CC BY
41
УДК 675.023
Ф. С. Шарифуллин, И. М. Нуриев ВЛИЯНИЕ ПЛАЗМЕННОЙ ОБРАБОТКИ НА ХАРАКТЕРИСТИКИ КОЖЕВОЙ
ТКАНИ МЕХОВОЙ ОВЧИНЫ В ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫХ ПРОЦЕССАХ
Ключевые слова: меховая овчина, кожевая ткань, плазменная обработка, намокаемость, химические характеристики, физико-механические характеристики.
Определено, что полуфабрикат образца меховой овчины, полученный с применением плазменной обработки на стадиях подготовительных процессов, приобретает новое сочетание свойств: значительно улучшаются показатели структуры кожевой ткани при одновременном увеличении прочностных и пластических свойств.
Fur sheepskin, leather a fabric, plasma processing, wetting, chemical characteristics, physicomechanical characteristics.
Defined that the semifinished product of the sample of the fur sheepskin, received with application of plasma processing at stages of preparatory processes, gets a new combination of properties: structure indicators leather fabrics considerably improve at simultaneous increase durability and plastic properties.
Качество мехового материала во многом определяется химическими и физикомеханическими характеристиками свойств выдубленного полуфабриката, а также его способностью сохранять полученные свойства в период эксплуатации. Поскольку основные процессы мехового производства основаны на физико-химических взаимодействиях белков в водной среде с различными химическими материалами, то на стадии жидкостных обработок первостепенной задачей является повышение гидрофильных свойств меха и повышение его реакционной способности. Поэтому улучшение сорбционной способности меха и его реакционной активности повлечет значительное улучшение экологичности как самого мехового полуфабриката, так и производства в целом.
Для решения данной задачи наибольший интерес вызывает исследование возможности применения плазмы высокочастотного емкостного (ВЧЕ) разряда пониженного давления. Плазма ВЧЕ-разряда позволяет проводить объёмную обработку капиллярно-пористых материалов на различных стадиях выделки, регулируя тем самым технологические и эксплуатационные свойства материала в зависимости от назначения [1,2].
Объектом исследования выбрана кожевая ткань меховой овчины мокросоленого способа консервирования. Плазменная обработка образцов проводилась на установке [2]. Входные параметры плазменной установки изменяли в следующих пределах: давление в рабочей камере Р от 13,3 до 26,6 Па, расход плазмообразующего газа G от 0,04 до 0,06 г/с , мощность разряда Wp от 0,4 до 2,2 кВт , время обработки т от 3 до 6 мин. В качестве плазмообразующего газа использовали аргон.
Влияние плазменной обработки на способность кожевой ткани сырья поглощать влагу определяли по показателю двухчасовой намокаемости (рис. 1).
Как видно из рис. 1 наибольшее увеличение намокаемости происходит при плазменной обработке сырья меховой овчины в режиме: GaproH=0,04 г/с, Р=26,6 Па, Wp=1,3 кВт, т=5 мин, что способствует наилучшей подготовке кожевой ткани меха к последующим технологическим процессам.
Увеличение намокаемости происходит вследствие нескольких причин. Во-первых, во время плазменной обработки происходит удаление загрязнений с поверхности шкуры; во-вторых, увеличение гидрофильности коллагена может быть связано с разрывом поперечных водородных связей между гидроксильными и пептидными группами, так как энергии ионов плазмы 20 - 90эВ достаточно для разрыва водородных связей, прочность которых составляет порядка 1эВ.
Рис. 1 - Изменение двухчасовой намокаемости кожевой ткани сырья меховой овчины в зависимости от мощности разряда и времени обработки (Оаргон=0,04г/с, Р=26,6Па). Значение двухчасовой намокаемости у контрольного образца составило 67,2 %.
Плазменная обработка в режиме ОарГОН=0,04 г/с, Р=26,6 Па, Wp=1,8 кВт, т=5 мин способствовала уменьшению компактности переплетения структурных элементов дермы, что увеличило сорбционную способность кожевой ткани меха (рис 2). Показатель степени обводнения кожевой ткани после отмоки у опытного образца выше контрольного на 5,8 %. Это подтверждает то, что плазменная обработка сырья повышает число взаимодействий активных центров структуры коллагена с молекулами воды.
