 / Отделка кож / Глава 5 / Конвективная сушка
|
|
|
В промышленности происходит непрерывная замена одних методов сушки кож другими, одних типов сушильного оборудования другими, разрабатываются комбинированные методы сушки.
Различают следующие основные методы сушки кожевенного полуфабриката: конвективная, контактная (кондуктивная), радиационная, сушка токами высокой частоты и сублимационная.
Конвективная сушка осуществляется путем подвода тепла к высушиваемому материалу от нагретого обычно влажного воздуха. Раньше такую сушку кожевенного полуфабриката проводили на открытом воздухе в специальных сараях или под навесом. Сушка была очень длительной и всецело зависела от колебаний погоды. Затем полуфабрикат стали сушить в обдуваемых воздухом и обогреваемых помещениях и лишь значительно позднее - в специальных сушильных камерах. В настоящее время кожевенные заводы располагают современным конвективным сушильным оборудованием, которое позволяет проводить сушку полуфабриката различного назначения в строго заданном режиме.
Основными параметрами, характеризующими режим конвективной сушки, являются: температура, относительная влажность, скорость и направление движения воздуха. При сушке полуфабриката в потоке нагретого воздуха влага испаряется с его поверхности. Вследствие возникающей разницы между содержанием влаги во внешних и внутренних слоях происходит диффузия влаги к поверхности на место испарившейся. Эти два процесса - испарение влаги с поверхности и диффузия ее к поверхности - идут одновременно до тех пор, пока система полуфабрикат - воздух не придет в состояние равновесия, т. е. пока давление паров воды в полуфабрикате и парциальное давление в воздухе не станут одинаковыми. Тепло, необходимое для испарения влаги из полуфабриката, забирается из омывающего его воздуха. В результате воздух охлаждается, а его относительная влажность увеличивается. Таким образом, требуется постоянный нагрев воздуха, поступающего в сушильное пространство, и регулирование его относительной влажности. Чтобы процесс сушки протекал интенсивно и был экономичным, его надо проводить по возможности при более высокой температуре, малой относительной влажности и большой скорости движения воздуха.
1. Основные положения теории конвективной сушки
Сушка кожевенного полуфабриката является одним из наиболее сложных случаев сушки твердых тел, так как находящаяся в нем влага связана различными способами и с разной силой. Такой характер связи влаги с полуфабрикатом обусловливает неравномерное удаление ее при усушке и сказывается на температуре полуфабриката (рис. 27) и скорости процесса (рис. 28).
Рис. 27. Изменение влажности (1) и температуры (2) полуфабриката в процессе сушки при постоянных температуре и относительной влажности воздуха:
tм - температура мокрого термометра, Wкр - критическая влажность полуфабриката,
tc.в. - температура сушащего воздуха
Рис. 28. Зависимость скорости сушки полуфабриката от содержания в нем влаги
|
Различают три периода сушки полуфабриката: период прогрева, период постоянной скорости и период падающей скорости сушки [57]. Знание особенностей сушки по периодам позволяет правильно вести процесс в целом.
Период прогрева - начальный период сушки (участки АВ и А1В1 на рис. 27 и 28). Когда полуфабрикат поступает в сушильное пространство, температура его быстро повышается и соответственно растет интенсивность испарения. В определенный момент температура полуфабриката становится равной температуре мокрого термометра при данных параметрах окружающего воздуха, а скорость сушки достигает некоторой максимальной величины. Этот период обычно непродолжителен по сравнению с общей длительностью процесса сушки, поэтому период постоянной скорости принято также называть первым, а период падающей скорости - вторым.
Периоду постоянной скорости на рис. 27 и 28 соответствуют участки ВС и В1С1. По окончании периода прогрева скорость сушки и температура полуфабриката остаются постоянными, а содержание влаги в нем уменьшается по линейному закону. Сушка в этот период аналогична испарению со свободной поверхности воды. Поскольку полуфабрикат достаточно влажен, подача влаги из его внутренних слоев к поверхности происходит настолько быстро, что не задерживает процесса испарения. Этот чистый процесс испарения в период постоянной скорости сушки протекает тем быстрее, чем выше температура, меньше относительная влажность и больше скорость движения воздуха.
При определении скорости сушки в этом периоде можно исходить из того, что количество тепла Qп, которое окружающий воздух отдает полуфабрикату, равняется количеству тепла, расходуемого на испарение воды со свободной поверхности Qи:
|
где F - площадь поверхности полуфабриката, м2; a - коэффициент теплообмена, Вт/(м2•К); tв и tu - температура воздуха и поверхности полуфабриката, К; G - количество воды, испаряемое с открытой поверхности, кг/с; r - удельная теплота парообразования, Дж/кг.
Из приведенного равенства следует, что
|
Если отнести G к 1 м2 поверхности, то получается формула скорости сушки ?c в период, когда эта скорость постоянна:
|
Следовательно, скорость сушки в этот период определяется разницей температур сушильного воздуха и поверхности полуфабриката. Изменяя параметры воздуха, можно установить необходимую скорость сушки. Так как в течение всего периода полуфабрикат остается влажным, температура его относительно невысокая. О величине температуры судят по id-диаграмме или по психрометру. Используя id-диаграмму, можно, например, показать, что в процессе сушки при tвозд = 55°С и относительной влажности ф = 28% устанавливается такая же температура
|
Отсюда следует практический вывод, что в период постоянной скорости сушки для интенсификации процесса полуфабрикат можно сушить в относительно острых условиях, т. е. при сравнительно высокой температуре и низкой относительной влажности воздуха. Однако, увеличивая скорость сушки, необходимо иметь в виду, что от ее величины зависит продолжительность периода, причем в большей мере, чем от температуры воздуха. Если скорость сушки в начале процесса увеличивается слишком сильно, это может привести к пересушиванию лицевых слоев полуфабриката, что затруднит диффузию влаги к его поверхности. В этом случае, конечно, уже больше не соблюдаются условия периода постоянной скорости сушки.
