размеры кож хромового дубления в зависимости от влажности изменяются в большей степени, чем размеры кож таннидного дубления.

Б. Поляк, исследовавший влияние относительной влажности воздуха на деформационные свойства кожи при растяжении, установил, что остаточные и упругие деформации кож для верха обуви хромового дубления при увлажнении сорбцией влаги из воздуха максимально меняются, если влажность кож достигает равновесия с паром, упругость которого равна 97%, т. е. в момент наступления массовой конденсации влаги в капиллярах (табл. IV.2).

Таблица IV.2. Изменение остаточной и упругой деформации кож для верха обуви
Таблица IV.2. Изменение остаточной и упругой деформации кож для верха обуви

Следовательно, на деформационные свойства кожи существенно влияет влага гидратации и микрокапиллярная. Радиус этих капилляров, согласно формуле Томсона, равен 1,6⋅10-7 м.

Под влиянием микрокапиллярной влаги меняются и другие механические свойства кожи при растяжении. Голье и краснодубная кожа имеют максимальную прочность при увлажнении в воздухе, упругость пара которого близка 100%. Кожи хромового и хромтаннидного дубления в этих условиях имеют максимальное удлинение при растяжении.

Иначе ведет себя увлажненная кожа при сжатии: прочность ее снижается. Это объясняется тем, что разрушение происходит в тонкой структуре кожи, а влага гидратации, ослабляя связь между цепями, обусловливает уменьшение сопротивления материала сжатию. Таким образом, на свойства кожи при сжатии существенно влияет влага гидратации.

Влага намокания почти не изменяет эффект, достигаемый поглощением капиллярной влаги. При увлажнении кожаных задников для юфтевой обуви сорбцией из воздуха до 11,5% усилие прокола заготовок верха иглой уменьшается на 24%, а при увлажнении водой до 25% - на 27%. Как показали работы М. А. Файбишенко [7], при увеличении влажности кожаных подошв с 14 до 24% при увлажнении сорбцией прочность держания винта увеличивается с 6,05⋅106 Па (6,19 кгс/мм2) до 8,04⋅106 Па (8,20 кгс/мм2), при увлажнении кожаных подошв водой до 35% прочность держания винта увеличивается с 16,05⋅106 до 7,9⋅106 Па (с 6,19 до 8,08 кгс/мм2).

Равновесная влажность

Влажность одного и того же материала может изменяться в значительных пределах [8]. Однако после продолжительного пребывания материала произвольной начальной влажности в данных метеорологических условиях влажность его стремится к известному пределу, по достижении которого она остается постоянной. Эту устойчивую влажность материала называют равновесной влажностью.

Равновесная влажность зависит от материала, относительной влажности и температуры окружающего воздуха.

Чем больше относительная влажность воздуха, тем выше равновесная влажность. При одинаковой относительной влажности воздуха с повышением его температуры равновесная влажность снижается. Влияние температуры воздуха на равновесную влажность материала менее значительно, чем относительной влажности, поэтому влиянием температуры часто пренебрегают.

Кривая, изображающая зависимость влажности материала от относительной влажности воздуха (или от упругости его паров) при определенной температуре, называется изотермой, или кривой равновесной влажности (рис. IV.4).

Рис. IV.4. Кривые равновесной влажности кож: 1 - хромового дубления; 2 - хромтаннидного дубления
Рис. IV.4. Кривые равновесной влажности кож: 1 - хромового дубления; 2 - хромтаннидного дубления

Если известна кривая равновесной влажности, можно заранее установить, как будет меняться влажность материала в определенных условиях, а следовательно, можно установить режим увлажнения.

Как видно из рис. IV.4, характер кривых равновесной влажности кож хромового и хромтаннидного дубления одинаков, но равновесная влажность кож хромового дубления выше, чем равновесная влажность кож хромтаннидного дубления при одинаковых условиях. При изменении относительной влажности воздуха от 0 до 40% влажность материала быстро возрастает, а в интервале 40-70% влажность материала почти не меняется. Это значит, что в этих условиях показатели физико-механических свойств кожи остаются постоянными. С ростом относительной влажности воздуха от 70 до 97-100% влажность материалов резко увеличивается в результате массовой капиллярной конденсации влаги.

Равновесная влажность материала при полном насыщении воздуха влагой (при относительной влажности 100%) называется гигроскопической влажностью.

Гигроскопическая влажность характеризует предел влажности материала, при котором упругость паров у поверхности материала Равна упругости насыщенного пара. При меньшей влажности материала упругость паров у его поверхности ниже упругости насыщенного пара и снижается с уменьшением влажности материала.

Влага поглощается материалом сверх максимального гигроскопического влагосодержания лишь при непосредственном соприкосновении его с жидкостью.

Основные положения теории перемещения влаги в коллоидных капиллярно-пористых телах

В коллоидных и коллоидных капиллярно-пористых телах влага может перемещаться в виде жидкости или пара. Частицы жидкости в материале находятся в равновесии при равномерном распределении влаги по всему объему материала и при равенстве температур в различных точках материала.

Нарушение одного из этих условий влечет за собой более или менее интенсивное перемещение влаги в материале, т. е. основными факторами перемещения влаги в материале являются градиенты влажности и температуры.

При нарушении равномерного распределения влаги по объему материала, т. е. при наличии градиента влажности, влага перемещается из мест большей концентрации влаги в места ее меньшей концентрации.

В коллоидных телах при нарушении равенства температуры в различных точках (при наличии градиента температуры) влага перемещается от поверхностей высокой температуры к поверхностям более низкой температуры. При небольшом перепаде температуры влага перемещается в виде жидкости; при большом перепаде температуры - в виде пара. Подобное перемещение влаги в теле по направлению потока тепла называется термодиффузией.

В капиллярно-пористых телах влага в виде жидкости перемещается по направлению теплового потока не только из-за термодиффузии.

Рассмотрим капилляр со столбиком жидкости, ограниченным двумя вогнутыми менисками (рис. IV.5, а). С повышением температуры поверхности поверхностное натяжение а уменьшается, т. е. если t1>t2, то σ1 < σ2. Так как капиллярное давление Рσ прямо пропорционально величине поверхностного натяжения и равно 2σ/ρ, то Р12, т.е. капиллярный потенциал уменьшается на нагретой поверхности, и жидкость перемещается от более нагретых мест к менее нагретым. Для упрощения задачи радиусы кривизны менисков жидкости считаются одинаковыми. Такое движение жидкости по направлению теплового потока называется термовлагопроводностью капиллярно-пористого тела.

Термовлагопроводность в капиллярно-пористом теле может быть вызвана наличием защемленного воздуха, несообщающегося с наружным воздухом (рис. IV.5, б).

Рис. IV.5. Схемы механизмов термовлагопроводности капиллярно-пористого тела (а) и относительной термодиффузии пара и воздуха (б)
Рис. IV.5. Схемы механизмов термовлагопроводности капиллярно-пористого тела (а) и относительной термодиффузии пара и воздуха (б)

При повышении температуры жидкости t1>t2 давление защемленного воздуха увеличивается, пузырьки воздуха расширяются и перемещаются в сторону меньшего давления. В результате жидкость в капилляре "проталкивается" воздухом в сторону слоев материала, имеющих меньшую температуру. Такое явление называется относительной термодиффузией пара и воздуха.

При этом скорость перемещения влаги прямо пропорциональна градиенту температуры. Наличие градиентов влажности и температуры в материале повышает скорость увлажнения, если направления потоков тепла и влаги совпадают, и снижает ее, если направления потоков не совпадают.

Способы увлажнения обувных материалов

Для облегчения механической обработки кож и кожаных деталей в каждом отдельном случае необходимо устанавливать наиболее эффективную форму связи влаги с материалом и в зависимости от этого проводить предварительное увлажнение.

При производстве обуви применяют несколько способов увлажнения - в жидкой фазе, сорбцией влаги из влажного воздуха, термодиффузией (контактное увлажнение).

Увлажнение в жидкой фазе может выполняться при атмосферном давлении, в вакууме и при повышенном давлении.

Увлажнение в жидкой фазе при атмосферном давлении выполняется намоканием и кратковременным погружением в воду с последующей пролежкой.

При намокании кожа или детали, погруженные в воду, увлажняются под влиянием ряда факторов. В нормальных условиях преобладающим видом движения влаги в толщу кожи является капиллярное всасывание. Скорость капиллярного всасывания влаги пропорциональна радиусу капилляров, поэтому в первую очередь заполняются наиболее крупные капилляры, т. е. кожа поглощает только влагу намокания. Затем из крупных капилляров влага начнет перемещаться в более мелкие. Объем крупных капилляров в 10 раз превышает объем мелких, в связи с чем значительная часть воды остается в первых и оказывается балластом, так как она не изменяет механических свойств кожи. Различные топографические участки кожи при этом обводняются неодинаково вследствие неравномерного распределения крупных капилляров по площади кожи (полы и вороток поглощают влаги больше, чем чепрак и огузок).

Влага, поднимаясь по капиллярам, растворяет и заставляет мигрировать вместе с собой растворимые вещества в коже, вызывает их скопление в отдельных местах, потеки и неравномерную окраску. Концентрация водорастворимых веществ в лицевом слое после сушки заготовок приводит к его ломкости. При этом способе увлажнения ухудшается внешний вид заготовок верха обуви из кож хромового дубления. Из юфти вымывается жир [5-7].

При применении поверхностноактивных веществ (ПАВ) повышается скорость увлажнения, особенно юфти, но вымывание жиров и наличие остатков ПАВ снижают ее водостойкость [9].

При увлажнении намоканием наряду с капиллярным всасыванием происходит движение влаги по ткани кожи под влиянием градиента влажности, направленного внутрь материала. Когда температура воды выше температуры увлажняемого материала, процесс перемещения влаги осложняется еще и термодиффузионными явлениями. Так как при намокании всегда имеется избыток влаги, движение ее в кожу носит стационарный характер и завершается наступлением равновесного состояния системы. При изменении условий намокания, например при сильном увеличении гидростатического давления, преобладающим может оказаться движение влаги под действием этого давления, а не капиллярное всасывание.

Начальная стадия процесса увлажнения при кратковременном погружении в воду с последующей пролежкой протекает так же, как и при намокании. Во время пролежки характер перемещения влаги в материале меняется. Наличие влаги ограничено тем количеством ее, которое успели поглотить наружные слои кожи при погружении в воду, поэтому проникание влаги внутрь кожи уже не носит стационарного характера. Влага неравномерно распределена по толщине материала: наружные слои содержат максимальное количество ее, средние - минимальное (рис. IV.6). Для выравнивания количества влаги по слоям материала применяется пролежка. Процесс пролежки длителен, например для кожаных задников он равен 1,5-2 ч.

Рис. IV.6. Кривые распределения влаги по толщине кожи при кратковременном погружении образца в воду: 1 - до пролежки; 2 - после пролежки
Рис. IV.6. Кривые распределения влаги по толщине кожи при кратковременном погружении образца в воду: 1 - до пролежки; 2 - после пролежки

В вакууме и под давлением детали низа обуви увлажняются перед их прикреплением. При этом вода, находящаяся под давлением поршня, сжимает воздух в капиллярах кожи, быстро заполняет их на значительную глубину и адсорбируется поверхностью капилляров. После снятия внешнего давления сжатый воздух расширяется и выбрасывает излишки воды. Увлажненные детали не содержат балластной воды. Под давлением кожаные детали увлажняются равномерно по толщине и по площади, но вымывание таннидов и солей не устраняется.

Увлажняя кожаные детали в вакууме, можно повысить содержание влаги в них до 30-45% в пересчете на массу влажных деталей. Такой эффект достигается за счет того, что при выдержке деталей в вакууме давление в капиллярах кожи становится ниже атмосферного. При погружении деталей в воду вода быстро заполняет капилляры и адсорбируется их поверхностью.

Недостатком способа является значительное количество балластной воды, которая остается в крупных капиллярах кожи, что увеличивает продолжительность сушки. Практически увлажнение деталей обуви способами намокания и кратковременного погружения с последующей пролежкой не представляет особых затруднений. Когда влажность не должна быть слишком велика и миграция водорастворимых веществ не может принести существенного вреда увлажняемому материалу, рационально увлажнение намоканием. Способ применяется для увлажнения деталей низа и юфтевых заготовок.

Способ увлажнения сорбцией материалом влаги из влажного воздуха принципиально отличается от описанных выше.

