Tóm tắt: Theo yêu cầu chức năng của da tổng hợp vi sợi làm giày bảo hộ, người ta đã thảo luận về cơ chế chống thấm nước và thấm ẩm của vải nền da tổng hợp vi sợi và màng veneer polyurethane (PU) khô. Thiết kế vải nền da tổng hợp microfiber cho giày bảo hộ đã được thiết kế. Cấu trúc và chọn nhựa polyurethane ưa nước làm lớp nhựa bề mặt của da tổng hợp sợi nhỏ và kiểm soát đường kính micropore của màng PU để đáp ứng yêu cầu về khả năng chống thấm nước và chống ẩm. Đồng thời, giới thiệu các lĩnh vực ứng dụng của da tổng hợp sợi nhỏ làm giày bảo hộ.
Từ khóa: giày bảo hộ; sợi nhỏ; Da tổng hợp; độ thấm ẩm; không thấm nước; giày bảo hiểm lao động; giày chống tĩnh điện; giày bảo hộ ngón chân;
1. Giới thiệu
Giày bảo hộ là loại giày được mang ở nơi làm việc để bảo vệ bàn chân khỏi bị thương. Chúng là một phần của sản phẩm bảo hộ lao động cá nhân hoặc hệ thống bảo vệ cá nhân người lính ở các nước phát triển ở Châu Âu và Châu Mỹ. Gần đây, ngày càng nhiều quốc gia yêu cầu nhân viên phải mang giày bảo hộ để ngăn ngừa những nguy hiểm có thể xảy ra trong quá trình làm việc, một số ngành công nghiệp hoặc công ty ở Trung Quốc cũng yêu cầu người dân phải mang giày bảo hộ khi làm việc nên thị trường giày bảo hộ sẽ ngày càng lớn hơn. Với sự ra đời của nhiều luật và quy định bảo vệ môi trường, cũng như chi phí cao và nguồn da hạn chế, và trong một số trường hợp cụ thể (chẳng hạn như công việc vô trùng), lớp hạ bì dễ bị phân hủy và vi khuẩn khó đáp ứng yêu cầu. . Vì vậy, mọi người bắt đầu tìm kiếm các giải pháp thay thế cho lớp hạ bì. Trong những năm gần đây, giày bảo hộ làm bằng da nhân tạo nylon microfiber (da tổng hợp microfiber) ngày càng trở nên phổ biến.
So với da, khuyết điểm của da tổng hợp microfiber là không thấm mồ hôi và không thoáng khí, khiến người mặc khó chịu và khập khiễng. Da tổng hợp siêu sợi dùng cho giày bảo hộ được thiết kế đặc biệt dựa trên đặc tính hút ẩm và thẩm thấu của da. Nó vừa có khả năng thấm ẩm vừa có đặc tính chống thấm nước, tức là giày ngăn được nước mưa bên ngoài thấm vào da giày khi mang, đồng thời mồ hôi bên trong giày được thoát ra ngoài tạo cho người mặc cảm giác thoải mái.
Trong bài báo này, chúng tôi đã thảo luận về cơ chế chống ẩm và chống thấm của vải nền da tổng hợp sợi nhỏ và thu được phương pháp chuẩn bị vải nền da tổng hợp sợi nhỏ chống ẩm. Quá trình cán khô của da tổng hợp sợi nhỏ đã được thảo luận. Cơ chế thấm ẩm và chống thấm nước của nhựa polyurethane (PU) da tổng hợp vi sợi và màng PU da tổng hợp siêu sợi đã được phân tích. Việc chuẩn bị da tổng hợp microfiber cho giày bảo hộ đã được thực hiện. Cung cấp cơ sở lý thuyết, có thể thay thế da tự nhiên bằng da tổng hợp sợi nhỏ.
