CC BY
45
УДК 677: 29.27.43
В. В. Хамматова
ИССЛЕДОВАНИЕ МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫХ МОДИФИЦИРОВАННЫХ КЛЕЕВЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ ПОТОКА ПЛАЗМЫ
ВЫСОКОЧАСТОТНОГО РАЗРЯДА
Ключевые слова: клеевой материал, плазма, высокочастотный разряд, прессование.
Рассмотрены многофункциональные клеевые материалы модифицированные с помощью потока плазмы высокочастотного емкостного разряда. Выявлено, что на прочность клеевого соединения тканей оказывают влияния не только режимы обработки плазмой высокочастного емкостного разряда, но и температура и время прессования.
Keywords: a glutinous material, plasma, the high-frequency category, pressing.
Multipurpose glutinous materials the plasmas of the high-frequency capacitor category modified by means of a stream are considered. It is revealed that on durability of glutinous connection of fabrics render influences not only modes of processing by plasma highly private the capacitor category, but also temperature and pressing time.
С развитием цивилизации и появлением новых технологий модификации тканей во всем мире клеевой материал является наиболее динамично развивающейся подотраслью текстильной промышленности. В странах Евросоюза производство клеевого материала рассматривается как одно из приоритетных инновационных направлений, наравне с информационными технологиями.
Стремление к разработке основы клеевого материала на основе синтетических полимеров с улучшенными свойствами явилось стимулом для производства тканей, которые имеют улучшенные свойства. Клеевые материалы на основе синтетических полимеров широко применяются в отечественной и зарубежной практике изготовления одежды при выполнении многих основных и вспомогательных операций: при соединении деталей пальто, костюмов, платьев; при фронтальном дублировании основных деталей (полочек пиджаков, пальто) в качестве прокладки; при подгибании и закреплении срезов низа рукавов, брюк; при обработке шлиц, листочек, карманов, а также в качестве прокладок и воротники, манжеты мужских сорочек и т. д. [1].
Синтетические полимеры используют в виде растворов, паст, пленок, сеток и т.д. Их применение в технологическом процессе обработки швейных изделий обеспечивает устойчивую фиксацию приданной формы деталей в процессе эксплуатации. Так, например, широкую известность получила технология «Форниз» (формование несминаемых изделий), в которой химические препараты, нанесенные при заключительной отделке ткани в условиях текстильно-отделочного производства, на всех технологических операциях швейного производства вплоть до этапа термостабилизации, находятся в потенциально-активном состоянии. В отечественной практике было также несколько попыток обработки изнаночной стороны деталей изделия полимерными покрытиями. Но, несмотря на широкие эксперименты, которые были проведены для разработки технологии формоустойчивой отделки деталей швейных изделий химическими препаратами и которые дали в ряде случаев положительные результаты, лишь малая их часть нашла практическое применение. Это объясняется тем, что не все применяемые химические препараты экономически выгодны (требуют длительного времени сушки и фиксации), некоторые из них токсичны и малопригодны для использования в производственных условиях [2].
Простейшие способы получения многофункциональных клеевых материалов не в полной мере дают желаемых результатов. Более широкие возможности при производстве
товаров с высокими потребительскими свойствами лежат в модификации клеевых материалов потоком плазмы высокочастотного емкостного разряда [3].
Учитывая огромное разнообразие современных химических волокон можно предположить, что способ соединения отдельных модифицированных текстильных материалов в одну структуру дает возможность изменять, варьировать технические свойства композитов в широких пределах. Научный и производственный интерес в этой области объясняется потенциальными возможностями создания текстильных композитов с дополнительными качествами, в которых сочетаются самые разнообразные свойства и функции [4].
Преимущества таких материалов состоят в большом разнообразии свойств соединяемых тканей; возможности варьировать свойства в широких пределах; возможности создания многофункциональности на поверхности и в объеме; прогнозируемости с большой вероятностью свойств композита; управляемой анизотропии свойств.
Многообразие свойств современных клеевых материалов и технологий их получения и модификации потоком плазмы высокочастного емкостного (ВЧЕ) разряда, в принципе, позволяют осуществить самые смелые фантазии. Свойства полученных клеевых материалов будут зависеть от вида текстильного материала (химического состава, структурных характеристик используемых волокон, строения тканей и др.); физических и химических свойств слоев; толщины и объема слоев; объема воздуха в системе, особенно во внутреннем пространстве; порядка взаимного расположения слоев в структуре; технологии соединения.
