Повышение прочности материалов с мембранным покрытием с помощью неравновесной низкотемпературной плазмы

ТЕХНОЛОГИЯ МАТЕРИАЛОВ И ИЗДЕЛИЙ ТЕКСТИЛЬНОЙ И ЛЕГКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

УДК 687.023:678.7

И. Ш. Абдуллин, Р. Г. Ибрагимов, О. В. Вишневская, В. В. Вишневский, Н. В. Осипов

ПОВЫШЕНИЕ ПРОЧНОСТИ МАТЕРИАЛОВ С МЕМБРАННЫМ ПОКРЫТИЕМ

С ПОМОЩЬЮ НЕРАВНОВЕСНОЙ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ПЛАЗМЫ

Ключевые слова: плазма, модификация, мембрана, материал с мембранным покрытием, гидрофобность, прочность, разрывная нагрузка, относительное удлинение при разрыве, газопроницаемость, паропроницаемость, водоупорность.

Для повышения качества материалов с мембранным покрытием и усовершенствования технологии производства, рассмотрена возможность плазменной модификации данных материалов с целью повышения их прочности. Установлено, что воздействие неравновесной низкотемпературной плазмы (ННТП) на материалы с мембранным покрытием, позволяет увеличить их разрывную нагрузку, относительное удлинение при разрыве, паропроницаемость, газопроницаемость и водоупорность.

Keywords: plasma, modification, the membrane material with membrane coating, hydrophobicity, strength, breaking load, elongation

at break, gas permeability, water vapor permeability, water-resistant.

To improve the quality of materials with membrane coating and improvements production technology, considered the possibility of plasma modification of these materials in order to increase their strength. It is found that the impact of nonequilibrium low-temperature plasma (NNTP) for materials with a membrane coating can increase their breaking load, elongation at break, water vapor permeability, gas permeability and water-resistant nature.

Введение

Прочность - одно из важнейших свойств, влияющих на качество ткани. Прочность ткани зависит от прочности волокон, структуры пряжи и ткани и характера отделки ткани. Различные волокна обладают различной прочностью, что отражается и на прочности ткани. Ткани из более толстой пряжи, из пряжи повышенной крутки, из крученой пряжи (в два или три сложения) отличаются повышенной прочностью. Чем выше плотность ткани и чем чаще переплетения нитей основы и утка, тем выше прочность ткани. Одни отделочные процессы увеличивают прочность тканей (мерсеризация, аппретирование, увалка и др.), другие уменьшают (отваривание, беление, анилиновое крашение и др.).

Наиболее прочные ткани используют для изготовления мужской верхней одежды и спецодежды. Однако предел прочности ткани при растяжении не характеризует ее износостойкости. Например, шерстяные ткани обладают хотя и меньшим пределом прочности, чем хлопчатобумажные, но износостойкость их выше, что обусловлено свойствами шерстяных волокон. Безусловно, высокий предел прочности ткани при растяжении имеет большое значение, потому что этот показатель свидетельствует о качестве волокнистого материала и структуры ткани, от которых зависит срок ее эксплуатации. Предел прочности ткани при растяжении должен соответствовать нормам стандарта.

Одним из наиболее эффективных методов достижения заданных свойств материалов с мембранным покрытием являются различные способы их модификации, которые за счет

химического, физико-химического или физического воздействия на рабочую поверхность материала придают уже готовым изделиям новые свойства, необходимые в процессах эксплуатации уже готовых изделий. Модификация неравновесной низкотемпературной плазмой (ННТП) имеет следующие преимущества: экологичность, отсутствие значительной температурной нагрузки; отсутствие воздействия агрессивных химикатов на обрабатываемые материалы [1-6].

Экспериментальная часть

Эксперименты выполняются на установке ВЧ емкостного разряда пониженного давления, функциональная схема, которой описывается в [7]. Установление конкретных зависимостей выходных характеристик ткани от характеристик плазменной установки производится варьированием значений: расхода газа от 0 до 0,08г/с, напряжения (И) от 2,5 до 5, 5 кВт, рабочего давления газа (Р) 26,6 Па и продолжительности обработки (т) до 7 минут при частоте генератора 13,56 МГц. В качестве плазмообразующего газа используется смесь газов аргона с пропаном-бутаном соотношении 70% и 30%.

