CC BY
46
УДК687
Л. А.Сафина, В. В. Хамматова, Л. М. Тухбатуллина ВЛИЯНИЕ ПЛАЗМЕННОЙ ОБРАБОТКИ МАТЕРИАЛОВ НА ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА
ОДЕЖДЫ СПЕЦИАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ1
Ключевые слова: дизайн, одежда специального назначения, низкотемпературная плазма, пористость.
В статье рассмотрены результаты воздействия низкотемпературной плазмы на текстильные материалы, используемые для проектирования одежды специального назначения.
Keywords: design, special purpose clothing, low-temperature plasma, porosity.
The article deals with the effects of low temperature plasma on textile mother formula, used for the design of special purpose clothing.
Проектирование специальной одежды - это наиболее сложная область проектирования костюма, т.к. требует от дизайнера знаний не только в области композиции, тенденций моды и навыков рисования, но и особое значение приобретают знания в области материаловедения. Созданию конкурентоспособной отечественной спецодежды должен предшествовать комплекс работ: научно - обоснованный поиск оптимальных конструктивных, технологических, мате-риаловедческих и эстетических параметров.
К общим показателям спецодежды можно отнести: гигиенические, эксплуатационные, эргономические и художественно-эстетические. Эксплуатационные показатели связаны со сроком носки спецодежды, временем ее непрерывного использования, устойчивостью к стирке, химчистке, светопогоде и т.д. Таким образом, эксплуатационные свойства одежды в первую очередь зависят от свойств используемых материалов для ее изготовления.
Разные материалы обладают характеристиками в большей или меньшей степени, подходящими для конкретных условий. Существуют натуральные, синтетические и смесовые ткани. В качестве альтернативы механическим, физическим, химическим и биохимическим методам модификации волокнистых материалов особую значимость приобретает воздействие низкотемпературной плазмы. С помощью такой обработки можно решить ряд технологических задач:
- придать поверхности полимерных материалов адгезионные свойства, необходимые для металлизации, окраски, получения композиционных материалов [1];
- улучшить технологические и потребительские свойства тканей и волокон (регулировать гидро-фильность, увеличить грязеотталкивание, уменьшить усадку, сминаемость, электризуемость) [2];
- удалить органические соединения (например, при расшлихтовке тканей) [3];
- провести травление полимерных материалов
[4];
- улучшить механические свойства волокон, нитей и тканей.
Поскольку текстильный материал, применяемый для производства спецодежды должен быть прочным, износостойким, соответствовать всем тем условиям и рискам, которые присущи конкретному про-
изводству эта проблема представляет научный интерес для дизайнеров. Проектная группа специалистов кафедры «Дизайн» КНИТУ благодаря применению низкотемпературной плазмы доказала ее благотворное влияние ее на пористость текстильных материалов, используемых для спецодежды и напрямую влияет на ее эксплуатационные свойства.
Плазменная обработка включает ряд процессов, приводящих к изменению не только физических и физико-химических свойств волокон, но и к изменению химического состава и структуры поверхностного слоя полимера, к образованию газообразных продуктов с последующим уменьшением массы образца. Эффект воздействия низкотемпературной плазмы определяется химической природой, строением обрабатываемого материала и параметрами плазмы.
Из натуральных материалов для производства тканей хорошо распространен хлопок. Хлопковое волокно содержит до 96% целлюлозы, а льняное до 78%, таким образом, в льняном волокне больше примесей [5]. Хлопок хорошо впитывает влагу (гигроскопичен), позволяет коже дышать, не накапливает статическое электричество.
В то же время, ткани из 100% хлопка садятся после стирки и выцветают, а также подвержены гниению. Но, благодаря своей гигиеничности, этот материал входит в состав множества тканей.
