CC BY
10
УДК 539.612; 535:533.9 И. С. Мифтахов
ВЛИЯНИЕ ВЧ ИНДУКЦИОННОЙ ПЛАЗМЫ ПОНИЖЕННОГО ДАВЛЕНИЕ НА ИЗНОСОСТОЙКОСТЬ СВЕТОВОЗВРАЩАЮЩЕГО ТЕКСТИЛЯ
Ключевые слова: световозвращающий текстиль, ВЧИразряд пониженного давления, стекло, активация поверхности, конфокальная микроскопия, адгезия, световозвращающие элементы.
Рассмотрены перспективы повышения прочностных и функциональных свойств световозвращающих текстильных материалов путем применения различных полимерных связующих и ионно-плазменной активации стеклянного наполнителя. Установлено, что ВЧИ плазменная обработка способствует повышению износостойкости рефлектирующего текстиля специального назначения.
Keywords: reflective textiles, high-frequency induction discharge of low pressure, glass, surface activation, confocal microscopy, adhesion, reflective elements.
The prospects of increasing the strength and functional properties retroreflective materials textile by applying various polymer binder and ion-plasma activated glass filler. It is established that RFI plasma treatment contributes to wear resistance-reflectivity textiles for special purposes.
Области применения стекла, а также стеклообразных материалов охватывают многие сферы современной жизнедеятельности. Это бытовые, технические, медицинские, строительные материалы. Стекла находят применения в авиационной и космической технике [1]. В процессе изготовления и переработки стеклянный бой также может быть использован в качестве сырья для производства стеклянных микрошариков, что позволяет решить такие проблемы, как необходимость утилизации долгосрочно хранимых, экологически не перерабатываемых отходов, снизить экономические, энергетические затраты на производство. Одним из способов переработки стеклянного боя для создания стеклянных микрошариков требуемых фракций могут служить электрофизические методы. Полученные таким образом стеклошарики в дальнейшем используются в качестве рефлектирующей составляющей световозвращающего текстиля - попадающий на стеклянный наполнитель свет отражается от границ раздела стекло-связующее. Подобный текстиль относится к разряду сигнальных материалов и активно используется в агрессивных климатических условиях, что требует особого внимания к износостойкости материала. Данный вопрос уже поднимался в работе [2].
В данном исследовании изучалась зависимость влияния выбора связующего, а так же метода нанесения световозвращающих микрошариков на износостойкость текстиля специального назначения, полученного с применением плазмомодифицирован-ных стеклянных элементов.
В ходе эксперимента при создании лабораторных образцов световозвращающего материала использовали стеклошарики дисперстностью 10-60 мкм, производство ООО "Дорстекло" и три вида связующего: дисперсия стирол-акриловая "Лакротэн Э-64", ПВА и нитроцеллюлозный лак (НЦ) для отделки натуральной кожи. В качестве подложки использовали полиэфирную текстильную ленту производства ООО "Квинта Казань".
На первом этапе были подготовлены модельные образцы лент с целью выявления наиболее эффек-
тивного связующего. Полученные образцы исследовались методом конфокальной лазерной сканирующей микроскопии (КЛСМ) на микроскопе Olympus Lext 4100, микрофотографии которых представлены на рис. 1.
в
Рис. 1 - Микрофотографии образца опытного сигнального текстиля с использованием следующего связующего: а - лакротэн Э-64; б -ПВА; в - НЦ, х1000
В виду результатов КЛСМ-микроскопии, а так же органолептической оценки образцов, в дальнейших экспериментах отказались от использования связующего "лакротэн Э-64" по причине снижения эластичности полученных образцов. Также, неравномерное распределение микорстеклошариков (МСШ) и образование ими агломератов, предположительно было связано с наличием на их поверхности силанового аппрета, обладающего гидрофобными свойствами, который может быть удален путем выдерживания в этаноле [3].
Дальнейшее исследование износостойкости проводилось с использованием двух связующих: НЦ и ПВА. Сравнивались исходные образцы и предварительно очищенные от силанового аппрета. Абразивные испытания проводились при помощи абрази-метра ТаЬега 5155, проводящего истирание плоских образцов в соответствии с ГОСТ Р 51552 [4]. Влияние абразивного истирания оценивалось по потере массы и методом КЛСМ-микроскопии, полученные данные приведены в таблице 1-2 и рис. 2.