В качестве объекта исследования была выбрана ткань из 100% полиэстера (полиэтилентерефталат) «Алова» с мембранным покрытием в один слой [8-11].

Для определения закономерностей влияния ННТП на прочность материалов с мембранным покрытием, был проведен ряд лабораторных испытаний по ГОСТ 14236-81 на универсальной испытательной машине Shimadzu AGS-X (Япония).

Результаты и обсуждение

Анализ разрывной нагрузки и относительного удлинения показали, что в целом говорить об общих закономерностях изменения прочности сложно, можно лишь констатировать, что изменение может быть как в лучшую, так и в худшую сторону. В связи с этим при подборе режимов обработки материалов с мембранным покрытием необходимо учитывать возможность изменения прочности и относительного удлинения материалов в худшую сторону.

Результаты разрывной нагрузки и относительного удлинения материалов с мембранным покрытием в различных режимах представлены в таблице 1.

Таблица 1 - Значения разрывной нагрузки и относительного удлинения материала с мембранным покрытием «Алова» до и после обработки ННТП

№ Режим Разрывная нагрузка, Н Относительное удлинение, %

обработки По По По По

основе утку основе утку

1 - 251,9 138,1 42,8 77,1

2 и=2,5 кВ; 1=3 мин 295,9 207,4 44,6 100,3

3 и=2,5 кВ; 1=5 мин 294,9 194,5 40,2 98,7

4 и=2,5 кВ; 1=7 мин 297,1 175,9 43,9 87,4

5 и=3,5 кВ; 1=3 мин 259,1 188,5 38,5 86,7

6 и=3,5 кВ; 1=5 мин 263,8 172,4 42,6 79,7

7 и=3,5 кВ; 1=7 мин 240,2 167,9 37,8 80

8 и=4,5 кВ; 1=3 мин 259,4 193,4 42,7 90,8

9 и=4,5 кВ; 1=5 мин 264,4 188,9 40,6 85

10 и=4,5 кВ; 1=7 мин 257 167,7 35,3 84,6

11 и=5,5 кВ; 1=3 мин 247,2 166,7 37 85,5

12 и=5,5 кВ; 1=5 мин 255,6 202,7 40,1 90,2

13 и=5,5 кВ; 1=7 мин 264,2 169,2 35,7 82

Анализ результатов экспериментальных данных показал, что плазменная обработка приводит к повышению разрывной нагрузки материала с мембранным покрытием на 2-18% по основе и на 20-50% по утку; относительного удлинения при разрыве на 2,5-4,2% по основе и 3,330% по утку соответственно.

Плазменная обработка приводит к увеличению разрывной нагрузки материала с мембранным покрытием с увеличением времени

обработки, что, вероятно, связано с тем фактом, что при увеличении продолжительности обработки происходит увеличение воздействия ионного тока, что приводит к разогреву материала. Материал с мембранным покрытием, состоящий из полиэстера по своей природе термопластичен, т. е. после нагревания до температуры плавления и дальнейшего охлаждения не сохраняет первоначальные свойства. При продолжительной плазменной обработке происходит, вероятно, локальный разогрев поверхности волокон, что ведет к частичному переходу в вязко-текучее состояние -плавлению, а при завершении плазменной обработки (т.е. охлаждении образца) происходит стеклование оплавленных участков. Вероятно, это является одной из причин увеличения разрывной нарузки.

Заключение

В результате изучения влияния ННТП на материалы с мембранным покрытием были получены основные результаты экспериментального исследования, в ходе которых было выявлено, что плазменная модификация позволяет получать материал не только с повышенными эксплуатационными свойствами, как было изучено ранее в [8-11], но и с повышенной прочностью.

Работа выполнена в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы».

