Влияние плазменной обработки в среде кислорода на физико-механические свойства трикотажных полотен

УДК 677.027

И. Ш. Абдуллин, А. А. Азанова, Г. Н. Нуруллина,

Я. В. Ившин

ВЛИЯНИЕ ПЛАЗМЕННОЙ ОБРАБОТКИ В СРЕДЕ КИСЛОРОДА НА ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ТРИКОТАЖНЫХ ПОЛОТЕН

Ключевые слова: плазменная обработка, хлопковое волокно, физико-механические свойства.

В статье показаны результаты исследования физико-механических свойств хлопчатобумажных трикотажных полотен после плазменной обработки. Показано, что плазменная обработка в среде кислорода вызывает увеличение разрывной нагрузки до 30%.

Keywords: рlasma processing, cotton fiber, physical and mechanical properties.

The article shows the results of investigations of physical and mechanical properties of cotton knitted fabrics after plasma treatment. It is shown that plasma treatment in oxygen causes an increase in breaking strength of up to 30%.

Плазменная обработка является перспективным методом модификации свойств текстильных материалов, которая позволяет придавать поверхности обрабатываемых материалов гидрофильные свойства. Это обуславливает ее эффективность в жидкостных процессах [1]. Однако не всегда улучшение одних свойств может сопровождаться улучшением других. Важность стабильности прочностных свойств активированных текстильных материалов вытекает из того, что в процессе отделки они подвергаются различного рода воздействиям [2]. Целью работы являлось исследование изменения физико-механических свойств текстильных материалов, а именно, хлопчатобумажных трикотажных полотен, после плазменной обработки.

Плазменную обработку проводили на опытно-промышленной установке ВЧЕ-разряда со следующими техническими характеристиками: частота 13,56 МГц, давление Р 13,353,3Па, расход плазмообразующего газа G 0,01-0,06г/с, мощность разряда Wp 0,1 - 2,5кВт. В качестве плазмообразующего газа выбран кислород, так как при его использовании достигаются максимальные значения гигроскопических свойств. Объектами исследования являлись хлопчатобумажные трикотажные полотна трех артикулов: М200 с поверхностной плотностью 169 г/м (хлопок - 100%), М1724 с поверхностной плотностью 276 г/м (хлопок -100%) и М109 с поверхностной плотностью 220 г/м (хлопок - 93%, «дорластан» - 7%). Для оценки физико-механических характеристик трикотажных полотен использовались полуцикловые разрывные характеристики: разрывная нагрузка Рн и относительное удлинение 8р. Испытания проводили по ГОСТ 8847 - 85 «Полотна трикотажные. Методы определения разрывных характеристик и растяжимости при нагрузках, меньше разрывных». Результаты экспериментов представлены в виде графиков зависимости разрывной нагрузки и относительного разрывного удлинения вдоль петельных столбиков от мощности разряда и продолжительности плазменной обработки (рис.1-2).

Стоит отметить, что после плазменной обработки образцы полотен органолептически воспринимаются жестче по сравнению с контрольными, имеют более шероховатую поверхность, существенно меньше закручиваются.

Данные экспериментальных исследований физико-механических свойств хлопчатобумажных полотен показывают, что плазменная обработка в выбранном диапазоне режимов вызывает увеличение разрывной нагрузки до 30% для полотен со 100% содержанием хлопка и до 22,3% для полотна, содержащего волокно «дорластан». Можно говорить о том, что, наличие волокна «дорластана» незначительно снижает эффект увеличения прочности. Полученные кривые зависимости разрывной нагрузки от мощности разряда и продолжительности плазменной обработки носят экстремальный характер,

максимальное увеличение разрывной нагрузки для всех видов полотен приходится на мощность разряда 1,2 кВт и продолжительность плазменной обработки 7 и 10 мин.

О 5 10 15 20 25

Продолжительность плазменной обработки

1, мин. б

а

Рис. 1 - Влияние мощности разряда (а) и продолжительности плазменной обработки (б) на разрывную нагрузку хлопчатобумажных трикотажных полотен

Плазменная обработка вызывает незначительное увеличение относительного разрывного удлинения полотен: арт.1724 на 11% при Wр=0,7кВт и арт. М109 на 7% при Wр=0,2кВт. Дальнейшее увеличение мощности разряда ведет к снижению относительного разрывного удлинения до значений ниже исходных. Продолжительность плазменной обработки незначительно влияет на относительное разрывное удлинение, однако, при обработке в течение 20 мин. так же наблюдаются значения ниже исходных. Это означает, что ужесточение условий обработки вызывает снижение эластических свойств хлопкового волокна, предположительно, за счет упорядочивания структуры и уменьшения аморфных участков. Как показывают данные рентгенографического анализа, степень кристалличности обработанного плазмой хлопкового волокна составляет 49%, а исходного - 42%, что связано с изменением пространственной упаковки молекул целлюлозы в целом или отдельных звеньев [1].

О 5 10 15 20

Продолжительность плазменной обработки г, мнн

б

а

Рис. 2 - Влияние мощности разряда (а) и продолжительности плазменной обработки (б) на относительное разрывное удлинение хлопчатобумажных трикотажных полотен

Причиной увеличения прочностных характеристик можно назвать несколько факторов. Во-первых, как предполагают авторы [2], увеличиваются силы сцепления отдельных нитей в структуре материала за счет развития рельефа их поверхности, вызванным травлением. Во-вторых, упорядочивается структура целлюлозы и образовываются новые межмолекулярные связи. Однако с увеличением мощности разряда и продолжительности плазменной обработки над процессами образования связей начинают преобладать процессы разрушения связей и происходит деструкция, а в данном случае, преимущественно окислительная, т. к. обработка происходит в среде кислорода.

Таким образом, плазменная обработка в среде кислорода в диапазоне параметров Wр=0,2 -1,6кВт, 1=1-7 мин. вызывает увеличение прочности хлопчатобумажных трикотажных полотен обоих видов и не влечет уменьшение относительного разрывного удлинения.

Литература

1. Азанова, А.А. Плазменная модификация структуры хлопчатобумажных трикотажных полотен / А. А. Азанова, Г.Н. Нуруллина, И.Ш. Абдуллин // Вестник Казан. технол. ун-та. - 2011. - Т. 14, №4. -С 283-284.

2. Применение тлеющего разряда в текстильной и строительной промышленности: монография / М.В. Акулова [и др.] Иван. гос. хим.-тех. ун-т. Иваново, 2008 - 232с.

© И. Ш. Абдуллин - д-р техн. наук, проректор КНИТУ; А. А. Азанова - канд. техн. наук, доц. каф. моды и технологии КНИТУ, azanovi@rambler.ru; Г. Н. Нуруллина - ст. препод. той же кафедры, nur.guthel@inbox.ru; Я. В. Ившин - д-р хим. наук, проф. каф. технологии электрохимических производств КНИТУ.