CC BY
56
Э. Ф. Вознесенский, Я. В. Ившин, И. Ш. Абдуллин,
И. В. Красина
ПРИМЕНЕНИЕ ВЧЕ-ПЛАЗМЕННОЙ МОДИФИКАЦИИ В ОТДЕЛОЧНЫХ
ПРОЦЕССАХ ПРОИЗВОДСТВА ГАЛАНТЕРЕЙНОЙ КОЖИ
Ключевые слова: галантерейная кожа, плазменная обработка, объемная модификация, полуфабрикат, крашение, жирование, пористость, интенсификация, физикомеханические свойства. fancy leather, plasma treatment, volume modification, semifinished leather, dyeing, dubbing, porosity, intensification, physicomechanical properties.
Проведен комплекс исследований влияния ВЧЕ-плазменной обработки на технологические и структурные свойства галантерейной кожи. Установлено, что плазменная обработка кожевенного полуфабриката перед красильно-жировальными процессами позволяет получать материал с регулируемыми физико-механическими свойствами. Изменение свойств материала, прошедшего плазменную обработку, достигается при идентичности всех предыдущих и последующих технологических процессов. The complex of researches of influence of RF-plasma tretment on technological and structural properties of a fancy leather is made. It is established, that plasma treatment of a tanning semifinished material before dyeing-dubbing processes allows to receive a material with adjustable physicomechanical properties. Change of properties of the material, after plasma treatment, is reached at identical previous and following technological processes.
При ВЧЕ-плазменной обработке происходит объемная модификация пористого материала за счет разрядов, происходящих в порах. Таким образом, целесообразно проводить плазменную обработку материала, обладающего сформированной пористостью. Кожевенное сырье не имеет значительной пористости, которая начинает формироваться только на стадии отмочно-зольных процессов, происходит вымывание межуточных веществ и освобождение пор материала. Однако даже после такой обработки структура остается нестабильной и во многом зависит от содержания влаги.
Формирование основной пористой структуры происходит после процесса дубления, когда кожевенный материал приобретает высокую стойкость к действию температуры и микроорганизмов. Структура дубленого полуфабриката зависит от содержания влаги, но в меньшей степени, чем на стадии отмочно-зольных процессов, при этом сохраняется подвижность структурных элементов.
На стадии жидкостной отделки происходит фиксация пористости кожи за счет обработки жировыми эмульсиями и процесса сушки.
На стадии покрывного крашения происходит уплотнение пористой структуры кожи за счет заполнения ее приповерхностных слоев полимерными композициями и за счет процесса прессования. Материал становится менее «восприимчивым» к модификации.
Исходя из вышеизложенного, наиболее целесообразной является объемная плазменная активация порового объема кожевенного материала, прошедшего дубление перед процессами жидкостной отделки, когда его структура уже сформирована, но не фиксирована, то есть наиболее восприимчива к модификации.
Для экспериментов выбран полуфабрикат «вет-блю» галантерейной кожи из свиного сырья производства ОАО «Сафьян» (г. Казань). Галантерейная кожа вырабатывается согласно ГОСТ 15091-80.
С целью установления влияния ВЧЕ-плазменной обработки на технологические свойства кожевенного полуфабриката на стадии крашения и жирования предложено:
- осуществить выбор параметров плазменной обработки, приводящих к существенным изменениям свойств материала и не вызывающих деструкцию последнего;
- провести экспериментальные процессы красильно-жировальной стадии производства (додубливание, нейтрализация, крашение, жирование) и оценить изменение технологических свойств материала по степени его обрабатываемости.
В качестве основных технологических свойств выбраны: температура сваривания полуфабриката, выбираемость красителя из красильного раствора, пористость и физикомеханические свойства полуфабриката «краст».
При обработке пористых материалов в ВЧЕ-плазме пониженного давления параметрами разряда, определяющими эффект модификации, являются плотность ионного тока и энергия ионов [1]. Принцип ВЧ-плазменной модификации пористого материала заключается в ионной обработке внешней поверхности и внутреннего объема. Определены зависимости плотности ионного тока и энергии ионов от технологического параметра плазменной установки - мощности разряда (Wp, кВт), графики представлены на рис. 1.
