Оптимизация параметров плазменной обработки трикотажных материалов Текст научной статьи по специальности «Прочие технологии»

УДК 677

Н. М. Тимошин, Ю. А. Тимошина

ОПТИМИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ ПЛАЗМЕННОЙ ОБРАБОТКИ ТРИКОТАЖНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Ключевые слова: трикотажный материал, плазменная обработка, оптимизация, параметр.

Проведена оптимизация параметров плазменной обработки трикотажных материалов при изменении мощности разряда и продолжительности модификации. В качестве функции отклика рассмотрено изменение значений высоты подъема жидкости по исследуемым образцам. Определен оптимальный режим плазменной обработки для гидрофилизации поверхности трикотажных материалов.

Keywords: knitted material, plasma processing, optimization, parameter.

The optimization of the parameters of the plasma treatment of knitted materials at discharge power and modification time. As the response function is considered a change of the height of liquid rise in the sample. Determined the optimal mode of the plasma processing for surface hydrophilization knitted materials.

Содержание синтетических волокон во внутреннем слое двухслойных трикотажных материалов, используемых для производства термобелья, позволяет эффективно осуществлять транспорт вла-говыделений от человеческого тела к внешней поверхности материалов. Однако, входящие в состав данных материалов полипропиленовые волокна и полиэфирные волокна в силу своей природы обладают недостаточной гидрофильностью, что препятствует эффективной и равномерной пропитке трикотажных материалов, имеющих смесовой состав, антибактериальным препаратом, выпускаемым в форме водного коллоидного раствора наночастиц серебра. Поэтому для получения антибактериальных трикотажных волокнистых материалов смесового и синтетического состава методом их пропитки антибактериальным препаратом на водной основе актуальной остается проблема регулирования показателей их поверхностных свойств, а именно показателей гидрофильности поверхности. Для исследования влияния плазменной модификации на гидрофильные свойства трикотажных материалов определяли показатели капиллярности и смачиваемости, а именно высоту подъема столба жидкости по материалу, краевой угол смачивания и время растекания капли по поверхности материалов.

Для установления закономерностей воздействия ВЧ плазмы на образцы трикотажных материалов, их обработка проводилась при изменении входных параметров установки в следующих пределах: мощность разряда - от 0,4 до 2,2 кВт, время обработки - от 60 до 600 секунд, расход плазмообра-зующего газа - от 0 до 0,2 г/с и давление в рабочей камере - от 13,3 до 533 Па. Из ранее проведенных исследований [1] следует, что для ВЧ плазменной обработки капиллярно-пористых и волокнистых материалов оптимальное значение давления в рабочей камере составляет 26,6 Па, расход плазмообра-зующего газа - 0,04 г/с. При данных параметрах плазменной обработки обеспечивается необходимая энергия ионов, что позволяет ионам плазмообра-зующего газа внедряться в приповерхностную область модифицируемых образцов, что приводит к изменению поверхностных свойств материалов, что позволяет обеспечить максимальную энергию и ин-

тенсивность ионного потока, необходимую для модификации, но не приводящую к деструктивным процессам.

Для установления оптимальных режимов модификации трикотажных материалов потоком плазмы ВЧЕ разряда пониженного давления произведено математическое моделирование эксперимента. В качестве функции отклика рассмотрено изменение значений высоты подъема жидкости по исследуемым образцам. Оптимизация проводилась при изменении параметров плазменной модификации в следующих диапазонах: продолжительность модификации т от 60 до 600 секунд, мощность разряда Wр от 0,6 до 2,2 кВт [2]. Необходимые расчеты производили с использованием пакета программного обеспечения «^аЙБЙса 6.0».

Экспериментально полученная зависимость значений капиллярности от режимов обработки плазмой ВЧЕ разряда пониженного давления трикотажа х/б+ПП представлена в табл. 1.

Таблица 1 - Зависимость показателей капиллярности трикотажа х/б+ПП от режимов плазменной обработки (Р=26,6 Па; С=0,04 г/с, плазмообразующий газ - аргон)

Мощность, Wp, кВт Время, t, c Значение капиллярности, H, мм

Без моди< шкации 20

0,8 140 26

2 140 25

0,8 520 28

2 520 29

0,6 330 26

2,2 330 27

1,4 64 25

1,4 596 33

1,4 330 32

1,4 330 32

1,4 330 32

1,4 330 32

1,4 330 32

Математическое соотношение между варьируемыми параметрами модификации и значениями

показателя капиллярности (Н, мм) имеет следующий вид уравнения второго порядка (1):

Н = 7,47 +23,81Wp + 0,035t -- 8,92 Wp2 - 0,0044Wp t - 5t2

(1)

где Wp - мощность разряда, кВт; 1 - время обработки, с.

Для уравнения (1) полученное расчетное значение критерия Фишера (Б=3,58) меньше табличного значения (Бтабл=3,97), что свидетельствует о том, что данное уравнение точно описывает процесс.

Влияние факторов времени обработки и мощности разряда на капиллярность материалов показывают знаки коэффициентов регрессии. Разные знаки коэффициентов Ь1 (Ь1 =23,81) и Ь12 (Ь12 =-0,0044) свидетельствуют о том, что влияние фактора продолжительности обработки ослабевает с увеличением значения фактора мощности разряда.

Полученные поверхности отклика при варьировании параметров мощности разряда плазменной модификации и продолжительности обработки трикотажа х/б+ПП представлены на рис. 1. Полученные поверхности отклика при варьировании параметров плазменной модификации позволяют определять оптимальные параметры модификации для достижения необходимых показателей капиллярности трикотажных и нетканых полотен. Наибольшие значения подъема жидкости по материалу для трикотажа х/б+ПП достигаются при времени модификации т=180 с и значениях мощности в диапазоне Wp=1,4-1,6 кВт.

Рис. 1 - Поверхность отклика на плоскости трикотажа х/б+ПП (0Лг=0,04г/с, Р=26,6 Па, Wp=0,4-2,4 кВт, т = 0-700с)

Литература

1. Абдуллина, В.Х. Влияние плазмоактивации на фиксацию наночастиц серебра на поверхности полипропиленового волокна. / В.Х. Абдуллина, Е.А. Сергеева, Е.А. Панкова, И.Ш. Абдуллин, Н.Ф. Кашапов // Вестник Казанского технологического университета. - Казань: Изд-во Казан. гос. технол. ун-та, 2009. - № 3. -С. 53 - 56.

2. Сергеева, Е.А. Влияние плазменной обработки волокнистых материалов на их модификацию наночастица-ми серебра / Е.А. Сергеева, Ю.А. Букина, А.С. Брыса-ев // Вестник Казанского технологического университета. - 2013. - №4. - С. 82-84.

© Н. М. Тимошин - ассистент каф. ТХНВИ КНИТУ, dolsky88@yandex.ru; Ю. А. Тимошина - ассистент каф. ПНТВМ КНИТУ, ybuki@mail.ru.

© N. M Timoshin - assistant of the department «The technology chemical and natural fibers and articles» KNRTU, dolsky88@yandex.ru; Y. A. Timoshina - assistant of the department «Plasma- and nanotechnology high-molecular materials» KNRTU, ybuki@mail.ru.