К вопросу применения низкотемпературной плазмы для обработки текстильных материалов

УДК 677.016

Р. Ф. Гайнутдинов, Аз. Ф. Гайсин

К ВОПРОСУ ПРИМЕНЕНИЯ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ПЛАЗМЫ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ТЕКСТИЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Ключевые слова: текстильный материал, обработка, низкотемпературная плазма.

Плазменные технологии являются эффективной и экологичной альтернативой традиционным жидкостным процессам отделки текстильных материалов. Однако, их применение в промышленных масштабах остается ограниченным. Это в определенной степени связано с тем, что требуется объемная обработка текстильного материала, аналогично обработке в жидкости. В работе кратко освещены результаты экспериментальных исследований влияния плазмы высокочастотного емкостного разряда пониженного давления на ткани различного ассортимента.

Keywords: textile, processing, low-temperature plasma.

Plasma technology is an effective and environmentally friendly alternative to traditional liquid textile finishing processes. However, their use on an industrial scale is limited. This is to some extent due to the fact that the required volume of the textile processing similar to the processing liquid. The paper briefly highlights the results of experimental studies of the effect of high-frequency capacitive plasma discharge at low pressure range of different fabrics.

В настоящее время плазменные технологии находят широкое применение в различных отраслях промышленности [1]. Для обработки текстильных материалов используется низкотемпературная плазма, создаваемая разными газовыми разрядами: тлеющим [2], коронным [3], высокочастотным [4] и др., известно также применение плазменно-растворных систем [5]. Использование плазмохимических процессов в текстильной и легкой промышленности позволяет заменять технологические операции, требующие больших расходов воды, на процессы сухой обработки. При этом уменьшается расход химических материалов, и сокращаются энергетические затраты. Кроме того, во многих случаях плазменная обработка позволяет исключить из технологии экологически опасные вещества и процессы [6].

Важной особенностью процесса

плазмохимической модификации полимерных материалов, определяющей особый интерес к этому методу, является то, что изменениям подвергается только обрабатываемая поверхность материала и очень тонкий приповерхностный слой, толщина которого составляет несколько микрон. Основная же масса полимера не изменяется, сохраняя механические, физико-химические и

электрофизические свойства модифицируемого материала [6].

Несмотря на потенциальные преимущества плазменных технологий для текстильной промышленности, их применение в промышленных масштабах ограничено. Это связано, как со сложностью адаптации плазменных технологий к традиционным процессам, так и с особенностями строения и свойств самих материалов. Одной из таких особенностей является их объемная трехмерная структура. Поэтому для того, чтобы плазменная технология могла полноправно конкурировать с традиционным жидкофазным процессом необходимо, чтобы плазменное воздействие затрагивало весь объем текстильного материала. Вместе с тем, текстильные материалы,

благодаря тому, что состоят из отдельных волокон, обладают большой удельной поверхностью, как правило, на порядок выше, чем пленочных материалов [7].

Перспективным методом обработки текстильных материалов, позволяющим проводит объемную обработку, является плазма высокочастотного емкостного разряда пониженного давления [4]. С целью расширения области применения плазмы данного вида, проведено исследование ее влияния на текстильные материалы, а именно ткани различного ассортимента и смесового состава: костюмные и плательные, шерстяные, полушерстяные и из синтетических волокон. Обработку проводили на установке [8] с применением в качестве плазмообразующего газа -аргона.

С целью определения объемного воздействия плазмы, ткани обрабатывали в один слой и в несколько слоев. Эффективность обработки оценивали экспресс-методом по времени растекания капли воды (до обработки этот показатель у всех образцов составляет более 10-15с). Выявлено, что объемная обработка присутствует, причем ее эффективность зависит от коэффициента объемного заполнения тканей - чем он меньше, тем более глубокие слои затрагивает плазменное воздействие.

Обобщение полученных экспериментальных данных позволило заключить, что плазменная обработка в заданном диапазоне параметров приводит к комплексному изменению свойств материалов:

- жесткость увеличивается на 10-20%, что характеризует улучшение формовочных способностей;

- появляется тенденция к повышению разрывной нагрузки;

- коэффициент тангенциального сопротивления увеличивается в среднем на 10-15 %, что является благоприятным фактором для повышения прочности как клеевых соединений (увеличивается степень «шероховатости» поверхности), так и

прочности ниточных соединении, так как способствует увеличению сил сцепления между материалом и нитками;

- усадка после влажной обработки снижается в 1,2-1,5 раза.

Проведены также испытания клеевых соединений, выполненных дублированием плазмообработанных тканей и термоклеевых прокладочных материалов. Для всех образцов материалов характерно увеличение прочности клеевых соединений при расслаивании более чем в два раза. Данное обстоятельство объясняется увеличением диффузии клеящего вещества в межволоконное пространство материала после плазменной обработки. Выявлено, что чем больше коэффициент заполнения подложки

плазмообработанного термоклеевого материала, тем заметнее проявляется эффект плазменной обработки.

В заключении следует отметить, что обработка текстильных материалов плазмой высокочастотного емкостного разряда пониженного давления позволяет комплексно изменять их свойства, в том числе за счет способности воздействовать не только на волокна, расположенные на поверхности, но и находящиеся в структуре материала. Создание и

совершенствование методов, позволяющих проводить объемную обработку текстильных материалов, является одним из наиболее актуальных в развитии плазмохимических технологий для текстильной отрасли.

Литература

1. Р.Ш. Садриев, Ал.Ф. Гайсин, Аз.Ф. Гайсин, Р.Ш. Басыров, Ф.М. Гайсин, Вестник Казанск. технол. ун-та, 22, 16, 216-217 (2013).

2. Б.Л. Горберг, Текстильная химия, 1, 21, 59 - 68 (2003).

3. R. Shishoo, Plasma technologies for textiles. Woodhead Publishing, 2007. 353 р.

4. И.Ш. Абдуллин, Л.Н. Абуталипова, В.С. Желтухин, И.В. Красина, Высокочастотная плазменная обработка в динамическом вакууме капиллярно-пористых материалов. Теория и практика применения: монография. Казанск. ун-т, Казань, 2004. 428с.

5. М.В. Конычева, Ю.В. Титова, В.Г. Стокозенко, А.И. Максимов, А.П. Морыганов, Химия растительного сырья, 3, 17-20 (2010).

6. С. Ф. Садова, Н. Н. Баева, Л. Я. Коновалова, Г. С. Негодяева, Текстильная промышленность, 2, 46 - 47 (1991).

7. A. Zille, F. Oliveira, A. Souto, Plasma Processes and Polymers, 2,12, 98-131 (2015).

© Р. Ф. Гайнутдинов, к.т.н., старший преподаватель кафедры технической физики КНИТУ-КАИ, gainutdin_ruslan@mail.ru; Аз. Ф. Гайсин, - д.ф.-м. н., профессор кафедры технической физики КНИТУ-КАИ.

© R. F. Gainutdinov, Ph.D., senior lecturer of the Department of Technical Physics KNRTU-KAI, gainutdin_ruslan@mail.ru; Az. F. Gysin, d.f.-m. Sc., professor of the Department of Technical Physics KNRTU-KAI.