Проектирование и производство заготовки верха обуви из низкосортной натуральной кожи с применением неравновесной низкотемпературной плазмы

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации 
Казанский национальный исследовательский 
технологический университет 
Т. В. Жуковская, Н. В. Тихонова 
ПРОЕКТИРОВАНИЕ И  ПРОИЗВОД СТВО
ЗА ГО ТО ВКИ  ВЕРХ А  О БУВИ  
ИЗ НИЗКОСОРТНОЙ НАТУ РАЛЬНОЙ 
КО Ж И  С ПРИМ ЕНЕНИЕМ  
НЕРАВНОВЕСНОЙ 
НИЗКОТЕМ ПЕРАТУ РНОЙ ПЛАЗМ Ы  
Монография 
Казань 
Издательство КНИТУ 
2022 

УДК 685.31.02:533.9 
ББК 37.255:22.333 
Ж86 
Печатается по решению редакционно-издательского совета  
Казанского национального исследовательского технологического университета 
Рецензенты: 
д-р техн. наук, проф. А. Ф. Гайсин 
канд. техн. наук Н. А. Дегтярев 
Ж86 
Жуковская Т. В. 
Проектирование и производство заготовки верха обуви из низкосортной 
натуральной кожи с применением неравновесной низкотемпературной 
плазмы : монография / Т. В. Жуковская, Н. В. Тихонова; Минобрнауки 
России, Казан. нац. исслед. технол. ун-т. – Казань : Изд-во КНИТУ, 
2022. – 116 с. 
ISBN 978-5-7882-3243-0 
Подробно рассмотрены основные теоретические, методологические 
и практические вопросы проектирования и производства изделий легкой промышленности из модифицированных натуральных кож. Особое внимание уделено технологии модификации низкосортных натуральных кож с целью повышения их качества, исследованию влияния неравновесной низкотемпературный плазмы на потребительские и технологические характеристики материалов заготовки верха обуви, физические закономерности изменения свойств 
комплексного материала заготовки верха обуви на основе натуральной кожи 
под воздействием неравновесной низкотемпературный плазмы. 
Предназначена для магистрантов, обучающихся по направлению подготовки 29.04.05 «Конструирование изделий легкой промышленности». 
Подготовлена на кафедре конструирования одежды и обуви. 
УДК 685.31.02:533.9 
ББК 37.255:22.333 
ISBN 978-5-7882-3243-0 
© Жуковская Т. В., Тихонова Н. В., 2022 
© Казанский национальный исследовательский 
технологический университет, 2022 
2 

С О Д Е Р Ж А Н И Е
Список условных сокращений .................................................................. 5 
ВВЕДЕНИЕ 
................................................................................................. 6 
Глава 1. АНАЛИЗ РАЗВИТИЯ ОБУВНОГО ПРОИЗВОДСТВА 
.......... 8 
1.1. Современные тенденции в проектировании и массовом
 производстве обуви .............................................................................. 8
1.2. Факторы, определяющие качество заготовки верха обуви, 
и материалы, применяемые в ее производстве 
.................................. 12 
1.3. Методы обработки заготовки верха обуви из натуральной 
кожи с целью повышения формоустойчивости 
................................. 26 
1.4. Основы взаимодействия неравновесной 
низкотемпературной плазмы с материалами верха обуви ............... 36 
Глава 2. ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ 
ВЫСОКОЧАСТОТНЫХ ПЛАЗМЕННЫХ УСТАНОВОК 
ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ИНДУКЦИОННОГО И ЕМКОСТНОГО 
РАЗРЯДОВ И МЕТОДИК ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА 
.......... 48 
2.1. Описание экспериментальных высокочастотных 
плазменных установок и их характеристики 
..................................... 48 
2.2. Выбор объектов исследования и их характеристики 
................. 52 
2.3. Методика экспериментальных исследований 
взаимодействия заготовки верха обуви из комплексного 
материала на основе низкосортной натуральной кожи 
с неравновесной низкотемпературной плазмой ................................ 59 
Глава 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ 
ВЛИЯНИЯ НЕРАВНОВЕСНОЙ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ 
ПЛАЗМЫ НА СВОЙСТВА ВЕРХА ОБУВИ 
ИЗ НАТУРАЛЬНОЙ КОЖИ ................................................................... 70 
3.1. Исследование влияния ННТП на потребительские 
характеристики верха готовой обуви из низкосортной 
натуральной кожи 
................................................................................. 70 
3 

