Производство обувных материалов с использованием высокочастотной плазмы пониженного давления

УДК 675.6.06.014/533.9

И. Ш. Абдуллин, И. В. Красина, Л. Ю. Махоткина

ПРОИЗВОДСТВО ОБУВНЫХ МАТЕРИАЛОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ВЫСОКОЧАСТОТНОЙ ПЛАЗМЫ ПОНИЖЕННОГО ДАВЛЕНИЯ

Представлены результаты разработки специализированного оборудования и технологических процессов производства натуральной кожи для верха обуви, а также технология склеивания верха обуви с низом с применением плазменной обработки.

Перед кожевенно-обувной промышленностью остро стоит задача повышения конкурентоспособности выпускаемой продукции. Одним из эффективных путей повышения качества и устойчивости к различным воздействиям (атмосферным, бытовым, технологическим) изделий кожевенно-обувной промышленности является разработка технологий, позволяющих модифицировать свойства натуральной обувной кожи, не внося существенных изменений в последовательность методики производства кожи для верха обуви.

В легкой промышленности получила широкое применение модификация свойств натуральных и синтетических волокон низкотемпературной плазмой. Изучение и установление закономерностей взаимодействия неравновесной низкотемпературной плазмы с натуральной кожей для обуви обеспечит направленное изменение ее свойств и позволит разработать технологические процессы, позволяющие получать материалы с заданными высокими технологическими и эксплуатационными показателями.

Целью работы являлась разработка технологических процессов производства обувных материалов с применением плазменной обработки в емкостном (ВЧЕ) разряде пониженного давления, позволяющей интенсифицировать технологические жидкостные процессы и повысить качество продукции.

Для этого были исследованы свойства обувной кожи хромового дубления после плазменной модификации: намокаемость, смачиваемость, термостойкость, физико-

механические и адгезионные свойства. Экспериментально исследованы физикомеханические и тепловые свойства полимерных обувных материалов, прошедших плазменную обработку. Эффект плазменного воздействия определялся при сравнении свойств этих материалов со свойствами контрольных образцов. Для определения теплового воздействия потока плазмы на исследуемые материалы проведены измерения температуры образцов в процессе плазменной обработки. Установлено, что при обработке в ВЧЕ- разряде температура образцов была ниже температуры, приводящей к физическим фазовым изменениям (температуры деструкции). Более того, после струйной ВЧЕ- обработки в оптимальных режимах не только не происходит термической деструкции, но и увеличивалась температура деструкции сырья - на 30°С, голья - на 32°С, полуфабриката обувной кожи хромового дубления на - 10°С (рис.1).

Изменение характеристик физико-механических свойств кожевенных материалов после обработки в потоке ВЧЕ- разряда оценивали по величине предела прочности при растяжении СТр, прочности лицевого слоя СТл и устойчивости покрытия к многократному изгибу Ризг. Установлено, что в диапазоне изменения параметров плазменного воздействия Р=50-70Па, О=0-0.04гс"1, Рр=1-1.2кВт максимально изменяются механические свойства кожевенных материалов: увеличиваются СТр - на 25%, СТл на 25%, Ризг - на 36%.

При увеличении мощности разряда (1.5-2 кВт) и длительности воздействия плазмы (420с) микроструктура дермы становится морфологически более однородной, гладкой, что является одной из основных причин повышения гидрофоб-ности кожи при данном виде модификации.

С течением времени эффект плазменного воздействия на свойства кожи уменьшается.

Через 8-10 дней намокаемость снижается до уровня необработанного образца.

Данные изменения

свойств объясняются тем, что модификация натуральной кожи происходит за счет рекомбинации заряженных частиц на поверхности и бомбардировки ее низкоэнергетическими ионами с энергией 60-70эВ и плотностью их потока от 0,5 до 0,9 Ам" . При этом разряд горит и в порах кожи, что дает возможность реализовать объемную обработку. Таким образом, струйная плазменная обработка полуфабриката кожи приводит к разделению волокнистой структуры дермы и изменению извитости пучков волокон.

