Влияние параметров потока плазмы ВЧ- разряда на изменение характеристик свойств натурального меха Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

на них остаточных частиц с помощью микроскопа МБС-9, встроенного в вакуумную камеру. Воздействие ВЧ-плазмы на структуру стеклянных образцов определялось методом электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) на стандартном радиоспектрометре РЭ-1301 при комнатной температуре. Для обнаружения дефектов, создаваемых плазмой в приповерхностных слоях, стекла облучались гамма-излучением на установке "Кобальт-60" до дозы 106 - 108 Р. Для определения неплоскостности и неровности поверхностей образцов оптических стекол применен интерференционный метод Физо.

Литература

1. 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.

2. МитчнерМ., Кругер Ч. Частично ионизованные газы. М.: Мир, 1979. 496 с.

3. Левитский С.М. // Журн. техн. физ. 1957. Т. 27. Вып. 5. С. 1001-1009.

4. Распыление твердых тел ионной бомбардировкой. Физическое распыление одноэлементных твердых тел. М.: Мир, 1984. 336 с.

5. Boeny H. V. // 1-st Ann. Intern. Conf. Plasma Chem. and Technol. San Diego, Calif. 1982. P. 109-118.

6. Колесников А.Ф., ЯкунинМ.И. // Мат. моделирование. 1989. Т. 1. № 3. С. 44-60.

© И. Ш. Абдуллин - д-р техн. наук, проф., зав. каф. технологии кожи и меха КГТУ; В. С. Желтухин - канд физ.-мат. наук, докторант той же кафедры.

УДК 675.6.06.014/533.9

Е. И. Абдуллина, И. В. Красина ВЛИЯНИЕ ПАРАМЕТРОВ ПОТОКА ПЛАЗМЫ ВЧ- РАЗРЯДА НА ИЗМЕНЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК СВОЙСТВ НАТУРАЛЬНОГО МЕХА

Описаны результаты экспериментальных исследований структуры, физических, физико-химических свойств меха, обработанного потоком неравновесной низкотемпературной плазмы, и его стойкости к биологической и атмосферной коррозии.

В настоящее время процессы взаимодействия потока низкотемпературной плазмы с материалами используются не только в производстве изделий электронной, медицинской техники и машиностроении, но и в легкой промышленности для придания натуральным ВМС (высокомолекулярных соединений) высоких потребительских свойств. В частности, увеличенного срока старения, повышенной стойкости к биологической и атмосферной коррозии.

Целенаправленное улучшение физических, физико-химических свойств и структуры таких натуральных ВМС, как меховые материалы, и как следствие повышение их стойкости к биологической и атмосферной коррозии представляет научный интерес и имеет большое практическое значение, поскольку они определяют конечную потребительскую ценность и конкурентоспособность изделий легкой промышленности.

Методы традиционной модификации, как правило, осуществляются с использованием химических реагентов и сопровождаются загрязнением окружающей среды. Более того, подобные методы обработки меха позволяют лишь ограниченно улучшать свойства последнего.

Плазменные технологии обладают целым рядом достоинств, дающих право считать эту сравнительно молодую научную отрасль, как одну их самых перспективных, соответствующую тенденциям развития легкой промышленности и позволяющую решать проблемы, возникающие при производстве меховых материалов.

Достоинствами ВЧ-плазменных методов обработки являются: улучшение свойств высокомолекулярных материалов при отсутствии химических превращений в полимерах, экономия сырьевых ресурсов, повышение уровня автоматизации технологических процессов, отсутствие вредного воздействия плазменной установки на обслуживающий персонал и биосферу.

Для оценки влияния низкотемпературной плазмы на физические свойства меха определяли намокаемость, светостойкость, прочность при растяжении и содержание влаги. Поскольку предел прочности при растяжении меховых материалов определяется толщиной, строением и характером переплетения в ней коллагеновых волокон, методом выделки, содержанием в полуфабрикате влаги и жира, исследуемые образцы брались из одной партии с фиксированными свойствами.

Изменения физико-химических свойств меха характеризуются такими параметрами, как бактериальная зараженность сырья, температура сваривания, процентное содержание окиси хрома в образцах после дубления и после додубливания, оптическая плотность раствора, в котором проводятся дубление, додубливание и крашение, а также содержание красителя в образце после крашения.

