CC BY
168
УДК 678.023:66
В. В. Хамматова
ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ТЕКСТИЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ, ПРИМЕНЯЕМЫХ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ СПЕЦОДЕЖДЫ*
Ключевые слова: специальная одежда, текстильный материал, плазма, технология, свойства материалов.
В работе описывается технология получения«инновационной» ткани для специальной одежды, которая должна поддерживать требуемую температуру в пододежном пространстве, нейтрализовать химические отравляющие вещества, обладать гигиеническими свойствами. Экипировка рабочего должна при этом оставаться легкой, не стесняющей движений. Реализовать подобный инновационный текстильный материал возможно за счет разработки наукоемких плазменных технологий в текстильном производстве, которые позволяют улучшить комплекс эксплуатационных свойств.
Keywords: special clothing, textile material, plasma, technology, properties of materials.
The paper describes the technology for producing "innovative" fabrics for special clothing, which should maintain the desired temperature in the space pododezhnom neutralize chemical warfare agents, have hygienic properties. Outfitting work must still be easy, does not restrict movement. Implement such innovative textile material is possible due to the development of high-tech plasma technology in textile production, which can improve performance properties.
Основные тенденции развития экономических отношений и жесткая конкуренция на мировом рынке требуют повышения качества текстильных материалов для защитных швейных изделий специального назначения. Выполнение этих требований невозможно без совершенствования производственных процессов или внедрения наукоемких, прогрессивных технологий.
Актуальность производства высококачественных изделий специального назначения в настоящее время не вызывает сомнений. Это обусловлено тем, что использование изделий в экстремальных условиях внешней среды требует обеспечения высокого уровня защиты в течение всего срока эксплуатации.
Эффективность водозащитной функции швейных изделий зависит в равной степени от свойств применяемых материалов и от совершенствования технологических процессов в сфере швейного производства, где материалы подвергаются механическим, физико-химическим методам воздействия. Для изготовления защитных швейных изделий специального назначения используют в основном материал с полимерным пленочным покрытием, на основе различных видов специальных отделок: мас-ловодоотталкивающих, маслобензостойких, противогнилостных, водоупорных, защищающие от производственных загрязнений и механических повреждений, от кислот и щелочей и др. Как правило, ткани для специальной одежды с полимерным пленочным покрытием используются очень плотные и малоэластичные [1,2].
Известные методы химического и физического наноструктурирования текстильных материалов, потребуют усложнения технологии их получения, что приведет к увеличению времени технологических процессов, повышению расхода химических веществ, и, как правило, в условиях промышленных производств, приводят к сложным экологическим проблемам.
Для существующей технологии нанострук-турирования текстильных материалов для производ-
ства швейных изделий специального назначения характерны высокая материалоемкость, трудоемкость, зависимость от зарубежных поставок герметизирующих материалов и оборудования, а следовательно высокая стоимость изделий и часто нарушение экологии производства. Поэтому необходимо разрабатывать инновационные технологии в текстиле - это создание и промышленное освоение технологий, обеспечивающих получение текстильных материалов с широким набором новых свойств, расширяющих области их применения при производстве одежды специального назначения. По этой технологии текстильным материалам для специальной одежды могут придаваться такие свойства, как водо- и маслостойкость, пониженная горючесть, противозаг-рязняемость, мягкость, антистатический и антибактериальный эффекты, термостойкость, формоустойчи-вость и др.
Специальная одежда из «инновационных» тканей должна поддерживать требуемую температуру в пододежном пространстве, нейтрализовать химические отравляющие вещества, обладать гигиеническими свойствами. Экипировка рабочего должна при этом оставаться легкой, не стесняющей движений. Реализовать подобный инновационный текстильный материал возможно в связи с разработкой наукоемких технологий в текстильное производство.
На сегодняшний день достаточно широко применяются различные типы плазменной технологии модификации текстильных материалов. Так, сотрудниками Ивановской государственной текстильной академии установлено, что с помощью плазмы атмосферного давления в растворах электролитов осуществляется физико-химическое воздействие на поверхность полипропиленовой нити (ММ), при этом происходит ее упрочнение с 34 сН/текс до 39 сН/текс [3]. Это же направление модификации ПП нити сравнивается с обработкой плазмой тлеющего разряда, установлено, что плазмохимическая модификация волокна в растворе электролита является более мягкой, приводящей к переходу аморфной фазы ПП в а-кристаллическую [4]. В работе Петрова С.В. показано, что многокомпонентная
химически активная плазма продуктов сгорания углеводородного газа с воздухом с уникальными транспортными и теплофизическими свойствами служит для напыления покрытий и обработки поверхности материалов специального назначения [5].
Низкотемпературная плазма тлеющего разряда является эффективным средством изменения свойств поверхности полимерных материалов. В тлеющем разряде обработка текстильных материалов осуществляется в зоне положительного столба и характеризуется постоянством напряженности электрического поля, его мощности и ровным свечением [6-9].
