3.3.2. Методы экспериментальных исследований свойств материалов из отходов кожевенного производства

Линейные размеры и конфигурацию прокладок из материалов типа картона проверяли сравнением их с рабочими чертежами. Размеры образцов измеряли штангенциркулем, с ценой деления 0,1 мм

Изменение линейных размеров при увлажнении определяли по ГОСТ 9186 [326] следующим образом: из каждого листа картона вырезали образцы размером 50 х 20 мм² по четыре в машинном и поперечном направлении, измеряли их длину, затем погружали их в воду на 2 часа, после чего, высушив поверхность фильтровальной бумагой, вторично измеряли длину образцов. Изменение линейных размеров при увлажнении L_у, определяли по формуле:

,

(3.8)

где ℓ_с – длина образца до увлажнения, м; ℓ_у – длина образца после увлажнения, м.

Толщину материала измеряли в четырех точках двух смежных сторон листа на расстоянии не менее 25 мм от краев. Толщину прокладок измеряли в трех точках на расстоянии не менее 50 мм друг от друга.

Толщину листа материала и прокладок измеряли толщиномером типа ТР25-60Б с ценой деления 0,1 мм и диаметром измерительных поверхностей пятки и наконечника 10 мм.

За результат измерения линейных размеров и толщины принимали среднее арифметическое всех размеров, подсчитанное с точностью до первого десятичного знака и с учетом допусков (±0,2 мм).

Плотность материала определяли по ГОСТ 9186 [324].

При определении плотности из каждого листа пробы вырезали по два образца размером (50 ± 1) х (50 ± 1) мм.

Плотность картона Р_к, вычисляли по формуле:

,

(3.9)

где m– масса испытуемого образца картона, кг; h_к – толщина испытуемого образца картона, м; 0,4 – переводной коэффициент с учетом приведения массы испытуемых образцов к массе бумаги площадью 1 м².

Для определения массы образец взвешивали с погрешностью не более 0,05 г. Относительная погрешность результатов определения плотности не превышает ± 8,5%.

Предел прочности при растяжении в сухом состоянии и относительное удлинение картона определяли по ГОСТ 13525.1 [325]. Испытанию подвергали по три образца материала в машинном и поперечном направлении от каждого образца картона.

Ширина образца (10 ± 1) мм, длина 90 – 100 мм. Испытания проводили на разрывной машине маятникового типа РТ–250–М–2, позволяющей установить расстояние между клеммами (50 ± 1) мм. Скорость опускания нижнего зажима должна обеспечить длительность испытания 7 – 10 сек.

За результат испытания предела прочности при растяжении в сухом состоянии принимали среднее арифметическое трех параллельных определений для каждого направления. Результат подсчитывали с точностью до первого десятичного знака.

При определении предела прочности при растяжении после замачивания в воде обувного картона образцы выдерживали в воде в течение 24 ч при температуре воды (20 ± 2)ºС. Количество воды должно быть не менее 15-кратной массы образца.

Предел прочности при растяжении σ, определяли по формуле:

, Н/м2

(3.10)

где F – разрушающее усилие, Н, по шкале разрывной машины в момент разрыва материала; b – ширина образца, м; h – толщина образца, м.

Относительное удлинение при растяжении ε, определяли по формуле:

%,

(3.11)

где ∆ℓ – среднее арифметическое значение удлинения всех испытуемых образцов, мм; ℓ₀ – номинальное расстояние между зажимами. Результаты округляли с точностью до 0,2.

Впитываемость материала за 6 часов при полном погружении в дистиллированную воду, бензин марки А – 76, минеральное масло марки М – 8 при температуре (20 ± 3) ºС определяли по ГОСТ 13648.5–78 [326]. Сущность метода заключается в определении увеличения массы образца после выдерживания его в жидкости при полном погружении в заданных условиях.

Испытанию подвергали пять образцов размером (100 х 100) ± 5 мм. Для определения впитываемости при полном погружении применяли ванну, имеющую держатель для установки образцов в вертикальном положении и обеспечивающую свободный доступ жидкости по всей поверхности образца, герметически закрывающийся сосуд вместимостью не менее 0,2·10 ^-3 м³ для взвешивания образца, извлеченного из летучей жидкости, два стекла по ГОСТ 111 – 78 размером не менее 200 х 200 мм и толщиной 2-3 мм.

Взвешенные по одному образцы помещали в ванну с жидкостью так, чтобы высота жидкости над верхними кромками была не менее 20 мм. Температура жидкости была 20 ± 3°С. Образцы выдерживали в жидкости в течение 6 часов. После выдерживания в масле и бензине образцы по одному извлекали с помощью пинцета, давали свободно стечь влаге с образца в течении 3 с. Излишнюю влагу удаляли, поместив каждый образец в отдельности на 60 ± 3 с между двумя листами фильтровальной бумаги и двумя стеклами под груз массой 0,50 ± 0,01 кг. После удерживания в воде образцы по одному извлекали и удерживали их в вертикальном положении, давая стечь с них жидкости в течение 120 с. После стекания избытка воды каждый образец помещали в полиэтиленовый пакет и взвешивали с погрешностью не более 1·10^-5 кг. Время с момента извлечения образца до окончания взвешивания не должно превышать 120 с.

