Rà soát các phương pháp thử được sử dụng để đánh giá độ bền cơ bản của vật liệu làm lót và mũ giầy.
Một trong những tính chất vật lý cơ bản nhất của bất kỳ vật liệu nào là độ bền của vật liệu – đó là lực cần thiết để phá vỡ hoặc làm rạn nứt vật liệu khi bị ép hoặc kéo căng ra. Mặc dù có nhiều phương pháp thử độ bền có thể tiến hành trên một mẫu vật liệu, bài viết này tập trung vào hai phương pháp thử nghiệm phổ biến nhất được sử dụng trong thử nghiệm giày dép là: "độ bền xé" và "độ đứt gãy" (hoặc "độ bền kéo").
Các mẫu thử được cắt theo các hình dạng khác nhau như trong hình 1dưới đây để làm các thử nghiệm độ bền.
Hình 1: Các mẫu được cắt cho ba xét nghiệm khác nhau: SATRA TM43 (trái), SATRA TM30 (hình vuông màu vàng) và SATRA TM162
Độ bền xé là đặc tính thường được dùng để đánh giá chất lượng vật liệu làm mũ giầy. Vật liệu bị xé rách có thể xảy ra cả trong quá trình đóng giày (ví dụ, trong khi gò trên khuôn) hoặc bị mài mòn do kéo căng khi đi bộ hoặc chạy. Các vật liệu có độ bền xé thấp thường vẫn có thể được sử dụng, nếu được gia cố một cách phù hợp.
a. Thử nghiệm xé rách
Hình 2: Tiến hành thử nghiệm SATRA TM162
Có hai loại thử nghiệm chính về độ xé rách hiện đang được sử dụng – có thể lựa chọn phép thử tùy thuộc vào loại vật liệu cần xác định độ bền xé. Đối với da, thử nghiệm được sử dụng phổ biến nhất là 'phương pháp Baumann' (SATRA TM162: 2017). Sử dụng một mẫu da hình chữ nhật (25mm x 45mm), có một rãnh ở giữa với các đầu được cắt thuôn nhọn. Mẫu thử được lắp vào máy thử độ bền kéo bằng hai ngạnh hình chữ L (mỗi ngạnh được gắn vào các ngàm của máy thử). Khi các ngàm được di chuyển tách ra, các ngàm kéo sẽ kéo mẫu thử theo các cạnh dài của rãnh, làm cho mẫu thử bị rách ở hai đầu thon của rãng (hình 2).
Vì mẫu vật liệu bị kéo xé rách từ cả hai đầu thon của rãng, nên đôi khi được gọi là thử nghiệm xé 'hai cạnh'. Thử nghiệm sẽ dừng lại khi một trong những vết rách chạm đến mép ngoài của mẫu vật liệu và đó là tải lực xé lớn nhất được ghi lại.
Các mẫu vật liệu thử nghiệm được cắt từ tấm da sao cho có thể tạo ba vết rách truyền dọc (song song) với xương sống của con vật và ba vết xé ngang (vuông góc) với xương sống của con vật. Sau đó tính kết quả trung bình của ba thử nghiệm độ bền xé theo chiều dọc và ba thử nghiệm xé theo chiều ngang của các mẫu thử.
Kết quả thử nghiệm được sử dụng để xác định xem vật liệu da được thử có phù hợp theo yêu cầu không. Kết quả thử nghiệm cũng có thể được sử dụng để xác định xem da có đạt yêu cầu về loại da và độ dày không. Ví dụ, một tấm da bò có độ dày 1mm sẽ có độ bền xé tối thiểu là 50N hoặc lớn hơn. Tuy nhiên, ở độ bền đó, vẫn cần phải gia cố để phù hợp sử dụng làm mũ giầy. Ngược lại, nếu da có độ dày 2,2mm mà độ bền xé chỉ 110N, thì có thể được chấp nhận để làm giày, nhưng điều này cho thấy tấm da đó có chất lượng kém so với độ dày. Vì vậy, cần đo độ dày của mỗi mẫu thử (theo tiêu chuẩn SATRA TM1: 2004 (2013) “Đo độ dày của vật liệu da và đế” trước khi làm thử nghiệm, để có thể đánh giá chất lượng của da qua kết quả đo độ bền xé.
Chất lượng da sẽ khác nhau, tùy thuộc vào vị trí lấy mẫu trên tấm da. Do đó, điều quan trọng là phải cắt các mẫu từ cùng một tấm da khi có thể. Tiêu chuẩn ISO 2418: 2017 mô tả 'vị trí lấy mẫu chính thức' như trong hình 3.
Hình 3: 'Vị trí lấy mẫu chính thức'
Một phương pháp khác được sử dụng để xác định độ bền xé của vải dệt và vật liệu tổng hợp làm mũ giầy hoặc làm lớp lót giầy. Đây là phương pháp SATRA TM30: 2017 - “Độ bền xé - phương pháp ống quần”, được gọi theo hình dạng của mẫu vật liệu làm thử nghiệm.