Литература

1. Абдуллин И.Ш., Ибрагимов Р.Г., Парошин В.В. ВЧЕ-плазма в технологии изготовления трубчатых ультрафильтров// Вестник Казанского технологического университета. 2012. N 15. С. 63-66.

2. Абдуллин И.Ш., Ибрагимов Р.Г., Парошин В.В., Зайцева О.В. Композиционные мембраны// Вестник Казанского технологического университета. 2012. N 15.С. 67-75.

3. Абдуллин И.Ш., Ибрагимов Р.Г., Парошин В.В., Зайцева О.В. Регенерация модифицированных композиционных мембран ВЧЕ-плазмой пониженного давления// Вестник Казанского технологического университета. 2013. N 3. С. 35-40.

4. Абдуллин И. Ш., Ибрагимов Р. Г., Зайцева О. В, Вишневский В.В., Осипов Н.В. Исследование регенерированных в ННТП полиэфирсульфоновых мембран методом ИК-спектроскопии// Вестник Казанского технологического университета. 2013. N 21. С. 168-170.

5. Abdullin I.S., Ibragimov R.G., Paroshin V.V., Zaitseva O.V. Régénération of polymeric membranes of high-frequency capacitive plasma of low pressure // 5th CESPC, 25-29 August 2013, Balatonalmadi, Hungary, 2013. Р 35.

6. Abdullin I.S., Gafarov I.G., Ibragimov R.G., Paroshin V.V., Zaitseva O.V. Surface modification of different materials in RF plasma discharge // 5th CESPC, 25-29 August 2013, Balatonalmadi, Hungary, 2013. Р 34.

7. Абдуллин И.Ш., Желтухин В.С., Кашапов Н.Ф. Высокочастотная плазменно - струйная обработка

материалов при пониженных давлениях. Теория и практика применения. - Казань: Изд - во Казан. ун -та, 2000. -348 с.

8. Абдуллин И.Ш. Модификация поверхности ткани с мембранным покрытием неравновесной низкотемпературной плазмой / И.Ш. Абдуллин [и др.]// Сборник тезисов Всероссийская конференция «Физика низкотемпературной плазмы» ФНТП-2014. -Казань. Издательство КНИТУ.- 2014.- С.54-58.

9. Абдуллин И.Ш., Нефедьев Е.С., Ибрагимов Р.Г., Зайцева О.В., Вишневский В.В., Осипов Н.В. Регулирование эксплуатационных свойств тканей с

мембранным покрытием// Вестник Казанского технологического университета. 2014. N 12.С. 34-36.

10. Абдуллин И.Ш., Ибрагимов Р.Г., Зайцева О.В., Вишневский В.В., Осипов Н.В. Современные ткани с мембранным покрытием// Вестник Казанского технологического университета. 2014. N 12.С. 37-41.

11. Абдуллин И.Ш., Нефедьев Е.С., Ибрагимов Р.Г., Зайцева О.В., Вишневский В.В., Осипов Н.В., Ахметшина Л.Р. Характеристика распределения пор по размерам в тканях с мембранным покрытием газодинамическим методом// Вестник Казанского технологического университета. 2014. N 12.С. 45-48.

© И. Ш. Абдуллин - д.т.н., проф., проректор по НР КНИТУ, зав. каф. ПНТВМ КНИТУ; Р. Г. Ибрагимов - к.т.н. доцент кафедры ТОМЛП КНИТУ, modif@inbox.ru; О. В. Вишневская - асп. каф. ПНТВМ КНИТУ, olesya-zef@yandex.ru; В. В. Вишневский - студ. КНИТУ; Н. В. Осипов - студ. КНИТУ.

© I. Sh. Abdullin - professor, vice rector for research KNRTU, head of the chair PNTMC KNRTU; R. G. Ibragimov - Ph.D. associate professor the department of TEMLI KNRTU, modif@inbox.ru; O. V. Vishnevskaya - - postgraduate student the department PNTMC KNRTU, olesya-zef@yandex.ru; V. V. Vishnevsky - student of KNRTU; N. V. Osipov - student of KNRTU.