в г
Рис. 2 - Микрофотографии образца световозвра-щающего материала с применением исходных МСШ до и после истирания а, б - со связующим НЦ; в, г - со связующим ПВА, х1000
Таблица 1 - Уменьшение массы образцов с использованием исходных МСШ при испытании на истирание в зависимости от типа связующего
Кол-во НЦ ПВА НЦ ПВА
оборотов Масса, г Процент потери
массы
0 2,0275 1,6871 3,29%; 6%
100 1,9771 1,5945
200 1,9608 1,5859
Таблица 2 - Уменьшение массы образцов с использованием МСШ без силанового аппрета при испытании на истирание в зависимости от типа связующего
Кол-во НЦ ПВА НЦ ПВА
оборотов Масса, г Процент по-
тери массы
0 1,7344 1,2402 12 18
100 1,6007 1,0563
200 1,514 1,0111
Таким образом можно заключить, что модельные образцы световозвращающего текстиля чувствительны к образивной обработке и обладают не высокими значениями адгезии к связующим НЦ и ПВА
Исходя из полученных результатов и результатов, отмеченных в работе [2], предложено активировать стеклянный наполнитель перед нанесением на полимерное связующее с ионно-плазменной обработкой. На первом этапе в качестве модельных объектов использовались пластины стекла. Образцы размещались в рабочей камере над срезом плазма-трона и обрабатывались в следующих режимах: сила тока на аноде генераторной лампы составляла 1а =2,5 А; расход плазмаобразующего газа - аргона G=0,06 г/с; давление Р =50 Па, продолжительность обработки t = 5 мин; высота экспозиции образца над срезом плазматрона h=30 мм; плазмообразующий газ - аргон. Плазменная обработка проводилась на экспериментальной ВЧИ-плазменной установке, описанной в источнике [5].
После плазменной активации, пластины стекла покрывались выбранными связующими. Испытания адгезионной прочности по ИСО 4624 на приборе №ш!ек К^10. Результаты измерения приведены в табл. 3.
Таблица 3 - Результаты испытаний адгезионной прочности, г/см2
Образец Связующее
ПВА Лакротэн Э-64 НЦ
Без ВЧИ плазменной модификации 32,48 28,02 10,82
После ВЧИ плазменной модификации 15,92 28,66 14,64
Несмотря на то, что модельные опыты показали значительное уменьшение прочности адгезии стекла к ПВА, в дальнейших исследованиях износостойкости световозвращающих тканей решено было использовать два вида связующих: ПВА и НЦ, в виду улучшенных органолептических свойств - материал пластичный, световозвращающее покрытие равномерное по площади.
Для обработки световозвращающих стеклошари-ков в ВЧИ плазме пониженного давления, ВЧИ-плазменное оборудование дополнено порошковым дозатором для подачи дисперсного материала и улавливателем обработанных стеклошариков.
Режим обработки МСШ был аналогичен режиму, выбранному для модельных экспериментов, но в виду быстрого прохождения дисперсных частиц через ядро плазмы, время экспозиции не учитывалось.
Экспериментальные образцы текстиля с обработанными световозвращающими стеклянными элементами, были исследованы теми же методами, что и исходные, результаты абразивного истирания приведены на рис. 3 и табл. 4.
Таким образом, на основе проведенных исследований, можно сделать вывод, что ВЧИ плазменная обработка оказывает эффективное воздействие на адгезионную прочность стекла к полимерному свя-зающему. Однако при переходе от листового стекла
к дисперсным МСШ необходима детальная корректировка режимов, с учетом краткосрочного воздействия. Полученные результаты требуют продолжения исследований сцелью подбора конкретных режимов обработки, повышающих адгезионное взаимодействие дисперсного стеклянного наполнителя с полимерным связующим.
в г
Рис. 3 - Микрофотографии образца световозвра-щающего материала с применением ВЧИ модифицированных МСШ до и после истирания а, б -со связующим НЦ; в, г - со связующим ПВА, х1000
Таблица 4 - Результаты испытаний по уменьшению привеса образцов
Кол-во оборотов Вид связующего/масса гр. НЦ ПВА
НЦ ПВА Процент потери массы
0 1,1870 1,3736 21 5
100 1,0102 1,3147
200 0,9348 1,3039
Литература
1. ГОСТ 3514-94. Стекло оптическое бесцветное. Технические условия
2. Мифтахов И.С. Повышение механических свойств световозвращающих покрытий за счет плазменной высокочастотной обработки/ Вознесенский Э.Ф., Абдул-лин И.Ш., Нагмутдинова А.И., Горелышева В.Е., Шакуров И.И. // Вестник казанского технологического университета, 7, 83-86 (2016)
3. Б.Д. Степин, А. А. Цветков. Неорганическая химия: Учебник для химических и химико-технологических специальных вузов. — М. — ISBN 5-06-001740-0.
4. ГОСТ Р 51552-99. «Методы определения стойкости к истиранию текстильных материалов для защитной одежды»; Введен 2001-01-01; М: ИПК Издательство стандартов, 2000
5. Абдуллин, И.Ш. Высокочастотная плазменно-струйная обработка материалов при пониженных давлениях. Теория и практика применения / И.Ш. Абдуллин, В.С. Желтухин, Н.Ф. Кашапов. - Казань: Изд-во Казан. гос. ун-та, 2000. - 348 с.
© И. С. Мифтахов, аспирант кафедры плазмохимических и нанотехнологий высокомолекулярных материалов КНИТУ, fortmayn@mail.ru.
© 1 S. Miftakhov, Ph.D. Student of «Plasma-Chemical and Nanotechnology of High-Molecular Materials» Department, Kazan National Research Technological University, fortmayn@mail.ru.