В зависимости от вида дубления, способов жирования и наполнения полуфабриката подобное явление проявляется в неодинаковой мере и сказывается прежде всего на плотности лицевого слоя кожи. Поэтому при выборе параметров сушки в начале процесса, обеспечивающих максимальную его интенсивность, необходимо учитывать особенности подготовки полуфабриката к сушке, и, что особенно важно, в каждом конкретном случае строго определять продолжительность периода постоянной скорости. Последнее легко сделать, измеряя температуру полуфабриката, например с помощью психрометра. Если контролю за процессом уделяется недостаточно внимания, то может случиться так, что этот период сушки, проводимый в интенсивных условиях, закончится, а процесс будет продолжаться при тех же параметрах. В результате сосочковый слой полуфабриката высушится быстрее и сожмется сильнее, чем сетчатый слой. Возникшие при этом в полуфабрикате неодинаковые напряжения вызовут его коробление и будут способствовать появлению отдушистости.
При сушке полуфабриката, выдубленного только растительными дубителями или с их участием, быстрое высушивание в периоде постоянной скорости неприменимо, так как приводит к скоплению растворимых веществ в поверхностных слоях полуфабриката и к его садке.
Периоду падающей скорости соответствуют участки CD и C1D1 на рис. 27 и 28. Как только скорость диффузии влаги из внутренних слоев полуфабриката к его поверхности начинает отставать от скорости испарения, период постоянной скорости сушки сменяется периодом падающей скорости. Этому моменту соответствует определенная средняя по объему влажность полуфабриката, называемая критической. Величина ее зависит от вида полуфабриката и режима сушки. Так, в производстве кожи для низа обуви критическая влажность в зависимости от параметров сушки колеблется в пределах 65-70%, а в производстве кожи хромового дубления - в пределах 120-150 % абсолютной влажности [52].
Если бы сушка в периоде постоянной скорости протекала равномерно, то критическая влажность полуфабриката была бы равна максимальной гигроскопической. Это означало бы, что до начала периода падающей скорости из полуфабриката удаляется исключительно и полностью влага намокания. В реальных условиях в обоих периодах имеет место градиент влажности и температуры полуфабриката. После достижения критической влажности из полуфабриката начинает удаляться в основном капиллярная влага и частично даже влага гидратации, хотя в средних слоях его еще содержится некоторое количество влаги намокания. В период падающей скорости сушки зона испарения влаги постепенно перемещается с поверхности в толщу полуфабриката, а температура его повышается, приближаясь к температуре воздуха в сушильном пространстве. Этот период сушки характеризуется главным образом внутренней диффузией влаги, когда структура полуфабриката и его толщина начинают играть решающую роль. Важнейший фактор, опеределяющий скорость диффузии влаги в полуфабрикате, - это прочность связи в нем влаги: чем прочнее эта связь, тем сильнее убывает скорость испарения влаги, тем больше угол наклона участка CD на кривой скорости сушки (см. рис. 28).
По мере сушки удаляется влага из все более мелких капилляров, а также все большее количество влаги гидратации. Массовое удаление влаги гидратации происходит в заключительной стадии сушки, что находит свое отражение на кривой скорости - появляется участок DE неравномерно убывающей скорости. Содержание влаги в полуфабрикате, соответствующее моменту появления этого участка, практически не зависит от условий сушки и различно для полуфабриката разных видов. Так, при сушке полуфабриката хромового дубления неравномерное падение скорости начинается обычно при его абсолютной влажности примерно 30 %, а в случае полуфабриката, выдубленного таннидами, около 20 % (соответственно 23 и 17% относительной влажности). Отсюда следует, что в период неравномерно падающей скорости сушки из полуфабриката удаляется относительно небольшое количество влаги. Однако связана эта влага наиболее прочно и удаление ее особенно сильно сказывается на свойствах и выходе кожи по площади. Чтобы не допустить слишком острой сушки и связанной с ней чрезмерной усадки полуфабриката, процесс в заключительных стадиях ведут при несколько пониженной температуре и повышенной относительной влажности воздуха. Следует иметь в виду, что хотя абсолютный расход тепла для сушки на этой заключительной стадии небольшой, удельный расход тепла (количество тепла, потребное для испарения 1 кг воды) больше, чем в начале сушки. Это объясняется тем, что на разрыв связи влаги с полуфабрикатом необходимо затратить значительное количество энергии.
На практике полуфабрикат высушивают обычно до влажности на 2-3 % ниже его равновесной влажности в условиях производственного помещения. Это делается для того, чтобы размеры полуфабриката после сушки, а следовательно, и размеры кожи были более устойчивы к изменениям состояния окружающего воздуха, к увлажнению и высушиванию. Однако сильно пересушивать полуфабрикат нельзя, так как это влечет за собой его резкую усадку и ухудшение свойств кожи. До недавнего времени считалось, что нельзя и недосушивать полуфабрикат, поскольку в таком случае после сушки его структура оказывается недостаточно сформированной и кожа не приобретает необходимых устойчивых свойств. При сушке полуфабриката хромового дубления решающие изменения, обусловливающие формирование кожи, происходят при содержании влаги в нем ниже 30 % и особенно в заключительных стадиях сушки до влажности 12-14 %. Вместе с тем опыт последних лет показывает, что при определенных условиях удовлетворительную по качеству кожу хромового дубления можно получить, проводя сушку до влажности полуфабриката значительно выше 12-14%. Такая сушка иногда применяется на практике. Она требует исключительно высокого формирования структуры полуфабриката в процессах дубления, додубливания, наполнения и жирования, а также строгого соблюдения режима сушки.
Как указывалось выше, основные изменения в структуре полуфабриката происходят при содержании влаги в нем менее 30%, поэтому периоду падающей скорости сушки придается большее значение, чем периоду постоянной скорости. К тому же продолжительность последнего очень часто невелика, так как на сушку поступает отжатый и разведенный полуфабрикат. Если критическая влажность полуфабриката выше, чем его начальная, то сушка начинается сразу, в период падающей скорости, например при основной сушке в производстве кож для низа обуви.
