Исследование влияния комплексного воздействия потока низкотемпературной плазмы на механические свойства натуральных полимерных материалов

УДК 677.027.622:621

Е. В. Кумпан, И. Ш. Абдуллин, В. В. Хамматова ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ КОМПЛЕКСНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ ПОТОКА НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ПЛАЗМЫ НА МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА НАТУРАЛЬНЫХ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Ключевые слова: волокно шерсти, низкотемпературная плазма, модификация, механические свойства,

формоустойчивость.

В работе исследовано влияние низкотемпературной плазмы на механические свойства чистошерстяных и полушерстяных текстильных материалов. Установлено, что плазменная обработка текстильных материалов содержащих волокна шерсти, позволяет увеличить ряд механических свойств влияющих на устойчивость формы готового изделия. Из этого следует, что изделие выполненное из модифицированных шерстяных текстильных материалов обладает достаточной прочностью, жесткостью и восстанавливает форму и размеры при эксплуатации.

Key words: fiber wool, low-temperature plasma modification, mechanical properties, dimensional stability.

The influence of low-temperature plasma on the mechanical properties of pure wool and wool blend textiles. Established that the plasma treatment of textiles containing wool fiber, allows to increase the number of mechanical properties affecting the stability of the shape of the finished product. From this it follows that the product is made of modified wool textile has sufficient strength, rigidity, and restores the shape and size of operation.

Одной из основных проблем, решаемых в процессе проектирования и изготовления швейных изделий является создание устойчивой объемной формы одежды. Изделия, изготовляемые из шерстяных текстильных материалов обладают небольшой прочностью и значительным удлинением, имеют низкий модуль жесткости, что приводит к быстрой потери формы изделия в процессе эксплуатации [1].

Способность текстильных материалов к формоустойчивости определяется механическими свойствами, способностью к различным видам деформации: растяжению, изгибу, сжатию (сминаемости) и т.д. Одним из направлений улучшения свойств текстильных материалов содержащих волокна шерсти, отвечающих за устойчивость формы, является их модификация.

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. Эффективным методом физической модификации текстильных материалов является поток низкотемпературной плазмы [2].

Целью работы является исследование воздействия потока низкотемпературной плазмы на механические свойства шерстяных текстильных материалов, влияющие на стабильность формы готового изделия.

Экспериментальная часть

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

Обработка выполнялась на плазменной установке с частотой генератора f = 13,56 ± 10% МГц, при мощности разряда Wp = 0,5-2,0 кВт, давлении в вакуумной камере Р = 13-80 Па. В качестве плазмообразующего газа использовался аргон или воздух с расходом газа G от безрасходного режима до 0,08 г/с, время воздействия t = 60-540с. Плазменная обработка материалов осуществлялась между

двумя параллельно-расположенными электродами равномерно по всей рабочей поверхности образца с лицевой и изнаночной сторон.

Таблица 1 - Технические характеристики шерстяных материалов

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

ния основа уток основа уток основа уток

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

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

Результаты исследований

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

Анализ полученных данных показал, что обработка в потоке низкотемпературной плазмы 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 прочность текстильных материалов по основе: чистошерстяной ткани на 40%, полушерстяной на 45% и увеличить прочность по утку: чистошерстяной ткани на 33 % и полушерстяной на 30%. В этом же режиме увеличивается удлинение текстильных материалов по основе: чистошерстяной ткани на 18%, полушерстяной на 20% и удлинение по утку: чистошерстяной ткани на 15% и полушерстяной на 17%.

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

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

После воздействия потока низкотемпературной плазмы на текстильные материалы содержащие волокна шерсти, значения показателя жесткости при изгибе в продольном и поперечном направлениях увеличились: чистошерстяной на 16%, полушерстяной на 12 %.

При определении сминаемости экспериментальные данные показали, что модифицированные образцы текстильных материалов быстрее восстанавливают размеры и форму после деформации, чем контрольные образцы. Из этого следует, что у модифицированных шерстяных текстильных материалов увеличивается доля упругой части полной деформации.

Обсуждение результатов

Результаты проведенных исследований показали, что поток низкотемпературной плазмы является эффективным инструментом объемной модификации текстильных материалов содержащих волокна шерсти.

Исследованные материалы относятся к капиллярно - пористым высокомолекулярным соединениям ВМС. Известно, что при обработке капиллярно-пористых в потоке низкотемпературной плазмы внутри поддерживается несамостоятельный импульсно -периодический разряд. Ионы, порождаемые этим разрядом, рекомбинируют на стенках макропор с выделением энергии рекомбинации, что приводит к модификации внутренней поверхности стенок микропор. Это означает, что при обработке капиллярно пористых тел из высокомолекулярных материалов в потоке низкотемпературной плазмы, в отличие от других видов газовых разрядов, возможно проведение объемной модификации. Внешняя поверхность волокнистых капиллярно-пористых тел подвергается воздействию бомбардировке низкоэнергетическими ионами, а внутренняя поверхность стенок пор и капилляров модифицируется в основном за счет рекомбинации ионов [2].

Воздействие потока низкотемпературной плазмы на текстильные материалы содержащие в составе волокна шерсти, способствует изменению микрорельефа поверхности волокна. Поверхность волокна шерсти изменяется, что приводит к упрочнению ткани, увеличению прочности текстильных материалов, повышению удлинения, жесткости текстильных материалов при изгибе в продольном и поперечном направлениях, уменьшению сминаемости шерстяных текстильных материалов.

Заключение

Таким образом, плазменная обработка шерстяных текстильных материалов позволяет увеличить ряд механических свойств влияющих на устойчивость формы готового изделия. Из

этого следует, что изделие выполненное из модифицированных шерстяных текстильных материалов обладает достаточной прочностью, жесткостью и восстанавливает форму и размеры при эксплуатации.

Литература

1. Бузов Б.А., Алыменкова Н.Д. Материаловедение в производстве изделий легкой промышленности: Учебник для студ. высш. учеб. заведени/ - 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 Казанского ун-та, 2000. - 348с.

© Е. В. Кумпан - канд. техн. наук, доц. каф. дизайна КНИТУ, elenevk@mail.ru; И. Ш. Абдуллин - д-р техн. наук, проф., лауреат государственной премии РТ в области науки и техники, заслуженный деятель науки РТ, академик Российской медико-технической академии, проректор по научной работе КНИТУ, зав. каф. плазмохимических и нанотехнологий высокомолекулярных материалов КНИТУ; В. В. Хамматова - д-р техн. наук, проф., зав. каф. дизайна КНИТУ.