Повышение механических свойств текстильных материалов на основе натуральных и синтетических полимерных волокон модифицированных потоком высокочастотной плазмы пониженного давления

Е. В. Кумпан, И. Ш. Абдуллин, В. В. Хамматова ПОВЫШЕНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ТЕКСТИЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ НАТУРАЛЬНЫХ И СИНТЕТИЧЕСКИХ ПОЛИМЕРНЫХ ВОЛОКОН МОДИФИЦИРОВАННЫХ ПОТОКОМ ВЫСОКОЧАСТОТНОЙ ПЛАЗМЫ ПОНИЖЕННОГО ДАВЛЕНИЯ

Ключевые слова: поток плазмы, модификация, полимер, натуральный, синтетический,

материал, механические свойства, одежда.

Исследовано влияние потока высокочастотной плазмы пониженного давления на механических свойств текстильных материалов на основе натуральных и синтетических полимерных волокон. Установлено, что плазменная обработка позволяет улучшить ряд показателей механических свойств влияющих на устойчивость формы готового изделия. Изделие, выполненное из модифицированных текстильных материалов обладает достаточными показателями прочности, жесткости и восстанавливает форму и размеры деталей одежды в процессе эксплуатации.

Keywords: plasma stream, updating, polymer, natural, synthetic, a material, mechanical

properties, clothes.

Influence of a stream of high-frequency plasma of the lowered pressure on mechanical properties of textile materials on the basis of natural and synthetic polymeric fibres is investigated. It is established that plasma processing allows to improve a number of indicators of mechanical properties influencing stability of the form of a finished article. The product executed from modified textile materials possesses sufficient indicators of durability, rigidity and gets into condition also the sizes of details of clothes while in service.

Внешний вид одежды зависит от многих факторов, одним из определяющих, является способность текстильных материалов на основе натуральных и синтетических полимерных волокон сопротивляться различным механическим воздействиям в процессе эксплуатации и восстанавливаться после них.

Изделия, изготовленные из текстильных материалов включающих в состав натуральные полимерные волокна, а именно волокна шерсти обладают не высокими показателями механических свойств; прочностью и значительным удлинением, имеют низкий модуль жесткости, действие небольших нагрузок в процессе эксплуатации, расшатывает структуру материала и приводит к её ослаблению, происходящие при этом изменения в размерах и форме материала на отдельных участках одежды значительно ухудшают внешний вид.

В текстильной промышленности для расширения и улучшения механических свойств материалов на основе натуральных полимерных волокон, выпускают ткани с добавлением синтетических полимеров, но увеличение процента синтетических волокон

приводит к снижению физических свойств текстильных материалов, а именно гигиенических и теплозащитных [1].

Добиться улучшения технологических и эксплутационных свойств текстильных материалов, не снижая показатели гигиенических, а также целенаправленное улучшение механических свойств нитей и тканей возможно за счет модификации.

Методы традиционной модификации включают два способа: химический и физический (структурный). Химическая модификация заключается в частичном изменении химического состава основного волокнообразующего полимера, а физическая модификация заключается в направленном изменении надмолекулярного и морфологического строения волокон [2].

В настоящее время эффективным методом физической модификации текстильных материалов в легкой промышленности является обработка высокочастотной плазмой пониженного давления.

Целью работы является исследование воздействия потока плазмы высокочастотного емкостного (ВЧЕ) разряда пониженного давления на механические свойства текстильных материалов на основе натуральных и синтетических полимеров, влияющих на стабильность формы готового изделия.

Исследования проводились на тканях на основе шерстяных волокон. Основными механическими показателями, характеризующими формоустойчивость, являются разрывная нагрузка, жесткость и сминаемость. Технические характеристики шерстяных текстильных материалов приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Технические характеристики шерстяных материалов

Вид ткани Волокнистый состав,% Плотность ткани, число нитей на 10 см Разрывная нагрузка, Н Относительное разрывное удлинение, %

основа уток основа уток основа уток

Чистошерстяная ткань В.Шр - 100 130 100 254,8 147 23,6 36,3

Полушерстяная ткань В.ШР - 30 В.ПЭ - 70 250 230 1019,2 931 58 47,2

Обработка выполнялась на высокочастотной плазменной установке с частотой генератора f = 13,56 ± 10 % МГц, при мощности разряда Wр = 0,5 - 2,0 кВт, давлении в вакуумной камере Р = 13 - 80 Па. В качестве плазмообразующего газа использовался аргон или воздух с расходом газа О от безрасходного режима до 0,08 г/с, время воздействия 1 = 60 - 540 с. Плазменная обработка текстильных материалов осуществлялась между двумя параллельно-расположенными электродами равномерно по всей рабочей поверхности образца с лицевой и изнаночной сторон.