Приведенные выше особенности течения процесса конвективной сушки характерны также для случая, когда полуфабрикат высушивается на какой-либо поверхности, т. е. когда влага испаряется только с одной его стороны. Выбор параметров сушки должен проводиться с учетом особенностей протекания процесса по периодам. Кривые, отражающие правильное течение процесса сушки, приведены на рис. 29.
Рис. 29. Изменение в течение процесса параметров сушки полуфабриката таннидного дубления:
1 - температура сушильного воздуха; 2 - температура поверхности полуфабриката;
3 - относительная влажность воздуха
|
Особенно важным является характер изменения в течение сушки температуры и относительной влажности воздуха, а также температуры полуфабриката. Значения же их, так же как и продолжительность периодов, зависят от вида полуфабриката и конструкции сушилок. Для того чтобы можно было установить требуемый режим сушки в разные периоды процесса, применяют многозонные сушилки.
2. Разновидности конвективной сушки
В зависимости от вида полуфабриката, технологических требований и конструкции сушилок различают конвективную сушку трех разновидностей:
в свободном или статическом состоянии - полуфабрикат размещают взавес на шестах, взавес "картой" на крючках или зажимах;
в фиксированном (напряженном) состоянии - полуфабрикат растягивают и закрепляют с помощью зажимов на перфорированных металлических рамах, наклеивают на гладкие поверхности;
в динамическом состоянии - полуфабрикат закрепляют в специальных устройствах и высушивают с многократным изгибанием и растяжением.
Многократные деформации изгиба или растяжения при сушке полуфабриката в динамическом состоянии несколько интенсифицируют процесс испарения влаги, а главное способствуют увеличению выхода кожи по площади. На практике сушка в динамическом состоянии еще не нашла применения.
Выбор той или иной разновидности конвективной сушки определяется главным образом особенностями структуры полуфабриката. Высокое формирование структуры кожи для низа обуви, выдубленной таннидами, позволяет проводить сушку в свободном состоянии. В то же время в производстве кож хромового дубления такая сушка сопровождается короблением и сильной усадкой полуфабриката, что затрудняет проведение последующих отделочных операций и приводит к уменьшению выхода кожи по площади. Кроме того, кожа, высушенная в свободном состоянии, обладает излишней тягучестью, вследствие чего верх обуви из нее в процессе носки быстро теряет форму. Поэтому почти с самого начала производства кож хромового дубления сушку полуфабриката стали проводить в растянутом состоянии. В начале полуфабрикат растягивали с помощью клещей и закрепляли гвоздями на тяжелых деревянных рамах. Набивка на рамы (так называлась эта операция) требовала от рабочего больших усилий. Значительно позже сушку полуфабриката хромового дубления стали проводить на металлических перфорированных рамах, растягивая его по периметру рам и закрепляя с помощью специальных зажимов.
Опыт показал, что если основной сушке полуфабрикат подвергается в растянутом состоянии на рамах, то кожа получается жесткой и тощей. Это связано с тем, что волокна дермы, ориентируясь в направлении приложенных усилий при растяжении полуфабриката, вытягиваются и в таком виде фиксируются при сушке. В ходе последующего увлажнения вытянутое состояние волокон, а также связи, образующиеся между ними при сушке, в основном сохраняются. Поэтому при тяжке такие волокна не способны растягиваться и структура полуфабриката оказывается мало разделенной. В конечном итоге это обусловливает повышенную жесткость кожи, а сильная усадка ориентированных волокон по толщине придает ей тощесть. Особенно сильно это выражено в периферийных участках кожи, которые, являясь менее плотными, при растягивании на рамах вытягиваются значительно сильнее, чем чепрак. Преимущественное растяжение пол и воротков полуфабриката при сушке на рамах является важнейшим недостатком такой сушки, так как еще более усиливает неравномерность свойств кожи по площади.
В настоящее время в промышленности применяется так называемый двухфазный способ сушки, когда основная сушка полуфабриката проводится в свободном состоянии на шестах или в зажимах, а затем после увлажнения и тяжки на машинах следует окончательная сушка на рамах. Для того чтобы полуфабрикат растягивался более равномерно, применяются раздвижные рамы, состоящие из нескольких участков - секторов (рис. 30). Каждый из секторов имеет индивидуальный привод, с помощью которого он может перемещаться относительно других секторов. Такая конструкция рам позволяет растягивать полуфабрикат в разных направлениях с заданным усилием и облегчает их обслуживание. Однако равномерного растяжения полуфабриката по площади и в этом случае достичь не удается: чепрак обычно растягивается значительно слабее, чем полы и воротки. Кроме того, после сушки на рамах обычно требуется более глубокая обрезка краев кожи в местах захвата ее зажимами.
Рис. 30. Схема растяжения полуфабриката на раздвижных рамах
Рис. 31. Схема одного из участков сушилки фирмы "Форни Варезе":
А - зона закрепления и снятия полуфабриката; В - зона растяжения полуфабриката;
С - зона сушки
|
Итальянская фирма "Форни Варезе" выпускает сушилки с раздвижными рамами в виде небольших пластин из перфорированной стали, образующих ленту конвейера. Перемещение такого конвейера периодическое. Закрепленный на пластинах полуфабрикат поступает в зону сушилки, где автоматически происходит его растяжение (рис. 31). Полуфабрикат растягивается преимущественно в поперечном направлении (перпендикулярно линии хребта). Величина удлинения при растяжении может регулироваться в пределах 0-250 мм. Также автоматически регулируются и параметры сушки. Сушилку обслуживают два человека, которые располагаются по обе ее стороны. Они заняты закреплением полуфабриката на пластинах и снятием его после сушки. Ширина конвейерной ленты в зоне закрепления полуфабриката на пластинах в таких сушилках более 2,2 м. Для сушки очень крупного полуфабриката той же фирмой выпускаются сушилки с шириной ленты до 3,6 м, в которых зона закрепления и снятия полуфабриката вынесена в торцевую часть (рис. 32). Таким образом обеспечивается доступ рабочего к любому участку по периметру полуфабриката и прочное закрепление последнего на пластинах.
