Научная статья на тему 'Исследование изменений химического состава технических тканей методом ИК-спектроскопии'

Исследование изменений химического состава технических тканей методом ИК-спектроскопии Текст научной статьи по специальности «Прочие технологии»

CC BY
346
136
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ТЕХНИЧЕСКАЯ ТКАНЬ / ПЛАЗМЕННАЯ МОДИФИКАЦИЯ / ИНФРАКРАСНАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ / TECHNICAL FABRIC / PLASMA MODIFICATION / INFRARED SPECTROSCOPY

Аннотация научной статьи по прочим технологиям, автор научной работы — Илюшина С. В.

Анализируется влияние неравновесной низкотемпературной плазмы на изменение химического состава технических тканей. Показана возможность получения материалов с прогнозируемыми свойствами за счет плазменной обработки ткани

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Analyzes the impact of nonequilibrium low-temperature plasma on the chemical composition of fabrics. The possibility of obtaining materials with predictable properties by plasma treatment of tissue.

Текст научной работы на тему «Исследование изменений химического состава технических тканей методом ИК-спектроскопии»

С. В. Илюшина

ИССЛЕДОВАНИЕ ИЗМЕНЕНИЙ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА ТЕХНИЧЕСКИХ ТКАНЕЙ

МЕТОДОМ ИК-СПЕКТРОСКОПИИ

Ключевые слова: техническая ткань, плазменная модификация, инфракрасная спектроскопия.

Анализируется влияние неравновесной низкотемпературной плазмы на изменение химического состава технических тканей. Показана возможность получения материалов с прогнозируемыми свойствами за счет плазменной обработки ткани.

Keywords: technical fabric, plasma modification, infrared spectroscopy.

Analyzes the impact of nonequilibrium low-temperature plasma on the chemical composition offabrics. The possibility of obtaining materials with predictable properties by plasma treatment of tissue.

Производство продукции технического назначения является наиболее быстро развивающимся в текстильной промышленности ведущих мировых стран. Основой интенсивного увеличения объемов выпуска технического текстиля и расширения сфер его применения является активная научно-

исследовательская деятельность, на которую направляются значительные финансовые средства и в результате которой появляются многочисленные инновационные разработки [1].

Одним из эффективных и экономических путей повышения качества изделий, их надежности и срока службы является модификация поверхностного слоя материалов с целью придания им заданных свойств [2].

Технические ткани широко применяются для производства конвейерных лент, резинотканевых рукавов, плоских и клиновых приводных ремней; для обивки сидений и внутренней облицовки автомобилей; для тентов и укрывочных материалов, оболочек аэростатов и надувных ангаров, складных гаражей и туристских палаток, автомобильных и авиационных шин; в качестве фильтрующих перегородок.

Одним из крупнейших потребителей тканей технического назначения является резинотехническая промышленность. Значительную долю из них используют в качестве прокладочных материалов для хранения невулканизованных резиновых заготовок, резиновых профилей и шинного корда перед сборкой и вулканизацией.

В настоящее время основным направлением расширения и улучшения адгезионной способности текстильных материалов является не столько разработка новых видов волокон и нитей, сколько комбинирование существующих, а также их модификация с целью придания заданных свойств текстильным материалам [3].

Неравновесная низкотемпературная плазма (ННТП) позволяет регулировать заданные свойства волокнистых материалов без деструкции. В связи с этим интерес представляет изучение воздействия ННТП на ткани технического назначения, в том числе на основе натуральных и синтетических нитей.

В ранних работах [4-6] установлено, что плазменная обработка улучшает поверхностные

свойства технических тканей, снижая или повышая гидрофильные свойства тканей, в зависимости от их назначения.

Вследствие того, что плазменная обработка включает ряд процессов, приводящих к изменению не только физических свойств волокон, но и к трансформации химического состава и структуры поверхностного нанослоя, целью исследования являлось определение влияния плазменной обработки на изменение химического состава и строения образцов технических тканей.

В качестве объекта исследования выступали технические ткани производства ООО «Крез», г. Елабуга: Чефер (100% х/б), ЧЛХ (51% х/б, 49% ПЭФ). Кордная ткань Чефер используется в шинной промышленности, следовательно, необходимым является улучшение адгезии данной технической ткани к резине. Прокладочной ткани ЧЛХ, применяемой в производстве резинотехнических изделий, напротив, следует придать антиадгезионные свойства.

Обработка образцов ткани осуществлялась на экспериментальной высокочастотной емкостной (ВЧЕ) плазменной установке, описанной в работе [7]. Экспериментально доказано, что плазменная модификация армирующей ткани Чефер в режиме Ia=0,7 А, Ua=3 кВ, т=180 с, P=26,6 Па в плазмообразующем газе аргон позволяет достигнуть максимального значения капиллярности [6]. Для прокладочной ткани ЧЛХ при обработке в оптимальном режиме Ia=0,5 А, Ua=4,5 кВ, т=180 с, P=26,6 Па аргон/пропан-бутан в соотношении 70/30 достигается минимальное значение капиллярности [8].

Для изучения химического состава и строения контрольных и модифицированных образцов ткани Чефер и ЧЛХ использовали метод инфракрасной (ИК) спектроскопии.

