6. Вивчення методів визначення фізико-механічних властивостей та проведення випробувань щодо оцінення показ-ників міцності та видовження шкір різного цільового призначення

Теоретична частина

До найпоширеніших методів оцінки фізико-механічних показників шкір відносять випробування одновісним розтягуванням. Даним методом визначають такі показники як умовний модуль пружності, жорсткість, міцність лицьового шару, межу міцності, видовження (загальне, пружне, залишкове) тощо. Дані показники характеризують ступінь формування волокнистої структури дерми та обумовлюють здатність натуральної шкіри бути використаною для формування заготівки верху взуття.

Експериментальна частина

Хід роботи

1. Самостійно ознайомитись з методами визначень фізико-механічних показників згідно з ГОСТ 938.11 «Кожа. Метод испытания на растяжение».

2. Виконати випробування зразків натуральних шкір різного цільового призначення щодо показників межі міцності та видовження згідно наведеної нижче методики.

Випробовування одновісним розтягуванням

Випробування виконують на розривній машині РТ-250 зі шкалою навантажень до 2450 Н (250 кгс).

Для випробовування одновісним розтягуванням використовують зразки шкіри, форма яких показана на рис. 1. Робоча ділянка зразка (робоча довжина) обмежена лініями АD і ВС, його геометрична вісь – ав. Для випробовування шкіри зазвичай використовують зразки довжиною робочої частини 50 мм і шириною 10 мм.

Випробовування виконують на зразках відібраних з кожної шкіри. Половина зразків має бути поздовжніми (уздовж лінії хребта), а інша – поперечними. Кінцевий результат обчислюють як середнє арифметичне за кожним показником для поздовжніх і поперечних зразків.

Перед випробовуваннями робочу довжину зразків поділяють прямими лініями на п’ять рівних ділянок, які нумерують, як показано на рис. 1. Вимірюють товщину ділянок 1–5, розраховують середнє значення товщини. Результати вимірювань заносять у табл. 7, графи № 3 і 4. Потім перевіряють лінійні розміри зразків (ширину і довжину). Розраховують середню площу поперечного перерізу. Для цього перемножують значення середньої товщини зразка на ширину робочої ділянки (10 мм). Результат записують в графу № 5 табл. 7.

Перед випробуванням підготовлені зразки витримують 24 години при відносній вологості ± 20 °С.

Підготовка машини РТ-250 до випробування. При підготовці машини до випробовування слід дотримуватись такого порядку. Встановити необхідну швидкість руху нижнього затискача (100 ± 20 мм/хв) за допомогою рукоятки показника швидкості, розташованої на верхній панелі машини. Переміщенням стійки нижнього затискача встановити необхідну фіксовану відстань між затискачами, мм: для шкіри – 50. Підвіску верхнього затискача зафіксувати нерухомо рукояткою, що міститься з правого боку від затискача. Закріпити у затискачі зразок і звільнити підвіску.

Таблиця 7

Форма запису результатів при одновісному розтягуванні

№	Показник	Зразок шкіри
		Зразок 1	Зразок 2	Зразок 3
1	Номер випробування
2	Напрямок розташування зразка (повздовжнє чи поперечне)
3	Товщина, мм, у точках 1 2 3 4 5
4	Середня товщина, мм
5	Середня площа поперечного перерізу, мм2
6	Навантаження, що відповідає заданому напруженню 9,8 МПа, кгс
7	Видовження, мм при навантаженні 9,8 МПа при розриві
8	Навантаження при розриві зразка, кгс
9	Місце розриву
10	Площа поперечного перерізу зразка в місці розриву, мм2
11	Межа міцності при розтягуванні, 9,8 МПа
12	Відносне видовження, % при навантаженні 9,8 МПа при розриві

Проведення випробувань. Випробовування на машині зразків шкіри слід виконувати у такій послідовності. Визначити і занести в графу № 6 табл. 7 навантаження в кгс (1 кгс дорівнює 9,8 Н), що відповідає заданому напруженню, наприклад для шкіри – 9,8 МПа (1 кгс/мм²). Для цього перемножують значення площі поперечного перерізу (графа № 5) на 9,8 МПа. Отримане значення занести в графу № 6 табл. 7.

Встановити контрольну стрілку шкали навантажень на поділку, що відповідає напруженню 9,8 МПа з розрахунку середньої площі поперечного перерізу випробовуваного зразка в мм². Це дозволить за шкалою деформацій точніше зафіксувати видовження зразка при потрібному напруженні у момент суміщення робочої стрілки з контрольною.