Рис. 1 - Зависимость плотности ионного тока (а) и энергии ионов (б) от мощности ВЧЕ-разряда (Р = 13,3 Па, Одг = 0,04 г/с)
Для эксперимента использовалась ВЧЕ-плазменная установка, описанная в литературе [1]. Образцы полуфабрикатов обрабатывали в плазме высокочастотного емкостного разряда пониженного давления с входными параметрами: давление Р = 13,3-26,6 Па; расход плазмообразующего газа (аргон) О = 0,04-0,06 г/с; мощность разряда Wp = 0,2- 2,0 кВт; время обработки образцов £ = 3-10 мин.
При выборе величины давления в разрядной камере в качестве оптимального для дальнейших исследований принято Р = 13,3 Па (0,1 Торр), так как при таком давлении обеспечивается оптимальный температурный режим обработки, температура образцов не превышает 80 0С. Расход плазмообразующего газа принят равным Одг = 0,04 г/с, при данном значении расхода обеспечивается наилучшее согласование ВЧ-генератора с нагрузкой. Длительность экспозиции образцов принята равной т = 5 мин. Обработка меньшей продолжительности не приводит к достижению максимальных значений эффекта модификации. При времени обработки 6-10 мин наблюдается уменьшение эффекта активации кожевенного материала.
Исследования способности хромового полуфабриката поглощать влагу после плазменной обработки оценивали величиной показателя двухчасовой намокаемости, степень структурирования дермы определяли по значениям температуры сваривания. Результаты измерения представлены в табл. 1.
Таблица 1 - Значения температуры сваривания и двухчасовой намокаемости образцов полуфабриката галантерейной кожи
Показатель Образец
контрольный прошедший плазменную обработку при мощности разряда, кВт (Р = 13,3 Па, Оаг = 0,04 г/с, £ = 5 мин)
1,1 1,2 1,3 1,6 1,8 2
Температура сва- О/'ч ривания, С 104 104,5 103 105 107 104,5 105
Намокаемость, % 117,55 117,21 125,84 123,12 115,33 117,5 116,89
Сравнивая изменения двух показателей, для галантерейной кожи определили режим с пониженной температурой сваривания и повышенной намокаемостью (I режим) и с противоположной зависимостью (II режим), при значениях мощности разряда 1/Ур = 1,2 кВт и 1/Ур = 1,6 кВт соответственно.
Исследовали влияние плазменной обработки в выбранных режимах на проведение процесса додубливания полуфабрикатов. Значения температуры сваривания образцов после додубливания представлены в табл. 2.
Таблица 2 - Значение температуры сваривания контрольного и опытных образцов полуфабриката после додубливания
Образец Контрольный Обработанный в I режиме Обработанный во II режиме
Температура сварива-0/'~' ния, С 107 111 109
Исходя из значений температуры сваривания следует, что додубливание образцов, обработанных в I режиме, происходит более интенсивно, при II режиме обработки, менее интенсивное по сравнению с контрольным образцом.
После процессов додубливания и нейтрализации с опытными и контрольными образцами проведены процессы крашения. Для эксперимента использовались красители: кислотный синий 2К-150 % и прямой черный 2С-275 %. Ход процесса крашения оценивался по изменению концентрации красителя в рабочей ванне колориметрически (рис. 2) [2].
Как видно из графиков, химическая природа красителя влияет на степень выби-раемости рабочих растворов, однако влияние режимов обработки на кинетику процессов крашения при использовании разных классов красителей остается однотипным.
Таким образом, плазменная обработка кожевенного полуфабриката оказывает влияние на кинетику процесса крашения, что позволяет ускорять или замедлять процесс при необходимости.
После процесса крашения согласно типовой методике проводили жирование. Качество полуфабриката «краст» оценивали по значениям пористости, которую определяли пикнометрически (табл. 3).
