Исследование релаксационных свойств модифицированных капиллярно-пористых материалов с помощью низкотемпературной плазмы

Е. В. Кумпан, И. Ш. Абдуллин, В. В. Хамматова

ИССЛЕДОВАНИЕ РЕЛАКСАЦИОННЫХ СВОЙСТВ МОДИФИЦИРОВАННЫХ КАПИЛЛЯРНО-ПОРИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ С ПОМОЩЬЮ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ПЛАЗМЫ

Ключевые слов: шерсть, текстильный материал, низкотемпературная плазма, релаксация.

В работе исследовано влияние низкотемпературной плазмы на релаксационные свойства чистошерстяных текстильных материалов, способствующей увеличению доли упругой части полной деформации, что приводит к повышению формоустойчивости одежды.

Key words: wool, textile material, low-temperature plasma, the relaxation.

In work influence of low-temperature plasma on the relaxation properties of pure wool textile material, contributing to an increase in the proportion of the total elastic deformation, which leads to an increase in form stability of clothes.

Введение

Внешний вид одежды зависит от многих факторов, одним из определяющих, является

способность капиллярно-пористых материалов сопротивляться различным механическим воздействиям в процессе эксплуатации и восстанавливаться после них.

Изделия, изготовленные из материалов включающих в состав волокна шерсти обладают небольшой прочностью и значительным удлинением, действие небольших нагрузок в процессе

эксплуатации, расшатывает структуру материала и приводит к её ослаблению, происходящие при этом изменения в размерах и форме материала на

отдельных участках одежды значительно ухудшают внешний вид [1].

Изучение релаксационного процесса представляет большой интерес, а результаты

исследований могут использоваться при конструировании деталей одежды, её изготовления, при разработке новых материалов с улучшенными свойствами.

Целенаправленное улучшение свойств текстильных материалов имеет большое технологическое значение при изготовлении высококачественных швейных изделий. Поэтому повышение качества текстильных материалов невозможно без широкого внедрения новейших технологий обработки волокон и тканей.

Одним из направлений расширения и уменьшения деформации шерстяных текстильных материалов является их модификация. В настоящее время для модификации капиллярно-пористых материалов в легкой промышленности все чаще используются электрофизические методы, с использованием потока низкотемпературной плазмы высокочастотного емкостного (ВЧЕ) разряда пониженного давления [2].

Экспериментальная часть

Работа посвящена исследованию воздействия потока низкотемпературной плазмы на релаксационные процессы текстильных материалов включающих в состав волокна шерсти.

Исследования проводились на

чистошерстяной костюмной ткани. Модификация текстильного материала выполнялась с использованием высокочастотной плазменной установки при частоте генератора ^ = 13,56 МГц, мощности разряда Wр = 0,5 -2,0 кВт, давлении в вакуумной камере Р = 13 - 80 Па. В качестве плазмообразующего газа использовался аргон с расходом газа С = 0 - 0,08 г/с, временем воздействия 1 = 60 - 540 с.

Плазменная обработка текстильного материала осуществлялась между двумя параллельнорасположенными электродами равномерно по всей рабочей поверхности образца с лицевой и изнаночной сторон.

Для определения одноцикловых

характеристик деформации материала применяли релаксометр типа «стойка» работающий по принципу постоянной нагрузки на образцы размером 40*200 мм, вырезанных по основе, утку и под углом 45°. Измерения производили, подвешивая груз к нижнему (нагружающему) зажиму. Массу груза устанавливали от 1 до 15 % разрывной нагрузки. На верхнем зажиме прибора устанавливали тензометрический датчик линейных перемещений, позволяющий

преобразовывать механические параметры в электрические, фиксировать релаксацию усилия в цикле «нагрузка - разгрузка - отдых» воздействующую на материал. При испытании использовали устройство, разработанное в научноисследовательской испытательной лаборатории прочности и надежности конструкций летательных аппаратов КГТУ им. Туполева.

Датчик линейных перемещений, состоял из струнного реохорда и контактирующего со струнным реохордом токосъемника в виде пружинного электроконтакта, мостовой измерительной схемы и регистрируемого прибора. Датчик линейных перемещений выполнен в виде неподвижной станины с измерительной линейкой и двумя бабками с натянутым между ними реохордом из высокоомного материала, с кордовой нитью, протянутой через сквозные отверстия в бабках с возможностью свободного перемещения и одним концом прикрепленной к станине с помощью упругого

элемента, а другим концом непосредственно

связанной с нижним зажимом [3].

