CC BY
36
Входные параметры плазменной установки изменялись в следующих диапазонах: расход плазмообразующего газа 0=0,0 - 0,06 г/с, мощность разряда Wp=0,4 - 2,2 кВт, частота генератора 1=13,56 МГц, давление Р=13 - 26,6 Па. В качестве плазмообразующего газа использовался аргон.
Литература
1. Данилкович А.Г., Чурсин В.И. Практикум по химии и технологии кожи и меха: Учеб. пособие для вузов. - М.: ЦнИиКП, 2000. - 413 с.
2. Абдуллин И.Ш., Желтухин В.С., Кашапов Н.Ф. Высокочастотная плазменно-струйная обработка материалов при пониженных давлениях. Теория и практика применения. - Казань: Изд-во КГУ, 2000. - 348 с.
© Б. Л. Журавлев - д-р техн. наук, проф. каф. технологии электрохимических производств КГ ТУ; И. В. Красина - канд. техн. наук, докторант каф. технологии кожи и меха КГТУ; Ф. С. Шарифул-лин - ассис. той же кафедры.
УДК 675.6.06.014
А. П. Кирпичников, И. В. Красина, Ф. С. Шарифуллин ИЗМЕНЕНИЯ СТРУКТУРЫ ВОЛОСЯНОГО ПОКРОВА МЕХОВОГО ПОЛУФАБРИКАТА ПРИ МОДИФИКАЦИИ ЕГО ВЧ-ПЛАЗМОЙ ПОНИЖЕННОГО ДАВЛЕНИЯ
Рассмотрено влияние ВЧ-плазмы на структуру волосяного покрова меховой овчины. Определено, что плазменная обработка приводит к упорядочению структуры волоса и позволяет сделать его более устойчивым к внешним воздействиям.
В последнее время большое внимание уделяется плазменным методам модификации натуральных высокомолекулярных соединений, так как возможности традиционных технологий, основанных на использовании химических веществ, ограничены. Их применение не позволяет комплексно улучшить характеристики свойств мехового полуфабриката и не снимает проблему загрязнения окружающей среды.
Поэтому, одним из перспективных направлений совершенствования мехового производства является модификация путем обработки материала в потоке неравновесной низкотемпературной плазмы (НТП) пониженного давления. К тому же, плазменная модифи-
кация относится к сухим, экологически чистым процессам, не требующим использования химических растворов.
В отличие от традиционных жидкостных процессов, применение НТП способствует:
- объемной обработке капиллярно-пористых материалов, т.е. происходит обработка не только внешних, но и внутренних поверхностей одновременно;
- интенсификации процессов обработки, не ухудшая физико-механические свойства волосяного покрова шкуры животного.
Целью данной работы являлось исследование влияния ВЧ-плазмы пониженного давления на структурные изменения волосяного покрова меха.
Проведенные исследования характеристик волосяного покрова показывают, что плазменная обработка кератиносодержащих высокомолекулярных материалов перед отмо-кой и дублением способствует раскрытию чешуек кутикулы, разволокнению внутренней структуры волоса и повышению его реакционной способности. Однако раскрытие чешуек кутикулы увеличивает способность волоса к свойлачиванию, что приводит к значительному снижению товарных свойств меха. Поэтому проведены исследования по влиянию плазменной обработки на волосяной покров, приводящего к увеличению его показателя гидро-фобности.
Гидрофильность и гидрофобность образцов после плазменной обработки определяли по гигроскопичности. В первом случае с целью увеличить показатель гидрофильности волосяного покрова использовали режим: Р=26,6 Па, 0=0,04 г/с, Wp=2,2 кВт, т=7 мин, плазмообразующий газ - аргон, гигроскопичность для волосяного покрова меховой овчины составляет 35,1%. Во втором случае применяли режим, придающий гидрофобные свойства: Р=26,6 Па, 0=0,06 г/с, Wp=2,0 кВт, т=6 мин, плазмообразующий газ - смесь аргона и пропана в соотношении 70%:30%, при котором гигроскопичность для волосяного покрова меховой овчины составляет 16,2%. Увеличение гидрофобности объясняется двумя факторами: изменениями микроструктуры и полярности за счет воздействия пропана.
Структуру волоса после процесса хромого дубления и плазменной обработки исследовали методом рентгеноструктурного анализа (рис. 1, 2). Дифрактограммы получены на автоматическом порошковом модернизированном рентгеновском дифрактометре ДР0Н-2.0.
На всех полученных дифрактограммах идентифицируются аморфная и кристаллическая составляющие образцов. Кристаллическая составляющая определяется по наличию узких дифракционных максимумов, аморфная - широких.
Обработка дифрактограмм сводилась к выявлению ширины дифракционных максимумов с учетом фоновой составляющей. Результаты обработки приведены в таблице.
Анализируя дифрактограммы (рис. 1) и данные таблицы 1 можно сделать вывод, что применение плазменной обработки перед процессами отмоки и дубления при получении мехового полуфабриката способствует упорядочению аморфной и увеличению кристаллической фаз волосяного покрова.