Улучшение адгезионных свойств материалов происходит за счет взаимодействия полимеров с кислородной плазмой, что проводит к образованию гидроксильных и карбонильных групп [10]. Известно, что плазмохимическая обработка материалов специального назначения на основе синтетических волокон, используемых в качестве наполнителей, приводит к улучшению их адгезии к некоторым синтетическим связующим, что приводит к их существенному упрочнению [11, 12]. В работе [13] повышение адгезионных свойств материалов, связывается с улучшением смачиваемости обрабатываемой поверхности и возрастанием косинуса краевого угла смачивания после обработки плазмой тлеющего разряда.
К недостаткам плазмы тлеющего разряда можно отнести то, что его разрядный промежуток чередуется темными и светлыми участками; по вольтам-перной характеристике имеет область насыщения, область таусендовского разряда, переходную область и области нормального и аномального тлеющего разряда. Результат обработки зависит от величины, контактирующей с плазмой суммарной площади поверхности обрабатываемых изделий, в плазме тлеющего разряда невозможно обрабатывать термически малоустойчивые материалы. К тому же, как показывает анализ литературы [14,15], эффект плазменного воздействия тлеющего разряда на синтетические полимерные материалы не устойчив во времени, также возможны деструктивные процессы в полимере [16,17].
Ведущую роль в комплексном улучшении свойств могут сыграть нанотехнологии, на основе применения низкотемпературной плазмы ВЧЕ разряда [18]. Плазма ВЧЕ разряда обладает следующими преимуществами: эффективно и устойчиво изменяет поверхностные свойства образца, не ухудшает объемных (в том числе физико-механических) характеристик, не нагревает материал до температуры выше 50°С. Эффект модификации текстильных материалов с помощью потока плазмы ВЧЕ разряды пониженного давления зависит от природы плазмообразующего газа. В зависимости от состава газа, давления, длительности и напряжения разряда, природы материала можно менять следующие свойства: смачиваемость, относительную молекулярную массу, химический состав, микрошероховатость, устойчивость к усадке натуральных и синтетических волокон, дизенфици-руемость и др. [19].
Изменяя параметры разряда и вид плазмооб-разующего газа можно управлять составом химически
активных частиц и, следовательно, характером воздействия ВЧЕ разряда на материал, используемый для производства швейного изделия специального назначения [20].
Объемная обработка технических материалов из натуральных волокон осуществлялась при варьировании входных параметров плазменной установки, к которым относятся: мощность разряда (Рр)=0,2 - 2,0 кВт, расход плазмообразующего газа (G) от 0 до 0,08 г/с, давление в вакуумной камере (P) от 30 до 133 Па и время
обработки (!) от 60 до 900с, частота генератора (f) 13,56 МГц, мощность, потребляемая установкой (Рпотр.) от 1,0 до 5,0 кВт .
Текстильные материалы, обработанные потоком плазмы ВЧЕ разряда пониженного давления становятся малоусадочными, имеют пониженную горючесть, повышенную прочность на разрыв и истирание и в зависимости от природы вводимых на-ночастиц в виде наноэмульсий и нанодисперсий могут приобретать дополнительные защитные свойства, требующиеся человеку.
Ничтожно малый размер частиц, формирующих материал, резко меняет его структуру, увеличивает внутреннюю поверхность, приводя к появлению новых свойств. Внутренняя структура, сформированная из наночастиц, придает материалам очень высокую прочность и совершенно новые свойства, отсутствующие при получении материала по традиционной технологии.
Наиболее известной нанотехнологией заключительной отделки является отделка Teflon, обеспечивающая водо-, масло-, грязезащитные эффекты. Для ее реализации дополнительно к плазменной обработки текстильных материалов используют нано-эмульсии фторуглеродных полимеров. Располагаясь на внешней поверхности каждого отдельного волокна, эти гидрофобные наночастицы образуют новую поверхность, то есть своеобразный «зонтик».
В отличие от традиционных технологий аналогичного назначения, наночастицы, придавая требуемые эффекты, не перекрывают капиллярно-пористую структуру волокнистого материала, он остается «дышащим», поскольку его микропоры остаются открытыми для воздухообмена. Придаваемые эффекты устойчивы к многократным стиркам. Отделка по нанотехнологиям придает техническим текстильным материалам малосминаемость и формо-устойчивый внешний вид.
*Проект выполняется в организации исполнителе (Получателе субсидии) при финансовой поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации в соответствии с требованием соглашения № 14.577.21.0019 о предоставлении субсидии на проведение прикладных научных исследований. Уникальный идентификатор прикладных научных исследований (проекта) RFMEFI57714X0019.
Литература
1. ГОСТ Р ЕН 340-2010 Система стандартов безопасности труда. Одежда специальная защитная. Общие техниче-
ские требования. М. ФГУП «Стандартинформ» 2011. -20с.