С, г/дм
С, г/дм
60 Т, мин
• Контрольный
-О №р=1,2 кВт, Р=13,3 Па, О'^,=0,04 г/с, т=5 мин /л )Ур=1,6 кВт, Р—13,3 Па, 0дг=0,04 г/с, т=5 мин
а
• Контрольный
-О Шр=1,2 кВт, Р=13,3 Па, 0Лг=0,04 г/с, т--£гЯр=1,6кВт, Р=13,3 Па, вА =0,04 г/с, т=
б
=5 мин 5 мин
Рис. 2 - Изменение концентрации красителя (С) в зависимости от продолжительности крашения (Т) полуфабриката: а - кислотного синего 2К; б - прямого черного 2С
Таблица 3 - Значения пористости образцов «краста» галантерейной кожи
Значения пористости образцов Применяемый краситель
Кислотный синий 2К Прямой черный 2С
Контрольного 48,72 % 45,49 %
Обработанного в I режиме 48,42 % 45,06 %
Обработанного во II режиме 54,16 % 54,66 %
Как видно из табл. 3, пористость «краста» существенно зависит от технологии крашения (применяемого красителя), тем не менее, при крашении разными красителями после жирования пористость образцов, обработанных в I режиме, меньше контрольных, пористость образцов после обработки во втором режиме оказывается самой высокой. Снижение пористости «краста» обусловлено интенсивным поглощением химических материалов пористой структурой дермы в процессах отделки.
Физико-механические испытания полуфабрикатов проводили согласно ГОСТ 938.11, результаты приведены в табл. 4.
В ходе экспериментальных исследований установлено, что плазменное воздействие не ухудшает прочностные свойства галантерейной кожи из свиного сырья, а по ряду показателей улучшает их:
- предел прочности при растяжении и прочность лицевого слоя крашеного полуфабриката после плазменной обработке в I режиме увеличиваются на 6-17 %, при обработке во II режиме прочность образца сохраняется в пределах контрольного;
- относительные удлинения при растяжении образца, обработанного в I режиме, увеличиваются на 15-17 %, при II режиме обработки удлинение сокращается на 4-15 % относительно контрольного.
Таблица 4 - Влияние плазменной обработки на физико-механические свойства «краста» галантерейной кожи из свиного сырья
Показатели Образец
Обработанный в I режиме Обработанный во II режиме Контрольный
Предел прочности при растяжении, МПа 22,9 20,8 20,8
Напряжение при появлении трещин лицевого слоя, МПа 21,2 20,8 20,6
Удлинение при напряжении 10 МПа, % 30 24 26
Удлинение при появлении трещин лицевого слоя, % 59 50 52
Удлинение при разрыве, % 59 50 53
Средняя толщина, мм 0,88 0,90 0,82
Таким образом, плазменная обработка полуфабриката «вет-блю» перед красильно-жировальными процессами позволяет получать галантерейную кожу с регулируемыми физико-механическими свойствами: эластичную и наполненную при использовании I режима, либо малорастяжимую при обработке во II режиме. Изменение свойств материала, прошедшего плазменную обработку, достигается при идентичности всех предыдущих и последующих технологических процессов, предел прочности модифицированных материалов не снижается относительного контрольного.
Литература
1. Абдуллин, И.Ш. Высокочастотная плазменно-струйная обработка материалов при пониженных давлениях. Теория и практика применения / И.Ш. Абдуллин, В.С. Желтухин, Н.Ф. Кашапов. -Казань: Изд-во Казан. гос. ун-та, 2000. - 348 с.
2. ГОСТ 16922-71. Красители органические, полупродукты, текстильно-вспомогательные вещества. Методы испытаний; введ. 1972-01-01. - М.: Изд-во стандартов, 1990. - 31 с.
© Э. Ф. Вознесенский - канд. техн. наук, докторант каф. плазмохимических и нанотехнологий высокомолекулярных материалов КГТУ; Я. В. Ившин - д-р хим. наук, проф. каф. технологии электрохимических производств КГТУ; И. Ш. Абдуллин - д-р техн. наук, проф., зав. каф. плазмохимических и нанотехнологий высокомолекулярных материалов КГТУ; И. В. Красина - д-р техн. наук, проф. каф. плазмохимических и нанотехнологий высокомолекулярных материалов КГТУ. Е-шай: [email protected]