В первый момент сорбции наибольшее количество пара поглощается поверхностными слоями кожи. Как отмечалось ранее, в процессе сорбции пара из воздуха выделяется тепло, поэтому температура поверхностных слоев материала повышается. Когда поверхностные слои обводнились, максимум поглощения влаги передвигается к центру, вызывая перемещение температурного максимума. Этому способствует и усилившаяся теплоотдача поверхностных слоев в результате повышения температуры. С некоторого момента, когда толщина адсорбированного слоя станет равна 10-5 см, пар конденсируется в капиллярах поверхностных слоев кожи, создавая градиент влажности и диффузию жидкости в увлажняемом материале. Таким образом, при поглощении влаги из воздуха конденсация ее начинается в самых мелких капиллярах, диаметр которых не превышает 10-5 см, т. е. обводняются те капилляры, влага которых меняет способность кожи к деформации при растяжении. Так как на сорбцию влаги макроструктура кожи не влияет, то топография кожи при увлажнении сорбцией не может иметь существенного значения. Положительным является и то, что при этом не происходит растворения и миграции водорастворимых веществ.

Итак, можно сделать следующий вывод: для заготовок верха обуви, особенно цветных, наиболее рационально увлажнение сорбцией влаги из воздуха.

Для правильного построения процесса увлажнения сорбцией влаги из воздуха необходимо соблюдать ряд требований. Одним из основных требований является высокая (не ниже 97%) насыщенность Увлажняющего воздуха, так как в противном случае не будет массовой капиллярной конденсации. Чтобы обеспечить такое насыщение воздуха влагой, увлажнительная камера должна быть достаточно герметичной [10].

Добиться высокой герметичности увлажнительной камеры трудно, поскольку необходимы непрерывные загрузка и выгрузка увлажаемых деталей. Одним из рациональных решений может быть камера образной конструкции, в которой загрузочное отверстие размещается в вертикальной части, а рабочая зона - в горизонтальной, расположенной под потолком. В этом случае подогретый влажный воздух, который легче атмосферного, не будет опускаться к загрузочному отверстию, благодаря чему рабочая зона будет достаточно герметична.

Для ускорения процесса увлажнения необходимо создать движение паровоздушной смеси в камере. Движение воздуха способствует диффузии молекул пара через слой воздуха, прилегающий к поверхности кожи.

Интенсивность сорбции влаги особенно возрастает при увеличении скорости движения воздуха от 0 до 0,5 м/с, при дальнейшем повышении скорости действие ее ослабляется. Такое явление связано с повышением температуры кожи и увеличением теплоотдачи от кожи в воздух при большей скорости сорбции, причем коэффициент диффузии возрастает медленнее коэффициента теплоотдачи. При движении воздуха со скоростью больше 0,5 м/с температура кожи увеличивается медленнее, что замедляет и скорость сорбции. Учитывая большое сопротивление движению воздуха находящихся в камере деталей или заготовок обуви, скорость движения паровоздушной смеси в рабочей зоне камеры рекомендуется в пределах 1-2 м/с.

Воздух должен насыщаться не примешиванием к влаге готового пара, а испарением распыленной влаги. При насыщении царом излишки его, конденсируясь на поверхности увлажняемых предметов, вызывают потеки и изменяют окраску. При увлажнении воздуха распыленной водой конденсации пара не происходит. Распылять воду можно форсунками любой системы. Для испарения влаги необходимо тепло, подводить которое рациональнее с испаряемой водой, подогревая ее до высокой температуры (80-90 °С), не доводя до кипения.

Ускорить поглощение влаги из воздуха можно, подогревая готовую паровоздушную смесь. Однако значительное повышение температуры смеси затрудняет полное насыщение воздуха паром, так как с увеличением температуры относительная влажность воздуха снижается. Кроме того, подогревание влажного воздуха до температуры 60-65° С приводит к тому, что в начале процесса температура поверхности кожи за счет теплоты сорбции будет на 15-17° С выше температуры увлажняющего воздуха, т. е. 80-82° С, что может отрицательно повлиять на качество кожи. При такой температуре увлажняющего воздуха температура кожи к концу увлажнения будет близка к 60° С. Когда детали или заготовки будут вынуты из увлажнительной камеры и помещены в атмосферу наружного воздуха (tвоз = 18-20° С), из-за большого перепада температуры влага начнет переме-щаться путем термодиффузии из внутренних слоев на поверхность материала, с которой будет быстро испаряться.

В увлажнительную камеру рекомендуется подавать паровоздушную смесь, подогретую до температуры 35-45° С.

На скорость поглощения влаги кожей при всех способах увлажнения значительно влияет направление потока влаги. Движение ее от лицевой поверхности к бахтармяной происходит медленнее, чем в противоположном направлении (рис. IV.7).

Рис. IV.7. Кривые влияния направления движения влаги на скорость поглощения ее кожей: 1 - от бокового реза внутрь; 2 - от бахтармяной поверхности к лицевой; 3 - от лицевой поверхности к бахтармяной
Рис. IV.7. Кривые влияния направления движения влаги на скорость поглощения ее кожей: 1 - от бокового реза внутрь; 2 - от бахтармяной поверхности к лицевой; 3 - от лицевой поверхности к бахтармяной

Особенно резко повышается скорость поглощения влаги при дви жении ее от бокового реза внутрь кожи.

Большая скорость перемещения влаги от бахтармяной поверхности кожи к лицевой объясняется двумя причинами:

1) более тесным переплетением волокон лицевого слоя, сужающим капилляры. При хорошей смачиваемости стенок капилляров это вызывает дополнительное движение влаги к лицевой поверхности;

2) бахтармяный слой больше набухает, чем лицевой, и в нем задер-живается больше воды.

Различная скорость движения влаги сквозь толщу кожи и вдоль ее поверхности через боковой рез связана с тем, что степень переплетения волокон в горизонтальном направлении выше, чем степень переплетения их в направлении вертикальном. Поэтому движение влаги вдоль поверхности происходит главным образом по капиллярам примерно одинакового сечения. При движении влаги сквозь толщу кожи плотно переплетенные волокна оказывают значительное сопротивление прохождению жидкости.

Ни один из перечисленных способов не дает возможности быстро и просто увлажнять кожи, детали и заготовки, и часто необходимая влажность материала не достигается.

Термодиффузионный (контактный) способ увлажнения [11-13] принципиально отличается от двух первых. В рассмотренных способах движение влаги осуществляется в основном под действием градиента влажности и только при увлажнении сорбцией из воздуха небольшое значе-ние имеет перепад температуры, вызывающий термодиффузию влаги.

При контактном способе градиент температуры имеет решающее значение, так как обычно он бывает значительным. Перемещение жидкости в направлении теплового потока обусловлено всеми видами термовлагопроводности (термодиффузией, капиллярной термовлагопроводностью и относительной термодиффузией пара и воздуха), при этом скорость увлажнения повышается. Градиент влажности- в этом случае также играет положительную роль. Ускорению увлажнения способствует и совпадение направлений градиентов влажности и температуры.

Контактный способ увлажнения кож разработан и предложен В. Арбузовым и Н. В. Соловьевым. Основы контактного способа Увлажнения обувных заготовок разработаны в МТИЛП под руководством проф. Ю. П. Зыбина.

При контактном способе увлажняемый материал кладут лицевой поверхностью на холодную плиту. Сверху на материал укладывают такую ткань-влагоноситель, которая поглощала бы определенное количество влаги. Установлено, что для получения образца кожи 35%-ной влажности ткань-влагоноситель должна поглощать (5-7)⋅105 кг/м2 (0,05-0,07 г/см2) влаги. Лучше подбирать ткань, способную поглотить 107 кг/м2 (1 г/см2). Верхняя плита нагревается до температуры 75-125° С. Влагу можно подавать в виде пара через отверстия нижней плиты непосредственно на бахтармяную сторону деталей.

Большой перепад температуры по слоям кожи вызывает диффузию влаги от горячей поверхности к холодной, что приводит к равномерному и быстрому увлажнению кожи. Кроме того, скорость увлажнения повышается в результате того, что часть воды, находящаяся в поверхностных слоях кожи, переходит в парообразное состояние. Пар, стремясь выйти наружу, ускоряет диффузию влаги и, проходя по капиллярам внутрь кожи, конденсируется в микрокапиллярах более холодных ее слоев. Это ускоряет процесс увлажнения и способствует равномерному распределению влаги по толщине. Увлажнение по площади также равномерно.

Рис. IV.8. Кривые зависимости количества поглощаемой кожей влаги от времени увлажнения и температуры верхней плиты, °С: 1 - 75; 2 - 100; 3 - 125
Рис. IV.8. Кривые зависимости количества поглощаемой кожей влаги от времени увлажнения и температуры верхней плиты, °С: 1 - 75; 2 - 100; 3 - 125

Как видно из рис. IV.8, имеется явная зависимость между количеством поглощенной влаги W, температурой нагревателя t (верхней плиты) и временем увлажнения т: чем выше температура верхней плиты и больше время увлажнения, тем большее количество влаги переходит из ткани-влагоносителя в кожу. Однако режим увлажнения при контактном способе надо выбирать осторожно, так как известно, что тепловое воздействие на кожу при высокой температуре и влажности понижает ее качество. Это понижение показателей физико-механических свойств кожи происходит из-за того, что вода под воздействием температуры вызывает гидролитическое расщепление белков [14].

Так как заготовка для верха обуви представляет собой систему, состоящую из кожи + бязь + тик-саржа, интересно проследить увлажнение указанной системы. Если при этом определить количество влаги не по слоям, а во всей системе, то получим картину перехода влаги из ткани-влагоносителя в систему из трех материалов, изображенную на диаграмме (рис. IV.9).

Рис. IV.9. Кривые зависимости количества поглощаемой заготовкой для верха обуви влаги от времени увлажнения и температуры верхней плиты, °С: 1 - 75; 2 - 100; 3 - 125
Рис. IV.9. Кривые зависимости количества поглощаемой заготовкой для верха обуви влаги от времени увлажнения и температуры верхней плиты, °С: 1 - 75; 2 - 100; 3 - 125

Из рис. IV.9 следует, что при температуре верхней плиты 75 и 100° С с увеличением времени выдержки количество влаги, перешедшее в систему из ткани-влагоносителя, возрастает. При температуре верхней плиты 125° С скорость потока настолько велика, что уже через 10-20 с почти вся влага переходит в увлажняемую систему и дальнейшая выдержка образца в прессе почти не увеличивает суммарную влажность, происходит лишь некоторое перераспределение ее по слоям.

При температуре верхней плиты 125° С нагревание даже в течение 10 с снижает температуру сваривания кожи на 22° С, в течение 60 с - на 37° С, что свидетельствует об ухудшении показателей физико-механических свойств кожи.

При увлажнении контактным способом термостойкой юфти [12] оптимальной является температура верхней плиты 70-90° С. Температура верхней плиты ниже 70° С замедляет процесс поглощения влаги кожей, а температура выше 90° С приводит к интенсивной потере влаги деталями заготовки после увлажнения. Эти потери тем больше, чем выше температура верхней плиты. При повышении температуры нижней плиты снижается абсолютная влажность лицевого слоя. Следовательно, нижняя плита должна охлаждаться, температура ее должна быть стабильна. В противном случае возможно пересушивание и садка лицевого слоя при формовании.

Степень увлажнения заготовки зависит от плотности структуры материала, его покрытия, разности температур, создаваемой в материале в период увлажнения, и от времени увлажнения [13]. Количество влаги при увлажнении возрастает с увеличением паропроницаемости покрытия кожи, разности температуры и времени увлажнения, а также с уменьшением плотности структуры материала.

Значительное количество факторов, влияющих на процесс увлажнения, и сложность обеспечения точного режима работы термодиффузионной увлажнительной установки затрудняют распространение этого способа увлажнения.

Установки для увлажнения заготовок верха и деталей низа обуви

Установки для увлажнения заготовок верха обуви сорбцией влаги из воздуха делятся на четыре типа:

1) установки, в которых воздух увлажняется испарением подогретой воды со свободной поверхности;

2) установки, в которых распыленная форсунками вода испаряется струей движущегося воздуха;

3) установки, в рабочее пространство которых подается пар, пропущенный через воду;

4) установки, в рабочем пространстве которых распыленная форсунками вода образует туман.

Имеются также установки, являющиеся комбинацией установок указанных типов.

Все эти увлажнительные установки могут работать при различных режимах:

а) при повышенной температуре влажного воздуха, значительно или незначительно отличающейся от температуры окружающей среды;

б) с принудительным движением воздуха (скорость движения 0,5-1,5 м/с) или с чрезвычайно малой скоростью движения его, обусловленной разной плотностью воздуха в различных частях рабочего пространства увлажнительной установки;

в) непрерывно или периодически.

