Прогнозирование микроструктуры материалов при разработке технологии производства кожи и меха с применением ВЧ плазменной модификации Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

УДК 67502:533.9

И. Ш. Абдуллин, Э. Ф. Вознесенский, И. В. Красина,

Е. О. Кормакова

ПРОГНОЗИРОВАНИЕ МИКРОСТРУКТУРЫ МАТЕРИАЛОВ ПРИ РАЗРАБОТКЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА КОЖИ И МЕХА С ПРИМЕНЕНИЕМ ВЧ ПЛАЗМЕННОЙ МОДИФИКАЦИИ

Ключевые слова: кожа, мех, технология, прогнозирование, микроструктура, ассортимент.

Разработана эмпирическая методика прогнозирования изменений микроструктуры дубленой дермы и натурального волоса в зависимости от исходного состояния микроструктуры и параметров ВЧ-плазменной модификации. На основе методики структурного прогнозирования разработаны рекомендации по промышленному применению ВЧ-плазменной модификации при производстве широкого ассортимента кожи и меха.

Keywords: leather, fur, technology, forecasting, microstructure, assortment.

The empirical technique offorecasting of changes in microstructure of a tanned derma and natural hair depending on an initial condition of a microstructure and parametres of RF-plasma modification is developed. On the basis of a technique of structural forecasting recommendations about industrial application of RF-plasma modification are developed by manufacture of wide assortment of a leather and fur.

В ряде работ [1-4] экспериментально установлена эффективность применения плазмы высокочастотного разряда пониженного давления для предварительной активации сырья и полуфабрикатов перед жидкостными обработками кожевенного и мехового производства. Благодаря плазменной модификации удается достичь интенсификации жидкостных процессов, повысить равномерность и качество обработки, сократить время технологического цикла. Основные эффекты модификации как правило связаны с преобразованием развитой волокнисто-пористой микроструктуры материалов. Тем не менее, на фоне установленного многообразия микроструктурных эффектов возникает ряд затруднений при адаптации имеющихся экспериментальных наработок для условий конкретного производства.

На основе результатов экспериментальных и теоретических исследований, а также моделей структурных изменений натуральных коллаген- и кератинсодержащих материалов при НТП модификации, разработана технологическая методика расчета зависимости относительных микродеформаций первичных (е1), вторичных коллагеновых волокон (е2) и образца кожевенного материала (ез), а также изменения размеров клеток кутикулы волоса (ЛНз), межклеточных (ЛH2) и внутриклеточных (AH1) пространств кортекса от входных параметров ВЧ плазменной модификации кинетической ^к), потенциальной энергии ионов ^„), плотности ионного тока ^), продолжительности обработки (т) и параметров исходной структуры материала - внутренней поверхности трех уровней пористой структуры S2, Sз), среднему углу наклона

волокнистых элементов (в), размеров структур d2,

d’з)'■

е, = -9,2578 -10 -6 • Qn • Jt • т • cos fi

Sl -1 I-9,2578 • 10-6 -Qn -(1,3902 • 10-3 •Qr - 90,0450 • 10-3)] • • J, -т-cos fi

S 2 J 1СПЗ

9,2578 -10-6 -Qn + (1,3902 • 10-3 ■Qx - 90,0405 • 10-3)

Js • т • cos fi •

- 2,1549 • [9,2578 ■ 10-6 -Qn + (1,3902 • 10-3 Q -90,0405 • 10-3)]-J, J-5,3983.

AH, = 0,0106

(Q„ + Q. • J1- • 0,0198) • Jt • т • 0,0877

Qn -J,-T

AH,

1 - 0,0106^

Г d ^

(Qn + Qr. -y^-0,0198)• Jt T0,0877

Qn - J i ■ т d2

. S2 d^

I J

AH3 = (Q + Qn)• Ji т8,297240-6/d3'.

Данные модели позволяют прогнозировать структурные изменения как кожевой ткани, так и волосяного покрова и материалов схожего строения в процессе НТП модификации при наличии сведений о размерах и взаимном расположении структурных элементов, локализации и соотношении разных уровней пористости, а также параметров плазменного воздействия.