Эксплуатационные свойства кожи для верха обуви во многом определяются качеством покрывного крашения, которое зависит не только от свойств покрывных композиций, но и от адгезионных свойств кожи. После плазменной обработки полуфабриката “краст” в режиме: плазмообразующий газ - аргон, расход газа - 0=0.04 гс-1, Р=55 Па, 1=180 с, Рр=1 кВт -адгезионная прочность покрывной пленки к коже возрастает в 1.5-6 раз. Дубленый полуфабрикат кожи, обработанный в ВЧЕ- разряде, сохраняет повышенные адгезионные свойства, приобретенные за счет плазменного воздействия, в течение 9-10 дней. Плазменная обработка дает возможность управлять не только адгезионными свойствами отдельных материалов, но и прочностью адгезионных соединений системы кожа - полимерный материал (кожа-покрывная пленка, верх обуви из натуральной кожи - подошва из полимерного материала).

Анализ полученных данных показал, что обработка потоком плазмы позволяет, варьируя входные параметры, улучшать сразу несколько характеристик исследуемых материалов. Достижения максимальной прочности кожи для верха обуви можно достичь одновременно с увеличением гидрофильности и теплостойкости.

За счет изменений, происходящих в волокнистой структуре дермы, ускоряются жидкостные процессы (в 1.5 - 5 раз), что позволяет их значительно интенсифицировать. Таким образом, применение плазменной обработки в процессе производства высококачественной кожи для верха обуви требует внесения определенных изменений в существующий технологический процесс и создания нового техпроцесса.

Авторами разработана плазменная установка для обработки кожевенных шкур в виде сырья, голья и полуфабрикатов, на которой рекомендуется проводить плазменную обработку кожевенных материалов перед проведением жидкостных процессов.

Рис. 1 - Влияние мощности разряда на температуру сваривания сырья и полуфабриката на разных стадиях производства кожи для верха обуви

Равновесная степень обводнения мокросоленого сырья после плазменного воздействия достигается за 2.5 часа, сухосоленого - за 4 часа. Введение плазменной обработки полуфабриката в режиме: Р=55Па, 1=180с, 0=0.04гс-1, Рр=1.15кВт - перед процессом золения приводит к разделению микро- и макроструктуры дермы, что позволяет сократить продолжительность процесса золения в 2 раза. При заданных условиях золения (температура, концентрация зольной жидкости, механические воздействия - вращение и покой аппаратуры) необходимая прозоленность голья по традиционной технологии достигается через 12 часов. После предварительного воздействия ВЧЕ- разряда на сырье аналогичная прозоленность достигается через 6-6.5 часа золения.

ВЧЕ- обработка перед процессом обеззоливания при Р=55Па, 1=180с, 0=0.04 гс-1, Рр= 1.15 кВт в аргоновой плазме позволяет увеличить проникновение химреагентов в полуфабрикат в 2 раза, время процесса обеззоливания кожевенного полуфабриката сокращается в 3 раза.

Процесс пикелевания голья, предварительно обработанного ВЧ- плазмой в режиме: Р=55Па, 1=180с, 0=0.04 гс-1, Рр=1.15 кВт, ускоряется в 1.5 -2 раза по сравнению с необработанным гольем. При этом свойства голья соответствуют ГОСТам, оно имеет белый цвет, шероховатое и не скользкое на ощупь, разрез голья в плотной части имеет молочно-белый цвет.

Плазменная обработка пикелеванных кожевенных материалов в режиме: плазмообразующий газ- аргон, расход газа 0=0.04 гс-1, Р=55 Па, 1=180 с, Рр=1. 1 кВт - положительно влияет на процесс дубления. Уже через 4 часа дубления образец выдерживает анализ на КИП и температура деструкции достигает необходимой величины (104°С), тогда как температура деструкции контрольных образцов составляет в этот момент только 97°С. Таким образом, продолжительность процесса дубления кожи, обработанной в плазме ВЧЕ- разряда, можно сократить на 3-4 часа. Этому способствует увеличение выбираемости солей хрома из дубящего раствора примерно на 30 %.

