Содержание к диссертации
Введение
1. Обзор литературы 10
1.1. Анализ научных теорий о трении твердых тел 10
1.2. Современные представления об изнашивании и износостойкости подошвенных материалов 17
1.3. О связи износостойкости обувных подошвенных материалов с показателями их физико-механических свойств 47
1.4. Об оценке конкурентоспособности кожаной обуви 60
2. Объекты и методы исследования 75
2.1. Характеристика объектов исследования 75
2.2. Методы исследования 80
2.3. Статистическая обработка результатов исследования 83
3. Исследование связи износостойкости обувных подошвенных материалов с показателями испытаний их на сжатие 89
3.1. Анализ отказов обуви в процессе ее носки 89
3.2. Анализ результатов определения связи износостойкости подошвенных кож с показателями испытаний на сжатие 101
3.3. Исследование связи износостойкости синтетических подошвенных материалов с показателями, полученными при испытании их на сжатие 113
4. Характер изнашивания подошв в процессе носки обуви 132
4.1. Характер изменения сопротивления к истиранию кожаной подошвы в процессе носки обуви 132
4.2. Некоторые аспекты теории изнашивания обувных подошвенных материалов 142
5. Конкурентоспособность кожаной обуви 150
5.1. Основные составляющие оценки
конкурентоспособности кожаной обуви 150
5.2. Структура потребностей людей и значимость потребительских свойств обуви для отдельных потребительских сегментов 156
5.3. Потребительская ценность кожаной обуви 169
5.4. Модель оценки конкурентоспособности кожаной обуви 187
5.5. Значимость надежности обуви в оценке ее конкурентоспособности 200
5.6. Уровень качества и престижность как важные составляющие потребительской ценности
и конкурентоспособности кожаной обуви 205
6. Методики оценки надежности (по износостойкости подошвы) и конкурентоспособности кожаной обуви 217
6.1. Экспресс-метод оценки износостойкости подошвенных материалов
и безотказности обуви на кожаной подошве 217
6.2. Методика оценки конкурентоспособности обуви 220
Выводы 226
Литература
- Современные представления об изнашивании и износостойкости подошвенных материалов
- Статистическая обработка результатов исследования
- Исследование связи износостойкости синтетических подошвенных материалов с показателями, полученными при испытании их на сжатие
- Некоторые аспекты теории изнашивания обувных подошвенных материалов
Введение к работе
Актуальность работы.
С переходом на рыночную экономику повышение качества и конкурентоспособности продукции стало стратегической задачей всех производственных предприятий страны.
В этой связи предлагается даже подготовить в вузах специалистов по управлению конкурентоспособностью [205].
Для разработки мер по повышению качества и конкурентоспособности товаров большое значение имеет овладение методологией экспертизы их качества и конкурентоспособности. Цель такой экспертизы — на основе тщательного анализа качества товаров выявить их потребительскую ценность, т.е. социальную эффективность, полезность, удобство пользования, эстетическое совершенство, надежность в эксплуатации. В этой связи очень важно разработать оперативные методы экспертизы качества и конкурентоспособности товаров.
Одним из важных показателей качества кожаной обуви является ее надежность. Весомость этого показателя в группе потребительских свойств при оценке конкурентоспособности обуви достаточно высока. В связи с тем, что в настоящее время произошло расслоение общества по степени материальной обеспеченности, повышение надежности обуви, предназначенной для малообеспеченного населения, является весьма актуальной социально-политической задачей экономики страны.
Для повышения конкурентоспособности обуви и защиты потребителей от недобросовестных производителей очень важны их гарантии о сроке службы изделий. Поэтому разработка оперативных и научно-обоснованных методов прогнозирования безотказности обуви также актуальна.
Надежность кожаной обуви зависит от износостойкости деталей обуви и прочности их соединений. Наиболее подверженными износу являются детали низа обуви, в частности, подошва. Надежность обуви на кожаной подошве в
основном определяется износостойкостью подошвы. Поэтому разработка оперативных методов оценки износостойкости подошвенных кож весьма актуальна.
