Влияние низкоэнергетической ионной обработки на натуральные высокомолекулярные материалы

И. В. Красина

ВЛИЯНИЕ НИЗКОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ИОННОЙ ОБРАБОТКИ НА НАТУРАЛЬНЫЕ ВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Ключевые слова: ионная обработка, мех, модификация, структура.

В данной статье анализируется влияние низкоэнергетической ионной обработки на мех овчины. Исследования показали комплексное улучшение физических, физико-химических и структурных характеристик материала.

Keywords: ionic processing, fur, updating, structure.

In this article influence of low-energy ionic processing on sheepskin fur is analyzed. Researches showed complex improvement ofphysical, physical and chemical and structural characteristics of a material.

Низкоэнергетическая ионная обработка материалов используется не только в производстве изделий электронной, медицинской техники и машиностроении, но и в легкой промышленности для придания натуральным высокомолекулярным материалам (ВММ) высоких потребительских свойств. В частности, увеличенного срока службы, повышенной стойкости к биологическим и атмосферным воздействиям.

Целенаправленное улучшение физических, физико-химических свойств и структуры таких натуральных ВММ, как мех, и, как следствие, повышение их стойкости к биологической и атмосферной коррозии, представляет научный интерес и имеет большое практическое значение, поскольку они определяют конечную потребительскую ценность и конкурентоспособность изделий легкой промышленности.

Методы традиционной модификации, как правило, осуществляются с использованием химических реагентов и, как следствие, сопро-вождаются загрязнением окружающей среды [1].

Низкоэнергетическая ионная обработка обладает целым рядом достоинств, дающих право считать эту технологию, самой перспективной, соответствующей тенденциям развития легкой промышленности и позволяющей решать проблемы, возникающие при производстве меховых материалов.

Достоинствами низкоэнергетической ионной обработки являются:

• комплексное улучшение свойств высокомолекулярных материалов,

• экономия сырьевых ресурсов,

• отсутствие вредного воздействия установки на обслуживающий персонал и биосферу.

Работа проводилась на высокочастотной плазменной установке с частотой генерации 13.56 МГц, мощность разряда 0.7 - 3.2 кВт, при пониженном давлении от 13 до 130 Па, расходом плазмообразующего газа от 0 до 0.1 г/с. В качестве плазмообразующего газа использовался аргон, кислород, азот и их смеси. Скорость откачки из вакуумной камеры 5 -50 дм3/с.

Методы экспериментальных исследований низкоэнергетической ионной обработки в присутствии обрабатываемого высокомолекуляр-ного материала следующие. Пояс Роговского для измерения

плотности тока; трубка Пито для определения скорости потока ионов; системы измерения температуры обрабатываемого образца и т.д.

Основным объектом исследования выбран натуральный высокомолекулярный материал - мех овцы на разных стадиях производства. Основные экспериментальные результаты получены с помощью комплекса физико-химических и физических испытаний меха, прошедшего низкоэнергетическую ионную обработку и необработанного. Исследовались бакте-рицидность, прочностные характеристики, смачиваемость, светостойкость, термостойкость полуфабриката и готового меха, его стойкость к биологическим и атмосферным воздействиям, как результат комплексного рассмотрения всех остальных характеристик. Структура меха исследовалась при помощи рентгеноструктурного анализа. Исследования микроструктуры проводилось на сканирующем электронном микроскопе РЭММА-202М.

При обработке полуфабриката меха в режиме в=0.04 г/с, Рр=1 кВт, 1=3 мин, Р=19 Па достигается повышение физических свойств: прочности на 25%, температуры сваривания на 4%, намокаемости на 230 %.

Низкоэнергетическая ионная обработка изменяет смачиваемость поверхности меха, т.е. повышает ее гидрофильность за счет перераспределения размеров пор.

Одним из важнейших параметров сырья, который существенно влияет на качество готовых изделий из меха, является степень бактериальной зараженности сырья, характеризующаяся осветлением раствора йода с крахмалом.

При обработке сырья в режиме в = 0.04 г/с; Рр = 0.9 кВт; 1 = 3 мин; Р= 26.6 Па, его бактерицид-ность увеличивается на порядок.

Кроме этого, исследовалось воздействие низкоэнергетической ионной обработки на мех перед дублением, додубливанием и крашением. Изучение проводилось как для случая обработки только перед одной из указанных операций, так и при обработке перед каждой операцией.

