Свойства кожи при нагревании
Обновлено: 01.05.2024
Теплостойкость характеризует устойчивость кожи к воздействию высоких температур, которому она подвергается в процессе кожевенно-обувного производства, а также в процессе эксплуатации обуви.
Сухая и влажная кожа обладает разной термостойкостью. В сухом состоянии кожа устойчива к температурным воздействиям (до 200ºС). На влажную кожу нагревание действует сильнее и может привести к полному её разрушению. [7]
Термостойкость кожи определяют во влажном состоянии. Количественной характеристикой являются показатели температуры сваривания и гигротермической устойчивости.
Сваривание проявляется в уменьшении длины образца при нагревании во влажной среде до момента достижения определенной температуры.
Основой кожи являются выдубленные коллагеновые волокна. При нагревании до определенной температуры они самопроизвольно укорачиваются вдоль всей оси и изменяют свойства кожи.
С повышением температуры увеличиваются колебательные движения связей, соединяющие коллагеновые цепи.
При достижении температуры сваривания колебательные движения разрывают связи между цепями, что сопровождается уменьшением размеров
и предела прочности образца при растяжении. [1]
Температуру, при которой вследствие сваривания коллагена дермы полоска резко деформируется, называют температурой сваривания кожи, которая зависит от вида сырья. В наибольшей степени она зависит от способа дубления:
- кожа жирового дубления имеет температуру сваривания 65ºС,
- кожа растительного дубления – 70ºС - 85ºС,
- кожа хромового дубления – до 130ºС,
- кожа формальдегидного дубления - 90ºС.
Присутствие кислоты в коже приводит к резкому снижению температуры сваривания.
Установлено, что температура сваривания сухого коллагена не зависит от метода дубления, но под влиянием дубления момент появления тягучести коллагена при нагревании сдвигается в область более высоких температур, так как разрушение образовавшихся при дублении более прочных связей требует большей температуры.
Тепло и термостойкость кожи зависят от продолжительности термообработки, метода дубления, содержания влаги и жира, других факторов.
Свойства кожи зависят от температуры сваривания. Кожи с повышенной температурой сваривания имеют более высокий модуль упругости, малую остаточную деформацию и меньшую истираемость. [1]
Увеличение содержания жира в коже снижают ее усадку.
Разрыхление микроструктуры кожи также снижает температуру сваривания. Температура сваривания – это предел теплостойкости кожи. Определяют ее гигротермическую устойчивость, т.е. способность сохранять прочность при одновременном действии влаги и теплоты.
Испытание гигротермической устойчивости заключается в установлении потери прочности кожи в результате нагревания во влажном состоянии при температуре 60ºС в течение 4 час.
Кожи хромового и комбинированного дубления имеют высокую устойчивость к гигротермической обработке.
1. Изучить методику определения температуры сваривания кожи.
2. Изучить гигротермическую устойчивость кожи.
3. Изучить теплостойкость покрытия кожи.
Задание.
1. Определить температуру сваривания кожи.
2. Определить гигротермическую устойчивость кожи.
3. Определить теплостойкость покрытия кожи.
4. Сравнить тепловые свойства различных видов кож.
Вопросы для самоподготовки.
1. Что такое температура сваривания кожи и что она характеризует?
2. От чего зависит температура сваривания кожи и зачем ее определяют?
3. Методы определения температуры сваривания кожи.
4. Что такое гигротермическая устойчивость кожи.
5. Почему обрабатывают «пылью» кожи, имеющие содержание жира более 12%, при определении гигротермической устойчивости?
6. От чего зависит гигротермическая устойчивость кожи?
7. Методы определения гигротермической устойчивости.
8. От каких факторов зависит теплостойкость лицевого покрытия кожи?
9. Какими свойствами обладают кожи с повышенной температурой сваривания?
10. Зависит ли температура сваривания сухого коллагена от метода дубления?
Содержание работы и методические указания по ее выполнению.
Основные сведения.
Теплостойкость характеризует устойчивость кожи к воздействию высоких температур, которому она подвергается в процессе кожевенно-обувного производства, а также в процессе эксплуатации обуви.
Сухая и влажная кожа обладает разной термостойкостью. В сухом состоянии кожа устойчива к температурным воздействиям (до 200ºС). На влажную кожу нагревание действует сильнее и может привести к полному её разрушению. [7]
Термостойкость кожи определяют во влажном состоянии. Количественной характеристикой являются показатели температуры сваривания и гигротермической устойчивости.