На рис. 1 представлен график,

характеризующий релаксационный процесс для чистошерстяной костюмной ткани по нитям основы и утка, состоящий из двух этапов: при воздействии нагрузки продолжительностью 10 с и восстановления материала после снятия груза.

Рис. 1 - Изменение во времени деформации растяжения чистошерстяной костюмной ткани при нагрузке и отдыхе

Анализ графика показал, что при нагружении чистошерстяной костюмной ткани контрольного образца и модифицированного низкотемпературной плазмой (НТП) массой 350 гр.-по основе, 270 гр. - по утку в течение 10 с, увеличивается удлинение модифицированных образцов по основе на 14%, по утку на 15%. После снятия груза, контрольный и модифицированный образец чистошерстяной костюмной ткани восстанавливается по длине, т.е. при эксплуатации изделия данная нагрузка не влияет на изменение форы изделия, так как бастровостанавливается, то есть доля быстрообратимой (упругой) части полной деформации выше медленнообратимой

(высокоэластической).

На рис. 2 представлен релаксационный процесс с увеличением массы нагружения на 50 гр. модифицированного чистошерстяного костюмного материала потоком низкотемпературной плазмы и контрольного образца по нитям основы и утка.

Рис. 2 Релаксация деформации чистошерстяной костюмной ткани

Из данных представленных на графике, видно, что при увеличении нагрузки растет полная деформация, и изменяются её части:

быстрообратимая, медленнообратимая и остаточная. После снятия груза по основе - 400 гр., по утку - 320 гр. контрольный образец костюмной чистошерстяной ткани не восстановился по длине в течение 10 с, доля медленнобратимой деформации выше

быстрообратимой (упругой) части полной

деформации. Модифицированный текстильный материал при нагружении такой же массой, что и контрольный образец, восстановился по длине после снятия нагрузки, тоесть доля упругой части полной деформации выше, чем у контрольного образца. Выводы

Таким образом, приведенные

экспериментальные данные показывают, что взаимодействие потока низкотемпературной плазмы с чистошерстяными текстильными материалами приводит к увеличению доли упругой части полной деформации. Из этого следует, что изделие выполненное из модифицированных тканей быстро восстанавливает форму и размеры при эксплуатации. Проявление полной деформации и её составных частей в значительной степени зависит от структуры ткани: вида переплетения, числа нитей на 10 см, волокнистого состава.

Воздействие потока низкотемпературной плазмы на текстильные материалы содержащие в составе волокна шерсти, способствует изменению микрорельефа поверхности волокна. Поверхность волокна шерсти изменяется, нарушается равномерность и регулярность расположения чешуек, за счет этого повышается трение и сцепляемость волокон, что приводит к упрочнению ткани, увеличению доли упругой части полной деформации и как следствие, способствует повышению формоустойчивости одежды [4-5].

Литература

1. Бузов, Б.А. Материаловедение в производстве изделий легкой промышленности: Учебник для студ. высш. учеб. заведений / Б.А. Бузов, Н.Д. Алыменкова.- М.: Издательский центр «Академия», 2004.-448с.

2. 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 Казанского ун-та, 2000. 348с

3. Свидетельство на полезную модель № 13575. Датчик линейных перемещений / Денисов Ю.А., Наумов В.П., Наумов А.В. КГТУ им. А.Н. Туполева. Из-во Москва 27.04.99.

4. Кумпан, Е.В. Повышение механических свойств текстильных материалов на основе натуральных и синтетических полимерных волокон модифицированных потоком высокочастотной плазмы пониженного давления / И.Ш. Абдуллин, В.В. Хамматова // Вестник Казан. технол. ун-та. - 2010. - № 10. - С. 166-169.

5. Залялютдинова, Г.Р. Формообразование изделий из высокомолекелярных материалов плазмсенной обработки/ И.Ш. Абдуллин, В.В. Хамматова // Вестник Казан. технол. ун-та. - 2010.-№10.-С.138-140.

© Е. В. Кумпан - канд. техн. наук, доц. каф. дизайна КНИТУ; И. Ш. Абдуллин - д-р техн. наук, проф., зав. каф. плазмохимических и нанотехнологий высокомолекулярных материалов КНИТУ, abdullin_i@kstu.ru; В. В. Хамматова - д-р техн. наук, проф., зав. каф. дизайна КНИТУ.