Khi thử nghiệm theo phương pháp SATRA TM30, mẫu thử tiêu chuẩn có dạng một hình vuông 100mm x 100mm. Có thể sử dụng mẫu có kích thước khác (ví dụ, khi không có đủ vật liệu để cắt mẫu thử). Trên mẫu vải, cắt một đường từ mép một cạnh của mẫu (mẫu màu vàng trong hình 1) để tạo ra hinh giống hai 'ống quần'. Cuối đường cắt để một lỗ tròn nhỏ để vết rách sẽ lan truyền từ lỗ thủng (một số phiên bản tương tự thử nghiệm 'xé ống quần' không có lỗ tròn này).
Mẫu thử được kẹp bằng hai 'càng' trong ngàm của máy thử độ bền kéo, các càng phải song song với trục của máy. Sau đó, các ngàm được kéo ra hai bên làm cho vật liệu bị xé rách từ lỗ tròn cuối đường cắt trên mẫu và phép thử được dừng lại ngay trước khi vết rách chạm đến mép ngoài của vật liệu thử (xem hình 4). Tải trọng trung bình dọc theo chiều dài của vết rách sẽ được máy ghi lại.
Hình 4: Phương pháp kiểm tra độ bền xé ống quần được nêu trong SATRA TM30
Sáu mẫu vật được cắt từ vật liệu - ba mẫu có vết rách truyền dọc (song song với cuộn vải được cắt mẫu) và ba mẫu nằm ngang (vuông góc với cuộn vải). Đối với vật liệu làm từ vải dệt thoi, các đường này sẽ nằm dọc và ngang theo hướng sợi dọc (song song và vuông góc với đường biên). Kết quả thử nghiệm trung bình của ba mẫu thử nghiệm xé dọc và ba mẫu lảm thử nghiệm xé ngang sẽ được mãy ghi lại.
Phương pháp xé ống quần có thể được sử dụng cho tất cả các loại chất liệu dẻo mỏng. Mặc dù không thường dùng cho da thuộc, nhưng có thể sử dụng phương pháp này cho vật liệu da nếu cần so sánh trực tiếp với các vật liệu không phải da. Tuy nhiên, điều quan trọng cần lưu ý là kết quả từ phương pháp xé 'một cạnh' này không thể so sánh với phương pháp Baumann. Vì phuơng pháp Baumann là phương pháp xé 'hai cạnh', do vậy kết quả sẽ cao hơn đáng kể so với xé một cạnh. Ngoài ra, như đã giải thích, phương pháp Baumann đo tải trọng đỉnh trong quá trình xé, còn phương pháp xé ống quần đo tải trọng trung bình. Mặc dù phương pháp Baumann có thể cho kết quả gần gấp đôi so với phương pháp xé ống quần, nhưng kết quả cũng chỉ là một chỉ dẫn sơ bộ để tham khảo.
Một phép thử nghiệm bền xé khác có thể thực hiện (đôi khi được sử dụng để đánh giá độ bền xé của vải dệt và sợi tổng hợp) là SATRA TM179: 1996 – “Độ bền xé - phương pháp xé cánh”. Đây cũng là một kỹ thuật xé một cạnh bên, các đầu của mẫu thử được kẹp vào ngàm theo một góc sao cho vết rách được hình thành cùng chiều với đường xé. Phương pháp này có thể loại bỏ các vấn đề trong đó vật liệu có thể bị xé rách theo hướng khác với hướng của vết cắt - là vấn đề có thể xảy ra với một số vật liệu sử dụng phương pháp xé ống quần. Tuy nhiên, kết quả từ phương pháp 'xé cánh' không thể so sánh với kết quả từ phương pháp xé ống quần hoặc phương pháp Baumann, vì cơ chế thử nghiệm khác nhau.
Độ bền kéo căng hoặc kéo đứt của vật liệu ít dùng hơn so với độ bền xé rách (là chỉ số về độ bền xé hoặc độ hao mòn của giầy, vì độ bền kéo và độ bền đứt ít liên quan trực tiếp đến cách vật liệu giầy bị hỏng. Tuy nhiên, độ bền kéo căng và độ bền đứt có thể được sử dụng như một chỉ dấu tốt về chất lượng của vật liệu, nhằm kiểm tra chất lượng chung và đánh giá khả năng chịu đựng của vật liệu, đồng thời cung cấp chỉ dấu về độ co giãn của vật liệu.
Độ bền kéo thực chất là phép đo độ bền của vật liệu, với bất ỳ độ dày nào và được đo bằng đơn vị lực trên diện tích mặt cắt ngang. Đây là kỹ thuật thường được sử dụng để đánh giá chất lượng da thuộc, vì nó cho phép thực hiện thử nghiệm đối với mọi độ dầy của mẫu thử bằng cách 'chuẩn hóa' kết quả.