Рассмотрим принципы работы установок всех типов при различных режимах.

Установки с испарением воды со свободной поверхности без принудительного движения воздуха, работающие преимущественно при высокой температуре влажного воздуха, очень просты по конструкции и дешевы в эксплуатации, но имеют ряд существенных недостатков.

Из-за разницы температур заготовок, загруженных в камеру, и влажного воздуха влага конденсируется на поверхности заготовок, образуя тонкий слой воды, закрывающий доступ влажного воздуха к капиллярам кожи. Увлажнение в данном случае сводится только к медленной диффузии влаги из этого слоя в толщу кожи. Заготовки получаются влажными на ощупь, но внутренние слои кожи остаются не увлажненными. Увеличение времени выдержки заготовок в камере мало влияет на прирост влаги, и даже при увлажнении в течение 3 ч прирост влаги составляет около 2%. Вода, кон-денсирующаяся на поверхности заготовок, загрязняет их. Конденсация влаги наблюдается не только на поверхности заготовок, но и на потолке и стенках камеры, особенно в моменты загрузки и выгрузки заготовок.

К установкам этого типа относится увлажнительная установка фирмы "Свит" периодического действия (рис. IV.10). Рабочая камера 1 вмещает около 20 пар заготовок, которые укладывают на полки 2. Воздух увлажняется влагой, испаряющейся со свободной поверхности воды, нагреваемой электрическим водонагревателем 3 до температуры 70-80° С. Температура влажного воздуха 50° С. Бак 4 с подогреваемой водой размещается в нижней части рабочей камеры. Циркуляция паровоздушной смеси естественная. Габарит установки 845 x 745 x 1270 мм.

Рис. IV.10. Схема установки фирмы 'Свит' для увлажнения заготовок обуви
Рис. IV.10. Схема установки фирмы 'Свит' для увлажнения заготовок обуви

Потребность электроэнергии на нагревание воды - 2000 Вт, на поддержание температуры воды - 1400 Вт. Рекомендуемая продолжительность увлажнения - 30-45 мин. Привес влаги в заготовках за это время составляет 1-2%. Так как влага в основном находится на поверхности заготовки, часть ее испаряется еще до затяжки. Очевидно, такое увлажнение мало изменяет показатели физико-механических свойств кожи, но несколько увеличивает удлинение при растяжении (1-2% при σ =9,8⋅106 Па), что способствует устранению трещин лицевого слоя и порывов заготовок при формовании. К недостаткам увлажнительных установок фирмы "Свит" следует отнести также малую емкость, недостаточный тех-нологический эффект и значительные тепло- и влаговыделения в цех через загрузочное отверстие.

В установках, работающих без принудительного движения воздуха при низких температурах, в которых вода испаряется со свободной поверхности, влага на заготовках не конденсируется, но даже при полном насыщении воздуха кожи увлажняются очень медленно, что объясняется малой скоростью процесса сорбции при низких температурах. Кроме того, при неподвижном воздухе у поверхности увлажняемого материала образуется пограничный слой, менее насыщенный водяными парами, так как часть их уже поглощена материалом. Тепло конденсации и сорбции повышает температуру пограничного слоя, дополнительно снижая его относительную влажность. Все это затрудняет процесс увлажнения. При движении паровоздушной смеси внутри камеры заготовки увлажняются сравнительно быстро. Но чтобы добиться полного насыщения воздуха влагой, необходимо иметь большую поверхность испарения, т. е. увеличить габарит камеры.

Воздух лучше насыщается влагой при распылении воды форсунками. Распыленная вода испаряется в струе движущегося воздуха при относительно низкой его температуре.

Установки этого типа - элеваторные или роторные непрерывного или периодического действия. Камера элеваторной установки (рис. IV. 11) разделена на рабочую зону 1 и рециркуляционный канал 2. Внутри каркас 3 камеры обшит листовым алюминием. Для транспортирования заготовок в рабочей зоне имеется элеватор, к которому прикреплены люльки 4 или шесты. Заготовки загружают и выгружают через загрузочное окно 5, которое закрывается дверцами или задвижкой.

Рис. IV.11. Схема элеваторной установки для увлажнения заготовок обуви влажным воздухом
Рис. IV.11. Схема элеваторной установки для увлажнения заготовок обуви влажным воздухом

Циркуляция воздуха осуществляется вентилятором 6, который отсасывает отработавшую паровоздушную смесь из рабочей зоны и подает ее в рециркуляционный канал. В рециркуляционном канале Разбрызгивается форсунками 7 вода, испаряющаяся в струе движущейся навстречу паровоздушной смеси. Вода может разбрызгиваться сжатым воздухом или под давлением водопроводной сети.

Чтобы гарантировать полное насыщение воздуха влагой и обеспечить его нагревание до определенной температур, применяется пар. Пар может подаваться в рециркуляционный канал или рабочую зону установки по перфорированной трубе через поддон 8, заполненный водой. Подача пара автоматически регулируется в зависимости от температуры влажного воздуха.

Воздух подается в рабочую зону через сепаратор, в котором влажный воздух освобождается от капель воды. Вода, не испарившаяся в рециркуляционном канале и сконденсировавшаяся в рабочей зоне, через поддон стекает в канализацию.

Температура воздуха в начале рабочей зоны камеры должна быть 37-38° С. В камере воздух охлаждается до 35-36° С, отдавая часть тепла и влагу заготовкам. Относительная влажность воздуха в рабочей зоне камеры должна быть не менее 97%, скорость движения воздуха - 0,5-1,0 м/с. Емкость камеры 200-250 пар заготовок.

Прирост влаги в заготовках из шевро при описанном режиме увлажнения в течение 1-1,5 ч составляет 8-10%. Заготовки из опойка и выростка необходимо выдерживать в камере 1,5-2,5 ч, чтобы получить тот же эффект.

Такая влажность увеличивает удлинение кожи при σ = 9,8 X 106 Па (1 кгс/мм2) на 8-12%, что дает возможность уменьшить припуски на затяжную кромку и сэкономить 2% материала для верха обуви. Форма и размеры обуви, изготовленной из заготовок, увлажненных указанным способом, хорошо сохраняются.

Недостатками этих увлажнительных установок являются громоздкость, сложность конструкции и длительность процесса.

Роторные установки (конструкции ЦКБ Росглавкож МЛП РСФСР) применяются для увлажнения заготовок перед формованием на колодке и имеют цилиндрическую форму (рис. IV.12).

Рис. IV.12. Схема роторной установки конструкции ЦКБ Росглавкож МЛП РСФСР для увлажнения заготовок верха обуви
Рис. IV.12. Схема роторной установки конструкции ЦКБ Росглавкож МЛП РСФСР для увлажнения заготовок верха обуви

Установки работают в автоматическом, полуавтоматическом и ручном режимах.

Внутри утепленного каркаса 1 находится ротор 2, разделенный вертикальными перегородками 3 на восемь отсеков. В каждом отсеке в четыре яруса закреплено по восемь штырей для подвешивания заготовок. Ротор смонтирован на трубе и вращается на полой оси. Воздух увлажняется в камере 4 водой, распыляемой форсунками 5. Вода подается насосом из бака через теплообменник, в котором она нагревается до температуры 60±5° С. Увлажненный воздух вентилятором 6 через сепаратор 7, полую ось 8, нижнюю кольцевую распределительную камеру 9 и отверстия в дне каждого отсека ротора подается в рабочую зону установки и отсасывается через отверстия в потолке и верхнюю камеру (коллектор) 10. Дополнительно воздух увлажняется в смесительной 4 и нижней кольцевой распределительной камерах паром, подаваемым из котельной или от парогенератора. Установка работает при полной рециркуляции влажного воздуха. Сконденсировавшаяся вода из верхней камеры и рабочей зоны и неиспарившаяся вода из смесительной камеры сливается в бак и через фильтры подается на повторное распыление.

Ротор через 1/8 оборота автоматически останавливается. Отсек, находящийся перед загрузочной дверью 11, изолируется от всей установки перегородками с плоскими резиновыми клапанами 12 и шибером. Параметры увлажнения в установке изменяются и регулируются автоматически. Диаметр установки без пульта управления и теплообменника - 1,5 м, высота - 3,3 м. Емкость установки - 288-320 пар в зависимости от размеров заготовки.

Основными недостатками установки, так же как и установок фирмы "Свит", являются неравномерное увлажнение заготовок, расположенных на разной высоте, а также значительный габарит установки. Прирост влаги в заготовках из кож хромового дубления при увлажнении в течение 1,5 ч составляет 10% в первом ярусе и 4-6% в остальных ярусах.

Установки, в которых распыленная форсунками вода образует туман, применяются в основном для увлажнения заготовок верха обуви, но могут быть использованы и для увлажнения деталей низа перед формованием (рис. IV.13).

Рис. IV.13. Схема установки для увлажнения заготовок верха обуви водяным туманом
Рис. IV.13. Схема установки для увлажнения заготовок верха обуви водяным туманом

Корпус увлажнительной установки выполнен в форме цилиндра 1. Внутри корпуса имеется центральная металлическая вращающаяся труба 2, на которой укреплены четыре ряда кронштейнов 5, по шесть в каждом ряду. В нижней части корпуса расположен поддон 4, в который заливается вода (на 0,02-0,03 м от крышки 5 поддона) температурой 18-20° С. Под установкой подвешен компрессор 6, который подает сжатый воздух. Вода из поддона распыляется вдоль центральной трубы сжатым воздухом через форсунку 7, находящуюся в нижней части трубы. Распыленная вода подается на заготовки насосом 8, подвешенным к потолку и имеющим куполообразную форму. Крупные капли воды по трубе стекают в поддон и вновь попадают на распыление. Степень распыления воды регулируется давлением сжатого воздуха. Емкость установки 240 пар заготовок туфель и полуботинок или 120 заготовок ботинок и полусапожек. Время увлажнения заготовок из кож хромового дубления не менее 1,5 ч, при этом прирост влажности кож от 5 до 7%. Заготовки из кож хромового дубления с казеиновым покрытием увлажнять в таких установках не рекомендуется.

В обувном производстве все большее значение приобретает предварительное формование деталей низа. Лучшие результаты дает формование при влажности кожи 22-25% на абсолютно сухую массу и 18-20% - на влажную массу [15, 16]. Такую влажность кож хромтаннидного дубления можно получить увлажнением сорбцией из воздуха в установках для увлажнения заготовок. Применять способы намокания или кратковременного погружения в воду с последующей пролежкой не рекомендуется, так как при этом трудно получить равномерную влажность по слоям кожи.

Влажность на абсолютно сухую массу кожаных подошв перед прикреплением их винтами или нитками, кожаных задников перед затяжкой или прикреплением должна быть 33-39% (влажность на общую массу - 25-28%). Такую влажность кожаных деталей можно получить, погружая их в воду. Лучшие результаты дает увлажнение под давлением.

Для увлажнения деталей низа под давлением применяется установка, показанная на рис. IV.14. В сетчатую кассету 1 загружают детали низа. Затем включается масляный гидропривод, который вдвигает ее в цилиндр 2, заполненный водой. Выступы крышки 3 сетчатой кассеты, входя в заплечики 4, плотно закрывают цилиндр, создавая необходимое давление. По истечении определенного времени насос выключается, кассета выталкивается из цилиндра пружиной 5, увлажненные детали выгружаются из камеры.

Рис. IV.14. Схема установки для увлажнения деталей низа обуви под давлением
Рис. IV.14. Схема установки для увлажнения деталей низа обуви под давлением

В результате такого увлажнения кожаные детали глубоко и равномерно про-питываются влагой и не содержат балластной воды. Режим увлажнения зависит от назначения, толщины и плотности кожаных деталей. Наилучшие результаты дает увлажнение под давлением в масляном гидроприводе - 2,9 ⋅ 106 Па (30 кгс/см2), при давлении в цилиндре с водой - 1,47⋅106 Па. Время увлажнения - 20-60 с. Так как этот способ не устраняет вымывания таннидов и солей из кожи, не следует поднимать давление выше указанного и увеличивать время выдержки. Увеличение давления и времени увлажнения приводит также к растворению сжатого в капиллярах воздуха и снижает эффект выброса воды из капилляров.

Промышленные установки для контактного (термодиффузионного) увлажнения изготовляются двух типов.

