Управление микроструктурой шерстяных волокон, применяемых при производстве суконных материалов дл я спецодежды Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

УДК 678.023:66

Э. А. Хамматова

УПРАВЛЕНИЕ МИКРОСТРУКТУРОЙ ШЕРСТЯНЫХ ВОЛОКОН,

ПРИМЕНЯЕМЫХ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ СУКОННЫХ МАТЕРИАЛОВ ДЛ Я СПЕЦОДЕЖДЫ*

Ключевые слова: специальная одежда, суконный материал, плазма, технология, свойства материалов микроструктура, на-

ноструктурирование.

В работе описывается технология управления микроструктурой натуральных волокон на основе шерсти для производства суконных материалов специальной одежды, которая должна поддерживать требуемую температуру в пододежном пространстве, нейтрализовать химические отравляющие вещества, обладать гигиеническими свойствами. Произвести подобный инновационный текстильный материал возможно за счет разработки наукоемких плазменных технологий в текстильном производстве, которые позволяют улучшить комплекс эксплуатационных свойств специальной одежды, используемых в для рабочих энергетического, строительного, нефтехимического и оборонно-промышленного комплекса.

Keywords: special clothing, cloth material, plasma, technology, material properties, microstructure, nanostructurin.

The paper describes the microstructure of natural fibers on the basis of wool for the production of woolen materials special service, which must maintain the required temperature in Pogodina space, to neutralize chemical toxic substances, have hygienic properties. To produce such innovative textile material is possible through the development of high-tech plasma technology in textile production, which can improve a set of operational properties of special clothing used for workers in the energy, construction, petrochemical and military-industrial complex.

С развитием техники и технологии неуклонно возрастают требования к комплексам свойств натуральных материалов легкой промышленности. Это прежде всего физико-механические, эксплуатационные, гигиенические и антибактериальные характеристики. Все свойства натуральных текстильных материалов определяются их строением, начиная со структур кристаллических решеток, молекулярных цепей полимеров, многообразия нано- и микроструктур, заканчивая поверхностными и объемными характеристиками материалов в целом.

Теоретические исследования в работе [1,2] показали, что традиционными конструктивно - технологическими приемами изменить надмолекулярную структуру волокнистых микро- и наноструктур текстильных материалов, а также обеспечить необходимый уровень изменения их микроструктуры и комплекса эксплуатационных, гигиенических и антибактериальных свойств очень сложно. Поэтому на протяжении длительного времени актуальной остается задача создания материалов с управляемой структурой. Практически все известные методы формирования и модификации структур материалов можно разделить на три категории: методы формирования структур на атомарном, молекулярном, субмикроскопическом и микроскопическом уровнях; методы объединения структур - создание композиционных материалов; направленное изменение (модификация) сформированных структур. Современные технологии представляют собой комбинацию структуроформи-рующих и модифицирующих методов.

Молекулярная структура шерстяного волокна (первичная структура) оказывает первостепенное влияние на формирование надмолекулярной и микроструктуры волокна. Молекула полимера построена из многократно повторяющихся звеньев (остатков мономеров), соединенных ковалентными связями. От величины молекулярной массы зависят прочностные характеристики волокна, поскольку, во-первых, они

зависят от суммарного межмолекулярного взаимодействия и во-вторых, прочность волокна является функцией микродефектов в волокне, а каждый конец молекулы является дефектом структуры.

Общим для всех полимеров является цепное строение макромолекул. Цепь шерстяного волокна может состоять из разветвленных и редкосшитых, сетчатых полимеров.

С помощью электронного микроскопа доказано, что практически все натуральные волокнообра-зующие полимеры имеют типично фибриллярную структуру, то есть отдельные слои целлюлозы образованы из фибрилл, представляющих собой сложный комплекс микрофибрилл, состоящих из десятков и сотен больших цепных молекул целлюлозы. Отдельные молекулы в микрофибриллах и микрофибриллы в фибриллах прилегают друг к другу неплотно и удерживаются силами межмолекулярного взаимодействия, а также благодаря тому, что длинные цепные молекулы входят своими отдельными частями (звеньями) в разные микрофибриллы и фибриллы [3].

Наиболее актуальными подходами в управлении микроструктурой натуральных материалов легкой промышленности, расширения, улучшения и изменения их физико-механических и эксплуатационных свойств является технология наноструктурирования, которое осуществляется за счет межмолекулярного изменения химических связей.