Модифицированные клеевые материалы можно рассматривать в определенной мере как революционный продукт (обладающий высокими технико-эксплуатационными свойствами, новыми функциями, добавленными качествами и экологичностью), разработка которых требует использования оптимального метода модификации потоком плазмы ВЧЕ разряда на основе внедрения новых технологических процессов, реализация которых требует проведения исследовательских работ.
Результаты работы и их обсуждение
Анализ экспериментальных исследований показал, что на процесс взаимодействия потока плазмы ВЧЕ-разряда с композиционными клеевыми материалами с целью повышения механических и физических свойств, влияющих на прочностные свойства соединения текстильных материалов, оказывают воздействие несколько взаимосвязанных факторов: технологические параметры плазмы, взаимообмен энергетических частиц плазмы с атомами модифицируемых волокон, комплекс характеристик строения материалов.
В нашем университете методом термоклеевого дублирования с использованием клеевых материалов с двусторонней клеящей способностью получены многослойные текстильные композиционные материалы. В качестве клеевых материалов для соединения текстильных полотен в композиционный материал мы использовали два вида полотен с двусторонней клеящей способностью. Первый - эластичный трикотаж, содержащий в своей структуре низкоплавкие полиэтиленовые нити (с температурой плавления 1300С). В нем полиэтиленовые мононити частично выходят на поверхность полотна с лицевой и изнаночной сторон. Другой - клеевая сетка из сополимера этилена и винилацетата (ЭВА) (фирмы Boustic, Великобритания, Финляндия). Главное различие между этими материалами - толщина и клеящая способность.
Ниже представлены результаты наших экспериментальных работ, в ходе которых были исследованы транспортные свойства (транспорт воды и тепла) исходных и многослойных композиционных текстильных материалов. Образцы получены путем соединения современных функциональных текстильных материалов в многослойную структуру посредством клеевой сетки.
Исследование формозакрепления проводили на однослойных и двухслойных тканях, составляющих пакет для одежды. Как показали экспериментальные исследования, плазменная
обработка является дополнительным инструментом фиксации структуры текстильных материалов для устойчивого их формозакрепления. На основе полученных результатов исследований, зависимости прочности клеевых соединений контрольных и модифицированных плазмой образцов на основе применения шерстяных, синтетических и целлюлозных волокон от температуры склеивания установлено, что эффект плазменной обработки зависит от технологических параметров плазмы, состава и расхода плазмообразующего газа. Анализ результатов исследований механических и физических свойств тканей показал, что при давлении в вакуумной камере Р =33 Па и мощности разряда Рр = 1,7 кВт увеличиваются прочность и гидрофильные свойства текстильных материалов из целлюлозосодержащих, шерстяных и полиэфирных волокон.
Как видно из рис. 1, с ростом температуры прессования шерстесодержащих материалов до 1200 прочность склеивания (Рс) после ВЧЕ-разряда увеличивается от 55,5% до 142,0%. В плательных и костюмных тканях с содержанием синтетических ПЭ волокон Рс повышается, соответственно, на 70,0% и 58,3% преимущественно при Т= 1400С (рис. 4.24).
—полушерсть (без ВЧЕ разряда), —шерсть (без ВЧЕ разряда),
—А— чистошерсть (без ВЧЕ разряда), —х— чистошерсть (с ВЧЕ разрядом), —ж— шерсть (с ВЧЕ разрядом),
—полушерсть (с ВЧЕ разрядом).
Рис. 1 - Прочность клеевого соединения шерстесодержащих текстильных материалов модифицированных плазмой (0возд. = 0 г/с; Р = 33 Па; Рр = 1,7 кВт, 1 = 180с)
Анализ рис. 2 показывает, что Рс после модификации плазмой в целлюлозосодержащих тканях увеличивается на 33,3 - 37,0% относительно необработанных образцов при температуре прессования Т=1300С.