Впитываемость картона при полном погружении G_в, в процентах определяли по формуле:

,

(3.12)

где m₁ – масса воздушно – сухого образца, кг; m₂ – масса образца после извлечения из жидкости, кг.

За результат испытания принимали среднее арифметическое пяти параллельных определений.

Линейную деформацию материала после выдерживания образцов в гигростате в течение 24 часов определяли по ГОСТ 12057 [327]. Испытанию подвергали по два образца размером (120 ± 1) х (120 ± 1) мм² для машинного и поперечного направлений. Образцы подвешивали в гигростате в вертикальном положении, температура окружающего воздуха 20 ± 3°С. Разметку образцов производили шилом, измерение – штангенциркулем.

В качестве гигростата применяли эксикатор с внутренним диаметром (250 ± 2) мм, заполненный водой так, чтобы расстояние от поверхности воды до нижней кромки образцов составляло не менее 50 мм.

Затем образцы по одному извлекали из воды, помещали между двумя листами фильтровальной бумаги для удаления избытка влаги и заворачивали в полиэтиленовую пленку. Образцы по одному извлекали из пленки, клали на стекло и измеряли расстояние между отмеченными точками.

Линейную деформацию картона D, для каждого направления отдельно вычисляли по формуле:

,

(3.13)

где ℓ₁ - расстояние между отметками перед увлажнением или высушиванием, м; ℓ₂ - расстояние между отметками после увлажнения или высушивания, м.

За результат испытания принимали среднее арифметическое двух определений (отдельно для каждого направления), округленное до 0,1 %.

Сжимаемость при нагрузке 4 МПа и упругое сжатие после снятия нагрузки материала определяли по ГОСТ 13648.1 [328]. Сущность метода заключается в определении изменения толщины картона под действием сжимающего усилия, направленного перпендикулярно плоскости и равномерно распределенного по его площади.

Образцы для испытаний, размером (20 ± 1) х (40 ± 1) мм², помещали между плитами прибора, прикладывали нарастающую сжимающую нагрузку. При достижении значения нагрузки, соответствующей давлению на образец 0,1 – 0,2 МПа, по индикатору определяли исходную толщину образца h₀. Постепенно повышая сжимающую нагрузку, довели ее до 1 МПа. После выдерживания образца под этой нагрузкой в течение 60 ± 10 с по индикатору определяли толщину h₁. Для определения упругой деформации сжимающую нагрузку постепенно снижали до значения, соответствующего давлению 0,1 – 0,2 МПа, выдерживали образец под этой нагрузкой в течение (60 ± 10 с) и по индикатору определяли h₂.

Общую деформацию сжатия (сжимаемость) δ_с, вычисляли по формуле:

%.

(3.14)

Упругую деформацию δ_у, от общей деформации определяли по формуле:

%.

(3.15)

За результат испытания приняли среднее арифметическое результатов измерений пяти комплектов образцов картона, кругленное до 1 %. Максимальная относительная погрешность не превышает ± 5 %.

Влажность картона определяли по ГОСТ 9186 [325]. Метод заключается во взвешивании образца в момент отбора проб и после высушивания его до постоянной массы. Из каждого листа пробы вырезали по два образца, предназначенные для исследования, массой не менее 2 г каждый. В качестве оборудования использовали весы с погрешностью взвешивания не более 0,05 % взвешиваемой массы, сосуды, предназначенные для хранения и взвешивания испытуемых образцов, шкаф сушильный с вентиляцией, обеспечивающий постоянную температуру 105 ± 2°С в процессе удаления влаги из картона.

Влажность образца картона W, вычисляли по формуле:

%,

(3.16)

где m_0с– масса сосуда для взвешивания, кг; m_1с – масса сосуда для взвешивания с навеской до высушивания, кг; m_2с -масса сосуда для взвешивания с навеской после высушивания, кг.

Устойчивость материала к маслу определялась следующим образом: из каждого отобранного листа вырезали по два образца размером (50 ± 1) х (50 ± 1) мм и выдерживали в течение часа в минеральном масле при температуре 130°С. Образцы не должны разрушаться.

Изменение толщины от действия масла. Из каждого отобранного листа вырезали по два образца размером (50 ± 1) х (50 ± 1) мм, промеряли толщину в центре образца. Место промера фиксировали, затем образец погружали в масло при температуре 80 - 90°С и выдерживали в течение одного часа. После остывания образец вновь промеряли. Изменение размера по толщине выражали в процентах к начальной толщине образца.

За результат испытания изменения размера по толщине приняли среднее арифметическое двух параллельных определений.