Рис. 32. Общий вид широкопроходной сушилки фирмы "Форни Варезе"
|
3. Сушка внаклейку
Преимущества сушки. Сушка полуфабриката внаклейку по сравнению с другими разновидностями конвективной сушки является прогрессивной. Она позволяет при меньших затратах труда улучшить разделку кожи, т. е. получить кожу ровную, гладкую, без морщин и складок.
Основными достоинствами сушки внаклейку являются увеличение площади кож, улучшение разделки ее периферийных участков и повышение сортности готовой продукции.
При сушке внаклейку по сравнению с сушкой в свободном состоянии с последующей подсушкой на рамах выход кожи хромового дубления по площади увеличивается примерно на 4-5%; одновременно на 15-20% повышается сортность кожи. При замене сушки юфти на рамах сушкой внаклейку на дюралюминиевых пластинах выход ее по площади увеличивается на 2-3%. Сортность кожи при этом также повышается вследствие лучшей разделки периферийных участков, особенно лап и воротков, и значительного сокращения случаев появления садки. Важным преимуществом сушки внаклейку является то, что больший выход кожи по площади получается при меньших затратах сырья.
Исследования показывают, что общие затраты, включающие стоимость рабочей силы, химических материалов, пара, электроэнергии, амортизационные отчисления при сушке внаклейку значительно больше, чем при сушке на шестах с последующей подсушкой на рамах. Однако все эти дополнительные затраты при сушке внаклейку быстро окупаются только за счет увеличения выхода кожи по площади без учета повышения ее сортности и уменьшения расхода сырья.
Полуфабрикат при сушке внаклейку наклеивают на пластины преимущественно лицевой поверхностью. Поэтому по мере удаления из него влаги растворимые вещества откладываются исключительно на бахтармяной поверхности. Лицевая поверхность полуфабриката остается чистой, гладкой и ровной, что облегчает его шлифование и покрывное крашение, а также позволяет более эффективно использовать кожи на обувных фабриках.
В процессе сушки внаклейку структурные элементы полуфабриката фиксируются в ориентированном состоянии, в связи с чем получаемая кожа по сравнению с кожей, высушенной в свободном состоянии и подсушенной затем на рамах, становится менее тягучей, более стойкой и упругой, а обувь, верх которой изготовлен из такой кожи, при эксплуатации меньше деформируется. Обстоятельное исследование сушки полуфабриката хромового дубления внаклейку на гладкие пластины показало, что увеличение площади кожи в целом достигается за счет увеличения площади всех ее участков, включая и более плотный чепрак [52]. Это обеспечивает большую равномерность кожи по площади.
Качество полуфабриката, высушенного в наклеенном состоянии, в значительной степени зависит от его подготовки к сушке, состава применяемого клея, вида и качества пластин, режима сушки. Если в производственных условиях этому уделяется недостаточное внимание, то получаемая кожа может иметь недостаточную полноту, заниженную толщину, излишнюю жесткость, склонность к отдушистости, пониженный выход по площади.
Подготовка полуфабриката. Сушку нельзя рассматривать в отрыве от остальных технологических процессов и операций, ее следует также увязывать с характерными особенностями структуры перерабатываемого сырья. Особенно это относится к сушке внаклейку.
Опыт показывает, что если технологические процессы и операции проводят без учета особенностей сушки внаклейку, то получаются тощие кожи, отличающиеся повышенной жесткостью и склонностью к отдушистости.
Очень большое влияние на качество кожи, высушенной внаклейку, оказывают отмочно-зольные процессы, дубление, двоение, строгание, додубливание, наполнение и жирование.
Известно, что полуфабрикат с более рыхлой структурой при прочих равных условиях прочнее приклеивается к пластинам, чем полуфабрикат с плотной структурой. Однако рекомендовать интенсивное разрыхление голья в производстве кож, высушиваемых внаклейку, нельзя, так как это приводит к появлению отдушистости при отделке полуфабриката. Кроме того, лицевой слой полуфабриката с рыхлой структурой легко повреждается при снятии с пластин после окончания сушки. При проведении отмочно-зольных процессов необходимо стремиться к тому, чтобы потери гольевого вещества были минимальными. Должна быть исключена возможность бактериального повреждения сырья, уменьшены механические воздействия на него. При переработке шкур крупного рогатого скота всех видов золение рекомендуется проводить в подвижной аппаратуре при температуре 25-27 °С, по возможности сократив продолжительность процесса. Менее интенсивным должно быть мягчение [58].
Все это способствует получению кожи с более плотным и "пришитым" лицевым слоем, а также с более плотными периферийными участками.
Преддубильные процессы и само хромовое дубление должны проводиться так, чтобы было обеспечено содержание соединений хрома в коже не менее 5-5,5 % в пересчете на оксид хрома. Это придает кожам, высушенным внаклейку, большую эластичность и полноту на ощупь и, кроме того, устраняет коробление и уменьшает случаи отклеивания полуфабриката от пластин при сушке. Существенное значение имеет при этом равномерность распределения соединений хрома в толще полуфабриката. Неравномерное распределение соединений хрома по слоям дермы может явиться одной из причин неодинаковой усадки последних при сушке и появления отдушистости.
Двоение и строгание полуфабриката следует вести до толщины, на 0,2-0,3 мм превышающей толщину полуфабриката, высушиваемого в свободном состоянии. Важно, чтобы эти операции выполнялись правильно. Если, например, утолщенные края полуфабриката выстроганы плохо, они трудно приклеиваются к пластине и в процессе сушки быстро отклеиваются. На пластинах обычно остаются крепко приклеенные остатки бахтармяной поверхности, которые с большим трудом смываются с пластин. Поэтому перед наклеиванием края полуфабриката должны быть тщательно обрезаны.
В подготовке полуфабриката к сушке внаклейку очень важное значение имеют процессы додубливания и наполнения. Практика показывает, что при наклеивании на пластины недостаточно наполненного полуфабриката клей глубоко проникает в лицевой слой и обусловливает склеивание его структурных элементов. В последующих механических операциях это приводит к появлению отдушистости. Поскольку полуфабрикат высушивается приклеенным к пластинам, т. е. в фиксированном состоянии, на его площадь непосредственно после сушки наполнение существенного влияния не оказывает. Преимущество метода наполнения на этой стадии обработки выражается в большом увеличении толщины полуфабриката, особенно в периферийных участках, и повышенной плотности лицевого слоя.