3.2. Исследование влияния ННТП на технологические 
и потребительские характеристики комплексного материала 
заготовки верха обуви 
.......................................................................... 76 
3.3. Изучение влияния ННТП на структурные изменения 
комплексного материала заготовки верха обуви на основе 
натуральной кожи 
................................................................................. 87 
3.4. Физические закономерности изменения свойств 
комплексного материала заготовки верха обуви на основе 
натуральной кожи под воздействием ННТП ..................................... 96 
3.5. Разработка технологического процесса получения заготовки 
верха обуви из натуральной кожи с применением  
ННТП-обработки ................................................................................ 100 
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ...................................................................................... 103 
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 
...................................................................... 104 
4 

С п и с о к  у с л о в н ы х  с о к р а щ е н и й
ННТП – неравновесная низкотемпературная плазма 
ВЧИ-разряд – высокочастотный индукционный разряд 
ВЧЕ-разряд – высокочастотный емкостной разряд 
τ – время обработки, с 
Wp – мощность разряда, кВт 
Pк – давление в разрядной камере, Па 
G – расход плазмообразующего газа, г/с 
КРС – крупный рогатый скот 
ЭДС – электродвижущая сила 
le – длина свободного пробега электрона 
L – характерные размеры камеры 
ω – частота поля 
νe – частота соударений частиц 
Eпр – напряженность поля при высокочастотном пробое 
Uинд – напряжение на индукторе 
jl – длина волны ВЧ-поля 
l – длина разрядной трубки
ВВМ – высокомолекулярные волокнистые материалы
5 

В В Е Д Е Н И Е  
Производство обуви в России вместе с производством кожи и изделий из нее относится к обрабатывающим отраслям и составляет 15 % от 
объема легкой промышленности, которая вносит 1 % в совокупный внутренний валовой продукт страны. В условиях продолжающегося экономического кризиса произошел заметный сдвиг потребительских предпочтений в сторону отечественных производителей обуви. Несмотря на это, 
обувь иностранных производителей продолжает занимать доминирующее 
положение на российском рынке (более 70 % его доли). Специалисты отмечают изменение предпочтений потребителей среднеценового сегмента 
рынка, занимающего значительную его часть (до 70 %), которые демонстрируют повышенную осведомленность об обувном рынке и склонность 
соответствовать преобладающим модным тенденциям, выражая тем самым повышенные ожидания в отношении качества и стиля приобретаемых 
товаров. Примечательно, что российские производители обуви заметно отстают от своих западных и азиатских коллег в удовлетворении меняющихся запросов потребителей данного сегмента рынка. 
Для решения этой проблемы необходимо усовершенствовать процессы производства обуви за счет внедрения передовых технологических 
решений, благодаря чему появляется возможность заметно повысить конкурентоспособность отечественных товаров, установив компромисс сложной взаимосвязи между ценой и качеством. 
Повышение качества обуви неразрывно связано с совершенствованием технологических процессов ее изготовления, разработкой новых, отвечающих современным требованиям материалов и конструкций моделей. 
Большинство потребителей среднеценового сегмента рынка обуви приобретают ее к каждому сезону и отдают предпочтение модным моделям из 
натуральной кожи, что значительно повышает вес эстетических характеристик изделий в совокупности потребительских показателей качества 
продукции. Однако следует принимать во внимание, что на сохраняемость 
внешнего вида обуви в процессе ее носки влияют прежде всего эксплуатационные характеристики, одной из которых является формоустойчивость.  
Формоустойчивость верха обуви неразрывно связана с конструкцией заготовки верха, режимами формования и свойствами материалов 
верха обуви. В условиях современного производства для деталей низа 
обуви используются искусственные и синтетические материалы, стабильно сохраняющие свои свойства во время эксплуатации. В связи с этим 
6 

