Высокочастотная плазма пониженного давления в производстве обуви

Н. В. Тихонова, И. Ш. Абдуллин, Л. Ю. Махоткина ВЫСОКОЧАСТОТНАЯ ПЛАЗМА ПОНИЖЕННОГО ДАВЛЕНИЯ

В ПРОИЗВОДСТВЕ ОБУВИ

Ключевые слова: температура сваривания, обработка, плазма, модификация, адгезия,

кожа. destruction temperature, processing, plasma, updating, adhesion, the skin.

В статье описаны возможности создания новых улучшенных свойств натуральной кожи для верха обуви и увеличения адгезионной прочности клеевого метода крепления деталей верха и низа обуви путем применения высокочастотной плазмы пониженного давления. In article possibilities of creation of the new improved properties of a genuine leather for top of footwear and increase in adhesive durability of a glutinous method of fastening of details of top and a bottom of footwear by application of high-frequency plasma of the lowered pressure are described.

В настоящее время перед производителями обувной промышленности остро стоит вопрос повышения качества и конкурентоспособности выпускаемого товара, насыщения на потребительском рынке отечественной обувью обновленного ассортимента с высокими потребительскими свойствами и товарным видом. Важнейшим процессом, влияющим на внешний вид, а значит и на конкурентоспособность изделий обувной промышленности является заключительная отделка натуральной кожи верха обуви, в частности процесс покрывного крашения кожи на стадии отделочного производства, и прочность крепления деталей верха обуви с низом в технологии изготовления обуви.

Одним из перспективных направлений совершенствования производства обуви является использование метода объемно-поверхностной модификации путем обработки ее на отдельных стадиях высокочастотной плазмой пониженного давления.

Целью работы является исследование влияния низкотемпературной неравновесной плазмы на повышение качества крашения натуральной кожи из шкур крупного рогатого скота (КРС) хромового дубления для верха обуви и увеличения адгезионной прочности крепления деталей верха обуви с низом в технологии изготовления обуви клеевого метода крепления.

Плазменная обработка проводилась на высокочастотной установке. Для создания плазмы использовался высокочастотный плазмотрон, состоящий из двух вертикальных электродов, расположенных непосредственно в вакуумной камере, между которыми зажигался разряд. Рабочий газ нагревался до состояния плазмы высокочастотным электромагнитным полем электродов, являющимися составной частью колебательного контура.

Входные параметры плазменной установки варьировались в следующих пределах: мощность разряда (Wp) 0,25-2,0 кВт; рабочее давление в разрядной камере (P) 13,3 -26,6 Па; расход плазмообразующего газа (G) 0,04-0,06 г/с; частота генератора (f) 13,56 МГц, продолжительность обработки (t) 1-9 мин. В качестве плазмообразующего газа

использовался аргон.

Плазменная обработка позволяет интенсифицировать технологический процесс производства натуральной кожи из шкур КРС хромового дубления для верха обуви и

придавать кожам целый комплекс улучшенных свойств при сохранении химического состава и строения молекулярной структуры.

Для установления закономерностей плазменного воздействия на красильно -жировальные процессы полуфабриката, определяли намокаемость, температуру сваривания, выбираемость дубителя и красителя из рабочих ванн.

Исследования способности полуфабриката поглощать влагу после плазменной обработки проводили при двухчасовой намокаемости. При этом выяснено, что увеличение намокаемости полуфабриката происходит до 7 %. На рис. 1 представлена зависимость изменения намокаемости кожевенного полуфабриката в зависимости от мощности разряда. Наибольшее увеличение намокаемости происходит при мощности 1,8 кВт и продолжительности обработки 5 минут.

7

6

= 5 £ 4

3 2

0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2

кВт

Рис. 1 - Изменение двухчасовой намокаемости кожевенного полуфабриката в зависимости от мощности разряда

Анализ выбираемости хрома определяли по оптической плотности. Результаты исследования представлены в табл. 1.

Таблица 1 - Показания оптической плотности содержания хрома в ходе процесса додубливания

Образцы дубильных растворов Относительная оптическая плотность, Д, дел.

Начальная Через 15 мин Через 30 мин Через 45 мин Через 60 мин

Без НТП обработки п/ф После НТП обработки п/ф 0,500 0,500 0,495 0,490 0,493 0,486 0,490 0,481 0,487 0,480

Плазменная обработка способствует повышению выбираемости хрома из дубильной ванны, сокращается расход хрома на 3 %, за счет придания полуфабрикату гидрофильных свойств.

Плазменная обработка повышает температуру сваривания полуфабриката, это происходит за счет увеличения выбираемости хрома, образования дополнительных связей хромовых комплексов с белком и упрочнения связей уже фиксированных белком

хромовых комплексов. Таким образом, повышение температуры сваривания полуфабриката, свидетельствует об изменении структуры полуфабриката под воздействием плазмы.

С целью выявления наилучших режимов плазменной обработки при покрывном крашении кож оценивали адгезионную способность кожи и механические показатели кожи. Влияние времени плазменной обработки кожи на адгезию покрывной пленки показано на рис.2. Адгезия покрытия к коже, как для шлифованной, так и для естественной кожи, при увеличении времени обработки от 0 до 3 мин растет, достигая своего максимального значения, с дальнейшим увеличением временем воздействия НТП эффект падает.

2500 2000 £ 1500 < 1000 500 0

0 1 2 3 4 5 6 7

Т, МИН

—♦—кожа с естественным лицом

Рис. 2 - Зависимость адгезии покрытия к коже от продолжительности обработки

Установлено, что образцы кожи, обработанные высокочастотной плазмой, имеют более глубокий, насыщенный, равномерный окрас по сравнению с контрольными образцами, уменьшается время растекания раствора в 1,5-2 раза, увеличивается глубина проникновения, процесс крашения сокращается на 15-20%.

