Новые технологии и материалы легкой промышленности: IX Международная научно-практическая конференция

Новые технологии и материалы легкой промышленности: IX Международная научно-практическая конференция
Коллектив авторов

В сборнике статей представлены материалы IX Международной научно-практической конференции с элементами научной школы для студентов и молодых ученых «Новые технологии и материалы легкой промышленности», где отражены новые направления работ.

Новые технологии и материалы легкой промышленности: IX Международная научно-практическая конференция

Уважаемые коллеги!

От имени оргкомитета поздравляем участников и гостей с открытием IX Международной научно-практической конференции с элементами научной школы для студентов и молодых ученых «Новые технологии и материалы легкой промышленности»

Конференция предоставляет участникам возможность ознакомиться с научными направлениями родственных кафедр, научных центров легкой промышленности не только Российской Федерации, но и стран ближнего и дальнего зарубежья.

Мы уверены, что конференция пройдет в созидательной и творческой атмосфере, а принятые рекомендации будут способствовать укреплению научно-технического потенциала, интеграционных связей, использованию передового опыта развития легкой промышленности.

Желаем всем плодотворной и содержательной работы, установления новых деловых контактов, успехов и всего самого доброго!

    Оргкомитет

Актуальные проблемы химической технологии и экологии

ПЛАЗМА КАК ИНСТРУМЕНТ В ПРОЦЕССАХ ТЕКСТИЛЬНОГО И ШВЕЙНОГО ПРОИЗВОДСТВ

УДК 687.01

И.А.Гришанова, А.Ф.Гайсин, Д.А. Лукъянова

Казанский национальный исследовательский технологический университет

Назначение и условия эксплуатации изделий определяют материалы, из которых они изготовлены. На мировом рынке представлен широкий ассортимент натуральных и синтетических тканей с различными потребительскими свойствами, технического и специального назначения, например, геотекстиль, нанотекстиль и т.п.

В области производства волокнистых материалов в современной действительности произошли значительные структурные изменения, которые расширяют возможности их использования в различных отраслях промышленности. Многие виды тканей являются смесовыми, то есть содержат натуральные и синтетические волокна. Подобной комбинацией удается совместить преимущества тех и других материалов и компенсировать их недостатки, например, такие как гидрофобность, пиллингуемость, высокая осыпаемость, электролизуемость и др.

В научной технической литературе имеется большое количество публикаций, посвященных плазменной модификации поверхности текстильного материала с использованием плазмы, физико-химическим процессам, происходящим на их поверхности [1,2]. Так плазменные технологии могут использоваться для десорбции примесей (очистки поверхностей), поверхностной активации (активные частицы плазмы воздействуют на ткань на уровне волокон и, как следствие наблюдается глубокая модификация поверхности), травления (с целью придания шереховатости), нанесения покрытий(гидрофильных, гидрофобных/олеофобных).

В литературе к настоящему моменту имеется большое количество публикаций, посвященных плазменной модификации текстиля с использованием холодной плазмы. [35]. Установлено, что плазменная модификация приводит к различным видам функционализации поверхности (улучшению смачиваемости, способности к окрашиванию, огнестойкости, водооталкиванию, несминаемости, антисволачиваемости и д.р ). Получение того или иного эффекта зависит от природы волокна, плазмаобразующей среды, параметров и длительности обработки.[3] Плазменная модификация в среде неполимеризующихся газов предотвращает образованию побочных продуктов и осаждение макромолекул на поверхности текстиля. Успешно осуществляется привитая полимеризация в вакууме. Например, хлопчатобумажная пряжа с привитым полимером 2-гидроксиэтилметакрилат имеет более высокую прочность на разрыв, чем исходная.[5].Напыление из газовой фазы плазмы ультратонких слоев может придать материалу гидрофильно/гидрофобные свойства в зависимости от мономера[6].

Плазменная вакуумная модификация в среде неполимеризующихся газов предотвращает образованию побочных продуктов и осаждение макромолекул на поверхности текстиля. Успешно осуществляется привитая полимеризация вакууме. Например, хлопчатобумажная пряжа с привитым полимером 2-гидроксиэтилметакрилат имеет более высокую прочность на разрыв[4]. Напыление из газовой фазы плазмы ультратонких слоев может придать материалу гидрофильно/гидрофобные свойства в зависимости от мономера[5]. Получение того или иного эффекта зависит от природы волокна, плазмаобразующей среды, параметров и длительности обработки.

Модифицированные волокна применяются как для получения однокомпонентных текстильных материалов, так и могут входить в состав смесовых, при этом путем модифицирования достигают требуемых свойств, а плазменная технология способствует замене жидкостных способов обработки ткани на сухие и полусухие способы.