Увімкнути машину натисканням кнопки «вниз», що розташована на нижній панелі.

Зафіксувати і занести у графу № 7 отримане за шкалою деформацій видовження при напруженні 9,8 МПа в мм.

При руйнуванні зразка машина автоматично зупиниться. У графи № 7 і 8 відповідно записати цифру абсолютного видовження зі шкали деформацій і навантаження при розриві зразка за даними контрольної стрілки шкали навантажень. Номер ділянки у місці розриву занести у графу 9.

Видалити із затискачів зруйнований зразок, нижній затискач повернути у верхню позицію натисканням на кнопку нижньої панелі «вверх». З цією метою тумблер з позиції «робота» перемкнути у позицію «тарировка».

Підготувати машину до наступного випробовування, повторюючи все описане спочатку.

Під час визначення межі міцності при розтягуванні фіксують навантаження за шкалою навантажень розривної машини в момент руйнування зразка. Оскільки випробовуваний зразок може бути неоднорідним за товщиною робочої ділянки, то враховують площу поперечного перерізу в місці розриву (графа № 10).

Межа міцності при розтягуванні (графа № 11) шкіри визначається при розтягуванні випробовуваного зразка та розраховується за формулою (3), Па:

_Р = , (3)

де Р  навантаження при розриві, Н (значення в графі № 8);

S  площа поперечного перерізу зразка в місці розриву, м² (значення в графі № 10).

Визначення відносного видовження (графа № 12). Видовження шкіри визначають одночасно з межею міцності при розтягуванні тих самих зразків.

Загальне видовження шкіри визначають при навантаженні в момент розриву зразка чи при визначеному навантаженні на одиницю поперечного перерізу і виражають як відносне видовження у відсотках.

Відносне видовження при розриві (графа № 12) визначається за формулою 4, %:

_Р = , (4)

де l_Р = l_Р – l – видовження при розриві зразка, мм (значення в графі № 7);

l – початкова робоча довжина зразка, мм, що дорівнює 50 мм.

Таким же чином визначають відносне видовження при заданому навантаженні в 9,8 МПа (графа № 12). При розрахунку даного показника величину  l_Р беруть з графи № 7.

Зробити висновок про відповідність отриманих результатів вимогам стандарту для досліджуваних зразків.

6. Вивчення та визначення фізичних властивостей натуральних шкір різного цільового призначення.

Теоретична частина

До фізичних властивостей матеріалів відносять їх геометричні характеристики (товщину, ширину, довжину, площу), масу і власне фізичні властивості – щільність, пористість, уявну питому вагу, поглинання, а також теплофізичні, термічні, електричні, оптичні властивості та зміну лінійних розмірів та інші.

Товщина. Товщина шкіри залежить від виду, статі, віку тварини, способу обробки шкіри. Вона коливається від 0,4 до 6,0 мм залежно від призначення шкіри. Товщина шкіри в процесі її виробництва змінюється: при дубленні, жируванні, наповненні вона збільшується, а при розпилюванні, струганні, розтягуванні – зменшується.

На товщину шкіри впливає її вологовміст, причому товщина шкір комбінованих методів дублення збільшується при зволоженні до 20 %, а шкір хромового дублення – до 5 %.

Для визначення товщини матеріалів використовують прилади – товщиноміри. Їх поділяють на контактні і безконтактні. Принцип виміру товщини контактним товщиноміром включає розташування вимірюваного зразка між двома пластинами приладу, зв'язаними з індикатором, що показує на шкалі вимірювану товщину. У залежності від жорсткості матеріалів використовують товщиноміри з площадками різних розмірів. Безконтактний вимір товщини заснований на радіоактивних, електричних і інших принципах.

Шкіра – типовий анізотропний матеріал. Товщина шкір різна як у партії, так і в топографічних ділянках окремих шкір. Найбільшу товщину має шкіра в нижній частині чепрака (огузку), найменшу – у полах, лапах і пашинах. Наприклад, шкіра зі шкури великої рогатої худоби при товщині в огузку 4,9 мм може мати товщину у верхній частині чепрака 4,3 мм, а в полах – 3,5 мм, в воротку – 3,8 мм.

