Применение плазменного метода модификации свойств высокомолекулярных материалов в производстве натуральных кож

УДК 675.6.06.014/533.9

И. Ш. Абдуллин, А. М. Мухаметшин, И. В. Красина ПРИМЕНЕНИЕ ПЛАЗМЕННОГО МЕТОДА МОДИФИКАЦИИ СВОЙСТВ ВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНЫХ МАТЕРИАЛОВ В ПРОИЗВОДСТВЕ

НАТУРАЛЬНЫХ КОЖ

В работе представлены результаты проведенных исследований, направленных на оценку воздействия высокочастотного разряда на кожевенное сырье, голье, и готовый полуфабрикат. Приведены зависимости характеристик исследуемых материалов от параметров ВЧ-разряда.

На сегодняшний день, в условиях развития жесткой конкуренции, как на внутреннем, так и на внешнем рынке изделий легкой промышленности, наблюдается необходимость изменения традиционных способов производства, с целью повышения качества готовой продукции до достижения того уровня, который бы соответствовал быстро растущим запросам потребителя. Следовательно, для предприятий, выпускающих слабо конкурентную продукцию, все актуальней становится поиск решения задач, связанных с производством высококачественных изделий. Известно, что качество изделий легкой промышленности во многом зависит от конструктивных решений, технологии их изготовления, от свойств применяемых материалов, и соответствия их комплексу требований эксплуатационного, гигиенического, защитного характера. Удовлетворение этому комплексу требований обеспечивается, прежде всего, соответствующими физико-механическими, физикохимическими свойствами материалов, а следовательно, одним из вариантов выхода из сложившейся ситуации, является оптимизация свойств материалов, используемых в производстве, изменение их свойств в заданном направлении.

В кожевенно-обувной промышленности, среди многообразия методов модификации свойств материала, выделяются электрофизические, как наиболее перспективные, и экологически чистые. Среди них, как уже хорошо зарекомендовавший себя в различных отраслях легкой промышленности, на порядок выше стоит плазменный метод модификации.

Целью работы являлось получение кожевенного полуфабриката с улучшенными эксплутационными свойствами за счет обработки сырья в высокочастотном (ВЧ) разряде пониженного давления.

Одним из основных процессов, определяющих качество последующих жидкостных операций в технологии производства натуральной кожи, является процесс обводнения кожевенного сырья - отмока. Он характеризуется степенью и скоростью обводнения. В качестве показателя, характеризующего степень отмоки, рассмотрена водонамокаемость сырья.

Обводненность обработанных ВЧ-плазмой шкур определялась через два часа выдержки их в воде при температуре 22оС и влажности воздуха- 55%. Необработанный образец сырья через два часа отмоки имеет намокаемость 25%.

Изменение режимов ВЧ-разряда заметно влияет на намокаемость сырья. На рис. 1,2 представлены изменения обводненности сырья мокросоленого способа консервирования от плотности тока и от времени воздействия плазмы.

н %

70

60

50

40

30

20

-Ж—Ж—

£Г О

0,4 0,!? 1,2 1,6 ]Ф, 10 А/м

О Р=80Па;  Р=66,6 Па -А-Р=53,3Па; —Р=40Па; Ж Р=26,6 Па.

Рис. 1 - Изменение обводненности м/с сырья от плотности тока

Р=80 Па; -в-Р=66,6 Па; -*-Р=53,3 Па; -*-Р=40 Па; -е-Р=26,6 Па.

Рис. 2 - Изменение обводненности м/с сырья от времени воздействия плазмы

Зависимости намокаемости мокросоленого сырья от давления в разрядной камере, плотности тока в разряде, времени воздействия ВЧ-плазмы как в атмосфере воздуха, так и в атмосфере аргона носят экстремальный характер, с увеличением численных значений перечисленных параметров намокаемость увеличивается.

Максимальное значение обводненности, равное 70%, наблюдается при давлении в разрядной камере -26,6 Па, времени воздействия ВЧ-разряда -300 с, плотности тока в раз-

5 2

ряде -1,0-10 А/м , расходе плазмообразующего газа - 0,06 г/с. Процесс обводнения не зависит от природы плазмообразующего газа. Следовательно, в промышленных условиях можно использовать более дешевый воздух.

Немаловажное значение в технологии кожи имеет процесс пикелевания, предназначенный для консервирования голья на длительный срок до дубления или для подготовки его к дублению соединениями хрома. Кислота, поглощаемая гольем из пикельного раствора, изменяет основность дубящих соединений хрома и, тем самым, регулирует весь процесс дубления. На рис.3 представлены кинетические кривые процесса пикелевания.

Согласно полученным данным, процесс пикелевания голья, предварительно обработанного ВЧ плазмой ускоряется. При этом свойства голья соответствуют ГОСТам, оно имеет белый цвет, шероховатое и нескользкое на ощупь, разрез голья в плотной части имеет молочно-белый цвет.

Также исследовалось изменение температуры сваривания образцов дермы после от-моки и после процесса дубления. Экспериментально установлено, что использование ВЧ плазменной обработки в сырье позволяет снизить температуру сваривания на 4% после от-моки, и получить готовый полуфабрикат с температурой сваривания на 10,5% больше чем у контрольного образца. Предварительная плазменная обработка кожевенного сырья перед

рН

5 4 3 2

1

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 I, ч

]ф=1,0-105 А/м2

Рис. 3 - Кинетические кривые процесса пикелевания (ВЧЕ-разряд, газ-воздух: Р= 40 Па; т= 540 с; 0= 0,12 г/с

-контрольный —в— ]ф=0,5'10 А/м

стадиями отмоки, пикелеванием позволяет интенсифицировать процессы: отмоку - в 5-6 раз, пикелевание - в 1,5-2 раза. Исходя из полученных данных, можно сделать следующие выводы: применение ВЧ- плазмы в технологии выделки натуральных кож, позволяет сделать существенный скачок в развитии кожевенно-обувной промышленности на пути к созданию кожевенных материалов нового поколения с заданными потребительскими свойствами.

Экспериментальная часть

Для исследования процесса отмоки сырья в работе использовались шкуры бычины мокросоленого способа консервирования.

Эксперименты проводили на экспериментальной плазменной установке [1], состоящей из ВЧ генератора, ВЧ плазмотрона, системы газоснабжения и, вакуумной камеры и измерительной аппаратуры.

Параметры ВЧ-обработки менялись в следующих диапазонах: плотность тока в раз-

52

ряде от 0 до 1,6-10 А/м , давление в разрядной камере от 13,3 до 100 Па, расход плазмообразующего газа от 0 до 0,06 г/с, в качестве плазмообразующего газа использовался аргон и воздух [2].

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 высокомолекулярных материалов, прошедших плазменную обработку и контрольных (без плазменной обработки). Исследовались такие характеристики как обводненность, температура сваривания, и изменение скорости протекания ряда жидкостных процессов.

Литература

1. И.Ш.Абдуллин, В.С. Желтухин, Н.Ф.Кашапов. Высокочастотная плазменно-струйная обработка материалов при пониженных давлениях / Казанский ун-т. 2000.

2. Махоткина Л.Ю. Влияние потока высокочастотной низкотемпературной плазмы на свойства натуральных кож: Автореф. дисс. ... канд. техн. наук. / КГТУ. - Казань 1999.

© И. Ш. Абдуллин - д-р техн. наук, проф. зав. каф. технологии кожи и меха КГТУ; А. М. Муха-метшин, И. В. Красина - докторант каф. технологии кожи и меха КГТУ.