СПОСОБ УПРОЧНЕНИЯ ПОЛИПРОПИЛЕНОВОЙ НИТИ
METHOD TO STRENGTHEN POLYPROPYLENE THREAD

Изобретение относится к текстильной промышленности и может быть использовано для упрочнения полипропиленовых нитей.
Существуют способы упрочнения полипропиленовых нитей в процессе их получения, например, за счет ориентации полипропиленовой нити путем деформации нити при разности скоростей вальцев на разных этапах получения (см. RU патент 2286408, МПК D01D 5/12, D01F 6/06 27.10.2006), за счет управления процессом отверждения полипропиленовой нити (см. RU патент 2285759, МПК D01F 6/06, D01F 6/04, D01D 5/088, 20.10.2006).
Такие способы связаны с усложнением технологии производства полипропиленовых нитей и требуют изменений в процессах их получения.
Известно, что плазменная обработка имеет важное преимущество перед другими способами модификации полимерных материалов - в определенных режимах она не влияет на внутреннее строение, позволяя регулировать заданное свойство, не ухудшая других свойств, а также является экологически безвредной, высокоэффективной и менее затратной по сравнению с традиционными методами химической и физической модификации полимерных материалов.
Существуют способы модификации тканей из химических волокон плазмой тлеющего разряда для придания масло- и водоотталкивающих свойств (см. RU заявка 92008305 D06M 10/08, D06M 15/643, D06M 101:06, 27.08.1995), а также полипропиленовых волокон с целью гидрофилизации поверхности (Энциклопедическая серия. Энциклопедия низкотемпературной плазмы. /Под ред. В.Е.Фортова. Серия Б. Справочные приложения, базы и банки данных. Тематический том Х1-5. Прикладная химия плазмы. /Под ред. Ю.А.Лебедева, Н.А.Платэ, В.Е.Фортова. М.: Янус-К, 2006 (стр.173-186)).
В данных работах не рассматриваются вопросы упрочнения полипропиленовых нитей, также недостатком обработки плазмой тлеющего разряда являются деструктивные процессы в полимерных материалах и нестойкость плазменного эффекта.
Известны исследования, проводимые под руководством автора данной заявки д.т.н., профессора Абдуллина И.Ш. по улучшению физико-механических свойств материалов за счет их обработки низкотемпературной неравновесной плазмой высокочастотного разряда, например кожи (см. RU патент 2378386, МПК С14С 11/00, 10.01.2010) и шерсти (см. RU патент 2378422, МПК D01B 3/00, 10.01.2010).
Задачей предлагаемого изобретения является повышение качества полипропиленовой нити за счет улучшения физико-механических свойств.
Поставленная задача осуществляется тем, что полипропиленовую нить, произведенную путем разрезания экструдированной пленки, подвергают воздействию неравновесной низкотемпературной плазмы высокочастотного емкостного разряда пониженного давления в вакуумной камере в течение 180±1 с при напряжении на аноде от 2,5 до 4,5±0,1 кВ, силе тока на аноде от 0,3 до 0,6±0,05 А, рабочем давлении 26,6±0,1 Па, расходе 0,04±0,005 г/с смеси плазмообразующих газов аргон и пропан-бутан в соотношении 70% к 30%.
Полипропиленовая нить, введенная в плазму высокочастотного емкостного разряда пониженного давления, относительно плазмы приобретает отрицательный заряд. С противоположных сторон нити поочередно создается слой положительного заряда. В каждый момент времени заряды разных сторон пластины отличаются друг от друга. Наибольший вклад в модификацию текстильных материалов из полипропиленовых нитей вносят: кинетический удар ионов, ускоренных до энергии 100 эВ в слое положительных зарядов, возникающем в окрестности обрабатываемого образца; рекомбинация ионов и электронов на поверхности материала; термическое воздействие.
При низкотемпературной плазменной обработке полимеров ниже температуры плавления происходит структурирование в основном в аморфных участках и на границе кристаллических образований. Обработанные плазмой высокочастотного емкостного разряда пониженного давления полипропиленовые нити приобретают комплекс ценных физико-механических свойств и при этом сохраняют исходную степень кристалличности.