2 Quy trình thiết kế da tổng hợp microfiber làm giày bảo hộ
Da tổng hợp làm giày bảo hộ phải đạt tiêu chuẩn EN345 hoặc ISO2{4}}345 mới được lưu hành ở thị trường nước ngoài (EN345 hoặc ISO2{11}}345 là tiêu chuẩn Châu Âu và Châu Mỹ về giày bảo hộ). Chỉ số thấm ẩm của da tổng hợp siêu sợi dùng cho giày bảo hộ yêu cầu khả năng thấm hơi nước Lớn hơn hoặc bằng 0,8mg/(cm2·h) và hệ số thấm hơi nước Lớn hơn hoặc bằng 1,5mg/cm2, trong khi chỉ số chống thấm cần nước tỷ lệ hấp thụ Nhỏ hơn hoặc bằng 30% và hao mòn nước. Độ thấm nhỏ hơn hoặc bằng 0,2mg. Để đáp ứng yêu cầu về công nghệ chống ẩm và chống thấm nước, da tổng hợp siêu sợi làm giày bảo hộ được thiết kế từ hai phần vải nền da tổng hợp vi sợi và lớp veneer khô.
2.1 Quy trình thiết kế vải nền da tổng hợp microfiber làm giày bảo hộ
2.1.1 Cơ chế chống thấm, thấm ẩm của vải nền da tổng hợp microfiber dùng làm giày bảo hộ
Để nghiên cứu chức năng thấm ẩm và chống thấm nước của vải đế da tổng hợp siêu sợi dùng cho giày bảo hộ, việc đầu tiên là phân tích cơ chế thấm ẩm và chống thấm nước của vải đế da tổng hợp sợi nhỏ. Truyền ẩm thực chất là hai quá trình hấp phụ và chuyển giao. Đầu tiên, hơi nước (tức là mồ hôi) bên trong giày được hấp phụ ở mặt trong của giày, sau đó chuyển từ bên trong giày ra bên ngoài giày. Quá trình hấp phụ đòi hỏi một điểm hấp phụ hơi nước trên vải nền da tổng hợp sợi nhỏ. Điểm hấp phụ có thể là các phân tử nước bị hấp phụ bằng liên kết hydro hoặc bị hấp phụ xốp. Không có điểm hấp phụ, hơi nước không hấp phụ và mồ hôi bên trong giày không thể sử dụng được. Chuyển ra ngoài, vì vậy khi thiết kế vải nền da tổng hợp sợi nhỏ, vải nền da tổng hợp sợi nhỏ phải có chức năng hút nước nhất định. Sợi nylon của vải nền nước và da tổng hợp dễ dàng hình thành liên kết hydro và có tính ưa nước nhất định nên vải nền có tính ưa nước nhất định. Ngoài ra, vải nền da tổng hợp sợi nhỏ càng có nhiều lỗ chân lông thì diện tích bề mặt riêng càng lớn. Càng dễ hấp thụ hơi nước. Trong quá trình thấm hơi nước, nếu đường kính lỗ của vải nền da tổng hợp sợi nhỏ lớn và tỷ lệ mở cao thì tốc độ truyền hơi nước nhanh và lượng truyền lớn. Hình 1 cho thấy cấu trúc của vải nền da tổng hợp siêu sợi dùng làm giày bảo hộ. Có thể thấy, mặt cắt ngang của vải nền da tổng hợp sợi nhỏ dùng làm giày bảo hộ có nhiều lỗ micro tạo điều kiện thuận lợi cho việc truyền hơi ẩm vào giày.
Đồng thời, đường kính lỗ rỗng của vải nền da tổng hợp sợi nhỏ nhìn chung lớn và không đồng đều, nước mưa dễ dàng lọt qua. Để đáp ứng việc sử dụng vải đế da tổng hợp siêu sợi cho giày bảo hộ cũng cần phải tiến hành chế tạo vải đế da tổng hợp sợi nhỏ. Nó được xử lý để có đặc tính kỵ nước nhất định nhằm giảm tốc độ và lượng nước mưa đi qua lớp vải nền siêu sợi, để nước mưa không dễ dàng lọt vào bên trong giày, từ đó đạt được chức năng chống thấm nước.
Tóm lại, trong thiết kế quy trình sản xuất vải đế da tổng hợp siêu sợi cho giày bảo hộ, vải đế siêu sợi phải có điểm hấp phụ hơi nước nhất định (tức là chức năng ưa nước), nghĩa là vải đế microfiber có khả năng hấp thụ hơi nước cao. tỷ lệ mở. Và với khẩu độ thích hợp, đồng thời, lớp vải nền microfiber có chức năng chống thấm nước nhất định, đạt được cả khả năng thấm ẩm và chống thấm nước.