Жесткость при статическом изгибе обувных картонов оценивали по ГОСТ 9187 – 74 и ТУ 5442 – 12 – 50300357 – 95. Жесткость, D_у – нагрузка, необходимая для изгиба образца, свободно лежащего на двух опорах. Для испытания картона отбирали по 3 образца в машинном и поперечном направлении размером 10 х 50 мм.

В качестве аппаратуры использовали разрывную машину со специальным приспособлением. Метод основан на определении усилия, необходимого для прогиба образца, лежащего на двух опорах, силой, действующей по середине рабочей длины образца.

Жесткость картона определяли нагрузкой (H), необходимой для изгиба образца. Допускаемая относительная ошибка при определении среднего значения показателя жесткости не превышает 10 %.

Намокаемость обувного картона оценивали по ГОСТ 8972 – 78, для чего заготавливали образцы размером 50 х 50 мм², взвешивали с погрешностью до 1·10^-5 кг, затем погружали на два часа в воду. Извлеченный из воды образец освобождали от поверхностной влаги фильтровальной бумагой и вторично взвешивали.

Намокаемость Н, в процентах определяли по формуле:

,

(3.17)

где m₀ – масса образца до намокания, кг; m_н - масса образца после двухчасового намокания, кг.

Гигроскопичность обувного картона определяли по ГОСТ 8971 – 78. Сущность метода заключается в определении весовым методом количества влаги, которое способна поглотить элементарная проба размером 0,05х0,05 м за 16 часов при температуре 20 ± 3 °С.

Гигроскопичность Г, вычисляли по формуле:

,

(3.18)

где m_с – масса элементарной пробы до поглощения влаги, кг; m_у – масса элементарной пробы после поглощения влаги, кг.

Влагоотдачу обувного картона определяли по ГОСТ 8971 - 78. Сущность метода заключается в определении весовым методом количества влаги, которое способна отдавать увлажненная элементарная проба за определенное время при относительной влажности воздуха 65 ± 5% и температуре 20 ± 3 °С. Увлажненные при определении гигроскопичности элементарные пробы после взвешивания помещали на проволочной подставке на фарфоровую вставку в эксикатор с раствором серной кислоты, плотностью 1,835 10³ кг/м³ на 8 часов, затем вынимали из эксикатора и взвешивали, определяя массу пробы после отдачи влаги.

Влагоотдачу В, вычисляли по формуле:

,

(3.19)

где m_в - масса элементарной пробы после отдачи влаги, кг.

Истираемость во влажном состоянии определяли по ГОСТ 9188 - 75. Метод основан на постепенном отделении слоев картона во влажном состоянии за счет трения об истирающий материал. Вырезали по три образца картона размером 15 х 125 мм², измеряли их толщину, затем образцы погружали в воду температурой (20 ± 2) °С на 18 ч, после чего выдерживали их в эксикаторе перед испытанием 1 час. Вынув пробы из эксикатора, измеряли толщину и закрепляли их на ползуне прибора, где испытуемый образец подвергался трению о закрепленный в штанге резиновый истиратель. Зазор, равный заданной глубине истирания, устанавливали между упором и измерительной площадкой микрометра прибора. Глубину истирания выбирали равной половине толщины намокшего образца. Истирание проводили при давлении, равном 294,21 ± 2,94 кПа до заданной глубины истирания.

Истираемость Х, вычисляли по формуле:

, м/сек,

(3.20)

где h_0х–первоначальная толщина образца в воздушно – сухом состоянии, м; h_1х – толщина намокших образцов до истирания, м; h_2х - толщина намокших образцов после истирания, м; n – число циклов трения за время испытания; N – число циклов трения за 1 сек.

За результат испытания принимали среднее арифметическое из трех испытаний, подсчитанное с погрешностью не более  м/сек.

Устойчивость задников из обувного картона к оседанию определяли по ГОСТ 11149 – 75. Метод заключается в определении количества циклов нагружения, за которое происходит оседание предварительно увлажненных задников.

Образцы задников отбирали по ГОСТ 9186 [325], размеры которых соответствовали исходным размерам мужской, женской и детской обуви по ГОСТ 11373 – 75.

Задник перед испытанием выдерживали 4 часа в воде, нагретой до 20 ± 3 °С. Увлажненный задник закрепляли в зажим прибора и устанавливали нагрузку 0,39 ± 0,019 кН для задников мужской обуви и 0,29 ± 0,019 кН для задников женской и детской обуви.

Испытание задника продолжали до оседания, но не более 500 циклов. Результат испытания задников устанавливали по наличию или отсутствию оседания, наблюдаемого как утолщение типа складки над затяжной кромкой, не исчезающее в течение 2 часов после того, как задник вынут из зажима. Задники считают выдержавшим испытание, если ни один из них не деформировался.

Перечисленные методы позволяют проводить полное исследование свойств материалов типа картона из отходов кожевенного производства до и после воздействия ВЧ плазмы.

119