ИК-спектры снимали на ИК-Фурье спектрометре Tensor 27 (Bruker, Германия) с приставкой однократного нарушенного полного внутреннего отражения, с алмазным кристаллом в режиме съемки: ATR (НПВО), в области 400 - 4000 см-1 разрешение 4 см-1, скорость сканирования 10 КГц.

В основе анализа лежит связь инфракрасного спектра поглощения и состава образца. Местоположение полос в спектре поглощения несет информацию о качественном составе образцов, а интенсив-

ность полос - о концентрации соответствующего компонента. Для количественного анализа образца необходимо знать зависимость между интенсивностью поглощения и концентрацией компонента или свойством образца.

На рисунке 1 представлены ИК-спектры образцов армирующей ткани Чефер.

Дшша волны, см1

Рис. 1 - ИК спектры образцов армирующей ткани Чефер: 1 - без плазменного воздействия; 2 - после обработки ННТП

Использование ИК-спектроскопии с приставкой НПВО, позволяющей регистрировать изменения в поверхностном нанослое волокнообразующего полимера для армирующей ткани показало, что в области 3000-28000 см-1 полосы валентных колебаний СН2 2920 см-1 и 2850 см-1 и СН 2895 см-1 разрешимые в спектре контрольного образца не разрешаются в спектре обработанного образца (рис.1). Известно, что в процессе плазменной обработки, в результате ионной бомбардировки, энергии ионов достаточно для частичного физического распыления поверхностного нанослоя, вероятно как с отрывом боковых групп —СН2ОН, так и с разрывом основной цепи — СНОН- в поверхностном нанослое, при отсутствии деструктивных процессов в объеме материала [8].

Такие изменения в нанослое армирующей ткани приводят к образованию радикалов, способных к взаимодействию с компонентами резины, что приводит к повышению адгезии, а отсутствие изменений структуры и состава волокнообразующего полимера в объеме приводит к сохранению физикомеханических характеристик, или, в случае сшивания образовавшихся в ходе плазменной обработки свободных радикалов, незначительному улучшению физико-механических свойств.

На рисунке 2 представлены ИК-спектры образцов ткани ЧЛХ. На рисунке 2 регистрируется усиление интенсивности полос на ИК-спектрах прокладочной ткани ЧЛХ, отвечающих за -СН2- (2920 см-1) и -С-СНз (2962см-1) группы, что объясняется протеканием кроме процессов физического распыления и химического травления конкурирующих процессов прививки мономерных звеньев и осколков молекул пропан-бутана к возникающим свободным радикалам, образованию дополнительных мостиков

и сшивок. Такие изменения приводят к сглаживанию поверхности, и способствуют появлению анти-адгезионных свойств.

Длина волны, см' *

Рис. 2 - ИК спектры образцов прокладочной ткани ЧЛХ: 1, 2 - без плазменного воздействия; 3, 4 -после обработки ННТП

Таким образом, уровень изменения состава и структуры поверхностного слоя после плазменной модификации зависит как от состава технических тканей, так и от вида плазмообразующего газа.

Литература

1 Енеке, М. Технический текстиль - рынок с необъятными потенциальными возможностями. - Нетканые материалы. - 2011. -№3 (16). - С. 19-21.

2 Абдуллин, И.Ш. Высокочастотная плазменно-

струйная обработка материалов при пониженных давлениях. Теория и практика применения. - Казань: Изд-во Казан. ун-та, 2000. - 348 с.

3 Жихарев, А.П. Материаловедение: швейное производство: учебное пособие / А.П. Жихарев, Г.П. Румянцева, Е.А. Кирсанова. - М. : Академия, 2005. - 240 с.

4 Абдуллин, И.Ш. Влияние технологических факторов плазменной обработки на гидрофильность синтетических волокон / И.Ш. Абдуллин, С.В. Илюшина // Вестник Казанского технологического университета. №11. -2010. - С.567-568.

5 Гришанова, И. А. Влияние природы и состава плазмообразующей среды на физико-механические свойства высокомодульных полиэтиленовых волокон // Вестник Казан. технол. ун-та. №10. - 2010. - С.187-190.

6 Илюшина, С. В. Технология получения кордных тканей с повышенной адгезионной способностью к резине // Матер. 7-й межд-й науч.-практич. конф. «Новости передовой науки», 17-25 мая, София, «Бял ГРАД-БГ», С. 58-60.

7 Сергеева, Е.А. Оптимизация режимов низкотемпературной плазменной обработки высокомодульных полиэтиленовых волокон // Вестник Казан. технол. ун-та. -2010. - №7. - С. 94-98.

8 Илюшина, С.В. Применение плазменной модификации для придания антиадгезионных свойств текстильным материалам технического назначения // Нетканые материалы. №2. - 2012. - С. 18-20.

9 Сергеева, Е. А. Регулирование свойств синтетических волокон, нитей, тканей и композиционных материалов на их основе с помощью неравновесной низкотемпературной плазмы: Дис.... д-ра техн. наук // Казань. - 2010. - 363 с.

© С. В. Илюшина - асс. каф. технологии химических и натуральных волокон и изделий КНИТУ, strelfy@mail.ru.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.