Для определения изменений в структуре и составе поверхностных слоев полимерного материала использовались следующие методы : рентгеноструктурный анализ и электронная микроскопия.

Рассмотренный комплекс физических, физико-химических свойств меха и его структуры свидетельствует об изменении стойкости меха к атмосферной и биологической коррозии. При обработке полуфабриката меха в режиме Рр= 1кВт, 0= 0.04 г/с, 1= 3 мин, Р= 19 Па достигается максимальное улучшение физических свойств: прочность

повышается на 25%, температура сваривания - на 4%, намокаемость - на 230 % перед жидкостными процессами.

Обработка в струе ВЧЕ-разряда пониженного давления изменяет смачиваемость поверхности меха, т.е. повышает ее гидрофильность за счет увеличения размеров пор.

Одним из важнейших параметров сырья, который существенно влияет на качество готовых изделий из меха, является степень бактериальной зараженности сырья, характеризующаяся осветлением соответствующего раствора.

При обработке сырья в режиме 0 = 0.04 г/с ; Рр = 0.9 кВт; 1 = 3 мин; Р= 26.6 Па, его бактерицидность увеличивается на порядок.

Исследовалось воздействие ВЧЕ-разряда на мех перед дублением, додубливанием и крашением. Изучение проводилось как для случая обработки только перед одной из указанных операций, так и при обработке перед каждой операцией.

Установлено, что за счет обработки меха ВЧЕ-разрядом пониженного давления меха перед вышеперечисленными операциями в режиме: О =0.04 г/с; Рр=1кВт; 1 = 3 мин, Р= 26.6 Па удается повысить скорость дубления и додубливания в два раза, а крашения в 1.5 раза. При этом интенсивность окраса улучшается, а также повышается светостойкость, о чем свидетельствует тот факт, что при проведении испытаний на светостойкость за стандартное время испытания окрас обработанных образцов не изменился.

Установлено, что наилучшие результаты дает обработка меха перед каждой операцией: отмочкой, дублением, додубливанием и крашением.

Производились исследования структурных изменений меха в результате его модификации в ВЧЕ-разряде пониженного давления.

Рис. 1 - Кожевая ткань меха (аргон, Рр=1кВт, 0=0.04 г/с, Р=26.6 Па, 1=9мин, Г=13.56 МГц): а - до обработки ВЧЕ-разрядом; б - после обработки ВЧЕ-разрядом

Микрофотографии кожевой ткани меха (рис.1) свидетельствуют, что зажигание ВЧЕ-разряда в порах капиллярно-пористых материалов приводит к разволокнению. Кроме того, обработка ВЧЕ-разрядом делает поверхность более однородной, увеличивает количество пор средних размеров, уменьшает количество мелких и крупных и очищает поверхность от остаточных загрязнений, в результате чего жидкостные процессы проходят более качественно, что существенно повышает стойкость кожевой ткани меха к биологической и атмосферной коррозии.

Микрофотографии волоса меха (рис. 2.) показывают, что обработка его в низкотемпературной плазме полностью восстанавливает структуру волоса, что повышает его стойкость к биологической и атмосферной коррозии.

а б

Рис. 2 - Волос меха (аргон, Рр=1кВт, 0=0.04 г/с, Р=26.6 Па, 1=9мин,

Г=13.56 МГ ц): а - до обработки ВЧЕ-разрядом; б - после обработки ВЧЕ-разрядом

а

Рис. 3 - Дифрактограммы: а) исходной (внизу) и обработанной (вверху) кожевой ткани меха-полуфабриката; б) исходного (внизу) и обработанного (вверху) волосяного покрова меха (Рр=1кВт, Р=26.6 Па, 0=0.04 г/с, 1=3 мин., Г=13.56 МГц)

Анализ дифракционных картин (рис. 3) исследуемых образцов позволяет

заключить, что структура меха после его модификации в ВЧЕ-разряде пониженного давления становится более упорядоченной за счет увеличения процентного отношения кристаллической фазы к аморфной.

Описанные изменения свойств меха объясняются тем, что модификация натурального меха происходит за счет рекомбинации заряженных частиц на поверхности и бомбардировки ее низкоэнергетическими ионами с энергией ^, значения которой изменяется от энергии ионной бомбардировки поверхности 65 до 80 эВ, и плотностью их потока от 0.75 до 0.85 А/м2. При этом разряд горит и в порах меха, что дает возможность реализовать объемную обработку. Таким образом, струйная плазменная обработка полуфабриката меха приводит к разделению волокнистой структуры дермы и изменению извитости пучков волокон.