Технология наноструктурирования осуществляется за счет образования межмолекулярных химических связей в результате обработки волокон или нитей бифункциональными или полифункциональными соединениями, применения источников высокой энергии и т.д. Наноструктурирование, если оно не сопровождается деструкцией, приводит к увеличению прочности, теплостойкости, уменьшению удлинения, текучести под нагрузкой, растворимости и улучшению других свойств полимерных материалов. Степень изменения свойств наноструктурированных полимеров зависит от

структуры исходного полимера, частоты межмолекулярных связей и равномерности их распределения по всей массе материала, условий проведения реакции наноструктурирования и, в частности, интенсивности протекания деструкции полимера, характера сшивающего реагента и других факторов [4].

Нами предлагается технология нанострукту-рирования за счет воздействия плазмы высокочастотного емкостного (ВЧЕ) разряда пониженного давления. Обработку образцов производили в потоке плазмы высокочастотного емкостного разряда, по методике описанной в работе [5,6].

Предварительные эксперименты показали, что кратковременная обработка в потоке плазмы ВЧЕ разряда пониженного давления в течение 120-180с позволяет увеличить прочность шерстяных волокон на 23%. Увеличение времени воздействия до 720с не приводит к дальнейшему повышению прочности волокна.

Экспериментальные данные характеризующие влияние расхода и вида плазмообразующего газа на разрывную нагрузку шерстяных волокон показали, что минимальное значение разрывной нагрузки (Рн) наблюдается при в=0,01 г/с. Достигнув при в=0,04 г/с максимального значения, Рн снова начинает уменьшаться. Эффект воздействия выше в расходном режиме аргона, чем в воздухе на (8 - 10) %, и наоборот, в безрасходном режиме при обработке в атмосфере воздуха Рн выше, чем в атмосфере аргона на 4 -7 %, в зависимости от длины волокна. Анализ экспериментальных данных показал, что изменение расхода плазмообразующего газа в диапазоне от в=0 до 0,07 г/с незначительно влияет на величину разрывной нагрузки суконных материалов.

*Проект выполняется в организации исполнителе (Получателе субсидии) при финансовой поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации в соответствии с требованием соглашения № 14.577.21.0019 о предоставлении субсидии на проведение прикладных научных исследований. Уникальный идентификатор прикладных научных исследований (проекта) КЕЫЕ¥157714Х0019.

Литература

1. Бузов Б.А Материаловедение швейного производства / Б. А Бузов, Т.А.Модестова, Н.Д.Алыменкова. - М: Легпром-бытиздат, 1986. - 424 с.

2. Зурабян К.М. Материаловедение в производстве изделий легкой промышленности: Учебник для высш. учеб. заведений /К.М. Зурабян, Б.Я.Краснов, Я.И. Пустыльник. -М.: Издательский центр «РЗИТЛП», 2003. - 384с.

3. Шеромова, И.А. Текстильные материалы: получение, строение, свойства: учебное пособие. - Владивосток: Изд-во ВГУЭС, 2006. - 220 с.

4. Архиреев, В.П. О возможностях химической модификации полимеров / В.П. Архиреев, С.С.Галибеев, А.М. Коч-нев // Труды конференции «Синтез, исследование свойств, модификация и переработка высокомолекулярных соединений». Казань: Казан. гос. технол. ун-т, 1998. - С. 18-25.

5. Абдуллин И.Ш., Хамматова В.В., Кумпан Е.В. Повышение механических свойств текстильных материалов за счет применения потока плазмы ВЧЕ - разряда // Материалы научной сессии КГТУ .-Казань, 2006. - С.266.

6. Абдуллин, И.Ш. Исследование механических свойств полимерных материалов из целлюлозо - содержащих волокон после плазменной обработки [Текст] /И. Ш. Абдуллин, Э. А. Хамматова //Вестник Казанского технологического ун-та. - 2010. - № 10. - С. 170-175.

© Э. А. Хамматова - к.т.н., доцент кафедры «Дизайн», КНИТУ, [email protected].

© Е. А. Khammatova - Ph.D., associate professor the department "Design", Institute of technology of light industry of fashion and design, Kazan national research technological University, [email protected].