При рассмотрении изнашивания подошв следует учесть и вид грунта, т. е. подвижность, размеры и формы абразивных частиц. Вполне очевидно, что эти частицы по-разному изнашивают материалы подошвы. Можно предположить, что подвижные частицы (песчинки, мелкие камешки) изнашивают подошву в результате их вдавливания в материал подошвы, а неподвижные (выступы) — двояко: за счет вдавливания и царапанья. При работе приборов для определения износостойкости подошвенных материалов при испытании образцов учтено, что основным разрушающим фактором является вдавливание абразивных частиц в подошвенный материал (например, в приборе Позняка).
Опытные носки обуви являются до сих пор решающим критерием для оценки износостойкости подошвы. Однако метод установления эксплуатационных показателей путем опытных носок не пригоден для проведения массового и быстрого определения износостойкости подошвенных материалов. К тому же этот метод дорог и недостаточно точен из-за трудности создания одинаковых условий носки. При его использовании нет возможности осуществлять систематический и оперативный контроль за износостойкостью испытываемых подошвенных материалов, а также контролировать условия носки. Как показано в работах [50, 51], даже незначительные изменения (на 2-3%) влажности воздушно-сухой кожи при исходной влажности 10-20%, когда она считается еще сухой, вызывают резкие изменения в ее износостойкости. Между тем такие колебания влажности кожаной подошвы обуви в условиях эксплуатации неизбежны, что служит объяснением частых несовпадений результатов разных опытных носок одного и того же материала.
В настоящее время из лабораторных способов оценки износостойкости подошвенной кожи распространение получил способ определения сопротивления истиранию на приборе Позняка. Износостойкость, определяемая на этом приборе, хотя и имеет высокий коэффициент корреляции с износостойкостью при эксплуатации, но процесс испытания на нем имеет ряд недостатков. В
частности испытание является энергоматериалоемким и требует значительных затрат времени, что не позволяет применять его для массового и быстрого определения качества кожи. Расход кожи на заготовку образцов для испытания весьма велик из-за их больших размеров.
Для экспертизы износостойкости резинового подошвенного материала применяется прибор типа МИ-2. Изнашивание образцов на этом приборе существенно отличается от изнашивания образцов на приборе Позняка. Поэтому сравнивать показатели износостойкости, получаемые на этих двух приборах, т. е. показатели износостойкости образцов кожи и резины, достаточно сложно.
Следовательно, разработка экспресс-метода оценки износостойкости подошвенных материалов является актуальной. Такой метод необходим также для оперативной оценки безотказности и принятия решения на рынке по управлению конкурентоспособностью обуви. Следует отметить также, что существующие методы оценки конкурентоспособности не учитывают весомости качества и цены обуви для различных групп потребителей с учетом их доходов, иначе говоря, не учитывают потребительскую ценность товара (обуви). Поэтому разработка метода оценки конкурентоспособности обуви с учетом весомости ее качества и цены для отдельных групп (сегментов) потребителей (потребительской ценности) следует считать также актуальной.
Цель и задачи исследования.
Целью исследования является разработка новых методов и критериев оценки безотказности (износостойкости подошвенных материалов) и конкурентоспособности кожаной обуви, которые позволяют оперативно управлять надежностью и способствуют принятию более точных решений в системе конкурентоспособности данной продукции на стадии производства.
Для выполнения этой цели были поставлены следующие задачи:
исследовать зависимость износостойкости подошвенных материалов от показателей испытаний их на сжатие;
исследование характера изнашивания подошв с целью уточнения теории их износа;
разработать критерии и экспресс-метод оценки износостойкости обувных подошвенных материалов, которые могли бы быть использованы для прогнозирования безотказности обуви;
провести анализ потребительской ценности кожаной обуви;
разработать метод оценки конкурентоспособности кожаной обуви с учетом ее потребительской ценности.
Научная новизна.