Сваривание проявляется в уменьшении длины образца при нагревании во влажной среде до момента достижения определенной температуры.
Основой кожи являются выдубленные коллагеновые волокна. При нагревании до определенной температуры они самопроизвольно укорачиваются вдоль всей оси и изменяют свойства кожи.
С повышением температуры увеличиваются колебательные движения связей, соединяющие коллагеновые цепи.
При достижении температуры сваривания колебательные движения разрывают связи между цепями, что сопровождается уменьшением размеров
и предела прочности образца при растяжении. [1]
Температуру, при которой вследствие сваривания коллагена дермы полоска резко деформируется, называют температурой сваривания кожи, которая зависит от вида сырья. В наибольшей степени она зависит от способа дубления:
- кожа жирового дубления имеет температуру сваривания 65ºС,
- кожа растительного дубления – 70ºС - 85ºС,
- кожа хромового дубления – до 130ºС,
- кожа формальдегидного дубления - 90ºС.
Присутствие кислоты в коже приводит к резкому снижению температуры сваривания.
Установлено, что температура сваривания сухого коллагена не зависит от метода дубления, но под влиянием дубления момент появления тягучести коллагена при нагревании сдвигается в область более высоких температур, так как разрушение образовавшихся при дублении более прочных связей требует большей температуры.
Тепло и термостойкость кожи зависят от продолжительности термообработки, метода дубления, содержания влаги и жира, других факторов.
Свойства кожи зависят от температуры сваривания. Кожи с повышенной температурой сваривания имеют более высокий модуль упругости, малую остаточную деформацию и меньшую истираемость. [1]
Увеличение содержания жира в коже снижают ее усадку.
Разрыхление микроструктуры кожи также снижает температуру сваривания. Температура сваривания – это предел теплостойкости кожи. Определяют ее гигротермическую устойчивость, т.е. способность сохранять прочность при одновременном действии влаги и теплоты.
Испытание гигротермической устойчивости заключается в установлении потери прочности кожи в результате нагревания во влажном состоянии при температуре 60ºС в течение 4 час.
Кожи хромового и комбинированного дубления имеют высокую устойчивость к гигротермической обработке.
Под термостойкостью кожи понимается степень изменения физических и механических свойств кожи, подвергавшейся пребыванию в среде с повышенной температурой.
В практике применения кожи в обувном производстве такие случаи бывают при сушке обуви, формовании давлением, вулканизации низа обуви. Кроме того, при носке на поверхности кожаной подошвы вследствие трения температура может доходить до 80-90° С.
Было предложено несколько лабораторных методов для характеристики термостойкости кожи. В этих методах в качестве показателей изменения свойств применяются изменения: химического состава, размеров, предела прочности при растяжении. Механизм изменения свойств кожи, подвергавшейся пребыванию в среде с повышенной температурой, можно представить себе в следующем виде: с повышением температуры увеличивается колебательное движение связей, соединяющих отдельные цепи коллагена, которые поддерживают цепи в несколько вытянутом состоянии. В результате, когда колебательное движение достигнет определенной величины, происходит разрыв этих связей, и цепи укорачиваются, а следовательно, уменьшаются размеры; предел прочности при растяжении уменьшается вследствие дезориентации цепей.
Изменение размеров и предела прочности при растяжении обусловливается прочностью связей, соединяющих цепи коллагена. Связи эти двоякого типа: а) существующие в коллагене, б) возникающие в результате дубления. Оба вида связи способны связывать воду химически - гидратироваться. Гидратация ослабляет силу связи с цепями, и поэтому изменения происходят при меньшей температуре. Таким образом, термостойкость зависит от природы дубления (прочности сшивания и способности молекулы дубителя гидратироваться) и степени обводнения кожи в условиях действия повышенной температуры и длительности пребывания при этой температуре. Кожа воздушносухая танидного дубления выдерживает без изменений пребывание в течение 1 ч при температуре 130° С, хромовая кожа - при 170° С.
Из методов испытания кожи на термостойкость имеет значение определение гигротермической устойчивости и определение температуры сваривания. Остальные методы - число Фариона I, число Фариона II, гидротермическая устойчивость - имеют лишь историческое значение.