Ткани из хлопка предназначенные для изготовления специальной одежды, обеспечивают нормальный влаго- и воздухообмен, гигроскопичность, мягкость и гибкость, имеют относительно малую массу, стойкость к воздействию щелочных растворов, легко стираются, выдерживают высокую температуру от 60 до 900 и сильное механическое трение во время стирки за счет прочных водородных связей. Хлопок выдерживает также сильнодействующие моющие средства и некоторые отбеливатели. Достоинствами хлопка также являются высокая прочность, стойкость к истиранию, термостойкость, устойчивость к воздействию света, благодаря управлению морфологической микроструктуры волокна. Хлопок хорошо красится и практически не выгорает. Гигроскопичность хлопковых волокон обеспечивает отличные гигиенические свойства произведенных изделий. На изделиях из чистого хлопка не появляются неопрятные катышки. При контакте с водой эластичность целлюлозы по-
вышается, так как вода является ее естественным пластификатором. При намокании оболочки, молекулы воды проникают в аморфные участки волокна и взаимодействуют со свободными гидроксильными группами и группами, разорвавшими связи с другими макромолекулами волокна. В результате чего, молекулы целлюлозы приобретают способность смещаться относительно друг друга, то есть целлюлоза становится эластичной, но одновременно теряет до 50% прочности.
Внутренняя поверхность целлюлозосодержащего волокна (пористость) имеет огромное влияние на его диффузионную проницаемость и сорбционную способность. Поэтому при управлении микроструктурой целлюлозных волокон необходимо учитывать, что физико - механические свойства определяются не только, а в ряде случаев не столько взаимным положением макромолекул и их изменением при различных обработках, сколько строением и взаимным расположением элементов надмолекулярной структуры.
Пористостью структуры натуральных волокон определяется ряд их физико-механических свойств: прочность, способность к поглощению жидкостей, набуханию, окрашиванию и т. д. Для выяснения механизма управления микроструктурой натуральных материалов легкой промышленности необходимо провести аналитические исследования их структуры, которые определяют свойства волокон и нитей, их прочность, способность к поглощению паров, газов, жидкостей, окрашиванию, упругость, растяжимость и другие.
Спецификой текстильного производства является многопереходность технологических процессов, отличающихся друг от друга как способами формирования волокнистого материала, так и методами его обработки для получения конечного продукта с заданными свойствами и качественными показателями. Практически во всех случаях исходным сырьем для текстильного производства является натуральное или смесь натурального и искусственного волокна. Технологические операции текстильного производства предусматривают формирование из волокнистой массы ленты, затем пряжи и ткани с последующим ее наноструктурированием, крашением или нанесением рисунка и заключительной отделкой.
В ходе исследования проводились дополнительные работы на подготовительном этапе по наноструктури-рованию образцов хлопкосодержащих тканей.
Наноструктурирование образцов натуральных текстильных материалов осуществлялось на плазменной установке «ВАТТ 1500 Р/Р ПЛАЗМА 3.
Плазменная установка предназначена для обработки рулонных тканей из натуральных и смесовых тканей в потоке неравновесной низкотемпературной плазмы пониженного давления в условиях вакуума. Она является однокамерной установкой периодического действия. Основные параметры плазменной установки «ВАТТ 1500 Р/Р ПЛАЗМА 3» регулировали путем изменения расхода газа (в) 0,02-0,08 г/с, мощности разряда ^р) 2,0-3,5 кВт, давления в разрядной камере (Р) 16 - 30 Па, продолжительности обработки (т) до 3 метров в минуту. В качестве плаз-
мообразующего газа используются аргон, воздух, пропан- бутан и другие.
Наноструктурирование текстильных материалов проводится следующим образом: рулон исходного материал устанавливается внутрь вакуумной камеры и протягивается через перемоточные валы на приемный вал для перемотки рулонного материала, и устанавливается между ВЧ электродами в вакуумной камере, затем вакуумная камера закрывается. При закрытии крышки вакуумной камеры с помощью откатной двери, электроды устанавливаются в рабочее положение. В камере создается низкое давление и происходит наноструктурирование в потоке неравновесной низкотемпературной плазмы пониженного давления.