С помощью плазмы низкого давления удается получить эффекты, не достижимые при традиционных технологиях и достичь более продолжительного срока действия полученных эффектов, снизить затраты на производственный процесс, уменьшить загрязнение окружающей среды и энергозатраты [3,5].

Плазменная обработка текстильного материала может проводиться при различных давлениях (от высокого вакуума до атмосферного), однако при увеличении давления плазма изменяется от холодного нетермического разряда до горячего термического разряда [2]. В связи с этим плазменные технологии пониженного давления является наиболее распространенными в тех областях, где плазма является основным инструментом производства. В текстильной отрасли так же желательно проводить процесс ниже температуры T=100 °C. Более того, вакуумная обработка может проводиться в различных плазмообразующих газах (от инертных до кислородосодержащих и их смесей), котрыми легче управлять, нежели системой атмосферного давления. Вместе с тем большие эксплуатационные и капитальные затраты на вакуумное оборудования, несовместимость этой технологии до последнего времени с поточной обработкой тканей ограничивают её использование в текстильной промышленности.

Значительно больший интерес для текстильщиков представляет использование ионизированных газов при атмосферном давлении. При этом с текстилем совместимы три типа плазмы: коронной, диэлектрический барьерный и тлеющие разряды,. в то время как в режиме низкого давления совместимости один вид плазмы – тлеющий разряд [6].

Все текстильные материалы (натуральные, синтетические) могут быть модифицированы в плазме атмосферного давления. Однако обработка в атмосфере воздуха коронным разрядом является наименее эффективной для улучшения смачиваемости и адгезии, более того эффект плазменной обработки снижется со временем.

При осуществлении модификации с регулируемым составом газа возможности плазмы атмосферного давления возрастают. Выбор плазмы атмосферного давления будет определяться требуемым видом функционализации поверхности, технологии и коммерческими показателями.

В наши дни значительно больший интерес представляют электрические разряды при атмосферном давлении между твердым и жидким электродами. Анализ литературы свидетельствует, что электрические разряды между струйным электролитическим катодом и твердым анодом практически не изучены. В этой связи проведены исследования на экспериментальной установке по изучению влияния электрического разряда на гидрофильность сверхмодульных полиэтиленовых волокон (производство Китай). Полученные данные свидетельствуют, что при режимах обработки: напряжение U=2 кВ, длительность обработки t=1с, объем электролита V=10 л, капиллярность волокон изменяется от 0 до 72 мм. Эти данные позволяют сделать заключение о перспективности модификации материалов при рассмотренном способе обработке в условиях атмосферного давления.

Литература

1. Перепелкин К.Е. Армирующие волокна и волокнистые полимерные композиты. – М.: НОТ, – 2009. – 380с.

2. Оулет Р., Барбье М., Черемиссинов П. и др. Технологическое применение низкотемпературной плазмы. Пер.с анг. – М.: Энергоатомиздат, – 1983. – 144с.

3. Шарнина Л.В., Телегина Ф.Ю. Текстильный материал как объект плазменной обработки. Гидрофилизация поверхности //Известия Вузов: Химия и химическая технология. – 2008. – Т.51. – Вып.3. – С.86-90.

4. Сергеева Е.А., Гришанова И.А., Абуталипова Л.Н., Илюшина С.В. Оптимизация режимов низкотемпературной плазменной обработки высокомодульных полиэтиленовых волокон //Весник Казанского государственного технологического университета. № 7. – Казань: КГТУ, 2010. – 94-98с.

5. Johansson K. Plasma modification of natural cellulosic fibres // Plasma technologies for textiles R. Shishoo. – CRS Press,2007. – C. 267.

6. Bradley J. W., Bryant P. M The diagnosis of plasmas used in the processing of textiles and other materials// Plasma technologies for textiles R. Shishoo. – CRS Press, – 2007. – C. 25.

ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ МОДИФИКАЦИИ НЕТКАНЫХ МАТЕРИАЛОВ ВЧ ПЛАЗМОЙ ПОНИЖЕННОГО ДАВЛЕНИЯ

УДК 677.3:533.9.01

Л.Р. Джанбекова, В.С. Желтухин, И.Ш. Абдуллин

ФГБОУ ВПО "КНИТУ", г. Казань

Эффективным способом модификации различных материалов, в том числе кожи, меха и тканей, является обработка в неравновесной плазме высокочастотного емкостного (ВЧЕ) разряда пониженного давления [1]. Воздействие плазмы позволяет придавать изделиям из кожевенно-меховых материалов гидрофильные или гидрофобные свойства, улучшать физико-химические свойства, технологические и эксплуатационные характеристики. Широкий диапазон возможных видов модификации обеспечивается особенностями взаимодействия ВЧ плазмы пониженного давления с материалами.