Раскрыты закономерности изменения физических свойств меха за счет рекомбинации ионов на поверхности, бомбардировки поверхности ионами и теплового воздействия потока плазмы. ВЧ-обработка в течение определенного времени приводит к

изменению волокнистой структуры дермы, ее упорядочению. При этом повышается способность волокон к ориентации при растяжении и структурных элементов перемещаться друг относительно друга, за счет чего увеличивается прочность. Разделение волокнистой структуры дермы в результате очистки материала от адсорбированных частиц, удаления гнейста и загрязнений дает возможность улучшения проникновения химматериалов в глубь дермы при жидкостных обработках.

За счет комплексного улучшения физических, физико-химических и структурных характеристик свойств существенно повышается стойкость меха к биологической и атмосферной коррозии без нарушения его химического состава и микроструктуры. Обработка меха потоком плазмы ВЧЕ-разряда позволяет повысить его прочность на 25 -30%, температуру сваривания - на 4%, намокаемость перед жидкостными операциями - на 230 %, бактерицидность и светоскойкость - на порядок выше исходной и соответственно стойкость к атмосферной и биологической коррозии.

Благодаря плазменной обработке повышается интенсивность окраса, равномерность и глубина прокраса, структура волоса становится более равномерной и упорядоченной, а следовательно, улучшается его внешний вид.

Экспериментальная часть

Работа проводилась на высокочастотной плазменной установке с частотой генерации 13.56 МГц, мощностью разряда 0.7 - 3.2 кВт, с динамическим вакуумом от 13 до 130 Па, расходом плазмообразующего газа от 0 до 0.1 г/с. В качестве плазмообразующего газа использовались аргон, кислород, азот и их смеси. Скорость откачки из вакуумной камеры 5 - 50 дм3/с.

Входные параметры плазменной установки изменялись в следующих диапазонах: расход плазмообразующего газа - от 0.02 до 0.08 г/с; давление в рабочей камере - от 10 до 133 Па; мощность разряда - от 0.2 до 2.6 кВт; частота поля 1.76 и 13.56 МГц; вид плазмообразующего газа - аргон.

Методы экспериментальных исследований потока низкотемпературной плазмы в присутствии обрабатываемого полимерного материала следующие. Для исследования параметров ВЧ-разряда пониженного давления применялись: пояс Роговского - для измерения плотности тока; трубка Пито -для определения скорости потока плазмы; системы измерения температуры обрабатываемого образца, зонд Ленгмюра - для измерения плавающего потенциала, анализатор энергии ионов - для определения энергии ионов, лазерный интерферометр - для измерения слоя пространственного заряда.

Основным объектом исследования выбран мех овцы на разных стадиях производства.

Основные экспериментальные результаты получены с помощью комплекса физикохимических и физических испытаний меха, прошедшего плазменную обработку и

необработанного. Исследовались бактерицидность, прочностные характеристики, смачиваемость,

светостойкость, термостойкость полуфабриката и готового меха, его стойкость к биологической и атмосферной коррозии как результат комплексного рассмотрения всех остальных характеристик. Структура меха исследовалась с помощью рентгеноструктурного анализа. Исследования

микроструктуры проводились на сканирующем электронном микроскопе РЭММА -202 М.

Литература

1. Максимов А. И., Горберг Б. Л., Титов В. А. //Кожевенно-обувная промышленность. 1991. № 4. С. 101 -117.

2. Мекешкина-Абдуллина Е. И., Кайдриков Р. А., Тихонова В. П., Шаехов М. Ф.// Препринт,

Казань, 2000.

3. Садова С., Лапчик Л., Пайгрт О.//Изв. вузов. Сер. «Технология текстильной

промышленности». 1983. № 5. С. 53 -56.

4. Горберг Б. Л., Максимов А. И., Мельников Б. Н.// Изв. вузов. Сер. «Химия и химическая технология». 1983. Т. 26. № 11. С. 1362 -1376.

© Е. И. Абдуллина - канд. техн. наук кафедры технологии кожи и меха КГТУ; И.В. Красина -канд. техн. наук, докторант той же кафедры.