Результаты исследования пористости текстильных материалов для специальной одежды с содержанием натуральных волокон (контрольный и наност-руктурированный в потоке неравновесной низкотемпературной плазмы (ННТП) образец) представлены на рисунках 1 - 5.
Обработке подвергались образцы тканей для спецодежды различным хлопкосодержанием производителя «Чайковская текстильная компания»: "Премьер Комфорт 250" (состав 80% хлопок + 20 % полиэстер), ткань суровье "Cotton Rich 180", артикул 18444 (состав 65% хлопок+35 % полиэстер), "Премьер Комфорт 250А" (состав 65% хлопок + 35 % полиэстер), "Премьер Cotton 300"100% хлопок, суровье "Премьер FR-300" 100% хлопок с антистатической нитью (для одежды электриков) и др.
Так, пористость контрольного образца ткани "Премьер Комфорт 250" с пропиткой составляет 45% (рис. 1). Из диаграммы видно, что пористость нано-модифицированного образца составляет 59 %. Обработка ткани в потоке ННТП в режиме Рк=18-20 Па; Wр=4,0кВт; т=2м/мин; ввозд=0,04г/с повышает пористость материала на 31%.
70 60 50 ± 40
|зо 20 10 о
1 2
Рис. 1 -Диаграмма изменения пористости ткани "Премьер Комфорт 250": 1 - контрольный образец; 2 - наномодифицированный образец
На рисунке 2 представлена диаграмма изменения пористости материала ткань суровье "Cotton Rich 180" (состав 65% хлопок+35 % полиэстер) как контрольного, так и наномодифицированного образца.
Как видно из диаграммы пористость контрольного образца составляет 45 %. После наномодифициро-вания ткани в потоке ННТП в режиме Рк=18-20Па; Wр=4,0кВт; т=1м/мин; ввозд=0,04 г/с, пористость
повышается на 27% относительно контрольного образца и составляет 57 %.
Рис. 2 - Диаграмма изменения пористости ткани суровье "Cotton Rich 180": 1 - контрольный образец; 2 - наномодифицированный образец
Для контрольного образца расшлихтованной ткани "Премьер Комфорт 250А" с пропиткой (состав 65% хлопок + 35 % полиэстер), пористость составляет 40 % (рис. 3).
Рис. 3 - Диаграмма изменения пористости расшлихтованной ткани "Премьер Комфорт 250А": 1 - контрольный образец; 2 - наномодифициро-ванный образец
Наномодифицирование расшлихтованной ткани артикул 18422Х коллоидным раствором наночастиц серебра и в потоке ННТП в режиме Рк=20-22 Па; Wр=4,0 кВт; т=1м/мин; ввозд=0,04г/с приводит к повышению показателя пористости и составляет 61 %. Наноструктурирование в потоке ННТП увеличивает показатель пористости расшлихтованной ткани артикул 18422Х "Премьер Комфорт 250А" на 24 % относительно контрольного образца.
Далее проведены исследования определения пористости материалов состава 100% хлопок. Исследовали образцы ткани "Премьер Cotton 300" (рис. 4). Как видно из диаграммы, пористость контрольного образца ткани суровье "Премьер Cotton 300" составляет 53 %. После обработки ткани суровье в потоке плазмы в режиме Рк=20-22Па; Wр=3.5кВт; т=2м/мин; ввозд=0,04г/с пористость наномодифицированного образца ткани суровье составляет 65 %. Обработка в плазме повышает показатель пористости на 23 % относительно контрольного образца.
Рис. 4 - Диаграмма изменения пористости ткань суровье "Премьер Cotton 300": 1 - контрольный образец; 2 - наномодифицированный образец
Проведены исследования образцов тканей состава 100% хлопок с антистатической нитью. Исследования показали, что пористость контрольного образца ткани суровье "Премьер FR-300" составляет 50% (рис. 5).