2.1.2 Chuẩn bị vải nền da tổng hợp microfiber cho giày bảo hộ
Theo phân tích cơ chế thấm ẩm và chống thấm nêu trên, chúng tôi đã thiết kế loại vải nền da tổng hợp siêu sợi dành cho giày bảo hộ. Quy trình cụ thể như sau: polyetylen và nylon 6 được trộn và khuấy theo tỷ lệ trọng lượng nhất định, ở nhiệt độ 220-300 độ C, Bằng cách làm dẻo nóng chảy bằng máy đùn trục vít đơn, đảo polyetylen và nylon các sợi có độ mịn từ 4 đến 7 denier được kéo thành sợi và các sợi được cắt thành các sợi ngắn có chiều dài từ 40 đến 60 mm, sau đó được đục lỗ bằng kim không dệt và vải không dệt. Vải nền da tổng hợp siêu sợi thu được bằng cách làm phẳng, ngâm tẩm bùn polyurethane ướt, khử toluene, giãn nở dầu và những thứ tương tự. Mạng lưới ba chiều của vải da tổng hợp sợi nhỏ tương tự như da, và độ bền xé, giữ hình dạng, tính đồng nhất, kháng hóa chất, khả năng chống nước và chống nấm mốc của nó vượt xa da tự nhiên.
Đồng thời, vải nền da tổng hợp siêu sợi kết hợp với công nghệ xử lý và ngâm tẩm bùn polyurethane với cấu trúc xốp tạo thành một số lượng lớn micropores, có diện tích bề mặt riêng lớn và khả năng hấp thụ nước mạnh. Do đó, từ cấu trúc vi mô và chất liệu bên trong, cũng như hình thức bên ngoài của kết cấu và tính chất vật lý, cũng như cảm giác của con người, vải da tổng hợp sợi nhỏ có thể cạnh tranh với da tự nhiên cao cấp. Quy trình này như sau: kéo sợi → vải không dệt đục lỗ bằng kim → ủi → ngâm tẩm → khử → sấy giãn nở → vải nền da tổng hợp sợi nhỏ sử dụng chất xử lý kỵ nước mềm như silicone hoặc flo-silicon → ngâm tẩm → ép và sấy khô Sợi nhỏ thu được vải đế da tổng hợp dùng cho giày bảo hộ có chức năng kỵ nước nhất định.
2.2 Thiết kế veneer da tổng hợp siêu sợi cho giày bảo hộ
2.2.1 Cơ chế chống thấm, thấm ẩm và thiết kế màng microporous PU tổng hợp siêu sợi cho giày bảo hộ
Để giải quyết mâu thuẫn giữa khả năng thấm ẩm và chống thấm nước của da tổng hợp siêu sợi làm giày bảo hộ cũng cần thiết kế cấu trúc màng PU của veneer khô và yêu cầu bề mặt da tổng hợp vi sợi cũng phải có các vi lỗ chân lông. với đường kính lỗ xốp thích hợp.
Chống thấm chủ yếu là ngăn nước mưa thấm vào bề mặt da vào trong giày. Khi hơi ẩm được truyền đi, hơi nước bên trong giày sẽ được truyền ra bên ngoài giày. Hơi nước xâm nhập vào các vi lỗ của da tổng hợp vi sợi và đi qua khí. Đường kính của các phân tử hơi nước là 4×10-4μm. Miễn là đường kính micropore của bề mặt da microfiber lớn hơn 4×10-4μm thì có thể sử dụng hơi nước. Nó được chuyển từ bên trong giày ra bên ngoài giày và có chức năng thấm ẩm. Khi nước mưa đi qua các vi lỗ của da tổng hợp sợi nhỏ, sức căng bề mặt được tạo ra khi nước mưa tiếp xúc với các vi lỗ. Nếu đường kính lỗ nhỏ, nước mưa khó đi vào giày qua các lỗ nhỏ, từ đó đạt được mục đích chống thấm. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng đường kính tối thiểu của các loại sương mù khác nhau có thể đi qua các vi lỗ là: sương mù là 20μm, mưa nhẹ là 400-900μm, mưa vừa và mưa lớn là trên 2000μm. Do đó, đường kính lỗ rỗng của màng PU veneer khô có thể được thiết kế bằng cách tận dụng sự khác biệt về đường kính lỗ rỗng của hơi nước và nước mưa đi qua các lỗ nhỏ.