Hình 5: Các mẫu thử hình quả tạ được sử dụng trong SATRA TM43
Phép thử SATRA TM43: 2000 - 'Độ bền kéo và độ giãn khi đứt da' sử dụng mẫu thử có hình dạng được gọi là 'quả tạ' (hình 5). Các đầu rộng hơn của mẫu vật liệu thử được kẹp trong các ngoàm của máy thử độ bền kéo, sau đó được di chuyển tách ra cho đến khi mẫu thử bị đứt. Chiều rộng của các đầu kẹp làm giảm nguy cơ mẫu thử bị trượt trong các ngàm kẹp. Nó cũng đảm bảo vết đứt nằm ở chỗ mỏng hơn của mẫu thử, do đó tránh bị đứt ở mép mẫu thử đang bị kẹp là nơi có thể đã làm yếu mẫu da.
Cũng giống như kiểm tra độ bền xé, các mẫu được cắt sao cho độ bền được đo theo các hướng cả 'dọc' và 'ngang' và, nếu có thể, phải được lấy từ vị trí lấy mẫu chính thức của tấm da.
Trước khi thử nghiệm, cần đo độ dày và chiều rộng của từng mẫu vật liệu tại phần hẹp của mẫu để tính diện tích mặt cắt ngang của mẫu thử. Độ bền kéo nhận được bằng cách chia lực kéo đứt cho diện tích mặt cắt ngang. Từ đó xác định được độ lớn của vết rách. Hai vạch được đánh dấu trên phần mỏng hơn của mẫu thử và khoảng cách giữa các vạch được ghi lại tại thời điểm mẫu bị đứt. Độ lớn của vết đứt tại thời điểm mẫu bị đứt được tính một lỗ tròn nhỏ ở là phần trăm gia tăng. Một thiết bị 'máy đo độ giãn' có thể được lắp vào máy thử độ bền kéo để tự động đo độ giãn của phần mỏng của mẫu thử mà không cần phải đánh dấu và tìm các dấu vết rách.
Cũng có thể đo độ giãn hoặc giá trị modun đàn hồi (độ co giãn) của mẫu. Một vật liệu cần một ứng suất thấp để kéo căng sẽ có mô đun đàn hồi thấp. Nếu cần một ứng suất kéo căng cao hơn, vật liệu sẽ có mô đun đàn hồi cao hơn (gọi là một vật liệu 'chắc'). Môđun đàn hồi có thể được tính bằng cách chia độ bền kéo cho độ kéo dài khi đứt (được gọi là 'ứng suất trên biến dạng'). Cũng có thể ghi lại ứng suất cần để kéo căng vật liệu theo một lượng cụ thể - ví dụ, có thể ghi lại độ bền kéo ở độ giãn 5%.
Phép thử SATRA TM29: 2017 (2019) – “Độ bền đứt và độ giãn khi đứt” được sử dụng để đo độ bền kéo và độ giãn của vải dệt và vải tổng hợp. Không giống như phương pháp đo độ bền kéo SATRA TM43, phương pháp này đo ứng suất trên một đơn vị theo chiều rộng của mẫu thử chứ không đo ứng suất trên diện tích mặt cắt ngang. Vải dệt và vải tổng hợp có độ dày đồng đều hơn da, vì vậy không cần phải lấy kết quả trung bình độ dày.
Một dải vật liệu hình chữ nhật được sử dụng thay cho mẫu thử hình quả tạ. Hai đầu của dải được gắn vào các ngoàm của máy thử độ bền kéo, sau đó các ngoàm di chuyển tách ra. Ứng suất tối đa được ghi lại và giá trị này sau đó được chia cho chiều rộng của dải để có độ bền đứt tính bằng N/mm. Khoảng cách giữa các ngoàm khi bắt đầu thử nghiệm và khi mẫu thử bị đứt được ghi lại và được dùng để tính phần trăm độ giãn khi bị đứt.
Với vải dệt thoi, có nguy cơ là các dải mẫu hình chữ nhật khi cắt ra từ tấm vật liệu có các mép nghiêng theo một góc nhỏ, so với hướng của sợi dọc hoặc sợi ngang. Điều này làm cho các sợi ở mép ngoài không chạy hết chiều dài của dải mẫu, do đó làm giảm kết quả đo. Để tránh điều này, dải vật liệu được cắt rộng hơn một chút so với kích thước quy định, sau đó các sợi thừa được rút loại bỏ khỏi các mép mẫu vải cho đến khi miếng mẫu có kích thước cần thiết. Việc này thường được gọi là 'tước sợi'.
Nguồn: SATRA Bulletine
Tiếng Anh