Пористость контрольного образца расшлихтованной ткани "Премьер FR-300", артикул 10202 АМ составляет 51%. Наномодифицирование образца коллоидным раствором наночастиц серебра и в потоке ННТП, в режиме Рк=20-22 Па; Wр=3,5 кВт; т=1м/мин; ввозд=0,04 г/с приводит к увеличению показателя пористости на 18 % по сравнению с контрольным образцом, что составляет 61 % (рис. 5).
Рис. 5 - Диаграмма изменения пористости расшлихтованной ткани «Премьер РЯ-ЗОО»: 1 - контрольный образец; 2 - наномодифицированный образец
Из полученных результатов можно сделать вывод, что наибольшим показателем пористости обладают наномодифицированные образцы текстильных материалов состава 100% хлопок и антистатическая нить. Проведены исследования определения показателя пористости сукна шинельного, артикул 6425 (состав 87 % хлопок + 17% полиэфир). Пористость контрольного образца сукна шинельного составляет 42%. После наномодифицирования образца коллоидным раствором наночастиц серебра и обработки ННТП в режиме ^^=4 кВт; Рк=22-29 Па; т = 1 м/мин; ввозд=0,04 г/с, показатель пористости повышается на 31 % относительно контрольного образца и составляет 55% (рис. 5).
Таким образом, после наномодифицирования текстильных материалов в потоке неравновесной низкотемпературной плазмы пониженного давления, показатель пористости составляет от 45 до 66 %, что соответствует требованиям ТЗ не менее 40%. Натуральные ткани обладают более высоким показателем пористости, по сравнению со смешанными видами текстильных материалов.
При составлении лабораторного технологического регламента учитывался опыт работы. В лабораторном технологическом регламенте приведены требования к качеству наноструктурированных текстильных материалов, используемых в производстве.
В процессе исследования использовались ткани передового текстильного предприятия ООО «Чайковская текстильная компания». Результаты исследования проверены в производственных условиях, и их внедрение позволит совершенствовать технологию и повысить качества текстильной продукции.
'Проект выполняется в организации исполнителе (Получателе субсидии) при финансовой поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации в соответствии с требованием соглашения № '4.577.2'.00'9 о предоставлении
субсидии на проведение прикладных научных исследований. Уникальный идентификатор прикладных научных исследований (проекта) К¥ЫЕ¥1577'4Х00'9.
Литература
1. Хамматова В.В. Воздействие плазменной обработки на адгезионную прочность текстильных материалов / В.В.Хамматова, Е.В. Кумпан, И.Ш. Абдуллин // Модели инновационного развития текстильной и легкой промышленности на базе интеграции университетской науки и индустрии. Образование- Наука- Производство. Сборник статей I Межд. научно-практическая конференция. -Казань: КНИТУ, 2015. - С. 244-249.
2. Хамматова В.В. Разработка инновационных технологий производства многофункциональных натуральных материалов с управляемой микро-структурой. Монография / В.В. Хамматова, К.Э. Разумеев, И.Ш. Абдуллин. Казань: Изд - во КНИТУ, 2015.- 332 с..
3. Горберг Б.Л. Современное состояние и перспективы использования плазмохимической технологии для обработки текстильных материалов // Текстильная химия.-2003. - №1. - С.59-68.
4. Оулет, Р. Технологическое применение низкотемпературной плазмы / Р. Оулет, М. Барбье, П. Черемисинофф и др. / Пер. с англ. - М. : Энергоатомиздат, 1983. - 144 с.
© Л. А. Сафина - к.п.н., доцент кафедры Дизайна КНИТУ, lsafina@mail.ru; В. В. Хамматова - д.т.н., проф., зав. кафедры Дизайна КНИТУ; Л. М.Тухбатуллина - к.п.н., доцент той же кафедры, tuleissan@mail.ru.
© L. A. Satina - Ph.D., Associate Professor of the Department of Design, KNRTU, lsafina@mail.ru; V. V. Hammatova - Professor of the Department Design, KNRTU; L. M. Tuhbatullina - Ph.D., Associate Professor of the Department of Design, KNRTU, tuleissan@mail.ru.