Результаты экспериментальных исследований зависимости разрывной нагрузки текстильных материалов по основе и утку от продолжительности плазменной обработки в интервале воздействия от 60 до 540 с., представлены на рис. 1.

Рис. 1 - Влияние продолжительности плазменной обработки на разрывную нагрузку по основе и утку текстильных материалов

На рис. 2 представлены зависимости удлинения текстильных материалов по основе и утку от продолжительности обработки потоком плазмы ВЧЕ-разряда пониженного давления в интервале воздействия от 60 до 540 с.

Рис. 2 - Влияние продолжительности плазменной обработки на удлинение по основе и утку текстильных материалов

Анализ полученных экспериментальных данных показал, что обработка в потоке плазмы высокочастотного емкостного разряда пониженного давления в течение 180 с при рабочем давлении в камере 33 Па, мощности разряда 1,7 кВт и расходе плазмообразующего газа аргона 0,04 г/с, позволяет увеличить показатели прочности чистошерстяной ткани на 33 - 40%, полушерстяной на 30 - 45 %. В данном режиме плазменной обработки так же увеличиваются значения показателя удлинения чистошерстяной ткани на 15 - 18 %, полушерстяной на 17 - 20 %.

Увеличение времени воздействия не приводит к дальнейшему повышению значений показателей прочности и удлинения текстильных материалов. При продолжительности обработке свыше 420 с. наблюдается деструкция материалов.

Основной вид механической деформации, который испытывают материалы в процессе изготовления и эксплуатации одежды является изгиб, без изгиба материалов невозможно получить пространственную и устойчивую форму. После плазменной обработки жесткость при изгибе текстильных материалов в продольном и поперечном направлениях увеличилась: чистошерстяной ткани на 16 %, полушерстяной на 12 %.

Результаты экспериментальных исследований сминаемости модифицированных текстильных материалов из шерстяных и полиэфирных волокон показали, что воздействие потока плазмы ВЧЕ-разряда пониженного давления приводит к уменьшению показателя сминаемости на 30-54 %, т.е. быстрому восстановлению формы и размеров деталей одежды при эксплуатации.

Анализ проведенных исследований показал, что поток плазмы ВЧЕ-разряда пониженного давления является эффективным инструментом объемной модификации свойств текстильных материалов основе натуральных и синтетических полимерных волокон.

Обработка потоком плазмы ВЧЕ-разряда пониженного давления полимерных волокнистых материалов приводит не только к конформационным изменениям, приводящим к упорядочению структуры, одновременно с этим происходит их глубокая наноструктурная трансформация. Наибольший вклад в модификацию текстильных материалов вносит кинетический удар ионов, ускоренных до энергии 30-100 эВ в слое положительных зарядов, возникающем в окрестности обрабатываемого образца; рекомбинация ионов и электронов на поверхности материала и термическое воздействие [2-3].

Таким образом, можно сделать вывод, что модификация текстильных материалов на основе натуральных и синтетических полимерных волокон потоком плазмы ВЧЕ-разряда пониженного давления позволяет улучшить ряд показателей механических свойств влияющих на устойчивость формы готового изделия. Из этого следует, что изделие, выполненное из модифицированных текстильных материалов, обладает достаточной прочностью, жесткостью и восстанавливает форму и размеры деталей одежды в процессе эксплуатации.

Литература

1. Бузов, Б.А. Материаловедение в производстве изделий легкой промышленности: Учебник для студ. высш. учеб. заведений / Б.А. Бузов, Н.Д. Алыменкова. - М.: Издательский центр «Академия», 2004. - 448 с.

2. Абдуллин, И.Ш., Высокочастотная плазменно-струйная обработка материалов при пониженных давлениях. Теория и практика применения / И.Ш. Абдуллин, В.С. Желтухин, Н.Ф. Кашапов - Казань: Изд-во Казан. ун-та, 2000. - 348с.

3. Абдуллин, И.Ш. Разработка нового композиционного материала с использованием высокочастотной плазмы ВЧЕ-разряда / И.Ш. Абдуллин, В.В. Хамматова, Е.В. Кумпан // Вестник Казан. технол. ун-та. - 2006. - № 1. - С. 44-48.

© Е. В. Кумпан - канд. техн. наук, доц. каф. дизайна КГТУ; И. Ш. Абдуллин - д-р техн. наук, проф., зав. каф. плазмохимических и нанотехнологий высокомолекулярных материалов КГТУ, abdullin_i@kstu.ru; В. В. Хамматова - д-р техн. наук, проф., зав. каф. дизайна КГТУ.