Поскольку плазменная модификация позволяет повысить адгезионные свойства кожи, так и полимерных материалов, то, исходя из полученных данных, предложен модернизированный техпроцесс крепления низа обуви клеевого метода. При обработке плазмой верха обуви после взъерошивания при двухразовой намазке адгезионная прочность клеевого соединения с подошвой из ПВХ увеличивается максимально на 90%, при одноразовой - на 83%, а с подошвой из черной пористой резины - на 62 и 52% соответственно (табл. 1).

Таблица 1 - Влияние низкотемпературной плазмы на прочность соединения верха обуви с подошвой

Вид Прочность соединения верха обуви с подошвой Р, Н

подошвы Контрольный 2- разовая намазка клеем 1- разовая намазка клеем

(по действующей технологии) Рр=1.0 кВт Р р= 1. 5 кВт Рр=1.0 кВт Рр=1.5 кВт

Черная пористая 36.16 53.73 61.81 52.78 58.31

резина

ПВХ 31.95 51.29 60.32 48.02 57.92

Использование ВЧЕ- обработки позволяет увеличить прочность адгезионных соединений деталей обуви при выполнении намазки клеем в один прием и сокращении вре-

мени на сушку клеевой пленки, что в целом приводит к уменьшению трудоемкости техпроцесса и повышению производительности.

Наибольший эффект плазменного воздействия достигается при введении плазменной обработки перед каждым жидкостным процессом, но такая схема существенно усложняет и удлиняет техпроцесс, что ведет к повышению себестоимости продукции.

Установлено, что при производстве кожи для верха обуви наиболее рационально проводить плазменную обработку по схеме, представленной на рис. 2.

Рис. 2 - Схема технологического процесса производства кожи для верха обуви с применением плазменной обработки

При такой технологической схеме не требуется внесения изменений в существующий базовый техпроцесс, вводится только плазменная обработка, которая в конечном итоге позволяет сократить на 30% время технологического цикла производства хромовой кожи для верха обуви. При этом расход химматериалов снижается в среднем на 20%, а это в свою очередь, снижает себестоимость выпускаемой продукции на 15% и повышает экологичность производства.

Экспериментальная часть

Для исследования выбрано сырье - выросток сухосоленого и мокросоленого способа консервирования, а также полуфабрикат на разных стадиях производства: голье, дубленый полуфабрикат “вет-блю”, полуфабрикат после красильно-жировальных процессов - “краст”, готовая кожа после покрывного крашения.

В качестве материалов для низа обуви выбраны поливинилхлорид марки ПЛП-2 и черная пористая резина марки В3.

Схема экспериментальной ВЧЕ- плазменной установки представлена в [1].

Погрешность результатов оценивалась с помощью методов статистической обработки экспериментальных данных при доверительной вероятности 0.95.

Методы исследований основаны на использовании стандартных и новейших методик и сопоставлении их результатов с известными теоретическими и экспериментальными данными других авторов.

Основные экспериментальные результаты получены с помощью комплекса физикомеханических и физических испытаний обувных материалов, прошедших плазменную обработку, и контрольных (без плазменной обработки). Исследовались прочностные характеристики, устойчивость к многократному изгибу, гидрофильность, термостойкость полуфабриката и готовой кожи, а также адгезия покрывной пленки и подошвенных полимерных материалов к коже для верха обуви.

Результаты измерений и исследований обрабатывались с применением методов математической статистики.

Литература

1. Абуталипова Л. Н. Физические основы взаимодействия неравновесной низкотемпературной плазмы с капиллярно-пористыми полимерными материалами легкой промышленности. Казань, 1997. 168 с.

© И. Ш. Абдуллин - д-р техн. наук, проф., зав. каф. технологии кожи и меха КГТУ; И. В. Красина -канд. техн. наук, докторант той же кафедры; Л. Ю. Махоткина - канд. техн. наук, доцент каф. технологии и конструирования швейных изделий КГТУ.