Плазменная обработка способствует структурированию аморфных участков полипропиленовой нити, что приводит к увеличению разрывной нагрузки полипропиленовой нити до 1,2 раза.
Способ осуществляется на высокочастотной плазменной установке. Установка (чертеж) содержит систему газоснабжения (1), стеклянную раму для установки образца; 2 - ВЧ-электроды, 3 - колпак вакуумной камеры, 4 - консоль для открытия крышки вакуумной камеры, 5 - вакуумную камеру, 6 - систему подачи и регулировки плазмообразующего газа, 7 - ВЧ-генератор, 8 - вакуумный откачной пост.
Способ осуществляется следующим образом.
Полипропиленовую нить, произведенную путем разрезания экструдированной пленки, наматывают на стеклянную раму и помещают в вакуумную камеру, где нить проходит обработку между двумя параллельно расположенными электродами высокочастотного напряжения в течение 180±1 с. Производится предварительная откачка воздуха из вакуумной камеры (5) системой откачки (8). В вакуумной камере (5) после подачи смеси плазмообразующих газов аргон и пропан-бутан при расходе 0,04±0,005 г/с создается рабочее давление 26,6±0,1 Па. В качестве источника питания используют высокочастотный генератор (7) с частотой 13,56 МГц. При подаче с высокочастотного генератора (7) на электроды (2) высокочастотного напряжения в межэлектродном промежутке под действием электромагнитного поля газ ионизируется и возникает плазма, которая и является инструментом обработки.
Режим плазменной обработки регулируется путем изменения напряжения на аноде 2,5-4,5±0,1 кВ, силы тока на аноде 0,3-0,6±0,05 А. Способ упрочнения полипропиленовой нити за границами этих значений приводит к деструкции нити полипропилена. Расход смеси плазмообразующих газов аргон и пропан-бутан в соотношении 70% к 30% является постоянным и составляет 0,04±0,005 г/с.
Оценка физико-механических свойств волокон производилась по показателям разрывной нагрузки и относительного разрывного удлинения в соответствии с ГОСТ 6611.2-73.
Наиболее оптимальным режимом для обработки полипропиленовой нити является воздействие в течение 180±1 с, при давлении в разрядной камере 26,6±0,1 Па, напряжении на аноде 3,5±0,1 кВ, силе тока на аноде 0,3±0,05 А, расходе 0,04±0,005 г/с смеси плазмообразующих газов аргона и пропан-бутана в соотношении 70% к 30% (таблица).
Использование предлагаемого изобретения приводит к повышению качества нитей полипропилена за счет улучшения физико-механических свойств.
Воздействие неравновесной низкотемпературной плазмы высокочастотного емкостного разряда на нити полипропилена приводит к повышению прочности нити до 1,2 раза за счет конформационных изменений, приводящих к упорядочению структуры аморфной фазы.
Показатели физико-механических свойств до и после плазменной обработки
Параметры плазменной обработки
Показатели физико-механических свойств
Прочность при разрыве, ГПа
Относительное удлинение, %
Контрольный образец (необработанная плазмой полипропиленовая нить)
0,47
78
Модифицированный образец в режиме:
0,56
73
τ=180 с; U<sub>a</sub>=3,5 кВ; J<sub>a</sub>=0,3А;
Р=26,6 Па; G - 0,04 г/с*; смесь плазмообразующих газов аргон и пропан-бутан в соотношении 70% к 30%.
Модифицированный образец в режиме:
0,50
75
τ=180 с; U<sub>a</sub>=2,5 кВ; J<sub>a</sub>=0,6А;
Р=26,6 Па; G=0,04 г/с*; смесь плазмообразующих газов аргон и пропан-бутан в соотношении 70% к 30%.
Модифицированный образец в режиме:
0,49
76
τ=180 с; U<sub>a</sub>=4,5 кВ; J<sub>a</sub>=0,4А;
Р=26,6 Па; G=0,04 г/с*; смесь плазмообразующих газов аргон и пропан-бутан в соотношении 70% к 30%.
* где τ - время воздействия плазмы, U<sub>a</sub> - напряжение на аноде, J<sub>a</sub> - сила тока на аноде, Р - давление в разрядной камере, G - расход плазмообразующих газов.