Установлено, что за счет низкоэнергетической ионной обработки меха перед вышеперечисленными операциями в режиме: в=0.04 г/с; Рр=1кВт; 1= 3 мин, Р= 26.6 Па; удается повысить скорость дубления

и додубливания в два раза, а крашения в 1.5 раза. При этом интенсивность окраса улучшается. Повышается светостойкость, о чем свидетельствует то, что при проведении испытаний на светостойкость под УФ излучением за стандартное время испытания окрас обработанных образцов не изменился.

Получено, что наилучшие результаты дает обработка меха перед операциями: отмокой, дублением и крашением.

Производились исследования структурных изменений меха в результате его модификации низкоэнергетическими ионами.

Рис. 1 - Кожевая ткань меха (аргон, 0=0.04 г/с, Рр=1кВт, Р=26.6 Па, 1=9мин.) увеличение х1000

Микрофотографии кожевой ткани меха (рис.1) свидетельствуют, что низкоэнергетическая ионная обработка в порах капиллярно-пористых материалов приводит к разволокнению. Кроме того, она делает поверхность более однородной, увеличивает количество пор средних размеров, уменьшает количество мелких и крупных и очищает поверхность от остаточных загрязнений в результате чего жидкостные процессы проходят более качественно, что существенно повышает стойкость кожевой ткани меха к биологическим и атмосферным воздействиям.

Микрофотографии волоса меха (Рис. 2.) показывают, что низкоэнергетическая ионная обработка полностью восстанавливает структуру волоса, что повышает его стойкость к биологическим и атмосферным воздействиям.

а) до обработки б) после обработки

Рис. 2 - Волос меха (аргон, 0=0.04 г/с, Рр=1кВт, Р=26.6 Па, 1=9мин.) увеличение х1000

Анализ дифракционных картин исследуемых образцов позволяет заключить, что структура меха после его обработки низкоэнергетическими ионами становится более упорядоченной [2].

Описанные выше изменения свойств меха

объясняются тем, что модификация натурального меха происходит за счет рекомбинации заряженных частиц на поверхности и бомбардировки ее низкоэнергетическими ионами с энергией (Л) значения которого изменяется от, энергия ионной бомбардировки поверхности 65 до 80 эВ и плотностью их потока от 0.75 до 0.85 А/м2. При этом разряд горит и в порах меха, что дает возможность реализовать объемную обработку. Таким образом, обработка низкоэнергетическими ионами полуфабриката меха приводит к разделению волокнистой структуры дермы и изменению извитости пучков волокон.

Раскрыты закономерности изменения физических свойств меха за счет рекомбинации ионов на поверхности, бомбардировки поверхности ионами и теплового воздействия потока плазмы. Низкоэнергетическая ионная обработка в течение определенного времени приводит к изменению волокнистой структуры дермы, ее упорядочению. При этом повышается способность волокон к ориентации при растяжении и структурных элементов перемещаться друг относительно друга. За счет чего увеличивается прочность. Разделение волокнистой структуры дермы в результате очистки материала от адсорбированных частиц, удаления гнейста и загрязнений дает возможность улучшения проникновения химматериалов вглубь дермы при жидкостных обработках.

За счет комплексного улучшения физических, физико-химических и структурных характеристик свойств, существенно повышается стойкость меха к биологическим и атмосферным воздействиям, без нарушения микроструктуры меха. Низкоэнергетическая ионная обработка меха потоком плазмы ВЧЕ-разряда, позволяет повысить прочность на 2530%, температуру сваривания на 4%, намокаемость на 230 % перед жидкостными операциями, бактерицид-ность и светоскойкость на порядок выше исходной и, соответственно стойкость к атмосферной и биологической коррозии.

Благодаря низкоэнергетической ионной обработки повышается интенсивность окраса, равномерность и глубина прокраса, структура волоса становится более равномерной и упорядоченной, а следовательно улучшается его внешний вид.

Литература

1. Пурим Я. А. Основные направления в области рационального построения технологических процессов мехового производства / Я. А.Пурим.- М.: Легпромбытиздат, 1965. -78 с.

2. Абдуллина Е.И. Влияние параметров потока плазмы ВЧ-разряда на изменение характеристик свойств натурального меха / Абдуллина Е.И., Красина И.В. // Вестник Казанского технологического университета. -2003. -№ 1. -С.143-147.

4 Г

ч. »

С*.. . чА.

б) после обработки

© И. В. Красина - д-р тех. наук, зав. каф. ТХНВИ КНИТУ, irina_krasina@mail.ru.