При разработке технологии производства кожевенного и мехового полуфабриката с применением структурной модификации в плазме ВЧ разряда пониженного давления с избирательным набором физико-механических, гигиенических и потребительских свойств необходимо решение ряда проблем. Проведение ВЧ плазменной модификации структуры сырья и полуфабрикатов перед каждым жидкостным процессом производства позволяет интенсифицировать обработку на 10-15 %, однако данный подход существенно замедляет переработку за счет необходимости операций загрузки-выгрузки, а также нарушает парти-онность, непрерывность технологии, оказывает негативное влияние на равномерность влагосодержания сырья и полуфабрикатов. Проведенные исследования показали, что наиболее рационально производить структурную НТП модификацию материала перед отмокой, дублением и отделочными процессами и операциями.

При НТП модификации сформированной структуры кожи и кожевой ткани меха после дубления перед отделочными процессами возможно регулируемое формирование структуры. Для проведения регулирования эффективна методика прогнозирования структуры при НТП модификации. Так как входными дан-

S

S

СПЗ

ными для расчета являются основные параметры модифицируемой структуры и энергетические характеристики ВЧ плазменного воздействия, необходимо провести предварительный анализ структуры материала, исходя из применяемой на производстве технологии выделки и вида сырья. Расчет позволяет спрогнозировать микродеформации трех уровней структуры. Подбор расчетных значений коэффициентов деформации обеспечивает достижение следующих основных свойств материала - табл. 1.

Таблица 1 - Параметры прогнозирования структур кожевенно-меховых материалов при НТП модификации

Шифр Варианты Прогнозируемые свойства | Область применения

£1 £2 є’3 Кожевая ткань

к 1 мин. макс. мин. Повышение технологичности дермы, высокие сорбционные свойства, высокие показатели гидрофильно-сти, повышение прочности Полуфабрикаты перед проведением жидкостных отделочных процессов, нанесением пропитывающих составов

к 2 мин. макс. макс. Повышение гигроскопичности материала, повышение прочности При выработке подкладочных кож, кож для одежды и головных уборов

к 3 мин. мин. макс. Повышение воздухопроницаемости, повышение прочности Кожи для верха без-подкладочной обуви

к 4 мин. мин. мин. Повышение инертности структуры и прочности, снижение пластичности Технические кожи, кожи для верха обуви

к 5 макс. любой любой Снижение прочности, снижение структурированности дубленой дермы Не применяется

АН_1 АН2 ЛИ3 Волосяной покров

в 1 0 0 0,1 Очистка поверхности волоса Процессы первичной обработки меха

в 2 0,5- 0,7 -0,1- -0,05 0,2- 0,3 Повышение термостойкости волоса, очистка и активация поверхности, повышение технологичности Отделочные процессы в производстве меховой овчины и пушнины

в 3 0,8- 1,0 мин. 0,4- 0,5 Повышена гигроскопичш-сти, термостойкости, прочш-сти, технологичности Отделочные процессы в производстве шубной овчины

в 4 0,01- 0,1 -0,25- -0,1 0,6- 0,7 Повышение технологичности, снижение термохемостойкости, сглаживание рельефа, повышение проницаемости структуры Осветление и крашение волосяного покрова меха, снижение свойлачиваемости

в 5 лю- бой любой 0,8- 1,0 Удаление значительной доли кутикулы, разрушение волокна Не применяется

жидкостные процессы при производстве кожевенного и мехового полуфабриката на 20-30 %.

Меховое сырье

▼

ВЧ плазменная модификация структуры кожевой ткани и волосяного покрова при сочетании вариантов к 2 и в 1 ______(табл. 1)_____

▼

Отмока

▼

Пикелевание

▼

Дубление

▼

ВЧ плазменная модификация структуры кожевой ткани и волосяного покрова при сочетании вариантов (табл. 1):

- к 3 и в 2 - для меховой овчины;

- к 4 и в 3 - для

шубной овчины_______

▼

Крашение, жирование и отделочные опера__________ции__________

Кожевенное сырье

▼

ВЧ плазменная модификация структуры сырья по варианту к 1 ________или к 2 (табл. 1)_____