Для того чтобы кожа, высушенная внаклейку, имела близкие по значению показатели свойств по всей площади и сильно не изменяла после сушки свои размеры, только додубливания недостаточно. Необходимо, чтобы вещества, применяемые для введения в полуфабрикат, поглощались преимущественно топографическими участками с рыхлой структурой и притом тем в большей степени, чем рыхлее структура. С учетом этого особенно эффективным должно быть наполнение кожи такими веществами, которые избирательно поглощаются ее топографическими участками и одновременно оказывают на дерму структурирующее действие. Приведенное положение полностью подтверждается практикой додубливания и наполнения кож хромового дубления аминосмолами. Обладая не только наполняющей, но и дубящей способностью, аминосмолы в большей степени, чем другие наполнители, снижают усадку полуфабриката после сушки внаклейку и обеспечивают больший выход кожи по площади. Додубливание и наполнение аминосмолами делает полуфабрикат более пластичным, что облегчает его разводку, расправление на пластинах и приклеивание.
При подготовке полуфабриката к сушке внаклейку следует избегать введения в него веществ, дополнительно склеивающих структуру. Иногда, чтобы предупредить излишнее склеивание волокон при сушке, уменьшить поверхностное натяжение в порах и усадку, перед наклеиванием полуфабрикат обрабатывают керосином или уайтспиритом (2-5 % от массы строганого полуфабриката). Эти жидкости характеризуются небольшой вязкостью, малым поверхностным натяжением и более высокой температурой кипения, чем вода. Во время сушки они не удаляются из полуфабриката и препятствуют склеиванию его структурных элементов. Еще более эффективная защита структуры от склеивания достигается добавлением в указанные жидкости жирующих веществ и, в частности, обычных жировых эмульсий или высших жирных спиртов.
Сушка внаклейку требует жирования полуфабриката при увеличенном на 20-25 % расходе жирующих веществ. Этим достигается получение более мягкой кожи, а также снижение адгезии лицевой поверхности полуфабриката к пластине.
На качество приклеивания полуфабриката к пластине большое влияние оказывает содержание в нем влаги. Оптимальная относительная влажность полуфабриката перед наклейкой - 60%. При слишком большой влажности полуфабриката отжатая из него при разводке на пластине вода разбавляет клей, снижая его клеящую способность. В результате при сушке полуфабрикат отклеивается и коробится. Если же содержание влаги меньше 55%, полуфабрикат и особенно его края плохо расправляются и приклеиваются.
На практике не всегда уделяют достаточное внимание ручной разводке полуфабриката при наклеивании на пластины. Эффект, достигаемый при разводке, обычно зависит от техники рабочего, прикладываемых усилий и т. п. Иногда разводка производится слабо и сводится, по существу, к расправке полуфабриката и удалению из-под него избытка клея. В других же случаях она выполняется с максимально возможной интенсивностью, что имеет целью получить наибольший выход кожи по площади. В результате интенсивной разводки на пластинах при наклеивании выход кожи по площади действительно увеличивается и лицевая поверхность ее становится более гладкой. Однако некоторые важные свойства кожи при этом существенно ухудшаются: снижаются напряжения и удлинения, при которых на лицевой поверхности появляются трещины, повышается жесткость, чрезмерно уменьшается доля остаточной деформации, иногда наблюдается снижение прочности при растяжении. Поэтому сильного растягивания полуфабриката при ручной разводке на пластинах допускать нельзя. В зависимости от вида полуфабриката должна устанавливаться оптимальная степень разводки. При этом следует учитывать быстроту схватывания клея.
Пластины для наклеивания полуфабриката. Пластины, на которые полуфабрикат наклеивают лицевой поверхностью, должны быть очень гладкими, полированными, обладать достаточной твердостью и не деформироваться при сушке. Материал для их изготовления должен быть прочным и легким, с небольшим коэффициентом теплового расширения.
При внедрении сушки кожевенного полуфабриката внаклейку были испытаны пластины, изготовленные из различных материалов: березовой фанеры, текстолита, фарфора, дюралюминия листового, листовой нержавеющей стали, эмалированной листовой стали, зеркального стекла. Березовая фанера, покрытая лаками, несмотря на тщательность отделки поверхности, получалась недостаточно гладкой, в процессе эксплуатации на ней быстро появлялись трещины и царапины. Поэтому приходилось наклеивать полуфабрикат не лицевой поверхностью к фанере, а бахтармяной. Пластины из текстолита очень прочны и легко лакируются, однако дефицитны, а главное тяжелы. Тяжелы и фарфоровые пластины; к тому же оказалось, что они нередко придают поверхности кожи рельефный рисунок, напоминающий кожуру апельсина.
В настоящее время на отечественных заводах для наклеивания кожевенного полуфабриката применяют дюралюминиевые и главным образом стеклянные пластины. Дюралюминиевые пластины имеют гладкую поверхность, прочны и легки. Недостатком их является сравнительная мягкость, вследствие чего на них скоро появляются царапины от цикли и вмятины от неосторожного обращения, которые впоследствии фиксируются на лицевой поверхности кожи. Для предохранения от указанных повреждений пластины иногда покрывают специальным лаком. Дюралюминиевые пластины имеют относительно большой коэффициент теплового расширения, что часто является причиной отклеивания полуфабриката в процессе сушки.
Лучшим материалом для изготовления пластин до сих пор является стекло. Оно имеет очень гладкую и твердую поверхность, небольшой коэффициент теплового расширения и хорошо держит приклеенный полуфабрикат. Для компенсации возникающих температурных деформаций стекла пластины закрепляют в металлических рамах-обоймах эластичными зажимами - амортизаторами. Обычно применяется полированное с двух сторон стекло толщиной 6-8 мм. Площадь стеклянных пластин в сушильных устройствах разных конструкций составляет в среднем 4-6 м2. Существенным недостатком пластин из стекла является хрупкость и довольно большая масса. Практика показывает, что из-за растрескивания и поломки выходит из строя очень большое количество пластин из обычного витринного, или зеркального стекла. Замена такого стекла другим, обладающим большей термической стойкостью, позволяет снизить число треснувших и сломанных пластин до 2-5 % в год. Очень важно, что вместе с этим резко уменьшается опасность травматизма рабочих при наклеивании полуфабриката и снятии его после сушки.