Установка первого типа (рис. IV.15, а) состоит из ткани-влагоносителя и двух плит - нижней горячей 1, нагреваемой электронагревателями 2, и верхней холодной 3. Верхняя плита, или диафрагма, холодная и имеет температуру помещения. Заготовку 4 носочно-пучковой частью кладут на влажную ткань 5. Верхняя плита прижимает заготовку к ткани и нижней плите.

В установках второго типа (рис. IV.15, б) влага в виде пара подается через перфорированную плиту 6 непосредственно на бахтармяную сторону заготовок. Пар в установке образуется при подогревании воды в бачке 7 до кипения или подается извне.

Рис. IV.15. Схемы установок для увлажнения заготовок контактным способом
Рис. IV.15. Схемы установок для увлажнения заготовок контактным способом

§ 2. Сушка обуви и применяемое оборудование

Сушкой называется процесс удаления влаги из материала испарением ее. Сушка является сложным процессом тепло- и влагообмена (или массообмена).

В обувном производстве различают основную сушку, предназначенную для удаления влаги из промежуточных деталей (задников, подносков) и увлажненной заготовки после формования ее на колодке, и вспомогательную сушку, предназначенную для удаления жидкости с поверхности подошв и каблуков после их прикрепления и окраски, растворителей из клеевых пленок и т. д.

Тепло, необходимое для испарения влаги, можно подвести следующими способами: конвективным, контактным, радиационным, диэлектрическим, сублимацией.

Способы сушки

Конвективный способ. Конвективный способ сушки получил в промышленности наибольшее распространение благодаря простоте конструкции сушилок, их экономичности и несложности обслуживания, а также лучшей теоретической разработке [9, 10, 17, 18-21].

Сущность конвективного способа сушки состоит в том, что под влиянием тепла, подведенного к материалу потоком, воздуха или дымовых газов, влага испаряется и в виде водяного пара переходит в окружающий воздух (или дымовые газы). При этом влажность материала, превышающая равновесную для данных условий, будет снижаться до тех пор, пока количество влаги в нем не придет в равновесие с влагой, содержащейся в воздухе. Сушка атмосферным воздухом называется естественной. Изменяя параметры воздуха, можно создать условия, при которых сушка будет протекать до необходимой конечной влажности материалов с требуемой интенсивностью. Создание установленных параметров воздуха, называемых режимом сушки и определяющих интенсивность процесса, характеризует искусственную сушку.

Процесс сушки представляет собой сложный комплекс явлений тепло- и влагообмена в системе влажный материал - воздух. Явление теплообмена связано с затратами тепла для превращения влаги в пар, для преодоления энергии связи гидратационной влаги с материалом, частично удаляемой из него. Количество тепла в джоулях, передаваемое воздухом материалу путем теплоотдачи, определяется по формуле


Очевидно, количество отдаваемого воздухом тепла Q возрастает с повышением температуры воздуха t, коэффициента теплоотдачи α (увеличивающегося с ростом скорости воздуха), с понижением температуры материала v (уменьшающейся с падением относительной влажности воздуха и с увеличением скорости его движения). В процессе сушки температура высушиваемого материала ниже температуры воздуха. Сушка происходит до тех пор, пока существует разность температур воздуха t и материала v, доказывающая существование явления теплообмена.

Переход влаги из материала в воздух, т. е. влагообмен, характеризуется двумя процессами:

испарением влаги с поверхности влажного материала и перемещением ее в виде пара в окружающий воздух;

перемещением влаги внутри материала из более глубоких слоев к поверхности (внутренней диффузией).

Если парциальное давление пара над поверхностью материала больше парциального давления пара в окружающем воздухе, пары жидкости из материала будут перемещаться в окружающий воздух. Как указывалось выше, влага в процессе сушки испаряется с поверхности материала, а в некоторых случаях и на-некоторой глубине от этой поверхности.

Испарение влаги в процессе сушки подобно явлению адиабатического испарения со свободной поверхности жидкости, т. е. испарению без дополнительного сообщения или отведения тепла. Устанавливающаяся при этом постоянная температура жидкости равна температуре мокрого термометра (tм = v) и определяется температурой, относительной влажностью и скоростью движения воздуха.

Подобное явление наблюдается при сушке материалов достаточной влажности. Пока влажность материала не понизится до гигроскопической, обусловленной влагой сорбции и влагой капиллярного всасывания, температура поверхности материала остается постоянной и равной температуре мокрого термометра.

Следовательно, количество влаги, кг/м2⋅ч, испаряющейся с единицы поверхности материала за единицу времени, равно количеству влаги, испаряющейся со свободной поверхности жидкости, находящейся в аналогичных условиях, и определяется по формуле


где W - количество испаряющейся воды, кг;

F - поверхность испарения, м2;

С - опытный коэффициент влагообмена, зависящий от скорости воздуха, кг/(м2⋅ч⋅Па) [кг/(м2⋅ч⋅мм рт. ст.)];

Р1 - давление насыщенных паров (при данной температуре поверхности воды), Па;

Рп - парциальное давление водяных паров воздуха, Па;

В - барометрическое давление, Па;

τ - время сушки, ч.

По данным Всесоюзного теплотехнического института, коэффициент С = 3,0228 + 2,2968V кг/(м2⋅ч⋅Па) [С = 0,0229 + 0,0174Vкг/(м2⋅ч⋅мм рт. ст.)], где V - скорость движения воздуха над поверхностью испарения, м/с.

Интенсивность испарения во многом определяется состоянием окружающего материал воздуха. На поверхности влажного материала образуется пограничный слой воздуха, влажность которого больше, чем влажность окружающего воздуха. Молекулам пара, находящимся на поверхности материала, необходимо сообщать дополнительную энергию, чтобы они могли пройти через пограничный слой. При определенной скорости воздуха эта задача облегчается. Наибольший эффект достигается при увеличении скорости воздуха до 0,5 м/с. Дальнейшее увеличение скорости воздуха увеличивает скорость испарения, хотя и не так заметно.

Очевидно, для непрерывного испарения влаги, кроме способности воздуха воспринимать влагу, необходимо непрерывное передвижение ее из внутренних слоев материала к поверхности испарения. В противном случае испарение влаги прекратится, несмотря на то что внутренние слои материала имеют еще достаточную влажность. Частицы заключенной в материале жидкости находятся в равновесии при равномерном распределении влаги по всему материалу и при равенстве температур материала в различных точках.

Нарушение одного из условий приводит к перемещению влаги в материале. В процессе сушки происходит непрерывное испарение влаги с поверхности материала, поэтому концентрация ее убывает от центра к его поверхности. Так как влага движется из мест большей концентрации в места меньшей концентрации, то непрерывное испарение создает условия для непрерывного перемещения влаги к поверхности материала. Таким образом, разность концентраций влаги при сушке является источником внутренней диффузии.

Нарушение равенства температур в различных точках материала также приводит к перемещению влаги из точек высокой температуры в точки более низкой температуры. Следовательно, если внутри влажного материала существуют градиенты влажности и температуры, то влага будет перемещаться в результате действия обоих факторов, если направления градиентов совпадают. В противном случае (влажность на поверхности материала меньше, чем в центре, а температура выше) градиент температуры служит сопротивлением перемещению влаги.

Контактный способ. Этот способ сушки основан на принципе термодиффузии: основной движущей силой влаги является градиент температуры, а диффузия влаги происходит в виде жидкости.

Сушка осуществляется при одностороннем подогревании материала горячей поверхностью. Градиент температуры создается как в результате одностороннего подогревания, так и в результате понижения температуры поверхности материала в первый период сушки, т. е. при испарении влаги с открытой поверхности.

При контактном способе сушки решающими факторами, влияющими на скорость сушки, являются перепад температуры и толщина материалов [10].

В обувной промышленности за последние годы стало широко применяться предварительное формование деталей и узлов заготовок, совмещенное с сушкой контактным способом. Формование кожаных задников на машинах объединения "Инвеста" (ЧССР), предварительное формование и сушка носочной части заготовок (с подноском) при узловой сборке обуви рантового и клеевого методов крепления на машинах АФМЗ-O и ФЗП-O дают возможность совместить операции формования и сушки деталей контактным способом [22].

Основным препятствием на пути внедрения контактного способа сушки является необходимость применения пустотелых колодок, которые не изменяли бы размеров при нагревании и последующем охлаждении и не затрудняли бы процесс формования.

В работах МТИЛП [23] показана возможность использования электропроводящих полимерных покрытий для получения электро- обогреваемой поверхности неметаллических колодок.

Сушка инфракрасными лучами. Одним из прогрессивных способов сушки, значительно сокращающим ее продолжительность, является сушка инфракрасными лучами (радиационная). Способ основан на подводе энергии к высушиваемому материалу посредством электромагнитных колебаний волн инфракрасного диапазона спектра. Из диапазона 0,77-370 мкм для сушки используются волны ограниченного участка спектра от 0,77 до 10-12 мкм [24, 25].

В обувной промышленности этот способ широко применяется для сушки заготовок верха обуви, покрытий, аппретур, красок, сушки и активации клеевых пленок. Заготовки или детали размещают вблизи источника так, чтобы инфракрасные лучи были направлены перпендикулярно их поверхности.

Источником инфракрасных лучей может служить всякое тело, нагретое до достаточно высокой температуры и генерирующее лучи различной длины. Но каждой температуре соответствует максимальное излучение волны определенной длины. С повышением температуры максимум излучения сдвигается в сторону коротких волн согласно закону смещения Вина: λmахT = 2866 К, где λmах - длина волны максимального излучения, мкм; Т - абсолютная температура нагретого тела, К.

В настоящее время в качестве генераторов инфракрасных лучей используют светлые коротковолновые ламповые излучатели (зеркальные лампы ЗС-2, ЗС-З) и темные длинноволновые (трубчатые излучатели, нихромовые спирали и т.д.). Темные излучатели при работе генерируют только инфракрасные лучи длиной волны не менее 0,77 мкм; видимое свечение практически отсутствует. Светлые излучатели наряду с инфракрасными лучами генерируют и видимый свет длиной волны меньше 0,77 мкм.

Различие спектральных характеристик источников инфракрасного излучения (ИФК) в зависимости от положения максимума позволяет селективно (избирательно) воздействовать на обрабатываемые материалы. Применяя тот или иной источник излучения, можно достичь глубокого проникания ИКЛ при высокой проницаемости материала (пропускательной способности спектра данного диапазона длин волн) или добиться поверхностного нагревания при существенном поглощении лучей данной длины и низкой пропускательной способности.

Количество передаваемого от источника излучения тепла характеризуется уравнением энергетического баланса q = qи + qк, где q, qи и qк - удельные мощности, подведенные к источнику и отданные излучением и конвекцией, Вт/м2.

Исходя из соотношения , генераторы ИКЛ можно раздели

лить на генераторы с преобладанием радиационного, радиационно- конвективного и конвективно-радиационного режимов передачи тепла. Характер теплопередачи зависит от температуры излучающей поверхности.

Светлые источники характеризуются радиационным режимом теплопередачи, темные - комбинированным режимом. Последнему режиму отдается предпочтение [26] при выборе режима сушки заготовок, так как обеспечивается обработка нагретым воздухом затененных от потока инфракрасных лучей зон заготовки. Для сушки и активации клеевых пленок как из латексов, так и из растворов наиболее эффективны темные излучатели [27].

Спектральные характеристики темных излучателей хорошо согласуются с оптическими свойствами обувных материалов и клеевых пленок.

Среди темных излучателей лучшими считаются [26] трубчатые электронагреватели (ТЭН). Большинство обувных материалов пропускает (с малыми потерями) инфракрасные лучи длиной волны 3,5-5 мкм [28, 29], что соответствует рабочей температуре ТЭНа (600° С). Следовательно, ТЭНы обеспечивают глубокое проникание ИКЛ в высушиваемые материалы. Это очень важно, так как при сушке заготовок требуется удалить влагу или растворитель из деталей, находящихся между слоями материала, обладающего в ряде случаев низкой паропроницаемостью (например, кожи с нитропокрытием).

ТЭН состоит из трубки, являющейся излучающей поверхностью, по оси которой проходит нагревательная спираль. Спираль изолирована от излучающей поверхности трубки заполнителем (окисью магния), сохраняющим электроизоляционные свойства при высоких температурах. Трубки для рабочих температур до 500° С изготовляют из углеродистой стали, для более высоких температур - из латуни или нержавеющей стали. Нагревательную спираль выполняют из сплавов высокого сопротивления - хромаля, нихрома и др. Заполнитель обеспечивает более интенсивный теплоотвод от нагревательной спирали к излучающей трубке.