Исходя из данных таблицы можно сделать вывод, что плазменная обработка полуфабриката меховой овчины приводит к уменьшению полуширины дифракционных максимумов и следовательно, к дополнительному упорядочению структуры волосяного покрова.
При исследовании поверхности и среза волоса полуфабриката меховой овчины до и после плазменной обработки использовали метод с применением электронной микроскопии (рис. 3, 4).
а
б
Рис. 1 - Дифракционные кривые волосяного покрова полуфабриката меховой овчины: а) контрольный образец; б) опытный образец (обработка НТП в сырье и перед дублением в режиме: Р=26,6 Па, Оаргон=0,04 г/с, Wp=1,8 кВт, т=5 мин)
На рис. 3 видно, что чешуйки волоса полуфабриката отходят друг от друга, равномерность и регулярность их расположения нарушается, что сильно ухудшает качество волоса, делая его более подверженным внешним воздействиям.
Рис. 2 - Дифракционные кривые волосяного покрова полуфабриката меховой овчины после НТП обработки в режиме: а) Р=26,6 Па, 0арГОН=0,04 г/с, Wp=1,8 кВт, т=7 мин; б) Р=26,6 Па, 0=0,06 г/с, Wp=2,0 кВт, т=6 мин, плазмообразующий газ - смесь аргона и пропана 70%:30%
Рис. 3 - Микрофотографии волоса полуфабриката меховой овчины: а) поверхности (х1500); б) среза (х30000)
Таблица 1 - Влияние плазменной обработки на степень упорядоченности структуры волосяного покрова полуфабриката меховой овчины
Образцы Ширина дифракционных максимумов, усл. ед.
Контрольный 2,378
Опытный (обработка НТП в сырье и перед дублением в режиме: Р=26,6 Па, Оаргон=0,04 г/с, Wp=1,8 кВт, т=5 мин) 2,291
После НТП обработки мехового полуфабриката в режиме: Р=26,6 Па, варгон=0,04 г/с, Wp=1,8 кВт, т=7 мин 2,275
После НТП обработки мехового полуфабриката в режиме: Р=26,6 Па, в=0,06 г/с, Wp=2,0 кВт, т=6 мин, плазмообра-зующий газ - смесь аргона с пропаном 70%:30% 2,202
В результате плазменной обработки полуфабриката НТП в режиме, приводящий к увеличению показателя гидрофобности волосяного покрова регулярность и равномерность расположения чешуек восстанавливается, как и плотность их прилегания друг к другу (рис. 4). За счет этого качества волоса существенно повышаются. Он становится более упругим, эластичным, менее подверженным внешним воздействиям, а также имеет лучший внешний вид.
Рис. 4 - Микрофотографии волоса полуфабриката меховой овчины после обработки НТП в режиме, приводящий к увеличению показателя гидрофобных свойств: Р=26,6 Па, 0=0,06 г/с, Wp=2,0 кВт, т=6 мин, плазмообразующий газ -смесь аргона с пропаном 70%:30%: а) поверхности (*1500); б) среза (*30000)
Заключение
На основании проведенных исследований структурных характеристик волосяного покрова меховой овчины выявлено, что плазменная обработка способствует упорядочению аморфной и увеличению кристаллической фазы, приводящего к увеличению прочности волоса. Определен режим обработки волосяного покрова мехового полуфабриката ВЧ плазмой пониженного давления, позволяющий повысить стойкость его к внешним воздействиям за счет придания гидрофобных свойств и закрытия чешуек.
Экспериментальная часть
В настоящее время в России меховая овчина является наиболее популярным видом меха, ее производство составляет около 8500 тыс. штук в год, т.е. 68% от всего объема производства меховых шкурок [1]. На основании этого в качестве объекта исследования выбран волос меховой полутонкорунной полушерстной овчины (ГОСТ 28509-90) с непигментированным волосяным покровом, i-сорта, мокросоленого способа консервирования. С целью установления закономерности взаимодействия ВЧ-плазмы пониженного давления с волосяным покровом меховой овчины использовалась ВЧ-плазменная установка [2], настроенная на емкостную нагрузку. Технологические параметры высокочастотного емкостного (ВЧЕ) разряда изменялись в следующих пределах: давление в рабочей камере Р от 13,3 до 26,6 Па, расход газа в от 0,0 до 0,06 г/с , мощность разряда Wp от 0,4 до 2,2 кВт , время обработки т=3 - 7 мин, вид плазмообразующего газа - аргон, смесь аргона и пропана.
Литература
1. Беседин А.Н., Цветков Л.А., Шумалова К.С. Мониторинг мехового рынка России. - М.: РПМС, -2001. - 92с.
2. Абдуллин И.Ш., Желтухин В.С., Кашапов Н.Ф. Высокочастотная плазменно-струйная обработка материалов при пониженных давлениях. Теория и практика применения. - Казань: Изд-во КГУ, 2000. - 348 с.
© А. П. Кирпичников - д-р физ.-мат. наук, проф. каф. интеллектуальных систем и управления информационными ресурсами КГТУ; И. В. Красина - канд. техн. наук, докторант каф. технологии кожи и меха КГТУ; Ф. С. Шарифуллин - ассис. той же кафедры.
