Исследование воздействия потока высокочастотной плазмы пониженного давления на натуральную кожу для верха обуви Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

УДК 685.34.017.82

Н. В. Тихонова, И. Ш. Абдуллин ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ ПОТОКА ВЫСОКОЧАСТОТНОЙ ПЛАЗМЫ ПОНИЖЕННОГО ДАВЛЕНИЯ НА НАТУРАЛЬНУЮ КОЖУ

ДЛЯ ВЕРХА ОБУВИ

Ключевые слова: натуральная кожа, дефект, высокочастотная плазма пониженного

давления, модификация, свойства.

Исследовано влияние обработки в плазме ВЧ-разряда изменение структуры и свойств натуральной кожи для верха обуви. Установлена зависимость между изменениями и режимами плазменной обработки. Обработка ВЧ плазмой кожи для верха обуви позволяет устранить дефект отдушистости и повысить качество изделия.

Keywords: leather, defect, high plasma low-pressure modification of the properties.

The effect of treatment in an RF discharge at changing the structure and properties of natural leather for the uppers. The dependence between the changes of regimes and plasma processing. RF plasma processing of leather for the uppers can eliminate the defect opennes and improve the quality of the product.

Требования к качеству обуви постоянно растут. Повысить качество обуви можно несколькими путями, например: изменив конструкцию изделия, применив новое оборудование, что требует изменения технологии обработки деталей и сборки конструктивнотехнологических узлов, создав новые материалы или придав используемым материалам новые, заданные свойства за счет их модификации, что особенно актуально, когда речь идет о природных материалах таких как натуральная кожа.

Исследование влияния воздействия потока высокочастотной плазмы пониженного давления на натуральную кожу для верха обуви представляет значительный интерес. В свою очередь комплекс свойств натуральной кожи определяется сложной многоуровневой волокнистой структурой кожного покрова животных, качеством исходного сырья и технологией обработки. Одной из особенностей натуральной кожи, как высокомолекулярного волокнистого материала животного происхождения, состоящего в основном из волокнистого белка - коллагена, определяющая физико-механические свойства является ее многоуровневая капиллярно-пористая структура, включающая в себя макропоры, микропоры и нанопоры. В результате площадь внутренней поверхности, образованной поверхностью пор и капилляров, на несколько порядков превышает площадь наружной поверхности. Поэтому, для достижения максимального изменения физико-механических и физикохимических свойств, натуральные высокомолекулярные волокнистые материалы необходимо модифицировать не только на наружной поверхности, но и во всем объеме.

Один из дефектов кожи, снижающий ее качество является отдушистость. С целью уменьшения или устранения указанного дефекта проведено исследование влияния ВЧ плазмы пониженного давления на поверхностные и объемные свойства натуральной кожи.

Отходы при раскрое кож хромового дубления на детали обуви составляют до 26% от их общей площади. Из них на долю отходов, по причине отдушистости кож, приходится

до 8%. Если учесть количество кожи, расходуемой на производство обуви, то станет ясным, как важно устранить данный дефект.

Принцип ВЧ - плазменной модификации пористого материала заключается в низкотемпературной ионной обработке внешней поверхности, а эффект воздействия плазмы во внутреннем объеме исследуемого материала определяется тремя основными процессами, протекающими при взаимодействии обрабатываемого материала с ВЧ плазмой: рекомбинацией ионов, бомбардировкой ионами и термическим воздействием плазмы.

В результате воздействия ВЧ плазмы на капиллярно-пористый материал, происходит распыление и испарение частиц материала, изменение структуры и фазового состояния. При физическом взаимодействии частицы плазмы обладают в основном кинетической энергией, которая может превышать тепловую на несколько порядков величин. Результат обработки, как правило, обусловлен, параметрами создаваемой плазмы. Для каждой разновидности плазменной обработки имеется достаточно узкий диапазон основных обобщенных параметров, при котором воздействие низкотемпературной плазмы на волокнообразующие полимеры способно привести к необходимому результату [1].

В настоящем исследовании образцы натуральной кожи для верха обуви обрабатывались в плазме высокочастотного индукционного и емкостного разрядов пониженного давления с входными параметрами: сила тока - 0,1^0,8А; напряжение - 1,5^7,5кВ давление - 26,6^60Па; расход плазмообразующего газа - 0,04^0,08г/с; время обработки образцов - 30 - 1800 с.

Экспериментально установлена необходимость двукратной обработки образцов в ВЧИ и ВЧЕ разрядах, что положительно влияет на уменьшение проявление дефекта отду-шистости. При кратковременной воздействии плазмы ВЧИ разряда на натуральную кожу происходит в основном поверхностная обработка материала, приводящая к изменению структуры сосочкового слоя, а последующая, более длительная обработка в ВЧЕ разряде -модифицирует материал в объеме.

Испытания на отдушистость проводились в соответствии с ГОСТ 938.31-78 а расчеты велись по зависимости от высоты морщин при изгибе образца кожи в круглом отверстии. При этом пластинка с образцом вставляется в проекционный фонарь и образец кожи проецируется на экран. Так как исходной точкой для определения высоты морщин является край отверстия, то при расчете из полученной средней величины морщин необходимо вычесть толщину образца кожи. Количественную величину отдушистости определяют как отношение средней высоты морщин к толщине кожи, выраженное в процентах.

В качестве основных технологических свойств выбраны физико-механические свойства кожи. Установлено, что при фиксированных значениях I, и, Р, О в плазме одного и того же газа при двукратной обработке, с увеличением времени до определенных пределов (600с. в ВЧЕ) наблюдается также рост разрывной нагрузки и удлинения образцов кожи до 30% по сравнению с контрольным. Однако дальнейшее увеличение времени (более 720 секунд в ВЧЕ и 120 секунд в ВЧИ) приводит к разогреву и разрушению материала. Температура сваривания у контрольного и опытного образцов существенно не отличаются. Результаты проведенных испытаний на устойчивость покрытия кожи к многократному изгибу, адгезионную прочность к покрытию и при дублировании с бахтармяной стороны свидетельствуют о дополнительном структурировании. Это происходит за счет конформаци-онных изменений, приводящих к дополнительному упорядочению структуры дермы с одновременным уплотнением внешней поверхности.

На основе анализа результатов исследований выбраны оптимальные режимы двукратной плазменной обработки в индукционном и емкостном разрядах, которые благоприятно воздействуют на свойства кожи.

Литература

1. Вознесенский, Э.Ф. Модель области режимов при ВЧЕ-плазменной модификации обувной кожи. / Вознесенский Э.Ф., Ившин Я.В., Абдуллин И.Ш., Красина И. В.//Вестник Казанского технологического университета - 2009. - №4. - С.111-113.

© Н. В. Тихонова - канд. техн. наук, доц. каф. «КОиО», [email protected]; И. Ш. Абдуллин - д-р техн. наук, проф. зав. каф. плазмохимических и нанотехнологий высокомолекулярных материалов КГТУ.