Одним из преимуществ темных излучателей по сравнению со светлыми является меньшая зависимость эффективности нагревания от цвета высушиваемого материала. Это немаловажно, если учесть необходимость одновременной сушки обуви различных расцветок.

Эффект сушки инфракрасными лучами зависит от равномерности и плотности (количества лучистой энергии на единицу площади) облучения поверхности материала, в свою очередь тесно связанных с формой отражателя инфракрасных излучателей для создания концентрированного равномерного потока лучей. Известно, что плоский отражатель незначительно повышает плотность потока лучей в заданном направлении по сравнению с плотностью открытого, не снабженного отражателем излучателя. Наилучшей является параболическая форма отражателя.

Темные источники позволяют достичь значительной плотности облучения при малых расстояниях от изделия, в то время как для светлых источников типа зеркальных ламп это неосуществимо, так как стеклянный баллон не позволяет приблизить изделие к излучающей нити лампы.

Сушка токами высокой частоты (ТВЧ). При этом способе материал, помещенный в поле токов высокой частоты, поглощает часть энергии и нагревается без соприкосновения с какими-либо токонесущими деталями. Однородные тела нагреваются по всему объему.

Под влиянием нагревания часть влаги испаряется из материала.

Силой, движущей влагу из материала к поверхности испарения, являются градиенты температуры и влажности [28, 30].

Под действием электрического поля молекулы обувных материалов (диэлектриков) поляризуются. Поляризация сопровождается трением молекул, на что затрачивается часть электрической энергии поля, которая превращается в тепло. В результате материалы быстро нагреваются. Скорость нагревания зависит от частоты, длины волны и мощности электрического поля, а также от свойств материала.

Ценным свойством является селективное действие поля ТВЧ. Если в поле ТВЧ поместить неоднородное тело (например, обувь с деталями из различных материалов разной толщины), то, подбирая длину волны, можно достичь быстрого поглощения энергии, а следовательно, и быстрого нагревания одних ее частей при ничтожном нагревании или даже без нагревания других.

Опыты по сушке ТВЧ обуви, затянутой на колодке, показали применимость такой сушки [25].

Показатели физико-механических свойств кожи после сушки в поле ТВЧ не ухудшаются, а заготовки отличаются меньшей жесткостью лицевой поверхности, чем при сушке конвекцией. Это объясняется тем, что при конвективной сушке подводимая извне тепловая энергия распространяется внутри материала по законам теплопроводности, и температура внутренних слоев всегда ниже температуры наружных. В поле ТВЧ материал нагревается одновременно и равномерно по всему объему. Так как испарение влаги, происходящее главным образом с поверхности материала, сопровождается затратами тепла на парообразование, а температура окру-жающего воздуха ниже, чем температура материала, то температура наружных слоев ниже температуры внутренних. Такой механизм сушки гарантирует равномерность процесса и предотвращает пересушивание поверхности материала, а следовательно, и возникновение внутренних напряжений и коробление материала.

Применение токов высокой частоты ускоряет сушку материалов, но требует значительного расхода электроэнергии.

Недостатками сушки токами высокой частоты являются сложность оборудования и обслуживания, необходимость соблюдать строгие правила техники безопасности при эксплуатации установок, работающих под высоким напряжением, и более высокая стоимость сушки по сравнению со стоимостью сушки другими способами.

Одной из особенностей сушки ТВЧ диэлектриков является возрастание тепловой неоднородности по слоям заготовки. Незначительное повышение температуры одного участка многослойной конструкции приводит к прогрессирующему росту температуры на этом участке, приводящему обычно к тепловому и электрическому пробоям и повреждению заготовки.

Опытная установка для сушки токами высокой частоты клеевой пленки на подошвах применяется на обувной фабрике в Ростове-на-Дону.

Кинетика процесса сушки

Особенности процесса сушки влажных материалов при постоянных параметрах воздуха (температуре, относительной влажности и скорости) отчетливо видны на кривых сушки (1), изменения температуры (2) материала (рис. IV.16) и кривых скорости сушки (рис. IV.17).

Рис. IV.16. Кривые сушки и температуры материалов
Рис. IV.16. Кривые сушки и температуры материалов

Рис. IV.17. Кривые скорости сушки различных материалов: 1 - бумаги и тонкого картона; 2 - тканей и тонкой кожи; 3 - керамических материалов
Рис. IV.17. Кривые скорости сушки различных материалов: 1 - бумаги и тонкого картона; 2 - тканей и тонкой кожи; 3 - керамических материалов

Для характеристики процесса сушки важное значение имеют также температурные кривые, представляющие собой зависимость между температурой материала в определенный момент и его влажностью (см. рис. IV.16). Из температурной кривой и кривой сушки ясно, что в период постоянной скорости температура материала постоянна, а в период убывающей скорости температура возрастает.

Температурная кривая дает возможность выбрать оптимальный режим сушки с учетом особенностей материала. В частности, она показывает возможность сушки при высокой температуре, когда конечная влажность материала достаточно велика. Если конечная влажность близка к влажности в первой критической точке, то температура материала почти весь период сушки будет приблизительно равна температуре мокрого термометра и высокая температура воздуха не приведет к порче материала.

Внешним признаком сушки является изменение массы материала во времени. Зная начальную влажность и массу материала, можно определить влажность его в процентах в любой момент сушки по формуле


где

Wx - влажность материала на абсолютно сухую массу в данный момент сушки, %;

Gх - масса материала в данный момент, кг;

G1 - масса материала до сушки, кг;

W1 - влажность на абсолютно сухую массу материала до сушки, %.

Кривая, изображающая зависимость средней влажности материалов Wc от времени сушки τ, называется кривой сушки (см. рис. IV.16) взаимосвязанного механизма переноса: Wc = f(τ).

Форма кривой зависит от влажности и размеров материала, количества влаги и тепла внутри материала и массо- и теплообмена поверхности тела с окружающей средой, от гидродинамических условий, параметров воздуха и т. д.

Под кривой скорости сушки понимают графическую зависимость скорости сушки от влажности материала. Изменение абсолютной влажности материала в единицу времени будет первой производной функции Wc = f (τ), т. е.


Знак минус указывает на то, что с течением времени влажность материала уменьшается. Кривую скорости сушки можно получить из кривой сушки методом графического дифференцирования.

Начальный период сушки, характеризуемый отрезком АВ кривой, называется периодом прогревания материала. За период прогревания температура влажного материала v повышается до температуры мокрого термометра tм при данном режиме сушки. При сушке тонких материалов (например, кожи), имеющих относительно большую поверхность испарения, начальная стадия прогревания материала настолько мала, что ее не всегда удается обнаружить.

В следующий период, характеризуемый прямолинейным участком ВС кривой сушки, скорость испарения влаги достигает максимальной величины. В этот период скорость сушки, равная тангенсу угла наклона касательной к кривой сушки в любой точке, является величиной постоянной. Температура материала также остается постоянной и равной температуре мокрого термометра. Поэтому период, соответствующий отрезку ВС кривой сушки, называется периодом постоянной скорости сушки, или периодом поверхностного испарения, так как скорость испарения влаги равна скоро-сти испарения ее со свободной поверхности при одних и тех же параметрах сушки.

Продолжительность периода постоянной скорости сушки зависит от начальной влажности Wн материала и режима процесса: чем выше начальная влажность Wн и мягче режим сушки, тем длительнее период постоянной скорости.

Период постоянной скорости продолжается до гигроскопического влагосодержания W'к, которое на кривой сушки отмечается точкой С (первая критическая точка). Начиная с данного момента, скорость сушки уменьшается пропорционально уменьшению влажности материала до равновесного влагосодержания (точка D). Температура материала постепенно повышается до температуры окружающего воздуха. Влага из внутренних слоев материала перемещается к поверхности под действием градиента влажности. Период, соответствующий участку CD, называется периодом убывающей скорости сушки.

Период убывающей скорости для ряда пористых материалов делится второй критической точкой К на зону внешней диффузии (СК) и зону внутренней диффузии (KD). Вторая критическая точка соответствует гидратационному влагосодержанию W"к. С достижением равновесной влажности процесс испарения прекращается, температура материала остается равной температуре окружающего воздуха. На кривой сушки это установившееся состояние изображается прямой, параллельной оси абсцисс, с ординатой, соответствующей равновесной влажности Wp при данных условиях.

В период убывающей скорости существует градиент температуры, направленный внутрь материала, который уменьшается по мере приближения влажности его к равновесной и который при конвективной сушке препятствует перемещению влаги из внутренних слоев к внешним.

Кривые скорости сушки различных материалов, построенные на основе кривых сушки в период падающей скорости, имеют неодинаковый вид (см. рис. IV.17). Так как во время сушки влажность материала уменьшается, то при анализе кривых скорости сушки их следует читать в обратном порядке - справа налево.

Период прогревания материала на кривой скорости сушки изображается отрезком А1В1 период постоянной скорости - отрезком В1С1 падающей скорости - отрезком C1D1. Различная форма кривых обусловлена формой соединения влаги с материалом и характером ее перемещения.

Следует подчеркнуть, что наличие того или иного периода сушки обусловлено особенностями структуры и начальной влажностью материала.

Типы сушилок

Большое разнообразие типов и конструкций сушилок вызывает необходимость их классификации. Последняя осуществляется по ряду признаков.

По характеру агента сушки различают установки:

а) воздушные - атмосферные и вакуумные;

б) газовые - в качестве агента сушки используются дымовые газы.

В обувном производстве применяются воздушные атмосферные сушилки.

В зависимости от варианта сушильного процесса различают сушилки:

а) калориферные - с предварительным сосредоточенным или с рассредоточенным подводом тепла и однократным использованием агента сушки (основной вариант);

б) рециркуляционные - с возвратом части отработанного воздуха;

в) комбинированные.

В зависимости от направления перемещения высушиваемого материала и движения воздуха в рабочем пространстве различают сушилки прямоточные, противоточные, комбинированные.

В зависимости от периодичности загрузки и выгрузки высушиваемого материала существуют сушилки периодического и непрерывного действия.

В обувном производстве используются сушилки со сосредоточенным и рассредоточенным подводом тепла. Последние применяются для уменьшения перепада температуры воздуха в рабочем пространстве сушилки. Необходимое для сушки тепло передается воздуху одновременно двумя приборами или нагревательными паровыми трубами, проложенными вдоль рабочего пространства сушилку.

При одинаковом с сушилками основного варианта расходе воздуха и тепла на 1 кг испаряемой влаги на входе сушилок с рассредоточенным подводом тепла можно устанавливать более низкую температуру воздуха, что смягчает режим сушки. Это особенно ценно для материалов, плохо переносящих воздействие высоких температур.

В сушилках с однократным использованием агента сушки весь отработанный воздух из рабочего пространства выбрасывается в атмосферу. В рециркуляционных сушилках в атмосферу выбрасывается часть отработанного воздуха. Другая часть воздуха, смешанная с соответствующим выброшенному количеством свежего воздуха, снова подается в калорифер.

В рециркуляционных сушилках режим процесса сушки при тех же параметрах свежего воздуха смягчается и выравнивается по сравнению с режимом работы сушилок основного варианта при одновременном увеличении скорости воздуха.

Широкое распространение рециркуляционных сушилок объясняется как технологическими, так и экономическими причинами:

а) возможностью их применения для материалов, сушка которых допустима лишь во влажном воздухе с влагосодержанием большим, чем влагосодержание воздуха на выходе из калориферов сушилок основного варианта;

б) возможностью уменьшения перепада температуры в рабочем пространстве сушилки, что улучшает условия и ускоряет процесс;

в) более высокой экономичностью процесса, позволяющего использовать сравнительно высокое теплосодержание части отработанного воздуха;

г) возможностью использования различных скоростей воздуха в рабочем пространстве сушилки.

Различные сочетания направлений движения воздуха и высушиваемого материала позволяют дополнить схемы вариантов процесса сушки.

В прямоточных сушилках направление движения воздуха совпадает с направлением движения материала. Поступая в рабочую камеру, влажный и холодный материал сразу контактирует с сухим и горячим воздухом. По мере движения часть влаги материала испаряется, а воздух охлаждается и насыщается ею. Режим сушки довольно жесткий и для материалов низкой термостойкости непригоден. Обычно прямоточные сушилки применяются для сушки материалов, конечная влажность которых ограничена.