В таблице 1 приведены показатели, свидетельствующие об изменении прочности клеевых соединений текстильных материалов, модифицированных плазмой, полученных при варьировании температуры склеивания и продолжительности прессования. Высокая прочность склеивания достигается благодаря более активному адгезионному взаимодействию материалов, инициированному потоком плазмы ВЧЕ-разряда пониженного давления. Как видно из таблицы 1, по сравнению с традиционной технологией склеивания использование плазменной обработки позволит снизить температуру склеивания на 20-250С и сократить продолжительность прессования на 10 - 15с.
Рс, Н/см
Полульняная без ВЧЕ разряда —Льняная без ВЧЕ разряда -а— Полульняная с ВЧЕ разрядом —ж— Льняная с ВЧЕ разрядом
Рис. 2 - Прочность клеевого соединения целлюлозосодержащих текстильных
материалов от температуры прессования (0возд. = 0 г/с; Р = 33 Па; Рр = 1,7 кВт, 1 = 180с)
Таблица 1 - Изменение прочности клеевого соединения текстильных материалов, модифицированных плазмой в зависимости от режимов склеивания
Наименование тканей Продолжи- тельность прессования, с Усилие расслаивания, Н/см, клеевого соединения, полученное при температуре верхней подушки 0/-1 пресса, С
120 130 140 150 160
Льняная 10 3,30 3,82 4,00 3,80 3,50
15 2,92 3,50 3,15 2,70 2,60
30 2,50 3,20 2,60 1,80 1,60
Полушерстяная 10 1,40 1,70 1,60 1,35 1,30
15 1,20 1,45 1,30 1,10 1,00
30 0,80 1,00 1,10 1,05 0,95
Плательная (100% ПЭ волокон) 10 1,70 1,55 1,35 1,25 1,00
15 1,25 1,05 0,90 0,70 0,40
30 1,05 1,00 0,75 0,50 0,30
На основе проведенных исследований влияния температуры при постоянном времени термоскрепления (15 секунд) и различном давлении от 20 до 60 кПа на прочность клеевого соединения с льняными тканями, модифицированными плазмой, видно, что влияние температуры на прочность клеевого соединения носит экстремальный характер. Рост прочности клеевого соединения до 4,0 Н/см происходит при давлении прессования рпр=50 кПа до температуры ТПр=1400С, выше которой прочность уменьшается. Проникновение клея на лицевую поверхность основного материала в интервале исследуемых технологических режимов не наблюдалось.
Заключение
Эксперименты показали, что способность композиционных клеевых материалов поглощать, транспортировать и удерживать в своей структуре воду и тепло зависит от их строения, конструкции и свойств индивидуальных текстильных материалов, которые входят в состав композиционного текстильного материала.
Установлен оптимальный диапазон изменения значений параметров обработки потоком плазмы ВЧЕ разряда пониженного давления, в пределах которого наблюдается наибольшая прочность клеевых соединений текстильных материалов: расход плазмообразующего газа воздух О = 0 г/с (без расходный режим); продолжительность обработки - т= 180с; давление в рабочей камере 33 Па; частота поля - f = 13,56 МГц и мощность разряда - 1,7 кВт.
Выбранная температура прессования Тпр=1200 - 1300С обеспечивает сохранение свойств соединяемых материалов, цвета красителя, исключает разрушение отделочных препаратов. Если температура ниже требуемой, то увеличение времени и давления прессования не приводит к размягчению клея. Дальнейшее повышение температуры сопровождается проникновением клея на лицевую поверхность тканей, модифицированных плазмой.
Литература
1. Перепелкин, К.Е. Прошлое, настоящее и будущее химических волокон. - М.: Изд. МГТУ, 2004. -208с.
2. Кокеткин П.П. Одежда: технология техника, процессы — качество. М.: Издательство МГУДТ, 2001. -560с.
3. Абдуллин И.Ш. Экспериментальное исследование влияния плазмы ВЧЕ-разряда на адгезионные свойства композиционных материалов /И.Ш.Абдуллин, В.В.Хамматова, Е.В.Кумпан //Прикладная физика. - М.: РАН ВАК, №6, 2005.- С. 92-94.
4. Волокнистые материалы XXI век: тез. докл. межд. конф. и выст., 23-28 мая 2005 г. - СПб.: Изд. СПГУТД, 2005. -264с.
© В. В. Хамматова - д-р техн. наук, проф., зав. каф. дизайна КНИТУ, [email protected].