У зв'язку зі значною різницею товщини шкіри по площі товщину вимірюють у так званій стандартній точці Н (рис. 2) і в точці збіжистості О. Збіжистість – це зменшення товщини шкіри в напрямку від хребтової лінії до поли і від огузка до воротка.

Рис. 2. Розташування стандартної точки Н для виміру товщини шкір хромового методу дублення зі шкір великої рогатої худоби (а) і стандартних точок Н та О на шкірах для низу взуття (б)

Шкіри для низу взуття з товщиною 3,2 мм і вище в точці О відносять до підошовних, а з меншою товщиною – до устілкових.

Площа. Площа шкіри залежить від розмірів шкури і від якості технологічного процесу виготовлення. Так, шкіри, додублені танідами і синтетичними дубителями, мають більшу площу, чим вироблені з цієї ж сировини шкіри хромового дублення. Площа шкіри, висушеної в наклейку на пластинах, на 3-4 % вище, ніж площа при сушінні шкіри на рамах, і на 5-7 %, чим при сушінні в перегін. На площу шкіри істотно впливають відносна вологість і температура навколишнього повітря, тому що шкіра – гігроскопічний матеріал і поглинає пари води з навколишнього середовища, збільшуючи свою вологість і площу. При підвищенні відносної вологості повітря з 50 до 90 % площа шкіри може збільшитись на 5-7 %.

При збереженні шкіри в умовах зниженої відносної вологості навколишнього повітря вміст в ній вологи зменшується і площа шкіри зменшується відповідно, тобто відбувається зміна лінійних розмірів. Це явище викликає короблення шкіри через нерівномірну втрату вологи топографічними ділянками.

Площа шкіри змінюється при нагріванні. Зокрема, при методі гарячої вулканізації деталі низу взуття, що торкаються нагрітих матриць, зменшуються на 0,5-1% по довжині, що призводить до деформації взуття, тому при даному методі кріплення використовують шкіру, які мають підвищену термостійкість. Для виробів зазвичай використовують шкіру площею від 20 до 400 дм².

Маса. Масу шкіри визначають безпосереднім зважуванням. Питому вагу розраховують в перерахунку маси на 1 м² готової шкіри.

Експериментальна частина

Хід роботи

1. Коротко занотувати характеристику основних показників фізичних властивостей натуральних шкір.

2. Виконати визначення фізичних властивостей зразків шкіри: товщини, маси, площі та уявної питомої ваги згідно наведеної методики. Результати випробувань записати у табл. 8.

В изначення товщини. Товщина шкіри в лабораторних умовах визначається товщиноміром індикаторного типу (рис. 3), в якому тиск рухомого штока 2 на зразок, розташований на нерухомій опорі 1, створюється за допомогою пружини.

Перед вимірюванням стрілка 5 товщиноміра повинна перебувати на нульовій поділці індикатора. Позиція стрілки регулюється повертанням головки гвинта 3. При нульовій позиції стрілки індикатора площини штока 2 і нерухомої опори 1 повинні щільно прилягати одна до одної. Піднімають шток 2 натисканням на важіль 4, встановлюють під його площину зразок і плавно опускають важіль. Товщину зразка визначають за показаннями стрілки. Абсолютна похибка вимірювання – до 0,01 мм.

Результати вимірювання товщини зразків записати в табл. 8.

Визначення уявної питомої ваги шкіри. Уявна питома ваги шкіри визначається відношенням маси зразка шкіри до його об’єму, який включає і пори в структурі шкіри.

В лабораторних умовах визначення уявної питомої ваги шкіри можна здійснюють на зразках правильної геометричної форми. Довжину і ширину зразків шкіри визначають за допомогою лінійки, товщину – за допомогою товщиноміра, а масу – зважуванням на електронних вагах.

Об’єм зразка шкіри розраховують як добуток довжини, ширини та товщини (з урахуванням відповідності одиниць виміру).

Уявну питому вагу розраховують шляхом ділення маси зразка на його об’єм.

Результати вимірювань записують в табл. 8.

Таблиця 8

Фізичні властивості натуральної шкіри

Зразок шкіри	Лінійні розміри зразка шкіри			Об’єм, см3	Маса зразка шкіри, г	Уявна питома вага шкіри, г/см3
	товщина	довжина	ширина
Зразок 1
Зразок 2
Зразок 3

Зробити висновок щодо отриманих результатів та порівняти уявні питомі ваги шкір різного цільового призначення.