▼

Отмочно-зольные процессы

▼

Пикелевание

▼

Дубление

▼

ВЧ плазменная модификация структуры кожевой ткани по варианту (табл. 1):

- к 2 - кожи для одежды и головных уборов, подкладочные;

- к 3 - кожи для верха бесподкладочной обуви;

- к 4 - кожи для верха обуви, технические кожи

▼

Крашение, жирование и отделочные операции

Кожевенное сырье

▼

ВЧ плазменная модификация структуры сырья по варианту к 2 ___________(табл. 1)__________

▼

Отмочно-зольные процессы

▼

Пикелевание

▼

ВЧ плазменная модификация структуры кожевой ткани по варианту к 3 (табл. 1)

▼

Дубление

▼

ВЧ плазменная модификация структуры кожевой ткани по варианту к 3 (табл. 1)

▼

Крашение, жирование и отде-_______лочные операции_______

б

а

На основе результатов экспериментальных, теоретических исследований влияния параметров плазменного воздействия на структуры материалов предложены наиболее рациональные схемы технологических процессов производства кожи и меха (рис. 1).

Материалы, полученные по предложенным схемам, обладают улучшенными технологическими, потребительскими и эксплуатационными свойствами по сравнению с произведенными по типовым технологиям. Так, например, у кожевенных материалов повышается температура сваривания на 5-10 %, пористость на 1020 %, прочность при растяжении на 12-17 %; у меховых материалов повышается температура сваривания на 36 %, пористость на 13-28 %, прочность при растяжении на 10-13 %. Кроме этого, применение ВЧ плазмы пониженного давления позволяет интенсифицировать

в

Рис. 1 - Схемы технологических процессов производства кожи и меха с применением плазменной модификации сырья и полуфабрикатов: а - технологии производства меха с применением НТП обработки; б - технологии регулирования физикомеханических свойств кожи из разных видов сырья на этапе отделочных процессов производства; в - технологии производства макропористой кожи

Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации в рамках федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы по соглашению 14.В37.21.2033 от 14 ноября 2012 г.

и -

Литература

1. Нефедьев, Е.С. Влияние высокочастотной плазменной обработки на процесс производства полуфабриката «вет-блю» из шкур КРС мокросоленого способа консервирования / Е.С. Нефедьев, И.В. Красина,

А.М. Мухаметшин // Вестник Казанского технологического университета. - 2005. - № 2. - Ч. 2. -С. 274-277.

2. Вознесенский, Э.Ф. Структурные изменения кожевенных материалов под воздействием высокочастотной плазмы пониженного давления / Э.Ф. Вознесенский, А.Ф. Дресвянников, И.В. Красина, Г.Н. Кулевцов // Вестник

Казанского технологического университета. - 2005, № 2, Ч. 2. - С. 265-269.

3. Абдуллин, И.Ш. Моделирование микроструктуры

кожевенного материала на стадиях производства и при ВЧЕ-плазменной обработке / И. Ш. Абдуллин,

Э.Ф. Вознесенский, В.С. Желтухин, И.В. Красина. -

Казань: Изд-во Казан. гос. технол. ун-та, 2009. - 228 с.

4. Кулевцов, Г.Н. Повышение эффективности

использования сырья, полуфабриката, отходов и вспомогательных материалов кожевенного производства с применением низкотемпературной плазмы / Г.Н. Кулевцов, Л.Р. Джанбекова, И.Ш. Абдуллин,

В.С. Желтухин, И.В. Красина, Э.Ф. Вознесенский. Казань: Изд-во Казан. гос. технол ун-та, 2008. - 260 с.

© И. Ш. Абдуллин - д-р техн. наук, проф., зав. каф. плазмохимических и нанотехнологий высокомолекулярных материалов КНИТУ, [email protected]; Э. Ф. Вознесенский - д-р техн. наук, доц. той же кафедры, [email protected]; И. В. Красина --р техн. наук, проф., зав. каф. технологии химических, натуральных волокон и изделий КНИТУ, [email protected]; . О. Кормакова - магистрант КНИТУ.