Исследования плазменного воздействия на нетканые материалы на базе натуральных полимеров (обувные и технические картоны, войлоки) показали, что изменение их свойств не всегда может быть описано уже известными способами [2-3]. Это связано с тем, что структура нетканых материалов является более сложной, чем структура изученных ранее капиллярно-пористых объектов легкой промышленности, так как на многоуровневую структуру последних накладывается еще один структурный уровень – материала в целом.

Разработанная физическая модель позволила сформулировать научные положения об основном механизме плазменной модификации нетканых материалов на базе отходов кожевенно-мехового производства. Физическая модель заключается в следующем. Вследствие большей подвижности электронов по сравнению с ионами, образец нетканого материала, помещенный в ВЧ плазму пониженного давления, приобретает отрицательный заряд, а из-за колебаний электронного газа в окрестности образца возникает слой положительного заряда (СПЗ) толщиной 1,5-2 см. Ионы плазмы ускоряются в электрическом поле СПЗ до энергии 70-100 эВ и бомбардируют поверхность образца.

Нетканые материалы обладают развитой пористой и капиллярной структурой. Поэтому, в отличие от обработки материалов сплошной структуры электроны ионы плазмы проникают в них на значительную глубину. При этом электроны создают слои объемного отрицательного заряда, а ионы, передавая свою кинетическую энергию и энергию рекомбинации молекулам материала, модифицируют свойства поверхностных слоев образца.

Вследствие колебаний электронного газа, толщины СПЗ и, соответственно, потенциалы СПЗ с противоположных сторон образца осциллируют в противофазе друг с другом. На этот эффект накладываются колебания плотности объемного заряда, возникающие по следующей причине. Поток ионов на поверхность образца практически постоянен, поскольку тяжелые ионы не успевают реагировать на ВЧ колебания поля и дрейфуют в постоянном поле СПЗ. Электроны же попадают внутрь нетканого материала в течение лишь той части периода колебаний ВЧ электромагнитного поля, когда вектор напряженности электрического поля направлен от образца.

Колебания потенциалов СПЗ с противоположных сторон образца нетканого материала в совокупности с колебаниями объемного заряда являются причиной возникновения в объеме обрабатываемого высокочастотного электрического поля напряженностью ~10

-10

В/м. Натуральные биополимеры (кератин, коллаген и целлюлоза), являющиеся основными компонентами войлока или картонов, поляризуются в этом электрическом поле. Вследствие небольшой энергии ионизации полимеров и малой работы выхода электронов, во внутренних объемах между волокнами шерсти в войлоке, фрагментами кожи и крафт-целлюлозы в картонах, а также в макро-, микро- и нанопорах этих материалов возникают электрические разряды.

Заряженные частицы, появляющиеся в результате разрядов во внутренних промежутках нетканых материалов, рекомбинируют на внутренних поверхностях с выделением энергии рекомбинации от 12,1 до 20,2 эВ, в зависимости от вида ионов. Гашение кинетической энергии заряженных частиц в приповерхностных слоях нетканых материалов и выделение энергии рекомбинации на внешних и внутренних поверхностях приводят к разрыву слабых поперечных водородных связей и связей, образованных силами Ван-дер-Ваальса, конформации полимерных цепей, изменению упорядоченности как в макромолекулах коллагена и целлюлозы, так и в надмолекулярных структурах, и, как следствие, изменению физико-механических и эксплуатационных характеристик материала в целом.

Разработанные на базе физической модели научно-технологические основы получения нетканых материалов на основе отходов кожевенно-мехового производства, модифицированных неравновесной низкотемпературной плазмой, позволяют прогнозировать эксплуатационные и физико-химические свойства материала независимо от структуры и классов компонентов, входящих в состав нетканого материала, а также обосновывают режимы плазменной модификации, позволяющие достигать заданных параметров свойств нетканого материала.

Литература

1. 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. ун-та, 2000. – 348 с.

2. Вознесенский, Э.Ф. ВЧ плазменная модификации надмолекулярной структуры натурального коллагенсодержащего материала / Э.Ф. Вознесенский, Г.Р. Рахматуллина, И.Ш. Абдуллин, И.В. Красина // XXXVII Звенигородская конф. по физике плазмы и УТС: сб. тезисов докладов. – Звенигород, 2010. – С. 267.