При сушке внаклейку применяются также пластины из нержавеющей стали, однако к ним полуфабрикат обычно приклеивается с трудом и часто преждевременно отклеивается. Лучше зарекомендовали себя пластины из эмалированной листовой стали, используемые на кожевенных заводах США. Однако, если требуется получить кожу с особо гладкой поверхностью, сушку предпочитают все же проводить на стеклянных пластинах.
В последние годы значительно интенсифицировались исследования по применению для изготовления пластин новых материалов, более стойких к механическим и температурным воздействиям, чем стекло. Особенно перспективными являются пластические массы, например стеклопластики, обладающие высокой прочностью, небольшой объемной массой и образующие гладкие и твердые поверхности.
Состав и качество клея. Для приклеивания кожевенного полуфабриката к поверхности пластин применяется клей. Правильный выбор клея и хорошее его качество - одно из главных условий успеха при сушке внаклейку. Клей должен удовлетворять следующим основным требованиям:
иметь адгезию, достаточную для удержания полуфабриката на пластине в наклеенном виде до конца сушки, но не вызывать повреждение лицевой поверхности при снятии полуфабриката с пластины;
при небольшом содержании сухого вещества давать растворы высокой вязкости;
не проникать глубоко в полуфабрикат, что может привести к склеиванию элементов его структуры, а в конечном итоге к получению слишком жесткой кожи;
при снятии полуфабриката с пластин оставаться в основном на их поверхности;
легко смываться с полуфабриката и пластин;
не ухудшать качества покрывного крашения, особенно адгезию покрывной пленки.
Чтобы клей возможно полнее соответствовал указанным требованиям, его нужно подбирать с учетом материала пластины, вида вырабатываемой кожи, особенностей подготовки полуфабриката к сушке и его отделки. Все это обусловливает значительное разнообразие клеев, применяемых в промышленности. Однако, несмотря на это, в состав клеев обязательно должны входить следующие компоненты: связующие, загустители, мягчители, гигроскопические вещества. Деление на связующие и загустители весьма условно, так как некоторые из веществ, относящиеся к загустителям, например крахмал или дисперсии полимеров, обладают и связующими свойствами. Нередко клей готовят на базе только этих веществ без применения каких-либо связующих.
На многих кожевенных заводах, применяющих сушку внаклейку, клей готовят из отвара льняного семени. Такой отвар содержит не только связующие вещества, но и почти все другие необходимые компоненты. Однако более перспективными являются синтетические клеи. Хорошо зарекомендовали себя клеи на основе полиакриламида и карбоксиметилцеллюлозы (КМЦ).
Опыт показывает, что если в качестве связующих веществ используется только казеин, желатин или декстрин, удовлетворительного по качеству клея получить не удается.
Казеиновый клей хорошо клеит, легко смывается, но сообщает кожам жесткость. Поэтому казеин можно вводить в состав клея только в небольших количествах для повышения клейкости. Иногда с этой целью используют модификаты казеина, в частности на основе этилакрилата.
Желатиновый клей хорошо клеит, однако после высыхания с трудом смывается с полуфабриката и пластин. Главный же недостаток этого клея заключается в том, что, проникая глубоко в полуфабрикат, он образует при высыхании сплошную пленку, вследствие чего кожа становится жесткой.
Декстриновый клей приклеивает полуфабрикат так прочно, что при снятии его с пластин лицевая поверхность частично сдирается. Кроме того, декстрин плохо растворяется в воде и придает кожам жесткость и темную окраску. На практике и желатин, и декстрин применяются сравнительно редко, только как небольшие добавки в клей для повышения его клеящей способности.
Хорошо известно, что клей с большой вязкостью меньше впитывается в полуфабрикат и после сушки остается преимущественно на пластине. Поэтому при работе с таким клеем кожи получаются более мягкие, однако полуфабрикат держится на пластине непрочно.
Для повышения вязкости клея в него вводят загустители. В качестве загустителя клея часто применяют картофельный крахмал, который, как уже отмечалось, обладает и связывающими свойствами. Клеящее действие крахмала в значительной степени зависит от температуры образования клейстера. Крахмальный клейстер, подвергнутый кипячению в процессе его приготовления, клеит слабо, а полученный при температуре около 76 °С, напротив, так сильно, что при снятии полуфабриката с пластин сдирается его лицевой слой. Таким образом, изменяя температуру образования клейстера, можно регулировать свойства крахмала как связующего вещества и загустителя. Оптимальная температура в каждом конкретном случае устанавливается опытным путем. На ряде заводов для загущения клея применяют водные дисперсии полимеров, которые одновременно оказывают на полуфабрикат и наполняющее действие. Проникая в дерму, они в значительной степени уплотняют ее сосочковый слой и этим предупреждают появление отдушистости после сушки, а также в последующих механических операциях. Поэтому использование полимеров в качестве загустителей клея особенно целесообразно при сушке полуфабриката с рыхлым лицевым слоем.
Уменьшению отдушистости способствует введение в состав клея и других веществ, наполняющих сосочковый слой дермы и укрепляющих его связь с сетчатым слоем. Хорошие результаты, например, дает применение клея на основе КМЦ с добавлением сульфитцеллюлозного экстракта.
Мягчителями в клеях, как правило, являются сульфатированные жиры. Введенные в клей несульфатированные жиры сильно снижают его клеящую способность. Аналогично сказывается на качестве клея и избыток мягчителя, поэтому последний добавляют в небольших количествах, обычно не более 25 г/л. Из сульфатированных жиров предпочтение отдается ализариновому маслу. Сульфатированная ворвань часто содержит глицериды твердых жирных кислот, которые при охлаждении до температуры ниже 20-25 °С образуют на поверхности полуфабриката очень мелкие кристаллики, что не только снижает клеящую способность клея, но и может привести к ослаблению адгезии покрывной пленки,
Гигроскопические вещества добавляют в клей для того, чтобы облегчить и ускорить его смывание с полуфабриката и пластин после сушки. С этой целью рекомендуется использовать глицерин, глюкозу или альгинат.