Do đó, trong quy trình dán veneer khô, màng PU sau khi dán veneer được tạo ra với một số lượng micropore nhất định với đường kính lỗ rỗng nhất định và đường kính lỗ rỗng của micropores được kiểm soát là 4×10 −4-20 μm, cho phép hơi nước xâm nhập tự do. Đồng thời, nước mưa khó có thể truyền qua để đạt được mục đích thấm ẩm, chống thấm. Hiện nay, các phương pháp sản xuất micropores trên bề mặt da tổng hợp bao gồm phương pháp đục lỗ cơ học bằng laser, phương pháp micropore chất tạo bọt, bay hơi dung môi và phương pháp tạo lỗ chân lông. Như có thể thấy trong Hình 2, mặt nạ da tổng hợp microfiber dành cho giày bảo hộ có kích thước lỗ từ 5 đến 8 μm, thuận lợi cho sự xâm nhập của các phân tử hơi nước từ bên trong giày ra bên ngoài giày đồng thời ngăn chặn sự xâm nhập của nước vào giày.
2.2.2 Cơ chế chống thấm, thấm ẩm và thiết kế của nhựa ưa nước làm veneer da tổng hợp siêu sợi dùng cho giày bảo hộ
Sự xâm nhập của các phân tử hơi nước vào khẩu trang PU cũng là quá trình hấp phụ và tái thẩm thấu đầu tiên nên việc lựa chọn chất liệu khẩu trang PU cũng rất quan trọng. Xie Fuchun và cộng sự. đã sử dụng polyethylen glycol làm đoạn mềm để tổng hợp polyurethane có đặc tính ưa nước tuyệt vời. Có thể sử dụng màng PU làm bằng nhựa PU có nhóm ưa nước (như ethoxylate) trong cấu trúc phân đoạn mềm. Các phân tử hơi nước bị hấp phụ bởi liên kết hydro. Do áp suất hơi nước trong giày lớn hơn mặt ngoài của giày nên các phân tử hơi nước liên tục được truyền ra bên ngoài giày dọc theo khe hở giữa các chuỗi phân tử polyurethane, từ đó tạo ra hiệu ứng thấm ẩm.
Tóm lại, trong thiết kế quy trình veneer khô, nếu mặt nạ không có micropores, hơi nước có thể được truyền sang mặt bên kia của bề mặt da tổng hợp sợi nhỏ ngay cả bằng nhựa PU ưa nước, nhưng rất dễ trở thành vật liệu mặt nạ PU ưa nước. . Khi màng nước hình thành, hơi nước khó truyền nhanh chóng và liên tục sang mặt bên kia của bề mặt da tổng hợp sợi nhỏ, khả năng thấm ẩm không tốt. Do đó, khi thiết kế quy trình bọc da tổng hợp siêu sợi cho giày bảo hộ, người ta sử dụng một loại nhựa ưa nước và một micropore có đường kính lỗ từ 4 × 10 −4 đến 20 μm được thiết kế để cho phép các phân tử hơi nước tự do đi qua. Nước nhưng rất khó lọt vào giày để đạt được mục đích thấm ẩm và chống thấm nước.
3 Lĩnh vực ứng dụng của da tổng hợp microfiber làm giày bảo hộ
Theo thống kê của Sở Lao động Hồng Kông, khoảng 1/3 số vụ tai nạn an toàn tai nạn lao động là do giẫm phải đồ vật, chạm vào đồ vật hoặc bị đồ vật làm bị thương. Kết quả thường là chấn thương bàn chân và tàn tật nghiêm trọng. Ở nước ngoài, đặc biệt là các nước phát triển phương Tây rất coi trọng việc bảo vệ bàn chân, yêu cầu nhân viên phải mang giày chuyên dụng. Trung Quốc cũng đã ban hành một loạt tiêu chuẩn thử nghiệm sản phẩm bảo vệ chân. Vì vậy, giày bảo hộ có triển vọng thị trường rộng lớn. Hiện tại, Trung Quốc có cơ sở sản xuất giày chuyên nghiệp lớn nhất châu Á.