Дальнейшим этапом использования натуральной кожи хромового дубления из шкур КРС является применение ее в изготовлении изделий из кожи, в частности в производстве обуви.

В процессе эксплуатации обувь подвергается различным механическим и химическим воздействиям: многократному изгибу, ударам, охлаждению, нагреву,

увлажнению, что влияет на потребительские характеристики продукции. При этом одним из основных показателей физико-механических свойств обувных материалов является сопротивление разрушению, то есть адгезионная прочность клеевых соединений. В связи с этим проведены исследования влияния ВЧЕ-разряда пониженного давления на прочностные характеристики обувных материалов, состоящих из материалов верха и низа обуви. Использовались материалы - для верха обуви: кожа из шкур КРС хромового дубления, для низа обуви - ТЭП марки ДСТ -30, клея на основе полихлоропреновых каучуков (клей из наирита) и полиуретановых полимеров.

На рис. 3 показана схема склеивания деталей верха и низа обуви (кожа из шкур КРС хромового дубления + ТЭП марки ДСТ -30.

Рис. 3 - Схема склеивания деталей верха и низа обуви

Кожа из шкур КРС хромового дубления обрабатывалась ВЧЕ - плазмой пониженного давления. Образцы кожи перед нанесением на них клея взъерошивались. Материал для низа обуви ТЭП марки ДСТ-30 подвергался галогенированию. Клеевое соединение производилось по общепринятой методике: двукратное нанесение клея, сушка клеевых пленок, их активация.

В таблице 2 представлены результаты исследований адгезионной прочности методом расслаивания деталей верха и низа обуви

Таблица 2 - Адгезионная прочность деталей верха и низа обуви

Продолжительность обработки, 1, мин 0=0,04 г/с; Р=26,6 Па, W=1,3 кВт

Адгезионная прочность, кН/м

Без НТП НТП

3 2,5 4,1

5 2,5 6,3

7 2,5 5,7

9 2,5 4,7

При мощности W=1,3 кВт (табл. 2) адгезионная прочность достигает

максимального значения - 6,3 кН/м при времени воздействия t=5 мин, при увеличении времени обработки до 9 мин прочность уменьшается до - 4,7 кН/м.

При плазменной модификации обувных материалов в режимах: О=0,04г/с,

Р=26,6Па, W=1,3-1,8кВт, 1=3-7мин происходит увеличение адгезионной прочности клеевого соединения в 1,5-2 раза, что связано с получением более пористой структуры материала, имеющей большую поверхность контакта между субстратом и адгезивом, при этом происходит: разрыв слабых межфибриллярных водородных связей в

приповерхностных слоях, прилегающих к порам, повышение химической активности за счет образования свободных групп и изменение свободной энергии поверхности. При обработке материалов в капиллярах и порах создается импульсный ВЧ разряд, ионы рекомбинируют на стенках пор и капилляров с выделением энергии рекомбинации, что приводит к модификации внутренней поверхности тела, то есть происходит объемная обработка материала.

Варьируя режимы плазменной обработки можно управлять адгезионной прочностью клеевых соединений.

В ходе экспериментальных исследований (табл. 3) установлено, что плазменное воздействие на прочностные свойства материала не ухудшает характеристик натуральной кожи для верха обуви, а по ряду показателей улучшает физико-механические

характеристики: увеличиваются предел прочности при растяжении и прочность лицевого слоя на 10-20%, устойчивость покрытия к многократному изгибу на 30%, устойчивость к истиранию на 20-25%. Механические свойства кожи в значительной мере определяются содержанием в коже влаги, жира, хрома, поэтому проведены исследования влияния НТП на эти показатели (табл 4). После плазменной обработки наблюдается незначительное снижение содержания влаги и жировых веществ, на 2-4 %, незначительное увеличение содержания хрома на 1-2 % в коже, что связано с образованием дополнительных связей хрома с дермой.

Таблица 3 - Влияние плазменной обработки на механические свойства кожи

Показатели НТП обработка без НТП обработки

Предел прочности при растяжении, МПа 18,1 14,8

Напряжение при появлении трещин лицевого слоя, МПа 17,4 13,9

Удлинение при напряжении 10 МПа, % 37 37

Устойчивость покрытия к многократному изгибу, баллы 4,8 3

Адгезия покрывной пленки, Н/м

к сухой коже 820 230

к мокрой коже 521 133

Устойчивость к истиранию, обороты 61 42

Таблица 4 - Влияние плазменной обработки на содержание хрома, жира, влаги в кожи

Образцы Показатели

Содержание Содержание Содержание

хрома, % жира, % влаги, %

До плазменной обработки 4,81 17 11,75

После плазменной обработки 4,87 15 10,71

Таким образом, показана возможность создания новых улучшенных свойств натуральной кожи для верха обуви и увеличения адгезионной прочности клеевого метода крепления деталей верха и низа обуви путем применения высокочастотной плазмы пониженного давления.

© Н. В. Тихонова - канд. техн. наук, доц. каф. КОиО КГТУ; И. Ш. Абдуллин - д-р техн. наук, проф., зав. каф. плазмохимических и нанотехнологий высокомолекулярных материалов КГТУ; Л. Ю. Махоткина - д-р техн. наук, проф., зав. каф. КОиО КГТУ. Е-таі1: abdullin_i@kstu.ru