Для предохранения клея растительного или животного происхождения от загнивания в него вводят антисептики, например парахлорметакрезол. Вообще же приготовленный клей долго хранить не рекомендуется, так как со временем качество его ухудшается. Особенно это относится к клею на основе отвара из льняного семени, вязкость и клеящая способность которого резко снижается уже через сутки.
Клеящая способность клея оказывает большое влияние на свойства кожи и на ее выход по площади. Разведенный при наклеивании полуфабрикат сразу же начинает сокращаться в размерах, не отделяясь от поверхности пластины. Усадка площади происходит до тех, пор, пока концентрация клея не окажется достаточной для закрепления полуфабриката на пластине. Поэтому быстро схватывающий клей при прочих равных условиях обеспечивает больший выход площади кожи. Вместе с тем применение клея с чрезмерно высокой клеящей способностью препятствует нормальной усадке полуфабриката при сушке и может явиться причиной получения кожи с очень низким удлинением и излишней жесткостью. Отсюда становится ясным, почему в производстве обувной юфти, которая должна быть достаточно тягучей и пластичной, при сушке внаклейку в качестве клея используют жировую смесь, обычно применяемую для жирования, или пасту кожевенную эмульгирующую. Несмотря на то что клеящая способность указанных веществ сравнительно невелика, они обеспечивают хорошее качество приклеивания полуфабриката и достаточно высокий выход кожи по площади. Это объясняется тем, что полуфабрикат юфти по сравнению с полуфабрикатом хромового дубления дает в процессе сушки значительно меньшую усадку. Известно, что лучше всего наклеивается легкий полуфабрикат, выдубленный только растительными и синтетическими дубителями. Его достаточно прижать без клея к мокрой поверхности стеклянной пластины, и он держится на ней, не отставая до конца сушки.
Как показывают исследования [59], при сушке внаклейку полуфабриката хромового дубления состав клея должен корректироваться таким образом, чтобы адгезия склейки кожа - клей - пластина в начале сушки была в пределах 200-250 Н/м и даже больше, а к концу сушки не превышала 60-100 Н/м.
Режим сушки внаклейку и ее практическое выполнение. Режим сушки внаклейку оказывает большое влияние не только на интенсивность процесса, но и на свойства полуфабриката, а следовательно, и кожи. Слишком интенсивная сушка часто вызывает чрезмерную жесткость кожи и приводит к снижению ее полноты.
На разных заводах режимы сушки существенно различаются, что связано с особенностями перерабатываемого сырья, с различиями в подготовке полуфабриката к сушке, а также с разнообразием сушильного оборудования.
В каждом конкретном случае оптимальный режим устанавливается опытным путем. При выборе параметров процесса необходимо учитывать, что критическая влажность полуфабриката, поступающего на сушку после отжима и разводки, примерно соответствует его относительной влажности (60 %). Поэтому процесс сушки начинается практически сразу в периоде падающей скорости. Так как в начале процесса условия сушки меньше влияют на качество кожи, чем в конце, в первых зонах сушилки можно поддерживать повышенную температуру и пониженную относительную влажность воздуха. В производстве кож хромового дубления из шкур крупного рогатого скота на многих отечественных и зарубежных заводах сушку начинают при температуре воздуха около 60 °С и относительной влажности примерно 50-55%. При меньшем значении относительной влажности может произойти растрескивание стеклянных пластин, так как не занятые полуфабрикатом участки стекла быстро нагреваются до температуры сушильного воздуха, а участки под влажным полуфабрикатом охлаждаются при испарении влаги из него. В последующих зонах сушилки температуру воздуха, поступающего в камеру, постепенно снижают до 40-45 °С, а относительную влажность поддерживают на уровне примерно 50%. Скорость движения воздуха 1-2 м/с.
При таком режиме сушка продолжается 6-7 ч и завершается при содержании влаги в полуфабрикате около 14%.
Большое внимание необходимо уделять равномерности сушки, что во многом зависит от движения воздуха в сушильном пространстве. Так как рыхлые участки полуфабриката содержат больше влаги намокания, они высыхают медленнее, чем чепрак. Поэтому стремятся так направить поступающий в сушилку воздух, чтобы на рыхлые участки его приходилось больше. Равномерности сушки способствует перемена направления воздуха.
Сушка юфти в наклеенном состоянии на большинстве заводов проводится при температуре воздуха 45-50°С, относительной влажности 40-60 % и скорости движения воздуха 1,5 м/с. Сушка продолжается обычно 5-7 ч до содержания влаги в полуфабрикате 12-16 %.
На одну сторону пластины наклеивают некрупный полуфабрикат: опоек, мелкий выросток, козлину и другие или разрезанные на части яловку, бычок, бычину, полукожник. Если полуфабрикат из крупного сырья перерабатывается в целом виде, его целесообразно наклеивать вперегиб на обе стороны пластины. Это объясняется тем, что требуется очень большая площадь пластин и необходимо применять клей с очень высокой клеящей способностью, чтобы удержать тяжелый полуфабрикат на пластине до конца сушки.
Наиболее рациональным является приклеивание полуфабриката лицевой поверхностью к пластине. Поверхность пластины должна быть при этом твердой и тщательно отполированной. При таком способе приклеивания лицевая поверхность кожи получается очень гладкой. Поскольку влага испаряется через бахтармяную поверхность полуфабриката, лицевая поверхность кожи обычно получается более нежной, чем при наклеивании полуфабриката бахтармяной поверхностью к пластине.
Последний способ приклеивания практикуется при сушке полуфабриката из свиного сырья. Это связано с тем, что при сушке внаклейку лицевой поверхностью ощутимого эффекта не достигается: лицевая поверхность кожи не становится глаже, а дефекты на ней сохраняются. Наклеивание же на пластину бахтармяной поверхностью позволяет применять менее вязкий клей, не требует смывания его с лицевой поверхности после сушки, упрощает грунтование полуфабриката перед сушкой.