На основе теоретического и экспериментального исследования сформулированы научные принципы оценки износостойкости подошвенных материалов и конкурентоспособности кожаной обуви. Выявлена закономерность в изнашивании подошв и изменении показателя износостойкости кожаных подошв в процессе носки обуви. На основе исследования показателей сжатия подошвенных материалов, установлена их взаимосвязь с износостойкостью. Совершенствована теория износа подошвенных материалов.
На основе изучения показателей, получаемых при испытании подошвенных материалов на сжатие, и характера изнашивания подошв в процессе носки обуви предложены новые критерии их износостойкости. Разработан экспресс-метод оценки износостойкости обувных подошвенных материалов. Предложены метод оценки потребительской ценности товара (обуви) и новые показатели в данной системе: коэффициент эластичности его ценности и индекс полезности. Разработан принципиально новый метод оценки конкурентоспособности кожаной обуви (товаров), сущность которого заключается в учете весомостеи ее качества и цены для отдельных потребительских сегментов. Предложены формулы для расчета коэффициентов весомости качества и цены для потребительских сегментов при расчете показателя конкурентоспособности обуви. Предложена методика оценки коэффициента износа обуви при ее носке. Установлена закономерная связь между качеством и ценностью обуви. Доказано, что предметом современного товароведения является потребительская ценность, а не потребительная
стоимость. Определен предмет научной дисциплины «Конкурентоспособность товаров»: предметом конкурентоспособности товаров является их потребительская привлекательность.
Новизна технических решений подтверждена патентом на изобретение (Прилож. 1).
Практическая значимость.
Рекомендован новый метод экспресс-оценки износостойкости обувных подошвенных материалов. Такой метод позволяет оперативно управлять надежностью и конкурентоспособностью обуви на кожаной подошве на стадии производства, а также сэкономить материал за счет снижения его расхода для испытуемых образцов в 60 раз и сократить время на испытание почти в 300 раз.
Закономерности изменения видов износа обуви могут быть использованы ремонтными обувными предприятиями для прогнозирования видов услуг и планирования расхода материалов и деталей на них.
Предложенные критерии износостойкости подошвенных материалов способствуют более точному прогнозированию безотказности и на этой основе установлению гарантийных сроков службы обуви на кожаной подошве.
Внедрение результатов исследования позволило ПОО «Дагобувьбыт» сэкономить за год 60 тыс. дм2 подошвенных кож. Экономический эффект ремонтных мастерских г. Махачкалы от внедрения результатов исследования за год составил 1,2 тыс. руб. (в ценах 1985 г.) (Прилож. 2). Результаты исследования внедрены, кроме того, в ОАО СОФ «Кавказ», Ставропольское АООТ «Кожевенный завод» (Прилож. 3, 4) и учебный процесс: монографии, изданные автором, «Износ и износостойкость обувных подошвенных материалов», «Износ обувных подошв», «Надежность кожаной обуви», «Экспертиза качества и конкурентоспособность кожаной обуви» рекомендованы как учебные пособия для студентов товароведов-экспертов (Прилож. 6, 7). Изданы лекции и методические указания по оценке конкурентоспособности непродовольственных товаров (Прилож. 8, 9, 11), а также учебное пособие «Конкуренто-
способность товаров» и учебник (с грифом Министерства образования РФ) «Товароведение и экспертиза обуви». Произведена сегментация потребителей рынка женских туфель с учетом коэффициентов весомости качества и цены обуви, что позволит обувным фирмам более точно ориентировать свою производственную программу на соответствующий потребительский сегмент.
Предложенные новые коэффициенты весомости качества и эластичности ценности могут быть использованы как критерии сегментации потребительского рынка в системе конкурентоспособности всех непродовольственных товаров.
Предложенный метод оценки конкурентоспособности обуви поможет производственным предприятиям (продавцам) достоверно определить ее значения и оперативно управлять ею до выхода на рынок (Прилож. 5, 11).
Учитывая характерную связь качества и ценности обуви, производственные предприятия легко и точно смогут определить пределы регулирования цены своей продукции на товарном рынке.
Личное участие автора в работах, опубликованных в соавторстве и использованных для написания диссертации, заключается в теоретическом, методологическом и практическом осуществлении исследований, обобщении полученных результатов, разработке методик проведения экспериментальных исследований и в формировании выводов работ.
Основные положения, выносимые на защиту.
Научные принципы износа кожаной подошвы и ее износостойкости как основного показателя надежности обуви, а также оценки конкурентоспособности товаров.
Критерии износостойкости подошвенных материалов.
Экспресс-метод оценки износостойкости подошвенных материалов и прогнозирование безотказности обуви на кожаной подошве.
Потребительская ценность кожаной обуви: понятие, показатели и оценка, в т.ч. коэффициенты эластичности ценности, весомости качества и цены.
Методика и критерии оценки конкурентоспособности кожаной обуви.
Современные представления об изнашивании и износостойкости подошвенных материалов
Изнашивание кожаного низа (подошвы) обуви является весьма сложным процессом, и наши знания в отношении механизма процесса изнашивания подошвенной кожи все еще недостаточны. Хотя комплекс факторов, которые обуславливают сопротивление кожи различным воздействиям, испытываемым обувью во время ее эксплуатации, в основном известен, однако закономерности их влияния изучены еще неполно. Установление действительного характера процесса изнашивания и выявление наиболее значимого показателя кожаной подошвы, характеризующего ее износостойкость, в значительной степени облегчит создание приборов для ее испытания в лабораторных условиях, а также будет способствовать выработке подошвенных кож, обладающих высокой износостойкостью.
Подробному изучению параметров механической работы подошвы в обуви, обуславливающих износ кожи, посвящено исследование К. М. Платунова и И. X. Бахтиарова [169]. Основные выводы этого исследования принимаются во внимание во многих расчетах, связанных с конструированием обуви.
Согласно указанному исследованию, в процессе ношения обуви подошва подвергается динамическому сжатию и изгибу, а между ее поверхностью и поверхностью опоры происходит трение качения и скольжения. Все деформации низа обуви в процессе носки имеют повторный характер с частотой 60-80 раз в минуту.
А. Д. Кукаркин и Н. Д. Закатова объясняют износ подошвы следующим образом [70]. Во время ходьбы различные участки подошвы и набойки испытывают большие давления при соприкосновении с неровностями грунта (на опорной поверхности). Мелкие твердые частицы обладают выступами острых граней, в момент соприкосновения их с подошвой последняя разрезается в вертикальном направлении, отсутствие же острых граней у вдавливающихся частиц является причиной возникновения местных деформаций сжатия. В результате вдавливания твердой частицы округленной формы в коже возникают местные деформации, которые сосредоточены на маленьком участке АВСД (рис. 1.2.1).
Слои кожи, охватывающие твердую частицу, сжимаются и уплотняются. В близлежащих к частице слоях деформация характеризуется растяжением, а между слоями, расположенными на различном расстоянии от поверхности частицы и имеющими соответственно различные растяжения, возникает деформация сдвига. Деформации могут быть обусловлены: формой и размером частицы, твердостью и упругими свойствами кожи, скоростью вдавливания и величиной вдавливающей частицу силы и т. д. Если возникшие деформации являются полностью упругими, то после исчезновения вдавливающих твердую частицу сил последняя «выталкивается» из углубления, не оставляя на поверхности кожи каких-либо следов. Появление же следов на коже свидетельствует о наличии пластических деформаций растяжения и сжатия.
Авторы полагают, что наибольшее значение имеют пластические деформации растяжения, увеличивающиеся при повторности, которые вызывают разрушение материала, проявляющееся в постепенном отрыве частичек волоконец и разрыве отдельных волокон. Этим они объясняют также более высокую износостойкость внутренних слоев кожи (сетчатого слоя), где прочность волокон выше чем в сосочковом слое. Однако, здесь остается не учтенной деформируемость (сжимаемость), которая оказывает большое влияние на скорость изнашивания кожи [83]. В случае ударной нагрузки на песчинку разрушение кожи может идти гораздо быстрее: сразу появляются трещинки на поверхности кожи у грани углубления. Если у твердой частицы, вдавливающейся в кожу, есть острые грани, то материал разрушается также за счет врезания этих частиц. В данном случае поверхностные слои подошвенного материала разрушаются гораздо быстрее. Таким образом, вдавливание в подошву мелких частичек почвы, а также выступов грунта во время носки, является причиной появления на подошве надрезов, разрывов, трещин, что следует считать первой стадией износа подошвенной кожи. Что же касается частиц, прочно связанных с грунтом, то при сдвиге подошвы они являются причиной дополнительного разрушения верхних слоев подошвы путем трения и горизонтального резания, т. е., как указывают авторы, за счет истирания. Таким образом, А. Д. Кукаркин и Н. Д. Закатова заключают: «Работа на износ представляет собой сложную работу, относящуюся к верхнему слою подошвы и складывающуюся из работы на резание, на растяжение, на сжатие и на трение. Удельные значения каждой из слагающих в зависимости от разных внешних условий и в различных случаях эксплуатации подошвы могут заметно отличаться» [70, 71].
Эти же авторы считают также, что основные механические воздействия, которым подвергается подошва во время эксплуатации, - это многократный изгиб, смятие и истирание. Под влиянием этих воздействий происходит физико-механический износ подошвенных материалов. Износ подошвенной кожи обуславливается в основном потерей толщины, что является результатом истирания подошвы о грунт в процессе носки. Отсюда следует, что механические свойства подошвенных кож в первую очередь должны характеризоваться их сопротивлением истиранию. Истирание имеет место при трении одного материала о другой. Оба трущихся материала истираются, однако, не в одинаковой степени. Большему истиранию подвержен тот из двух материалов, который в заданных условиях трения обладает относительно меньшим запасом прочности. Практические наблюдения показывают, что мягкое тело обычно истирается более жестким. Механизм изнашивания кожаной подошвы различен при трении о различные поверхности. Например, при трении кожи о камни или разные твердые рифленые поверхности износ будет происходить в основном за счет резания и царапанья. Таким образом, скорость износа (истирания) находится в пропорциональной зависимости от силы трения. Зависимость абразивного износа от силы трения показал в своей работе И.В. Крагельский [65]:
Статистическая обработка результатов исследования
Износостойкость подошвенных кож определяли по сопротивлению истиранию влажных образцов кож на приборе Позняка согласно ГОСТ 10656-63 [24], а синтетических подошвенных материалов - на приборе МИ - 2 [29] и рассчитывали по формулам (3.2.5) и (3.3.18).
Особенности испытания на приборе Позняка и работа этого прибора отмечались в ряде работ [52, 149]. Образцы для испытания износостойкости вырубались в продольном направлении от огузка к воротковой части чепрака. Расположить образцы старались с учетом разницы в строении дермы (плотности переплетения и угла наклона пучков волокон коллагена).
Сопротивление истиранию на приборе Позняка определялось по изменению средней толщины истираемых образцов в трех точках. В работе [52] было показано, что этот показатель сопротивления истиранию на приборе Позняка имеет наиболее тесную связь с носкостью подошвы в эксплуатации (коэффициент корреляции = 0,8).
Упруго-эластическое восстановление при сжатии определялось при а = 1МПа и однократном воздействии нагрузки, при сг= 1 МПа и 30-кратном воздействии нагрузки; а также при 7=5 МПа и однократном воздействии нагрузки. Режим испытания при определении упруго-эластического восстановления был аналогичен работам [19, 169]. Образцы для испытания при определении упругого-эластического восстановления брались круглые площадью 1 см2 после 24-часовой выдержки в воде. Испытание проводили на приборе, предназначенном обычно для измерения толщины с точностью до 0,01 мм. Образец находился под действием нагрузки 1 с, а 1,5 с — перед измерениями без груза. При 30-кратном сжатии интервал между нагружениями составлял тоже 1,5 с.
Прочность при сжатии определяли на приборе ИМ-4А для синтетических материалов и кож в сухом (после выдержки в эксикаторе до постоянной влаж ности) и во влажном (после 24-часовой размочки в воде) состояниях. Образцы брались круглые площадью 1 см2.
По конструкции прибор ИМ-4А относится к типу испытательных машин-прессов с механическим нагружением образца и механическим силоизме-рением. Прибор состоит из следующих основных узлов: станины, нагружающего механизма, силоизмерительного механизма и диаграммного аппарата.
Силоизмерительный механизм имеет шкалу с ценой деления 10 кгс. Максимальное развиваемое прибором усилие - 4000 кгс. Нагружающий механизм служит для нагружения образца. Он состоит из винта с гайкой (домкрат) и снабжен площадками для заправки образцов, одной пары цилиндрических зубчатых колес и двух пар червячных передач.
Весь процесс того или иного вида испытания, проводимого на приборе ИМ-4А, может быть автоматически записан в виде кривой в координатной системе «нагрузка-деформация». Эта запись производится с помощью диаграммного аппарата. Этот прибор имеет небольшие габариты, масса его 160 кг, и он может быть установлен на столе. Пуск прибора ИМ-4А может быть произведен с помощью электродвигателя или от руки. Секущий модуль (Е), вычисляется по графику сжатия (рис.3.2.1), полученному с помощью диаграммного аппарата в виде кривой в координатной системе «нагрузка-деформация».
Для испытания на изменение показателей сжатия и сопротивления истиранию подошвы в процессе носки обуви вырезали образцы, как показано на рисунке 2.2.1. Определяли и среднюю толщину образцов для каждого периода носки обуви. Уровень качества обуви определяли экспертным методом [61,119,121,174]. Конкурентоспособность определяли по методологии, разработанной нами (см. гл.6). При оценке конкурентоспособности использовали также анкетный опрос покупателей (см. прилож. 10).
В качестве экспертов выступили преподаватели кафедры товароведных и коммерческих дисциплин Ставропольского кооперативного института и специалисты торгово-промышленной палаты Ставропольского края в количестве 15 человек. Экспериментальные данные обрабатывались методом математической статистики (способами наименьших квадратов и Фишера) [5, 16, 40]. Вычислялись X, а, и, А, р t, где X — среднее арифметическое значение показателя, а — среднеквадратическое отклонение, и — коэффициент вариации, А — ошибка репрезентативности, р — точность опыта, t — достоверность разницы между средними значениями показателей. Эти показатели определялись по методу, описанному в работе [5]: ZXt т- 100% Х = ; G = KR-R, A = tR-R , р п X где R - размах варьирования (R = Хтах - Хтіп); KRu tR-коэффициенты.
Значения коэффициентов KR и tR приведены в таблице 2.3.1. Таблица 2.3.1 составлена с вероятностью 0,95. Перед обработкой выборки отбрасываются выскакивающие (случайные) результаты наблюдений.
Исследование связи износостойкости синтетических подошвенных материалов с показателями, полученными при испытании их на сжатие
Выше было рассмотрено влияние показателей, полученных при испытании на сжатие, на показатель сопротивления истиранию, получаемый на приборе Позняка, для подошвенных кож. Аналогичные испытания для синтетических подошвенных материалов не проводились. Представляет интерес проведение анализа кривых сжатия для образцов из синтетических материалов и на этой основе обнаружение существования закономерности, выявленной при испытании подошвенных кож. Можно предположить существование аналогичной закономерности, учитывая полимерную природу обоих материалов.
Разрушающее напряжение сжатия определить не представилось возможным из-за зашкаливания стрелки прибора. Поэтому все показатели определялись при напряжении сжатия, равном 3300 кг/см (330 МПа), т. е. при напряжении, близком к разрушающему. При сравнивании показателей свойств образцов это допустимо. Результаты испытания приведены в таблице 3.3.1 и на рисунке 3.3.1.
Изучение данных таблицы 3.3.1 позволяет сделать вывод, что наиболее высокими показателями секущего модуля и сопротивлением истиранию обладают полиуретан и ПВХ, а наиболее низкими - пористая резина. Коэффициент корреляции между секущим модулем и сопротивлением истиранию равен 0,74. Известно, что аналогичная закономерность существует и при сравнении показателей сопротивления истиранию этих же материалов [190].
Более высокий показатель износостойкости подошвы из синтетических материалов по сравнению с кожаной можно объяснить повышенным показателем ее секущего модуля. Хотя, конечно, здесь могут влиять и амортизационные свойства. Для доказательства этого рассмотрим кривые сжатия двух образцов (для наглядности возьмем гипотетические кривые, когда показатели секущего модуля и толщины образцов одинаковые) (рис. 3.3.2). Как было отмечено выше (рис. 3.2.5), сопротивление истиранию 2-го образца будет более высокой. Форма кривой для мягких кож и мягких синтетических материалов примерно такая же, как у 2-го образца. В своей работе [171] Н. Л. Прилуцкая предложила для характеристики износостойкости подошвенных резин использовать удельную работу растяжения. Однако следует отметить, что эта удельная работа определялась при низких нагрузках (0,4 от разрывной) в процессе растяжения, а не при сжатии.
Мы считаем это не совсем обоснованным, хотя в приведенных данных между износостойкостью и удельной работой существует определенная связь. По-видимому, здесь основное влияние, по ее данным, оказывают амортизационные свойства, а секущий модуль остается неучтенным. Было бы интересно определить влияние на износостойкость подошвенных материалов одновременно его динамического модуля (Ер) и амортизационных свойств (эластичности) (F3). Динамический модуль используется тогда, когда напряжение изменяется во времени, что и происходит при действии внешних нагрузок на подошву.
Экспериментально установлено, что И, И2 , где И], И2 — показатели сопротивления истиранию образцов подошвенных материалов. Для эластомеров при сжатии (рис. 3.3.2) характерна следующая закономерность: 1-й участок (OBd3) соответствует высокоэластической деформации, характеризующейся модулем высокоэластичности Еэ, который характеризует плотность энергии эластической деформации [22]; 2-й участок (ABd3dp) - деформация, связанная с переходом работы деформации в энергию разрушения. Разрушение образца происходит в точке А. Участки 1 и 2 кривой Р = /(d) аппроксимируются прямыми линиями Р = ci]duP = a2d- b.
Динамический модуль упругости Ер соответствует деформации на участке 2 и характеризует плотность энергии деформации разрушения образца [26]. Если учесть, что для эластомеров коэффициент Пуассона равен 0,5 и, следовательно, объемный модуль К=0, тогда объем образца при сжатии не уменьшается, а остается постоянным: Vo = S0-D , где Vo = const — объем образца; D — толщина образца; So — начальная площадь поперечного сечения образца.
При деформации равной d, толщина образца будет уменьшаться до величины D - d, а площадь будет увеличиваться и иметь текущее значение Sd , но по условию постоянства объема образца можем записать:
Некоторые аспекты теории изнашивания обувных подошвенных материалов
Разрушение материала подошвы в результате действия внешних сил можно рассматривать как нарушение сплошности (целостности), характеризующееся распадом его на части, и представляет собой процесс последовательных термофлуктуационных разрывов связей между атомами (молекулами).
При абразивном износе значения механического напряжения так велики, что износ уже не носит термофлуктуационного характера и является безбарьерным и одноактивным процессом [214]. Очевидно, такой характер износа подошвы, в особенности кожаной, является доминирующим.
При экспертизе характера изнашивания подошвы очень важно учесть вид грунта (тип, форма и размеры абразивных частиц): — по типу абразивные частицы можно подразделить на фиксированные или неподвижные (выступы грунта) и нефиксированные или подвижные (например, песчинки, камешки); — по форме частицы могут иметь различные конфигурации (круглые, с острыми гранями и т. д.); — по размеру бывают самые различные, начиная с мелких песчинок до камешков. От вида грунта может зависеть и характер изнашивания подошвы с учетом материала ее изготовления. Рассмотрим вкратце влияние этих факторов на характер изнашивания подошв. Как было отмечено, основным видом трения при работе подошвы в обуви при ходьбе является трение качения.