основные изменения размеров и формы обуви проявляются в ее верхней 
части – натуральной коже. 
В то же время не менее актуальна проблема переработки низкосортной натуральной кожи. Такие ее дефекты, как отмин и отдушистость, 
являются одними из самых распространенных, непредсказуемых и оказывающих непосредственное влияние на потребительские и технологические 
характеристики обуви. Граница между проявлениями дефектов размыта, 
однако использование натуральной кожи с дефектом отдушистости в производстве обуви не допускается, а использование кожи с отмином приводит к быстрой потере формы и красивого внешнего вида обуви. Результаты 
исследований последних лет показывают, что одним из наиболее перспективных способов повышения качества исходного сырья в процессе изготовления натуральной кожи является модификация при помощи неравновесной низкотемпературной плазмы (ННТП). 
В работе приведено решение актуальной проблемы создания формоустойчивой обуви с верхом из низкосортной натуральной кожи за счет 
модификации заготовки верха обуви при помощи ННТП. Для решения поставленной задачи использован комплекс современных и стандартных методов и методик исследования. Полученные результаты сравнивались и сопоставлялись с известными экспериментальными и теоретическими данными других авторов. 
Объектом исследования была выбрана заготовка верха обуви из комплексного материала на основе низкосортной эластичной натуральной кожи 
хромового дубления с естественной лицевой поверхностью толщиной 1,1–
1,3 мм, выработанной по ТУ 8630-012-05431555-93 и отличающейся наличием дефектов отмина и отдушистости. Укрепляющий материал (трикотаж 
с термоклеевым покрытием) выработан по ТУ 8729-001-26017127-2004. Формирование комплексного материала происходит в процессе операции дублирования натуральной кожи с укрепляющим материалом.  
Для исследования эксплуатационных характеристик заготовки 
верха обуви использовался метод экспериментальной носки, для определения структурных, физических и механических характеристик комплексного материала заготовки верха обуви – стандартные методики определения физико-механических показателей материалов легкой промышленности, а также методы релаксационной спектроскопии, электронной растровой микроскопии, рентгеноструктурного анализа при больших углах рассеяния, инфракрасной фурье-спектроскопии с применением приставки 
НПВО. Измерение показателей проводили в соответствии с нормативнотехнической документацией.  
7 

Г л а в а  1 .  А Н А Л И З  Р А З В И Т И Я  О Б У В Н О Г О  
П Р О И З В О Д С Т В А  
В данной главе описаны основные факторы, определяющие качество заготовки верха обуви, приведен обзор основных материалов, применяемых 
для производства обуви из натуральной кожи, и требований, предъявляемых 
к ним. Представлены наиболее распространенные методы модификации заготовки верха обуви. Обоснована возможность применения неравновесной 
низкотемпературной плазмы в технологических процессах получения заготовки верха обуви. 
1.1. Современные тенденции в проектировании 
и массовом производстве обуви 
Со времен появления обуви основная ее функция – защитная; 
обувь препятствует травмам, повреждениям стопы и негативному воздействию как вредных веществ, так и критических температур. В настоящее время защитная функция так же актуальна для потребителя, как 
и тысячи лет назад, однако сейчас при выборе обуви потребитель уже 
не задумывается об этой функции и руководствуется особенностями 
дизайна, часто зависящего от назначения обуви, и субъективным ощущением комфортности обуви. 
Чаще всего комфортность обуви определяется понятием ее впорности, т. е. насколько обувь приходится впору потребителю. И несмотря 
на достижения современных технологий массового производства обуви, 
задача выпуска комфортной обуви не решена и остается актуальной, 
в том числе и потому, что дискомфортная обувь не только является причиной быстрой усталости человека, но и угрожает его здоровью. 
Форма и размеры обуви зависят от формы и размеров колодки, 
объемной формы, определяющей внутреннюю форму обуви и непосредственно участвующей в ее изготовлении. Колодка тесно связана со 
стопой, и ее конструкция зависит от многих факторов, таких как 
8 