Với sự tiến bộ không ngừng của xã hội, ngày càng có nhiều loại sản phẩm bảo hộ lao động cá nhân. Ở Châu Âu và Hoa Kỳ, giày bảo hộ đơn trước đây hiện được chia thành giày bảo hộ, giày chống tĩnh điện, giày bảo hộ ngón chân, giày quân sự, giày y tá theo đặc điểm chuyên môn. Giày, giày hành chính, giày khiêu vũ Latin và các loại khác nên ứng dụng của da tổng hợp siêu sợi làm giày bảo hộ được mở rộng hơn, cụ thể như sau:
Đối với giày bảo hộ: mũ giày như giày bảo hộ, giày chống tĩnh điện, giày bảo hộ mũi chân và giày bảo hộ chống va đập. Phần trên của những đôi giày này chủ yếu có màu đen hoặc nâu, chủ yếu được sử dụng trong khai thác mỏ, xây dựng, luyện kim, vận tải, thu hoạch và các ngành công nghiệp khác để bảo vệ ngón chân. Nó đòi hỏi da giày phải có khả năng thấm ẩm và chống thấm nước, độ bền cơ lý của da tổng hợp siêu sợi dùng cho giày bảo hộ đã vượt quá độ bền cơ lý của da. Vì vậy, loại da tổng hợp siêu sợi làm giày bảo hộ hiện đang rất được ưa chuộng trong và ngoài nước.
Đối với giày chuyên nghiệp: mũ giày dành cho các loại giày như giày y tá, giày điều hành và giày công sở nữ. Trong số đó, giày y tá rất phổ biến. Hiện nay, nhiều bệnh viện trong và ngoài nước sử dụng giày y tá đặc biệt để tránh kim rơi và đâm vào chân khi kim tiêm. Giày y tá chủ yếu có màu trắng, phần trên yêu cầu phải thấm ẩm, chống thấm nước, chống uốn cong, mềm mại và thoải mái. Nhiều quốc gia ở Châu Âu và Hoa Kỳ yêu cầu giám đốc điều hành phải đi giày công sở đi làm, phụ nữ đi giày công sở nữ, những đôi giày này còn yêu cầu phần da phía trên phải có khả năng thấm ẩm.
Đối với giày quân đội: Trước đây đa số được làm bằng da bò. Hiện nay, da đã dần được thay thế bằng da tổng hợp sợi nhỏ, đòi hỏi bề mặt da phải có khả năng thấm ẩm và chống thấm nước.
Đối với giày khiêu vũ Latin của phụ nữ: sớm sử dụng sản xuất da bò hoặc da cừu, hiện nay sử dụng chất liệu da tổng hợp siêu sợi thoáng khí, thấm ẩm.
Với sự phân công lao động ngày càng chuyên môn hóa, nhận thức về bảo vệ cá nhân ngày càng tăng và sự khan hiếm lớp hạ bì ngày càng tăng, giày bảo hộ bằng da với chức năng thoáng khí, thấm ẩm và chống thấm nước sẽ có thị trường rộng lớn và sẽ dần được áp dụng trong giày thể thao và chạy bộ. đôi giày. Trong tương lai, dần dần thay thế da.
4. Kết luận
Để đạt được chức năng chống thấm và đáp ứng khả năng thoáng khí, quá trình thiết kế quy trình da tổng hợp siêu sợi cho giày bảo hộ phải được bắt đầu từ vải nền sợi nhỏ và quy trình phủ lớp khô. Vải nền da tổng hợp sợi nhỏ cần nhiều lỗ nhỏ hơn trong cấu trúc. Cấu trúc được thiết kế để tạo điều kiện cho hơi nước khuếch tán từ bên trong giày; đồng thời, lớp vải nền bằng da tổng hợp siêu sợi phải có đặc tính kỵ nước nhất định để ngăn nước mưa và những thứ tương tự xâm nhập vào giày. Trong veneer khô, không chỉ cần sử dụng nhựa PU ưa nước để cải thiện độ thoáng khí của giày bảo hộ mà còn phải có các vi lỗ với các lỗ xốp phù hợp trên bề mặt da để tạo điều kiện cho hơi ẩm truyền vào giày đồng thời ngăn nước xâm nhập. giày và gây ẩm ướt. chân.