Полуфабрикат хромового дубления из шкур крупного рогатого скота сушат, как правило, наклеенным лицевой поверхностью на пластину. Поверхность пластины перед наклеиванием тщательно промывают горячей водой и очищают от остатков клея. В механизированных сушилках (рис. 33) это осуществляется с помощью вращающихся щеток, установленных с двух сторон пластины на пути возвращения ее из сушильной камеры к месту наклеивания полуфабриката. Вода с пластины удаляется с помощью специальной резиновой планки.
Рис. 33. Схема сушилки для сушки внаклейку на стекло:
1- сушильный канал камеры; 2- рельсовый путь передвижения рам; 3 - ролики рам;
4 - коллектор с распылителями для смывания клея с рам;
5 - механизм передвижения рам через моечную зону;
6- узел механического удаления остатков клея с помощью щеток;
7- рама с наклеенным на пластины полуфабрикатом; 8- контролирующие приборы;
9 - пневматический толкатель рам
|
Применяют несколько способов нанесения клея: окунка полуфабриката в клей, нанесение клея на полуфабрикат щеткой или распылением. Нанесение клея окункой полуфабриката является нерациональным, так как при этом полуфабрикат сильно замазывается клеем и расход клея резко увеличивается. Лучше наносить клей на пластину. На крупных предприятиях это делается автоматически.
Наклеивание следует проводить так, чтобы между полуфабрикатом и поверхностью пластины не оставалось пузырей воздуха. В таких местах на лицевой поверхности полуфабриката после сушки появляются темные пятна. Снимать полуфабрикат с пластины нужно плавно, без рывков. В противном случае в местах изгиба полуфабриката образуются неисчезающие мелкие морщины (накат), создающие видимость отдушистости, а иногда отрывается лицевой слой полуфабриката.
4. Сушка в свободном состоянии
Сушка в свободном состоянии применяется обычно в производстве кож для низа обуви и при подвяливании юфти. Основную сушку в производстве юфти рационально вести в наклеенном состоянии. В производстве кож хромового дубления в свободном состоянии сушат полуфабрикат из очень тощего сырья, так как при сушке другими способами из него обычно получается очень жесткая, плоская кожа. Кроме того, этот способ сушки применяют иногда при производстве различных мягких кож, хотя с ним и связаны значительные потери площади кожи.
Подвяливание в производстве кожи для низа обуви. Цель подвяливания - снижение влажности полуфабриката после жирования и наполнения его до состояния, необходимого для проведения разводки. При подвяливании в полуфабрикате происходит более равномерное и дополнительное закрепление дубящих, жировых, наполняющих и других веществ. В производстве кожи для низа обуви подвяливание проводят дважды; перед вторым подвяливанием и после него - разводка.
При первом подвяливании влажность полуфабриката снижается с 55 до 40-45% (абсолютная влажность - со 120 до 70-80%). Второе подвяливание ведут до содержания влаги в полуфабрикате 36-38% (абсолютная влажность 56-58%). Критическая влажность полуфабриката при производстве кожи для низа обуви составляет 65-70 % абсолютной влажности. Следовательно, первое подвяливание полностью, а второе в значительной своей части происходят в период постоянной скорости сушки, когда процесс определяется исключительно внешним тепло- и влагообменом. В соответствии с этим и устанавливают режим подвяливания. При выборе параметров подвяливания необходимо учитывать чувствительность влажного полуфабриката к повышенной температуре, а также содержание в нем значительного количества вымываемых водой веществ.
На практике оба подвяливания обычно ведут при температуре 30-40 °С, относительной влажности 40-60% и средней скорости движения воздуха 1,5 м/с. Продолжительность каждого подвяливания 1,5-3 ч.
Усадка площади полуфабриката начинает проявляться только к концу второго подвяливания, когда наступает период падающей скорости сушки. Существенным недостатком первого подвяливания является стекание жидкости в нижнюю часть висящего полуфабриката, что нередко вызывает потемнение и ломкость этих участков.
Подвяливание юфти. Юфть подвяливают до содержания влаги 38-40 %. В зависимости от конструкции сушилки (камерная или проходная механизированная) подвяливание продолжается от 1,5 до 6 ч при температуре воздуха 35-42 °С, относительной влажности 43-47 % и скорости движения воздуха 1-2 м/с. Подвяливание полуфабриката в зафиксированном состоянии нецелесообразно, потому что оно, так же как и в производстве кож для низа обуви, только в самом конце процесса протекает в период падающей скорости сушки.
Основная сушка в производстве кож для низа обуви. Основная сушка протекает в периоде падающей скорости, поэтому процесс определяется внутренним тепло- и влагопереносом. По мере сушки температура полуфабриката постепенно повышается, его усадка по площади происходит все интенсивнее. В связи с тем что зона испарения влаги постепенно перемещается в толщу полуфабриката, миграция водорастворимых веществ в процессе сушки становится слабо выраженной.
Перед поступлением в сушильное пространство полуфабрикат завешивают "картой". Сушка проводится до содержания влаги в полуфабрикате 10-14%. Относительная влажность и скорость движения воздуха те же, что и при подвяливании, температура воздуха в начале сушки 40 °С, к концу процесса она повышается до 50 °С. В зависимости от конструкции сушилок сушка продолжается от 8 до 24 ч.
Наиболее рациональной является сушка в сушильно -увлажнительном агрегате СУА. Сушильная часть этого агрегата представляет собой сушилку проходного типа, в которой полуфабрикат перемещается по каналу двухцепным вертикально-замкнутым конвейером. Опыт показывает, что вести процесс сушки также интенсивно в непроходных периодически действующих сушильных камерах нельзя, так как не удается обеспечить постоянство режима течения процесса.
За рубежом в производстве кож для низа обуви сушку обычно осуществляют в больших по объему камерах или помещениях в условиях, близких к естественным; продолжительность сушки от 3 до 7 суток.
|
|
|