форма/размер, мода/стиль обуви, тип конструкции и др. Не секрет, что 
в эпоху быстрой моды производители стремятся проектировать обувь, 
прежде всего отвечающую модным тенденциям, в то время как быстро 
и качественно спроектировать колодку, отвечающую требованиям комфортности, удается далеко не всегда. 
В последние годы 3D-технологии проектирования приобрели 
большое значение в различных отраслях науки и техники, таких как медицина, строительство, инженерия, легкая промышленность. При этом 
в мире моды 3D-технологии открывают возможности для создания индивидуального дизайна как одежды, так и обуви, начиная от участия 
в разработке дизайнерского решения модели и заканчивая получением 
данных об объемной поверхности тела человека в целом или стопы 
в частности. 
Известно, что тело человека представляет собой сложную 
форму, достаточно вариативно по полу, возрасту, индивидуальным 
особенностям, поэтому использование технологии 3D-сканирования 
для создания оцифрованных данных о поверхности тела человека ускоряет процесс проектирования, а значит и производства изделий легкой 
промышленности. 
Следует отметить, что способов получения данных о поверхности тела человека, технологий 3D-сканирования существует несколько 
типов, однако в легкой промышленности чаще всего используются бесконтактные лазерные или оптические 3D-сканеры. 
В настоящее время существует большое количество различных 
систем измерения стопы, выполняющих эту задачу с помощью алгоритмов компьютерного зрения и стандартного оборудования. Большинство этих подходов основаны либо на фотограмметрии двухмерных 
(2D) изображений, либо на измерениях вне трехмерных (3D) облаков 
точек, либо на обработке изображений с использованием 2D RGBизображений.  
Подходы с двухмерной камерой используют двухмерное изображение для измерения размера стопы. Для этого на изображении должен быть либо эталонный объект известного размера, либо должны 
быть известны положение камеры относительно объекта, а также собственные параметры камеры. 
Профессиональные измерительные системы часто используют 
откалиброванную, стационарно установленную камеру, положение 
и внутренние параметры которой известны. В обоих вариантах размер 
объекта может быть измерен с помощью классических методов 
9 

обработки изображений с использованием числа пикселей, которые измеряемый объект занимает на изображении. 
Фотограмметрические подходы в основном используют двухмерные изображения для создания трехмерных моделей. Одним из основных преимуществ фотограмметрии является возможность легкого 
создания входных данных без необходимости специализированного 
оборудования. Также фотограмметрия позволяет воссоздать отсканированный объект с учетом его цвета и текстуры, а также сканировать 
объекты различных размеров без ограничений, в отличие от других технологий сканирования. Однако у этого метода есть недостатки, такие 
как зависимость качества реконструкции от текстуры и состояния поверхности объекта. Гладкие, блестящие, опушенные или монохромные 
объекты могут быть сложны для оцифровки, а неравномерное освещение на изображениях может вызвать проблемы. 
Один из часто используемых методов оцифровки и измерения 
стоп – использование 3D-камер. Существует несколько технологий, таких как пассивное стерео, активное стерео (например, структурированный свет) и время полета (ToF). Каждая из этих технологий имеет свои 
преимущества и недостатки, которые могут повлиять на точность измерений. Пассивное стерео является наиболее распространенной и изученной технологией. Для входных данных обычно используются изображения RGB или оттенки серого. Качество изображения зависит от 
уровня освещенности, поэтому в условиях слабого освещения измерения могут быть неточными. 
Для восстановления глубины информации необходимо установить соответствие между признаками на разных изображениях и применить триангуляцию. Активные стереокамеры также используют триангуляцию, но в отличие от пассивного стерео они часто работают с инфракрасным светом, который проецируется на сцену по определенной 
схеме. Однако из-за наличия инфракрасного света в окружающей среде 
эта технология чувствительна к помехам. 
Активные стереокамеры, также известные как камеры структурированного света (SL), могут использовать две технологии. В первой 
камере проецируют модулированный рисунок, обычно инфракрасный 
свет, на поверхность и измеряют искажения этого рисунка. Во второй 
используют две камеры и триангуляцию для измерения признаков на 
обоих изображениях. Камеры SL чаще применяются в помещениях изза влияния инфракрасного солнечного света на проецируемый узор или 
освещение. По сравнению с ToF-камерами, камеры SL обладают более 
10