2. Пустыльник Я.И. Безопасность для каждого рабочего дня // Рабочая одежда. 2007. - № 4 (39). -C. 6-7
3. Жердев В.П. Оценка эффективности способов физико-химической модификации поверхности синтетического волокна по электрооптическим эффектам в мезофазе /
B.П. Жердев, Н.П. Пророкова, С.Ю. Вавилова, С.М. Кузьмин // Известия Вузов: Химия и химическая технология. - 2007. - Т. 50. - Вып. 3. С. 113-117.
4. Голубчиков О.А. Влияние плазмоактивации на поверхностную структуру и прочностные характеристики полипропиленовой пленки / О.А. Голубчиков, О.В. Горнухина, Т. А. Агеева и др. //Пластические массы. - 2006. - № 12. -
C. 7-9.
5. Петров, С.В. Плазма продуктов сгорания в инженерии поверхности / С.В. Петров. - Киев. -2000. - 108с.
6. Гильман, А.Б. Модификация пленок промышленного полипропилена в разряде постоянного тока / А. Б. Гиль-ман, М.С, Пискарев, О.В. Стариченко, Н.А. Шмакова, М.Ю. Яблоков, А.А Кузнецов // Сборник трудов / И.: Ивановский гос. хим-технол. ун-т, 2008. Т.2. - С. 372-375.
7. Гильман, А.Б. Модификация пленок полипропилена в разряде постоянного тока / А.Б. Гильман, М.С, Пискарев, О.В. Стариченко, Н.А. Шмакова, М.Ю. Яблоков, А.А Кузнецов // Хим.выс.энергий. - 2008. - Т.42. - С. 368-371.
8. Акишев, Ю.С. Экспериментальные и теоретические исследования воздействия неравновесной низкотемпературной плазмы атмосферного давления на поверхность полимерных пленок / Ю.С. Акишев, М.Е. Грушин, Н.А, Дятко, В.Б. Каральник, И.В. Кочетов, А.П. Напартович, А.В. Петряков, Н.И. Трушкин // Сборник трудов: Иваново: Ивановский гос. хим-технол. ун-т, 2008. Т.2. - С.372-375.
9. Шикова, Т.Г. Взаимодействие активных частиц плазмы кислорода с полиэтиленом / Т.Г. Шикова, В.В. Рыбкин, В. А. Титов, Х.С. Чой // Хим.выс.энергий. - 2006. - Т.40. -№5. - С. 396-400.
10. Гриневич В.И. Кинетика и механизм воздействия низкотемпературной плазмы на карбоцепные полимеры: авто-реф. дис.... канд. хим. наук. - М., 1983. - 23 с.
11. Горберг Б.Л. Современное состояние и перспективы использования плазмохимической технологии для обработки текстильных материалов // Текстильная химия.-2003. - №1. - С.59-68.
12. Lenkjewicz M. Uprava Polyolefinu koronovym Vubojem //Plasty a kayo. - 1989. - V.26, №2. - P. 52-56.
13. Кутепов А.М. Плазменное модифицирование текстильных материалов: перспективы и проблемы /А. М. Кутепов, А. Г. Захаров, А. И. Максимов и др. //Рос. хим. ж. (Ж. Рос. хим. об-ва им. Д.И. Менделеева). - 2002. - Т. XLVI.
- № 1. - С.103-115.
14. Полак Л.С. Неравновесная химическая кинетика и ее применение. - М.: Наука, 1979. - 405 с.
15. Шарнина Л.В., Блиничева И.Б., Беркетова Е.И. Исследование устойчивости эффекта плазменной активации текстильных материалов // «Перспективы применения плазменной технологии в текстильной и легкой промышленности». тез. докл. Всессоюз. сем. - Иваново: ДСП. -1988. - С. 16- 17.
16. Акулова М.В. Применение тлеющего разряда в текстильной и строительной промышленности / М. В. Акулова, Б.П. Мельников, С.В. Федосов и др. - Иван. гос. хим.-техн. ун-т. - Иваново. - 2008. - 232 с.
17. Владимирцева Е.Л., Шарнина Л.В., Блиничева И.Б. Использование низкотемпературной плазмы в процессах подготовки льняных тканей // Текст. химия. - 1993. - №2.
- С. 68 - 72.
18. Абдуллин И.Ш., Хамматова В.В. Влияние потока низкотемпературной плазмы на свойства текстильных материалов. Монография. Казань: Изд - во Казанского университета, 2004. - 216с.
19. Райзер Ю.П., Шнейдер М.Н., Яценко Н.А. Высокочастотный емкостной разряд. - М.: Наука. - Физматлит, 1995. - С.7- 10.
20. Абдуллин И.Ш., Хамматова В.В., Кумпан Е.В. Плазменная обработка как метод повышения прочности тканей // Прикладная физика. - М.: РАН ВАК, 2005. - №6. -С. 92-94.
© В. В. Хамматова - д.т.н., профессор, зав. каф. «Дизайн», КНИТУ, [email protected].
© V. V. Khammatova - doctor of Technical Sciences, Professor, Head of Design, Institute of technology of light industry of fashion and design, Kazan national research technological University, [email protected].