В противоточных сушилках материал, поступая в камеру, соприкасается с охлажденным и более влажным, чем в прямоточных сушилках, воздухом, движущимся ему навстречу. По мере продвижения материал постепенно нагревается и в конце процесса соприкасается с сухим и горячим воздухом, поступающим из калорифера. Этот вариант сушки более подходит для материалов низкой термостойкости.

Возможно сочетание двух принципов движения воздуха, т. е. чередование прямо- и противотока. Подбирая количественные соотношения потоков воздуха, можно регулировать интенсивность протекания процесса и создавать в различных зонах сушилки разные режимы.

В сушилку периодического действия первого типа материал загружается в камеру партиями, заполняющими сразу весь ее объем. Во время сушки материал либо неподвижен, либо передвигается. Параметры воздуха и влажность материала в таких сушилках в каждой точке сушильной камеры изменяются во времени в результате испарения влаги из материала в воздух. Поэтому в начальный период сушки температура воздуха заметно снижается, а влажность растет, к концу же процесса, наоборот, температура воздуха повышается и его влажность понижается.

В обувном производстве применяются сушилки непрерывного действия с непрерывной загрузкой цепного транспортера, движущегося в рабочей камере сушилки, небольшими партиями полуфабриката. Вместе с транспортером перемещается и полуфабрикат, который, пройдя путь от места загрузки до места выгрузки, оказывается, высушенным до требуемой влажности. В сушилках этого типа в каждой точке рабочего пространства обеспечивается постоянство влажности материала и параметров воздуха. Тем самым создаются условия для испарения одинакового количества влаги в равные промежутки времени, что обусловливает стабильность процесса.

Сушилки непрерывного действия способствуют достижению равномерной влажности материала, создают условия для организации поточной системы производства.

Тепловентиляционные схемы сушильных установок. На обувных фабриках наибольшее распространение получили сушилки, работающие по тепловентиляционным схемам X. Б. Глаубермана, со сосредоточенным подводом тепла (рис. IV.18). В сушилках конструкции X. Б. Глаубермана воздух, подаваемый вентилятором 1, проходя через калорифер 2, нагревается и поступает в сушильную камеру. Отработанный воздух отсасывается через трубу 5, часть воздуха выбрасывается через трубу 4 вентилятором, обеспечивающим рециркуляцию.

Рис. IV.18. Схема сушилки для обуви конструкции X. Б. Глаубермана
Рис. IV.18. Схема сушилки для обуви конструкции X. Б. Глаубермана

По мере выброса воздуха в атмосферу давление его в рабочей камере понижается, поэтому через загрузочное окно 5 поступает свежий воздух из цеха. Свежий воздух поднимается по вертикальной части камеры, затем движется по горизонтальной части до входа в рециркуляционную трубу, создавая зону охлаждения. В зависимости от положения всасывающего отверстия рециркуляционной трубы величину зоны охлаждения можно увеличить или уменьшить. Как видно, данная схема сочетает противоток с прямотоком.

Температура воздуха в сушилке регулируется задвижкой обводного канала 6 калорифера или вентилем трубопровода перед ним, а влажность воздуха - заслонкой трубы 4. При выдвижении заслонки увеличивается выброс отработанного воздуха в атмосферу, в камеру сушилки засасывается больше свежего воздуха с меньшим, чем у отработанного, влагосодержанием, в результате влажность воздуха в сушилке понижается.

На ряде обувных фабрик применяются сушилки с сосредоточенным подводом тепла, в которых калорифер помещен в одном, а вентилятор в другом конце ее горизонтальной части (рис. IV. 19). В горизонтальной части создается давление Р (-) воздуха ниже атмосферного, что исключает его утечку в цех через неплотные соединения деталей камеры. Это особенно важно при испарении токсичных органических растворителей. Часть воздуха, отсасываемого вентилятором 1, выбрасывается в атмосферу через трубу 2, а большая часть его по рециркуляционной трубе 3 подается через калорифер 4 и обводной канал 5 в рабочую камеру. Разрежение воздуха в сушильной камере, обусловленное выбросом части воздуха, вызывает подсос свежего воздуха через загрузочное отверстие 6. Отработанный и свежий воздух смешиваются в передней горизонтальной части сушилки. Зона охлаждения расположена в вертикальной части камеры. Параметры воздуха регулируют теми же способами, что и в сушилке X. Б. Глаубермана.

Рис. IV. 19. Схема сушилки для обуви, применяемая на объединении 'Заря'
Рис. IV. 19. Схема сушилки для обуви, применяемая на объединении 'Заря'

В эжекторных сушилках конструкции П. В. Явшица (рис. IV.20) короб сушилки делится горизонтальной перегородкой 1 на два канала, что вдвое увеличивает путь воздуха и во столько же уменьшает сечение канала. Вентилятор нагнетает воздух через калорифер 3 и суживающуюся насадку (эжектор) 4 в верхний канал камеры. Большая скорость выходящего из эжектора воздуха обусловливает разрежение между стенкой 5 и перегородкой 1, куда и устремляется воздух из нижнего канала. Смесь воздуха проходит по верхнему каналу до конца короба и, повернув, по нижнему каналу возвращается к торцовой стенке 5, к которой подходит конфузор 6 рециркуляционной трубы 7. Конфузор имеет направляющие лопатки для равномерного забора воздуха по всей ширине камеры.

Часть засасываемого вентилятором воздуха по трубе 8 выбрасывается в атмосферу, в результате чего в сушилке возникает разрежение. Свежий воз-дух всасывается через загрузочное окно сушилки. Вентилятор всасывает через трубу 7 смесь свежего и отработанного воздуха. Таким образом, схема рециркуляции сушилки отличается двукратным образованием смеси: перед конфузором (смесь свежего и отработанного воздуха) и после эжектора (смесь подогретого и отработанного воздуха).

Рис. IV.20. Схема эжекторной сушилки для обуви конструкции П. В. Явшица
Рис. IV.20. Схема эжекторной сушилки для обуви конструкции П. В. Явшица

Соотношение количества воздуха, проходящего через калорифер и вентилятор, и количества воздуха, циркулирующего в сушилке, по данным П. В. Явшица, составляет 1 : 2. Необходимая для обеспечения такого соотношения скорость воздуха, м/с, на выходе из эжектора


где S - длина короба, м.

Важным достоинством такой сушилки является возможность применять вентилятор меньшей производительности, чем в сушилках X. Б. Глаубермана и конструкции фирмы "Заря", что снижает затраты электроэнергии, уменьшает габариты вентилятора и всей сушилки. В зависимости от направления движения транспортера возможна сушка по принципу прямо- или противотока. К недостаткам сушилки относятся большой перепад температуры по сравнению с перепадом температуры в сушилках первых двух вариантов, ограниченные размеры зоны охлаждения, необходимость полной герметизации горизонтальной части камеры.

Для устранения некоторых из указанных недостатков применяются сушилки с рассредоточенным подводом тепла. Сушилки такого типа дают возможность выровнять температуру по длине рабочей части короба и сократить влияние инфильтрации через неплотности ограждений. Короб сушилки разделяется вертикальной (рис. IV.21) или горизонтальной (рис. IV.22) перегородкой на два канала.

Рис. IV.21. Схемы расположения нагревательных труб в левом и правом каналах (а), отсоса и подачи воздуха в каналах (б) сушилки с рассредоточенным подводом тепла и вертикальной перегородкой
Рис. IV.21. Схемы расположения нагревательных труб в левом и правом каналах (а), отсоса и подачи воздуха в каналах (б) сушилки с рассредоточенным подводом тепла и вертикальной перегородкой

Схема сушилки, приведенная на рис. IV.21, размещается в каркасе конвейера. Короб сушилки с вмонтированным в него вертикально-замкнутым транспортером разделяется вертикальной перегородкой 1 на два канала. Вдоль каналов проложены паровые трубы 2 для нагревания воздуха. Вентиляторы 3 отсасывают воздух из одного канала и по воздухопроводам 4 подают его в другой канал. Часть отработанного воздуха выбрасывается через трубу 5. Свежий воздух поступает через загрузочное окно.

На рис. IV.22 приведена схема сушилки, короб которой разделен на два канала горизонтальной перегородкой 1, Доходящей до звездочек 2 вертикально-замкнутого транспортера 3. Вентиляторы расположенные на боковой стенке верхнего канала, отсасывают воздух из него и подают в нижний канал, т. е. в сушилке образуются два изолированных замкнутых тепловентиляционных цикла. Тепло подводится по нагревательным паровым трубам 5, проложенным вдоль каналов.

Рис. IV.22. Схема сушилки с рассредоточенным подводом тепла и горизонтальной перегородкой (а) и схемы расположения нагревательных труб в верхнем (б) и нижнем (в) каналах
Рис. IV.22. Схема сушилки с рассредоточенным подводом тепла и горизонтальной перегородкой (а) и схемы расположения нагревательных труб в верхнем (б) и нижнем (в) каналах

Так как воздух отсасывается вентиляторами из верхнего канала с двух сторон, полностью предотвращается проникание отработанного воздуха в цех. Свежий воздух поступает через загрузочное окно. Зона охлаждения 6 находится в верхнем канале перед загрузочной шахтой 7. На Харьковской обувной фабрике № 4 такая сушилка, применяющаяся для сушки юфтевой обуви, расположена в подвале, в цех выходит только загрузочная шахта 7.

Сушилки с рассредоточенным подводом тепла наряду с некоторыми преимуществами по сравнению с сушилками со сосредоточенным подводом тепла (незначительное сопротивление движению воздуха и небольшой перепад температуры вдоль рабочей части короба) обладают следующими недостатками:

неравномерной сушкой обуви, расположенной на нижних и верхних полках транспортера из-за дополнительного лучистого нагревания ее от труб;

возможностью повреждения обуви при падении ее на трубы;

сложностью обслуживания и ремонта;

значительным расходом металла на трубы и необходимостью создавать условия для отвода конденсата при значительной длине труб.

В настоящее время в ГПИ-2 разработаны сушилки с рассредоточенным подводом воздуха, подогретого в калорифере (рис. IV.23). Воздух, нагретый в калорифере 1, поступает в обводной канал 2 и через отверстия 3 обводного канала подается в рабочее пространство сушилки. Для уменьшения перепада температуры отверстия соответствующим образом рассредоточены по длине обводного канала: наибольшее число их расположено в конце рабочего пространства канала. Сушилки этого типа не имеют указанных выше недостатков.

Рис. IV.23. Схема сушилки с рассредоточенным подводом тепла
Рис. IV.23. Схема сушилки с рассредоточенным подводом тепла

Радиационные сушилки. Для основной сушки обуви применяются радиационные сушилки нескольких типов.

Схема радиационно-конвективной сушилки АРКС-0 показана на рис. IV.24, а. Каркас сушилки имеет цилиндрическую форму. Обувь располагается на полках вращающейся этажерки сушилки.

Рис. IV.24. Схемы радиационно-конвективной сушилки APKC-O (а) и керамического излучателя (б): 1 - зоны радиационного нагревания; 2 - зона охлаждения; 3 - зона загрузки
Рис. IV.24. Схемы радиационно-конвективной сушилки APKC-O (а) и керамического излучателя (б): 1 - зоны радиационного нагревания; 2 - зона охлаждения; 3 - зона загрузки

Источником инфракрасных лучей служат керамические излучатели (рис. IV.24, б), представляющие собой пластинки с запрессованными электрическими спиралями, имеющими индивидуальные отражатели. Источники излучения находятся на боковых поверхностях каркаса сушилки. Время выдержки обуви в зонах нагревания и охлаждения регулируется системой автоматического управления в соответствии с заданным режимом. Общая емкость установки - 60 пар обуви.

Агрегат радиационной сушилки (АРС) представляет собой установку роторного типа, на барабане которой размещаются секции для 18 пар обуви. В качестве источников инфракрасных лучей используются нихромовые излучатели, размещенные на алюминиевых экранах с воздушным зазором. Температура на внутренних поверхностях экранов 130-140° С. Формы носочного и пяточного экранов соответствуют формам этих частей обуви, что нецелесообразно, так как при этом не обеспечивается необходимой плотности и равномерного потока лучей. Общее время сушки комбинированной обуви - 12 мин.

Применяются также установки элеваторного типа с инфракрасными лампами конструкции фабрики "Парижская коммуна". Источником излучения служат лампы ИКЛ мощностью 250 Вт с экраном из полированного алюминия. Лампы размещаются на панелях. Число ламп - 72. Емкость установки - 72 пары. Общее время сушки обуви с верХ0М из кож хромового дубления с мофориновыми подносками и кожкартонными задниками составляет 30 мин.