При определении гигротермической устойчивости берут образцы двух сравнимых групп. Одну из них подвергают намоканию в течение 18 ч, затем, слегка подсушив фильтровальной бумагой, испытывают на растяжение на динамометре. Образцы И группы закладывают на 1 ч в воду, затем выдерживают над водой в эксикаторе при температуре 60° С в течение 4 ч.
Далее образцы погружают на 30 мин в воду, а затем после обсушивания фильтровальной бумагой подвергают также растяжению на динамометре.
Гигротермическая устойчивость рассчитывается по процентному отношению напряжения при разрыве образцов после гигротермической обработки к этому же показателю только увлажненных образцов. Расчет ведется на площадь поперечного сечения их в воздушносухом состоянии.
В настоящее время этот показатель применяют как официальный при анализе юфти и кожи для низа обуви. В юфти этот показатель определяют после предварительной обработки образцов пылью.
Согласно ГОСТам на кожу, гигротермическая устойчивость должна быть: юфти не менее 80%, а кожи подошвенной винтового крепления не менее 70%.
Показатель гигротермической устойчивости, помимо дубления, сильно зависит от намокаемости кожи. Импрегнированная кожа меньше намокает, и показатель гигротермической устойчивости получается более высокий.
Гигротермическая устойчивость увеличивается также, когда кожа сильно уплотнена. Наличие кислоты в коже уменьшает гигротермическую устойчивость.
Общее понятие о температуре сваривания дано в предыдущих статьях. Приводим здесь более точное определение.
Температурой сваривания называется температура, при которой полоска кожи шириной 3 мм и длиной 50 мм, предварительно размоченная, помещенная в воду, подогреваемую со скоростью повышения температуры 5° в минуту, начинает изгибаться. Для кожи танидного дубления температура сваривания лежит в пределах 70-85° С, хромовой кожи - от 80 и выше 100° С, замши - 65° С.
Для определения термостойкости в сухом состоянии стелечной кожи, идущей на производство обуви, у которой низ подвергается вулканизации на обуви, применяют особое испытание, заключающееся в определении усадки сухой кожи от нагрева при температуре 105° С в термостате в условиях нахождения образцов в рамке между двумя металлическими пластинами.
В изделиях из натуральной кожи нас привлекают прочность, элегантность и способность сохранять эстетичный вид. Именно эти свойства служат созданию действительно качественных изделий. Из кожи изготавливают одежду, обувь и различные аксессуары. На сегодняшний день кожгалантерея считается одним из лучших способов подчеркнуть свой статус, а сумки, визитницы, и портфели из натуральной кожи считаются престижным подарком. Помимо привычного кожзаменителя продавцы предлагают изделия из прессованной кожи, уверяя, что это тоже натуральная кожа.
Как же отличить заменитель от натуральной кожи?
В наши дни количество способов обработки материалов растет с каждым днем. Поэтому определить, является ли материал натуральной кожей становится все сложнее. Но все же существует несколько способов, которые помогут быстро разобраться, где оригинал, а где подделка.
Необходимо сразу обозначить тот факт, что как таковой прессованной кожи не существует. Это все тот же кожезаменитель, в который при изготовлении изделий добавляются части кожаных отходов — стружка, обрезки и так далее. После чего все необходимо измельчить, смешать, нагреть и спрессовать. При нагревании до высоких температур синтетические волокна расплавляются, склеивая материал. На выходе получается довольно дешевый материал с низкой воздухо- и влагопроницаемостью. Такой материал пригоден для изготовления сумок, кошельков или ремней, но обувь из него получается жесткой и неэластичной, вредной для стопы. Основной проблемой прессованной кожи является ее ломкость, такие изделия недолговечны.
Натуральная кожа — это природный материал с тысячелетней историей. Люди научились обрабатывать и затем использовать кожу одной из первых. Натуральная кожа представляет собой шкуру животного, обработанную специальным способом. Эластичность, воздухопроницаемость, плотность, теплопроводность, водопоглощение — это наиболее полезные свойства кожи. Конечно, натуральная кожа отличается высоким спросом и ценой. Поэтому, к сожалению, существует много способов имитации натуральной кожи. Чтобы отличить искусственную кожу от натуральной, мы должны знать основные признаки.
1. Натуральная кожа — мягче и эластичней кожезаменителя, а также имеет более однородную текстуру.
2. Искусственную кожу выдает резкий химический «аромат». Естественно, что запах натуральной кожи не должен быть неприятным. Не стоит доверять только запаху кожи, так как существуют специальные «ароматизаторы» кожи, которые применяются на производстве.