и
и
о
72
71
70
69
68
67
О 66 65
□ Контрольный
1 Опытный
Рис. 2 - Изменение степени обводнения кожевой ткани меховой овчины после процесса отмоки с применением плазменной обработки (ОарГОН=0,04 г/с, Р=26,6 Па, Wp=1,8 кВт, т=5 мин)
Химические и физико-механические характеристики выдубленного полуфабриката (табл. 1) контрольных и опытных образцов определяли при массовой доли влаги в кожевой ткани не более 14 %.
Таблица 1 - Химические и физико-механические характеристики свойств выдубленного полуфабриката меховой овчины
Наименование показателя Значение показателя
ГОСТ 4661-76 Контрольный Опытный
Температура сваривания, оС не менее 65 83,5 88,2
Массовая доля влаги, % не более 14 10 10
Пористость - 52,8 60,4
рН водной вытяжки - О, 4,1 4,5
Массовая доля окиси хрома для шкур хромового дубления, % 0,8-1,8 1,64 1,78
Массовая доля золы, не более, % 10 6,6 8,6
Массовая доля несвязанных жировых веществ, % 10-20 17,2 15,6
Нагрузка соответствующая заданному напряжению 4,9 МПа - 3,4 4,68
Нагрузка при разрыве образца - 7,4 8,54
Предел прочности при растяжении, МПа не менее 9,8 10,62 11,43
Удлинение относительное при напряжении 4,9 МПа, % не менее 30 54,0 56,0
Удлинение относительное при разрыве образца, % - 76 82
Установлено, что между водостойкостью, характеризуемой понижением влагоемкости, и температурой сваривания существует прямая связь: после дубления снижается
ионизирующее действие полярных атомных группировок коллагена на поглощенные частицы воды, а образовавшиеся новые, более прочные поперечные мостики способствуют сохранению эффективной энергии поперечных водородных связей, обеспечивая тем самым повышение температуры сваривания.
Об улучшении термостойкости кожевой ткани опытного образца свидетельствует увеличение (на 4,7 оС) температуры сваривания и массовой доли окиси хрома (на 7,8 %). Повышенное содержание массовой доли золы (увеличение процентного содержания составляет 30,3 %) может быть объяснено тем, что основную массу минеральных веществ в кожевой ткани составляют дубящие вещества. Увеличение значения предела прочности при растяжении (на 7,6 %) и относительного удлинения при разрыве образца (на 7,8 %), характеризует то, что у опытного образца взаимное перемещение коллагеновых пучков и волокон (деформация) происходит при напряжении, обусловленного большей нагрузкой, то есть наряду с улучшением механической прочности коллагеновые волокна отличаются большей упругостью.
Фиксация пористости коллагена при испарении из него воды или другой пропитывающей жидкости является одним из важнейших показателей эффекта дубления. Низкий показатель пористости у контрольного образца (на 14,4 %) может свидетельствовать о
том, что в процессе его сушки усадка коллагена привела к сужению большего количества пор, то есть к такому сближению стенок капилляров, при котором в их зоне активные центры структуры, ранее связанные с молекулами воды, начинали взаимодействовать между собой. Что подтверждается процентным увеличением усадки в среднем на 13 %.
Таким образом, полуфабрикат опытного образца меховой овчины приобретает новое сочетание свойств: значительно улучшаются показатели структуры кожевой ткани при одновременном увеличении прочностных и пластических свойств.
Литература
1. Абдуллин И.Ш., Грузкова С.Ю., Красина И.В., Островская А.В., Тихонова В.П., Шарифуллин Ф.С. Исследование влияния низкотемпературной плазмы пониженного давления на волосяной покров и кожевую ткань шкур северного оленя / Вестник Казанского технологического университета. -Казань: "Отечество", 2003, С. 159 - 165.
2. Абдуллин И.Ш., Ахвердиев Р.Ф., Шаехов М.Ф. Неравновесная низкотемпературная плазма пониженного давления в процессах обработки натуральных полимеров / Вестник Казан. технол. унта. - 2003. - №2. - С. 348 - 353.
3. Абдуллин И. Ш., Желтухин В. С., Кашапов Н. Ф. Высокочастотная плазменно - струйная обработка материалов при пониженных давлениях. Теория и практика применения. - Казань: Изд - во Казан. гос. ун-та, 2000. - 348 с.
© Ф. С. Шарифуллин - канд. техн. наук, доц. каф. плазмохимических и нанотехнологий высокомолекулярных материалов КГТУ, [email protected]; И. М. Нуриев - асп. той же кафедры, [email protected].