К установкам, в которых источником инфракрасных лучей служат темные трубчатые излучатели, относится терморадиационная сушилка ТЭРС-O (рис. IV.25) конструкции Ленинградского института текстильной и легкой промышленности (ЛИТЛП) имени С. М. Кирова и ленинградского обувного объединения "Скороход". Сушилка ТЭРС-O элеваторного типа имеет теплоизолированный каркас 1. На вертикальных стенках каркаса и перегородках элеватора расположены темные трубчатые рефлекторные электроизлучатели 2 марки ИР-1. В верхней и нижней частях установки (на звездочках) обувь подвергается только конвективной сушке теплым воздухом, нагретым внутри установки, так как в этих частях сушилки электроизлучатели не устанавливаются. Температура воздуха в сушилке 70-80° С. Емкость сушилки - 96 пар. Продолжительность сушки обуви с верхом из кож хромового дубления с кожкартонными задниками составляет 30-35 мин. В радиационных сушилках, как правило, осуществляется прерывистый режим облучения с рециркуляцией воздуха.

Рис. IV.25. Схема терморадиационной сушилк ТЭРС-О
Рис. IV.25. Схема терморадиационной сушилк ТЭРС-О

Режимы сушки

Наиболее распространенным способом сушки обуви на колодках после затяжных операций пока остается конвективный.

Основная сушка имеет ряд особенностей, затрудняющих ее осуществление:

а) неодинаковую влажность различных деталей обуви;

б) невысокую начальную влажность деталей верха;

в) расположение максимально увлажненных деталей (жесткого задника и подноска) под слоем менее влажного материала верха. Чем толще и плотнее материал заготовки, тем труднее удалить влагу из промежуточных деталей;

г) односторонний отвод влаги во время сушки из-за прилегания внутренней поверхности обуви к колодке;

д) одновременное испарение жидкостей с различными свойствами.

Из-за низкой начальной влажности верхних слоев заготовки роль поверхностного испарения во время основной сушки чрезвычайно мала, в связи с чем сушка осуществляется вследствие диффузии влаги в материале и углубления поверхности испарения. Наличие слоя сравнительно сухого материала над подносками и задниками еще больше затрудняет и без того сложные условия сушки. Повышенное содержание жиров в коже, паронепроницаемые покрытия кож - все это затрудняет перемещение влаги к поверхности и увеличивает длительность сушки.

Последние два фактора являются причиной медленной сушки обуви из юфти и из кож с акриловым и нитроакриловым покрытием. Близкая к равновесной влажность верхних слоев материалов обуви обусловливает действие описанного выше эффекта замедления сушки, возникающего ввиду несовпадения знаков градиентов влажности и температуры.

Основную сушку обуви лучше проводить в два этапа, между которыми выполняют горячее формование следа. Двухэтапная сушка облегчает выполнение операции и способствует повышению формоустойчивости. Длительность этапов сушки принимается в соотношении 1:2 и 1:1. На практике часто применяют однократную сушку.

Температура, относительная влажность и скорость движения воздуха в сушилке по-разному влияют на скорость сушки. Наиболее резко сокращает время сушки повышение температуры воздуха в пределах, допускаемых термостойкостью материалов.

Из обувных материалов наиболее чувствительны к гигротермическим воздействиям кожи. Причем кожи таннидного дубления менее термостойки, чем кожи хромового дубления. По мере понижения влажности термостойкость кожи повышается.

Длительность гигротермических воздействий значительно влияет на свойства кожи. При воздействии на кожи хромового и таннидного дубления воздуха невысокой температуры в течение длительного времени (30 суток) качество их резко ухудшается.

С другой стороны, кратковременное воздействие (10 ч) воздуха температурой 60-70° С не оказывает заметного влияния на свойства кож таннидного и хромового дубления влажностью Wотн = 16-18%. В то же время температура выше 40-45° С отрицательно действует на кожи таннидного дубления влажностью Wо = 30-35%. Эти данные получены в условиях затрудненного отвода водяных паров, что характерно для сушки кожаных задников юфтевой обуви.

Максимальная температура °С, не снижающая показателей физико-механических свойств обувных материалов при длительном пребы-вании их в атмосфере высокой относительной влажности, показана ниже.

Кожи таннидного дубления 45
Кожи хромтаннидного дубления 60
Кожи хромового дубления 75
Картон 80
Текстильные материалы 90-100

Температура сушки заготовок верха обуви должна выбираться по наименее термостойкому материалу, использованному при ее изготовлении.

Для избежания диффузии растворенных веществ к поверхности материала и появления солевых пятен надо создать такие условия, чтобы зона испарения влаги как можно скорее углубилась в толщу кожи. В этом отношении большое значение приобретает относительная влажность воздуха, понижающаяся с увеличением температуры. Снижение относительной влажности воздуха сокращает длительность сушки обуви, так как равновесная влажность заготовки понижается, а паропроницаемость ее повышается в результате освобождения части микрокапилляров от влаги. Чтобы предотвратить резкое снижение влажности отдельных деталей обуви, относительная влажность воздуха в сушилках должна быть не ниже 30-40% [31].

Скорость движения воздуха в обувных сушилках равна 1-2 м/с. Такая скорость уменьшает перепад температуры по длине короба, обеспечивает достаточное перемещение воздуха и необходимый тепловой обмен между воздухом и обувью.

Из-за замедленной сушки прилегающего к колодке слоя материала необходима зона охлаждения на заключительном этапе процесса. На этом этапе температура поверхностного слоя материала резко падает, а нагретая во время сушки колодка способствует термодиффузии влаги из внутренних слоев заготовки верха к ее поверхности, выравнивая тем самым влажность системы материалов по толщине заготовки.

Обувь сушится при постоянных или переменных параметрах воздуха. Оптимальна сушка обуви при постоянных параметрах воздуха.

В табл. IV.3 и IV.4 приведены оптимальные режимы основной сушки обуви с верхом из кож хромового дубления, юфти, текстильных материалов и лаковой кожи. Для определения длительности сушки обуви устанавливают по табл. IV.3 и IV.4 продолжительность сушки задников и подносков; по наибольшему из показателей определяют время сушки всей обуви.

Таблица IV.3. Оптимальные режимы основной сушки обуви с верхом из кож хромового дубления (Vвозд = 1 м/с, φ = 30%)
Таблица IV.3. Оптимальные режимы основной сушки обуви с верхом из кож хромового дубления (Vвозд = 1 м/с, φ = 30%)

Таблица IV.4. Оптимальные режимы основной сушки обуви с верхом из юфти, текстильных материалов и лаковой кожи (Vвозд = 1 м/с, φ = 30%)
Таблица IV.4. Оптимальные режимы основной сушки обуви с верхом из юфти, текстильных материалов и лаковой кожи (Vвозд = 1 м/с, φ = 30%)

Все режимы сушки в табл. IV.3 приведены с учетом того, что влажность деталей после сушки должна быть: кожаных - не выше 18%, кожкартонных-не выше 12%, остатков влаги и летучих веществ в деталях из мофорина и обувной нитроискожи - Т - не выше 12% от их массы.

В процессе сушки обуви деревянные колодки увлажняются. При повторном использовании деревянных колодок их влажность перед затяжкой заготовок должна быть 10-11 %. Существенным недостатком конвективного способа сушки является большая длительность.

Ускорить сушку можно при комбинировании способов. Интересны совместные работы КТИЛП и Киевской обувной фабрики имени 50-летия Великой Октябрьской социалистической революции [32]. Исследования проводились на экспериментальной радиационно-вакуумной установке.

При этом рекомендуется такая последовательность операций:

предварительное нагревание затянутой заготовки (до температуры 90° С на поверхности кожи) при атмосферном давлении;

понижение давления до (3,3-22,0)⋅106 Па (25-165 мм рт. ст.) и кратковременная сушка при температуре 150-170° С на поверхности кожи в области задника.

Длительность этапов сушки зависит от вида материалов и продолжается от 5 до 20 мин.

Вспомогательная сушка, в результате которой удаляется влага, сконцентрированная в поверхностных слоях заготовки или детали, выполняется на конвейере в специальных сушилках при естественных условиях или подогретым воздухом. Для вспомогательной сушки применяют также инфракрасные лучи. Режимы сушки и облучения зависят от назначения и способа сушки. Примерные режимы вспомогательной сушки обуви на ряде операций приведены в табл. IV.5.

Таблица IV.5. Примерные режимы вспомогательной сушки обуви
Таблица IV.5. Примерные режимы вспомогательной сушки обуви

§ 3. Влажно-тепловая фиксация формы верха обуви

Влияние влажно-тепловой фиксации на свойства обувных материалов

В последнее время вследствие интенсификации процесса формования обуви в связи с применением термопластичных подносков и задников, эластичных подносков, а также формованных деталей существенно изменилась роль сушки.

Применение указанных материалов резко сокращает время основной сушки и общее время выдержки заготовки на колодке. В отдельных случаях сушка обуви после формования исключается совсем, тогда обувь выдерживается на колодке 1-2 ч. Сокращение продолжительности или упразднение основной сушки приводит к потере формы обуви после снятия ее-с колодки, так как в материале заготовки сохраняются большие напряжения.

Первостепенное значение поэтому приобрело совместное влияние тепла и влаги (влажно-тепловая фиксация) на релаксационные процессы и усадочные явления в коже. Влажно-тепловой фиксации подвергают также заготовки обуви из искусственных кож, обладающих низкими формовочными свойствами и имеющих низкую формоустойчивость.

Влажно-тепловая фиксация формы верха обуви состоит из поочередной обработки после формования ее на колодке сначала влажным и теплым, затем горячим и холодным воздухом.

Влажно-тепловая фиксация значительно ускоряет релаксацию напряжений в кожах различных видов. Обработка теплым воздухом при температуре 60-70° С и относительной влажности 100% в течение 30 с уменьшает напряжение в растянутых воздушно-сухих образцах выростка хромового дубления на 50-60%, влажных - на 20-30% от начального напряжения воздушно-сухих образцов [33]. За 2 мин обработки как воздушно-сухих, так и влажных образцов напряжение снижается до 21-23% от начального напряжения воздушно-сухих образцов. Если напряжение образцов термо-стойкой юфти [34] начальной влажностью 33% на абсолютно сухую массу без влажно-тепловой обработки за 108 мин снижается до 34% от начального, влажных образцов - до 48,7%, то после влажно-тепловой обработки оно уменьшается соответственно до 18,8 и 13,2%. Такие низкие напряжения гарантируют высокую формоустойчивость как предварительно увлажненных, так и воздушно-сухих заготовок, затянутых на колодку.

По данным научно-исследовательского института обувной промышленности "Сатра" (Англия) [35], формоустойчивость обуви после влажно-тепловой фиксации соответствует формоустойчивости после выдерживания ее на колодке в течение двух месяцев.

Влажно-тепловая фиксация значительно увеличивает остаточке удлинение кожи. Последовательная обработка парами воды и горячим воздухом (температура до 110-115° С) позволяет повысить остаточное удлинение кожи в 2,4 раза. Оптимальное время воздействия на образцы кожи зависит от температуры воздуха и равно 0,5-2 мин [36].

Как видно из рис. IV.26, имеются три характерных периода влажно-тепловой обработки. Первый период характеризуется снижением напряжения до минимального значения, второй - интенсивным повышением напряжения, третий - постепенным снижением напряжения. При этом для образцов 2 и 3 первый период равен времени обработки их теплым влажным воздухом, второй - сухим горячим воздухом, третий - холодным воздухом.

Рис. IV.26. Кривые изменения напряжения воздушно-сухих (1, 2) и влажных 3 (Wa = 33%) образцов в процессе влажно-тепловой фиксации при различных режимах: 1-2 мин теплым сухим и 10 мин горячим сухим воздухом; 2,3-5 мин теплым влажным и 5 мин горячим сухим воздухом
Рис. IV.26. Кривые изменения напряжения воздушно-сухих (1, 2) и влажных 3 (Wa = 33%) образцов в процессе влажно-тепловой фиксации при различных режимах: 1-2 мин теплым сухим и 10 мин горячим сухим воздухом; 2,3-5 мин теплым влажным и 5 мин горячим сухим воздухом

Для образцов, не обработанных теплым влажным воздухом (кривая 1), напряжения снижаются значительно меньше, чем напряжение в образцах 2 и 5, и наблюдается в течение 1,5 мин. Затем наступает интенсивный рост напряжения, продолжающийся до конца обработки кожи горячим воздухом, при обработке холодным воздухом - более интенсивное падение напряжения, чем образцов, обработанных влажным воздухом.