3. Если материал достаточно быстро нагревается у вас в руках, и некоторое время сохраняет тепло — это натуральная кожа. Если же остается холодным — это кожезаменитель.
4. Натуральная кожа должна быть наполненной, то есть, на ощупь кожа должна быть мягкой, а место отпечатка при нажатии быстро должна принять свой естественный вид.
5. Если согнуть кожаное изделие пополам, то на изгибе цвет не должен измениться. И даже при множественном сгибе не должно быть следов или вмятин.
6. Образец материала, приложенный к вещи, также может рассказать о ее составе — обычный ромб — значит кожезаменитель, фигурным ромбом обозначается натуральная кожа.
7. Изнаночная поверхность натуральной кожи должна быть мягкой, бархатистой, ворсистой. Если провести рукой — она должна поменять цвет за счет перемещения ворсинок.
Многие ошибаются, думая, что натуральную кожу необходимо поджечь, и она не загорится. Нужно понимать, что кожу обрабатывают анилиновым покрытием, которое при нагреве может и загореться. Конечно, при этом некоторые свойства для проверки изменяться, но все же это — натуральная кожа, и по основным признакам, описанным выше, её можно отличить от искусственной.
Механические свойства биологических тканей имеют важное значение для объективной диагностики и оценки (прогнозирования) эффективности лечения. В работе представлено исследование, в котором использован новый акустический медицинский диагностический прибор (АМДП). В приборе реализован принцип генератора – камертона для получения поверхностных волн. Цель работы – показать возможности нового прибора для оценки изменения акустических механических свойств кожи лица и рук при часто используемых косметологических процедурах: увлажнение (умывание), нагревание (тепловая ванна), охлаждение, применение увлажняющего косметического крема. Показано: увлажнение как водой, так и косметическим кремом, приводит к снижению скорости; нагревание (тепловая ванна), охлаждение приводит к увеличению скорости.
4. Федорова В.Н. Экспериментальное обоснование использования акустических свойств кожи и других тканей для диагностики и оценки эффективности их лечения: дисс. докт.биол, наук. – М., 1996. – С. 226–229.
5. Федорова В.Н., Богатырева И.И., Самсонов В.Н., Фаустова Е.Е., Волкова Е.В. Биомеханические параметры при оценке эффективности косметических средств // Вестник дерматологии и венерологии. – 1996. – № 2. – С. 10–12.
6. Шорохов В.В., Воронков В.Н., Клишко А.Н., Пашовкин Т.Н. Распространение поверхностных сдвиговых возмущений продольной поляризации в моделях мягких биологических тканей // Механика композитных материалов. – 1992. – № 5. – С. 669–677.
Механические свойства мягких тканей связаны с их структурной организацией. В медицине механические свойства кожи обычно оцениваются пальпаторным методом, когда пальцы врача создают в коже пациента сдвиговую деформацию, а врач оценивает приложенное им усилие. Очевидно, что такой метод субъективен, зависит от опыта самого врача.
В последние годы активно развивается одно из направлений биомеханики – исследование механических свойств мягких тканей с помощью низкочастотных акустических колебаний. Многочисленные результаты, полученные с помощью этих методов, убедительно доказали, что скорость распространения низкочастотной сдвиговой волны (V) является высокочувствительной характеристикой структурной организации мягких тканей.
Цель исследования
Показать применимость и высокую чувствительность акустического метода для определения состояния поверхностных тканей и для исследования изменений механических свойств тканей вод воздействием различных факторов: увлажнения, нагревания, охлаждения.
Материалы и методы исследования
Объекты исследования. Объектом исследования является кожа рук и лица у женщин с нормальным типом кожи, в возрасте 18–20 лет. Для того, чтобы меньше сказывались индивидуальные особенности кожи, некоторые исследования (при умывании, тепловой бане, охлаждении) проводились на одной и той же группе женщин. На ладони выбрана точка у основания большого пальца (здесь нет сальных желез). На лице выбраны 2 линии акустического сканирования: линия на лбу (7 точек) на расстоянии 1 см выше от бровей; линия на щеке, соединяющая угол губ и козелок уха (6 точек), рис. 1.