В случае наличия на грунте нефиксированных частиц при ходьбе эти частицы внедряются в структуру кожи либо разрушая, либо деформируя ее, в зависимости от формы и размеров частиц. Очевидно, что частицы с более острыми гранями и относительно мелкие вызывают моментальное разрушение поверхности подошвы. Частицы более крупные и округлой формы деформируют материал. При этом подошва постепенно уплотняется, растут пластические деформации, и за счет роста удельных давлений в зоне контакта с грунтом происходит постепенное изнашивание поверхностных слоев подошвы. В данном случае частично износ подошвы может параллельно происходить и за счет «утомления» структуры материала при многократных деформациях сжатия и растяжения. Чем глубже проникают в структуру материала частицы грунта, тем интенсивнее происходит износ. Таким образом, чем меньше при одинаковом грунте сжимается подошва, иначе говоря, чем выше упругость материала подошвы, тем ниже скорость ее изнашивания.
На наш взгляд, фиксированные частицы грунта изнашивают подошву несколько иначе. Для наглядности этого процесса обратимся к схеме работы подошвы в обуви (рис. 4.2.1) [107]:
При ходьбе повышается угол подъема подошвы по отношению к поверхности грунта (а) и, как известно, длина следа подошвы увеличивается. При этом удлинение подошвы в зависимости от ее толщины достигает 16%. Растя жение подошвы происходит главным образом в сторону каблука. При этом под действием упругих сил участки подошвы в зоне износа стремятся перемещаться в сторону каблука. Следовательно, как показано на рис.4.2.1, в местах внедрения выступов грунта происходит дополнительное растяжение микроучастков подошвы. Если материал не обладает достаточной эластичностью и амортизационными свойствами, то в этих местах может произойти разрыв структурных элементов, способствующий ускорению износа. В процессе ходьбы с изменением (увеличением) угла подъема подошвы выступы грунта из нее высвобождаются. В процессе их выхода по мере перемещения участков подошвы в зоне контакта в сторону каблука происходит скольжение выступов в зоне их внедрения, то есть микроцарапанье подошвы. Это особенно характерно для ее пучковой части.
Таким образом, можно заключить, что износ подошвы происходит в основном за счет вдавливания в нее подвижных и неподвижных частиц грунта и интенсифицируется микроцарапаньем неподвижными частицами (особенно в пучковой части). Этим можно объяснить излом некоторых резиновых подошв, имеющих низкую устойчивость к раздиру, в пучковой части. В результате вдавливания частиц грунта с последующим царапаньем и разрезанием ими появляются первые микродефекты на подошвах, которые разрастаются за счет многократных деформаций изгиба, что приводит к износу (излому), в частности, резиновой подошвы в пучковой части.
Из описанного выше механизма изнашивания следует, что критерий износостойкости (Ки) подошвенных материалов характеризует их поведение в процессе сжатия.
Как при изнашивании подошвы в обуви, так и при истирании на лабораторных приборах слой кожи со стороны бахтармы толщиной 0,7-0,8 мм не истирается. После того, как только толщина кожи уменьшается до этой величины, называемой нерабочей толщиной подошвы, происходит ее вырывание с образованием дыры [54].
Благодаря сосредоточению наибольших усилий в носочной и пучковой части подошвы, эти ее участки изнашиваются наиболее интенсивно. Зона наибольшего износа в них составляет 25% общей площади подметки [54].
Исходя из результатов исследования связи износостойкости подошвенных материалов с показателями их испытания, как на растяжение, так и на сжатие [54, 104 125, 131, 132, 141], можно заключить, что износостойкость подошвенных материалов лучше характеризовать показателями испытания на сжатие.