Напряжение в коже после обработки холодным воздухом всегда выше минимального при влажной обработке. Жесткий режим второго периода обработки может значительно повысить напряжения и уменьшить остаточные удлинения кожи.

Изменения напряжения кожи по периодам влажно-тепловой обработки объясняются влиянием влаги и тепла на внутри- и межмолекулярные связи тонкой структуры и микроструктуры кожи, а также на ее физические свойства. В первом периоде под действием теплого влажного воздуха кожа увлажняется и нагревается. Увлажнение способствует изменению энергии взаимодействия между структурными элементами кожи [34, 37]. Это приводит к значительному возрастанию подвижности структурных элементов кожи, что ускоряет релаксацию.

Кроме того, увлажнение, так же как и нагревание, увеличивает размеры кожи, что дополнительно снижает напряжение в ней, причем действие только тепла или только влаги будет меньше снижать напряжение, чем совместное их действие.

Во втором периоде влажно-тепловой обработки кожа подвергается воздействию сухого горячего воздуха. Обработка горячим сухим воздухом должна была бы ускорить релаксацию напряжения в результате дополнительного ослабления и разрушения внутри- и межмолекулярных связей тонкой структуры кожи. Однако такое действие тепла наблюдалось бы при неизменной влажности кожи. В действительности же под действием сухого горячего воздуха кожа интенсивно теряет влагу, что приводит к ее усадке и возникновению значительных усадочных напряжений.

В третьем периоде кожа охлаждается. Охлаждение должно способствовать восстановлению разрушенных внутри- и межмолекулярных связей в тонкой структуре кожи и замедлению релаксации напряжения. Однако высушенная кожа сорбирует влагу из воздуха, что в конечном итоге несколько снижает напряжения в ней.

На величину остаточного удлинения εост искусственных кож основное влияние оказывает температура горячего воздуха: с повышением ее остаточное удлинение возрастает. С увеличением продолжительности обработки горячим воздухом εост также растет, хотя несколько меньше, чем при увеличении температуры.

В табл. IV.6 показано изменение остаточного удлинения обувной совмещенной винилискожи - Т в зависимости от режима влажно- тепловой обработки.

Таблица IV.6. Изменение εост обувной совмещенной винилискожи - Т в зависимости от режима влажно-тепловой обработки (по М. А. Файбишенко)
Таблица IV.6. Изменение εост обувной совмещенной винилискожи - Т в зависимости от режима влажно-тепловой обработки (по М. А. Файбишенко)

Установки для влажно-тепловой фиксации и параметры режимов фиксации

Для влажно-тепловой фиксации верха обуви из кож хромового дубления применяется оборудование нескольких типов [35 -43], параметры фиксации в которых различны (табл. IV.7).

Таблица IV.7. Параметры влажно-тепловой фиксации верха обуви из кож хромового дубления для оборудования различных типов
Таблица IV.7. Параметры влажно-тепловой фиксации верха обуви из кож хромового дубления для оборудования различных типов

Из данных табл. IV.7 видно, что более всего (в 12-20 раз) отличается продолжительность обработки влажным и сухим воздухом (τвл = 0,5-6,0 мин, τсух = 0,5-10 мин). Температура влажного воздуха изменяется в меньших пределах (tвл = 60-80° С), а для большинства установок - 60-70° С. Несколько больше варьирует температура сухого воздуха (tcyx = 70- 140° С), однако для большинства установок tсух = 100-120° С.

Были определены оптимальные режимы влажно-тепловой обработки [44]. Лучшие результаты для нормально увлажненных заготовок из кож хромового дубления получаются при следующих режимах [44]:

tвл = 70 ± 5 ° С, τвл = 2,0-3,0 мин,
tсух = 100 ± 5 ° С, τсух = 4,5 мин,

Для заготовок, привес влаги которых в результате предварительного увлажнения составляет 2-4%, оптимальной продолжительностью обработки при указанных значениях tвл и tcyx следует считать τвл = 2,0 мин, τсух = 2,0-2,5 мин.

ЦНИИКП рекомендует три режима влажно-тепловой фиксации обуви, приведенные в табл. IV.8 [45].

Таблица IV.8. Примерные режимы влажно-тепловой фиксации обуви из кож хромового дубления
Таблица IV.8. Примерные режимы влажно-тепловой фиксации обуви из кож хромового дубления

Для обуви из кож с натуральной лицевой поверхностью, окрашенной красителями, не меняющими оттенка при нагревании, может быть применен первый режим интенсивной обработки; для обуви из кож с искусственной и облагороженной лицевой поверхностью с промежуточными деталями из термопластичных материалов-второй и третий режимы, менее интенсивные, чем первый.

Обработка с успехом применяется для лучшего формования заготовки на колодке, устранения морщин, повышения формоустойчивости и сохранения размеров обуви из искусственных кож всех видов [46, 47].

Режим обработки зависит от вида кожи и термопластичности ее покрытия. При тепловой обработке искусственных кож значительно увеличивается остаточная деформация и снижается напряжение. Так, по данным М. А. Файбишенко, образцы искусственных кож, выдержанные в нормальных условиях в растянутом состоянии в течение 2 ч, через месяц сохраняют только 6,3% удлинения; нагревание до температуры 80° С в течение 10 мин растянутых образцов инфракрасными лучами снизило удлинение с 59,9 до 23,6% от начального; при этом остаточная деформация увеличивается (59,4%).

Для искусственных кож с поливинилхлоридным покрытием рекомендуется обработка при температуре воздуха 80-90° С, для искусственных кож с полиуретановым покрытием - 100-120° С. Время обработки горячим воздухом - 5-20 мин в зависимости от свойств материала и температуры воздуха. После тепловой обработки заготовки из искусственных кож должны быть охлаждены до температуры воздуха цеха.

Установки для фиксации формы обуви делятся на установки для влажно-тепловой и тепловой фиксации. В установках первого типа имеется зона обработки влажным и сухим горячим воздухом, в установках второго типа - только зона обработки сухим горячим воздухом. Установки обоих типов могут иметь зону охлаждения; в ряде установок она отсутствует.

В зоне увлажнения воздух увлажняется и нагревается при подаче пара или испарении воды со свободной поверхности в водонагревателе установки. В некоторых установках, например фирмы "Формуласт корпорейшен" (США), заготовка дополнительно увлажняется путем разбрызгивания на нее горячей воды (температура 82° С).

В зоне обработки сухой горячий воздух нагревается преимущественно электрическим способом, в некоторых установках - газом. В некоторых установках фирмы Си-Ай-Си (Англия) во второй зоне обувь вместо обогревания сухим горячим воздухом облучается инфракрасными лучами.

Жесткий режим второго периода влажно-тепловой обработки при использовании инфракрасных излучателей может значительно повысить напряжения в коже и уменьшить остаточные удлинения, что отрицательно скажется на формоустойчивости обуви [44].

Установки для влажно-тепловой фиксации выполняются следующих конструкций:

ротационные, или карусельные, с вращающейся этажеркой или лопастным колесом типа установок Научно-исследовательского института обувной промышленности "Сатра";

проходно-туннельные, например, фирмы "Анвер" (Франция) или БУСМК (Англия);

элеваторные с люльками для обуви типа установок фирмы "Формуласт корпорейшен" (США) и фирмы Си-Ай-Си (Англия);

камерные типа установок фирмы "Ринальди".

Проходно-туннельные установки могут быть встроены в поточную линию. К преимуществам установок этого типа следует отнести отсутствие приемов по загрузке и выгрузке обуви и "взять - положить" на конвейер до и после выполнения влажно-тепловой обработки; к недостаткам - затруднения в перестановке оборудования на поточной линии.

Промышленная ротационная установка для влажно-тепловой фиксации обуви (ВТОО) конструкции ЦНИИКП и ГПИ-2 состоит из круглого каркаса 1 (рис. IV.27), внутри которого на полой трубе 2 вращается этажерка 3. Этажерка разбита на 12 секций, по три полки в каждой. На одной полке помещается одна пара обуви.

Рис. IV.27. Схема установки ВТОО для влажно-тепловой фиксации формы обуви
Рис. IV.27. Схема установки ВТОО для влажно-тепловой фиксации формы обуви

Обувь устанавливают на прижимы следа 4. Установка имеет три зоны обработки - влажным, сухим, горячим и холодным воздухом. Этажерка с обувью, вращаясь, последовательно проходит все три зоны. Зона влажной обработки вмещает три секции, зона горячей обработки - семь, зона охлаждения - одну и зона загрузки-выгрузки - одну. В зону влажной обработки подается пар из бачка 5, в котором вода подогревается электронагревателем 6. Избыток пара из зоны влажной обработки удаляется через вытяжную трубу 7. Воздух, нагреваемый электронагревателями 8 в полой трубе, подается в зону горячей обработки вентилятором 9 через коллектор 10 и отсасывается из нижней части зоны горячей обработки тем же вентилятором через трубу 11. В зону охлаждения воздух подается вен-тилятором из цеха.

Установка может работать в режимах, указанных в табл. IV.8.

Температура воздуха и время обработки регулируются в заданных пределах соответственно терморегулятором и реле времени.

Установка УТОИК [48] карусельного типа для тепловой обработки обуви с верхом из искусственных кож (рис. IV.28, а) разработана и изготовлена Ленинградским проектно-конструкторским и технологическим бюро легкой промышленности (ЛПКТБлегпром).

Внутри прямоугольного каркаса находится цилиндрическая рабочая камера 1 (рис. IV.28, а, б), привод 2, устройство 3 для подачи воздуха, устройства 4 и 5 для подачи соответственно теплого и охлажденного воздуха, подводного 6 и отводного 7 патрубков.

Рабочая камера разделена на 24 секции перегородками 8, смонтированными на оси 9, и имеет окно для загрузки и выгрузки обуви.

Воздуховод выполнен в виде отсеков 10 с разделителями 11, расположенными с торцовых сторон рабочей камеры. При этом каждый отсек сообщается с двумя смежными секциями камеры через окна 12. Каждый верхний отсек смещен относительно нижнего на угол секции. Таким образом, верхние и нижние отсеки вместе с секциями рабочей камеры образуют воздуховодный канал змеевидной формы (рис.IV.28, в).

Рис.IV.28. Схема (а) и частичный разрез рабочей камеры УТОИК для влажно-тепловой фиксации формы обуви с верхом из искусственных кож, схема воздуховодов (в)
Рис.IV.28. Схема (а) и частичный разрез рабочей камеры УТОИК для влажно-тепловой фиксации формы обуви с верхом из искусственных кож, схема воздуховодов (в)

В каждой секции рабочей камеры расположены штыри 13 (см. рис. IV.28, а, б) для обуви, закрепленные на оси 9, пластины 14, шарнирно закрепленные на перегородках 15, несущие эластичные прокладки 15 для следа обуви и ролики 16.

Работа на установке осуществляется следующим образом.

После достижения в рабочей камере заданной температуры камеру загружают, причем след обуви при клеевой затяжке заготовки закрывают пластинами 14. При повороте оси 9 на одну секцию направление движения воздуха меняется. Таким образом, за полный оборот оси 9 направление воздуха многократно меняется, воздушный поток воздействует на обувь со всех сторон.

В процессе поворота оси 9 установленная в секциях обувь проходит по зонам нагревания, охлаждения, загрузки-выгрузки.

Схемы воздуховодов (см. рис. IV.28, в) и тепловентиляционной системы обеспечивают необходимый тепловой режим следующим образом. Воздух, проходящий через зону тепловой обработки, в смеси с воздухом из зоны охлаждения засасывается центробежным вентилятором. Одна часть его выбрасывается наружу, другая направляется через электрокалорифер и нагревается до заданной температуры, которая поддерживается автоматически.

Охлаждается обувь воздухом из цеха, поступающим через загрузочное окно. Отработанный воздух отсасывается наружу.

Режим работы установки
Температура воздуха, °С 70-130
Время обработки теплым воздухом, мин 5-20
Температура воздуха в зоне охлаждения, °С 20
Время охлаждения, мин 1-4

Производительность установки - от 218 до 54 пар в 1 ч в зависимости от продолжительности обработки в зонах нагревания и охлаждения.

предыдущая главасодержаниеследующая глава





© Злыгостев А. С., 2013-2016
При копировании материалов просим ставить активную ссылку на страницу источник:
http://furlib.ru/ "FurLib.ru: Обработка кожи и меха"