Рис. 1. Области исследования: а) кожа ладони – точка в основании большого пальца; б) линии акустического сканирования кожи лба и щек
Рис. 2. Внешний вид прибора АМДП с указанием значения скорости, измеренной на эталонном силиконовом образце
Акустический метод. Использован акустический метод, воплощенный в виде портативного прибора для акустического анализа тканей – это разработанный нами акустический медицинский диагностический прибор (АМДП) [2, 3]. Прибор имеет два щупа, один из которых связан с генератором сдвиговых акустических колебаний (1,0–1,5 кГц), а другой – с приемником волн, возникающих в исследуемой ткани. Вычислительное устройство прибора сравнивает сигналы возбуждения и отклика и находит фазовый сдвиг между ними (Δφ). Время распространения сигнала по коже определяется по соотношению t = Δφ/ω (ω – циклическая частота генерируемых колебаний). Затем вычисляется скорость распространения сдвиговых возмущений: V = L/t (где L – расстояние между щупами). Величина скорости отображается на цифровом индикаторе.
Время, необходимое для получения одного замера составляет 5–10 секунд.
Перед началом измерений осуществляется тестирование прибора по эталонному силиконовому образцу (изготовленному на ЗАО «МедСил»).
Внешний вид прибора представлен на рис. 2.
Результаты исследования и их обсуждение
Выяснение механизма влияния влаги важно, т.к. при многих функциональных и патологических состояниях влажность поверхности кожи и содержание в ней влаги меняются весьма существенно.
В нашей работе [4] исследование влияния воды осуществлялось на коже внутренней поверхности ладони у основания большого пальца (в этой области нет сальных желез). Для эксперимента было выбрано 12 женщин в возрасте 18–20 лет. Увлажнение производилось следующим способом: на выбранный участок накладывалась губка, обильно смоченная водой комнатной температуры на время t = 2 минуты. После этого кожа быстро промокалась фильтровальной бумагой, затем в течение 10–20 с производились замеры скорости. Измеренные значения представлены в табл. 1.
Таблица 1
Увлажнение кожи ладони у основания большого пальца
Из таблицы видно, что во всех измерениях величина скорости снижалась, на 20 % и более.
Почти во всех косметических процедурах для очистки кожи перед началом осуществляется умывание. Умывание не только очищает кожу, но и увлажняет ее. Степень увлажнения важна для последующих косметических манипуляций. Поэтому важно оценить количественно увлажнение кожи. Оценка увлажнения при умывании проводилась у 10 женщин (возраст 18–20 лет, нормальный тип кожи) на лбу и щеках, по линиям, указанным на рис. 1. Перед умыванием измерялась скорость в каждой из 7 точек (Vдо). Затем измерения проводились после умывания, утирания быстро в течении 10–20 с (Vпс). Значения измеренных величин представлены в табл. 2. Увлажнение кожи приводит к снижению значений скорости (– ΔV) примерно на 12 %. Полученный результат совпадает данными работы [6], полученными для пористых резин: увеличение содержания воды в резине до 65 % привело к уменьшению скорости на 33 %.
3. Тепловая баня
Часто для более эффективного действия тех или иных косметологических манипуляций используется распаривание. При этом на кожу накладывается полотенце, смоченное горячей водой, на определенное время создается «тепловая баня». Влияние такой процедуры исследовалось на 10 женщинах (возраст 18–20 лет) с нормальным типом кожи. Измерения скорости проводились до и после процедуры в течение первой минуты. Значения измеренных параметров представлены в табл. 2. После этой процедуры значения скорости возросли на (11–14) %.
4. Холодовое воздействие
Часто в комплексе косметологических манипуляций используется холодовое воздействие. В экспериментальных исследованиях охлаждение осуществлялось грелкой со льдом. Грелка находилась на коже в течении 1 минуты. Измерения скорости проводились до и после процедуру в течении 10–20 с. Значения измеренных параметров представлены в табл. 2. После этой процедуры значения скорости возросли на (16–20) %. Полученные результаты совпадают с данными работы [1] (на частоте 5–6 кГц), в которой величина возрастания скорости ΔV после холодового воздействия использовалась как объективный критерий для определения типа кожи.
Из анализа результатов, приведенных в табл. 2, следует, что механические акустические свойства кожи при действии различных физических факторов. Увлажнение (умывание) снижает скорость распространения поверхностных волн на 12 %. Нагревание и охлаждение, напротив, повышают значения скорости, соответственно на 13,8 % и на 16,2 %.
Читайте также: