Влияние потока плазмы ВЧИ разряда пониженного давления на химические и физико-механические характеристики мехового п олуфабриката

И. Ш. Абдуллин, А. П. Кирпичников, Ф. С. Шарифуллин ВЛИЯНИЕ ПОТОКА ПЛАЗМЫ ВЧИ РАЗРЯДА ПОНИЖЕННОГО ДАВЛЕНИЯ НА ХИМИЧЕСКИЕ И ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МЕХОВОГО П ОЛУФАБРИКАТА

Ключевые слова: ВЧплазма, меховой полуфабрикат, статическое электричество, химические свойства, физикомеханические свойства.

В статье приведены результаты исследований влияние потока плазмы ВЧИ-разряда пониженного давления с применением антистатика ЦПХ на электростатические, химические и физико-механические характеристики волосяного покрова и кожевой ткани меховой овчины и песца белого. Определено, что обработка плазмой ВЧИ-разряда пониженного давления с применением антистатика ЦПХ приводит к улучшению химических и физико-механических характеристик волосяного покрова и кожевой ткани меха, а также позволяет придать меху антистатические свойства.

Keywords: RF plasma, a fur semifinished product, a static electricity, chemical properties, physicomechanical properties.

In article results of researches influence of a stream of RFI plasma of the category of the lowered pressure with application of antistatic CPX on electrostatic, chemical and physicomechanical characteristics of a fur sheepskin and a polar fox white are resulted. It is defined that processing by plasma RFI of the category of the lowered pressure with application of antistatic CPX leads to improvement of chemical and physicomechanical characteristics of a fur fabric, and also allows to give to fur antistatic properties.

Изделия из натурального меха пользуются стабильным спросом у населения, однако в ходе их производства и эксплуатации возникает целый ряд проблем, значительно понижающих их ценность на мировом рынке (токсичность производства, низкая прочность материала, дефекты природной окраски), затрудняющих их обработку (желтизна, запыленность) и вызывающих негативные ощущения при носке (электризуемость). Применяемые в настоящее время традиционные технологии выделки и отделки не позволяют в полной мере решить указанные проблемы, а применение специфических реагентов приводит к удорожанию и усложнению технологии, так как зачастую требует введения в технологический цикл дополнительных процессов и операций.

В связи с этим, актуальной задачей меховой промышленности является разработка технологии позволяющая обеспечить комплексное улучшение качества, а именно низкую электризуемость, высокую степень белизны, высокие физико-механические характеристики меха.

Экспериментальные данные, приведенные [13], показали, что целесообразно ввести в технологический процесс получения мехового полуфабриката высокочастотную емкостную (ВЧЕ) плазменную обработку для повышения потребительских и эксплуатационных свойств волосяного покрова и кожевой ткани меха. Однако, данный вид разряда не позволяет решить проблему закрепления антистатического эффекта на поверхности меха и исключения возникновения зарядов статического электричества во время эксплуатации меховых изделий. Поэтому для получения необходимого эффекта и сохранения его во времени рассматривалось влияния высокочастотной плазмы индукционного (ВЧИ) разряда пониженного давления и антистатика ЦПХ на электростатические свойства волосяного покрова меховой овчины.

Объектами исследований являлись полуфабрикаты меховой овчины и песца белого, прошедшие

различные стадии технологического процесса выделки, которые брались из одной и той же партии, что и для обработки в плазме ВЧЕ разряда.

Для того чтобы избежать статической электризации и её нежелательных проявлений, необходимо выявить первичный процесс, ответственный за статические разряды. Если рассмотреть технологию отделки меха, то во время откатки происходит сильная электризация волосяного покрова - это может привести к сильному закату волоса, что усложнит дальнейший технологический цикл и отрицательно скажется на качестве волосяного покрова мехового изделия. В отделочных операциях, в процессе шлифования, отшлифованная пыль оседает на волосяном покрове из-за сильной наэлектризованности. Поэтому отшлифованные шкурки отправляют на процесс протряхивания. При низких температурах, когда воздух сильно разряжен, процесс протряхива-ния оказывается малоэффективным, так как отшлифованная пыль приникает вглубь волоса. Во время глажения вся пыль поднимается наверх, что приводит к сильной маркости и потере внешнего вида готового полуфабриката. Для решения данной проблемы, а также для сокращения производственного цикла и экономии энергоресурсов применяли обработку меха плазмой ВЧИ разряда пониженного давления и антистатиком ЦПХ перед процессом откатки.

Для исследования закономерностей плазменного воздействия на электростатические свойства волосяного покрова меховой овчины и песца белого определяли показатели: диэлектрическую проницаемость, напряжённость электростатического поля, поверхностную плотность электрических зарядов и знак заряда.

Режим обработки неравновесной низкотемпературной плазмой выбран с учётом того, что энергия частиц не превышала 70 эВ, температура - 50 0С [4]. Поэтому деструкции кожевой ткани и волосяно-

го покрова не происходило. Измерения проводились в одинаковых условиях: температура воздуха 20+10С, при относительной влажности 61 - 65%, давление -атмосферное нормальное.

Обработка экспериментальных образцов проводилась в диапазоне оптимальных режимов, выявленных с помощью пакета программ 8ТЛТІ8ТІСЛ 6.0. В результате проведённых экспериментов определен режим плазменной обработки мехового полуфабриката ^р=1,5кВт, в=0,06 г/с, Р=26,6Па, т=5мин, Б=0,01г/с), позволяющий придать волосяному покрову антиста-тичные свойства. Обработка в этом режиме приводит к тому, что напряжённость электростатического поля и плотность электрических зарядов равны нулю. Происходит уменьшение диэлектрической проницаемости у меховой овчины на 43%, у песца белого на 66%, при этом интенсивно стекают заряды статического электричества. Таким образом, обработка плазмой ВЧИ-разряда с антистатиком позволяет увеличить реакционную способность волоса, в результате чего химические элементы, относящиеся к металлам и входящие в состав антистатика, в большем количестве оседают на поверхности волосяного покрова, образуя при этом на поверхности токопроводящий слой.

Для установления закономерностей влияние потока плазмы ВЧИ-разряда пониженного давления с применением антистатика ЦПХ определяли химические и физико-механические характеристики волосяного покрова и кожевой ткани меховой овчины и песца белого (табл. 1 и 2): гигроскопичность, содержание влаги, кислотную и щелочную емкости, кислотную и щелочную растворимости, содержание несвязанных жировых веществ, содержание золы, температуру текучести, пористость, прочностные характеристики.

Анализируя данные таблиц 1 и 2, можно сделать вывод, что обработка плазмой ВЧИ-разряда пониженного давления с применением антистатика ЦПХ приводит к улучшению химических и физикомеханических характеристик волосяного покрова и кожевой ткани меха. Очевидно, что это произошло в результате более полного структурирования и упорядочивания структуры кератина волоса в процессе плазменной обработки и нанесения токопроводящего покрытия.

Температура сваривания образцов полуфабриката обработанных ВЧ-плазмой пониженного давления в режиме Wр=1,5 кВт, Р=26,6 Па, 0аг=0,06 г/с, т= 5 мин, Б=0,01 г/с выше контрольных на 4,4-4,7%. Это происходит за счет конформационных изменений, приводящих к дополнительному упорядочению структуры дермы.

Влагосодержание кожевой ткани мехового полуфабриката после плазменной обработки меняется незначительно - на 0,9-2,4 %. Увеличение продолжительности плазменной обработки способствует большему снижению количества влаги.

Из данных, представленных в таблицах 1 и 2, следует, что намокаемость и влагоемкость кожевой ткани после плазменной обработки уменьшается на 23,8-25% и 16,3-26% соответственно по отношению к контрольному образцу. Обработка в этом режиме: Wр=1,5 кВт, в,- =0,06 г/с, Р=26,6 Па, т =5 мин, Б=0,01

г/с приводит к уменьшению межпучковых расстояний, с одновременным сжатием пучков, уплотнению материала вследствие кинетического воздействия ионов плазмы на его внешнюю поверхность и образования токопроводящего покрытия.

Таблица 1 - Химические и физико-механические характеристики волосяного покрова и кожевой ткани меховой овчины до и после плазменной обработки в режиме: Wp=1,5 кВт, Gar =0,06 г/с, Р=26,6 Па, т=5 мин, D=0,01 г/с

Таблица 2 - Химические и физико-механические характеристики волосяного покрова и кожевой ткани шкурок песца белого до и после плазменной обработки в режиме: Wp=1,5 кВт, Gar =0,06 г/с, Р=26,6 Па, т =5 мин, D=0,01 г/с

Характеристики меха Контрольный образец Опытный образец

для кожевой ткани

Температура сваривания, 0С б5 68

Содержание влаги, % 11 10

Намокаемость, % 215,3 164,5

Содержание минеральных 5 5,8

веществ, %

Влагоёмкость, % 189,б 158,7

Предел прочности при рас- 7,б 9,3

тяжении, МПа

Удлинение относительное при напряжении 4,9 МПа, % 50 57,5

для волосяного покрова

Содержание влаги, % 8,7 9,0

Щелочная растворимость; % 12,5 9,8

Кислотная растворимость, % 10,8 9,4

Щелочная емкость, мэкв/г 1,8 1,5

Кислотная емкость, мэкв/г 1,5 1,35

Гигроскопичность, % 29,б 23,8

Прочность на разрыв, Н 0,28 0,3

Пористость, % 1б,5 18,6

Характеристики меха Контрольный образец Опытный образец

для кожевой ткани

Температура сваривания, 0С 81 85

Содержание влаги, % 12,3 12

Намокаемость, % 191,44 143,49

Содержание минеральных б,9 7,4

веществ, %

Влагоёмкость, % 199 147

Предел прочности при растя- 10,7 13,6

жении, МПа

Удлинение относительное при напряжении 4,9 МПа, % 5б 61,6

для волосяного покрова

Содержание влаги, % 9 9,1

Щелочная растворимость; % 14,8 8,1

Кислотная растворимость, % 10,3 8,9

Щелочная емкость, мэкв/г 2,0 1,6

Кислотная емкость, мэкв/г 1,б 1,4

Гигроскопичность, % 32,5 26,6

Прочность на разрыв, Н 0,34 0,4

Пористость, % 20,8 22,8

Обработка плазмой ВЧИ-разряда пониженного давления с применением антистатика позволяет увеличить реакционную способность волоса, в результате чего химические элементы, относящиеся к металлам и входящие в состав антистатика, в большем количестве оседают на поверхности волосяного покрова, образуя при этом на поверхности токопроводящий слой, благодаря этому образуются более прочные связи на поверхности волоса, повышают устойчивость волоса к действию едкой щелочи на 21,6-45% и кислоты на 13%. также приводит к уменьшению кислотной и щелочной емкости на 12,5-19% и 16-20% по сравнению с контрольным.

Обработка в этом режиме: Wp=1,5 кВт, ваг =0,06 г/с, Р=26,6 Па, т=5 мин, Б=0,01 г/с приводит к образованию гидрофобной поверхности и закрытию чешуек волосяного покрова, за счёт этого происходит уменьшение гигроскопичности волоса на 18-19,6%, что объясняется изменениями микроструктуры волосяного покрова и полярности поверхности кутикулы.

Изучение ИК-спектров контрольного и опытного образцов волосяного покрова меховой овчины показало, что плазменная обработка в режиме Wp=1,5 кВт, ваг =0,06 г/с, Р=26,6 Па, т=5 мин, Б=0,01 г/с не приводит к изменению химического состава волоса (рис. 1). Однако, уменьшение пика в области 3600 - 3000 см-1 свидетельствует о сокращении количества водородных связей в структуре кератина.

Также наблюдается увеличение пропускной способности у опытных образцов, что свидетельствует о меньшем количестве свободных функциональных групп в волосе полуфабриката меховой овчины.

Таким образом плазменная обработка в режиме Wp=1,5 кВт, ваг=0,06г/с, Р=26,6 Па, т=5 мин, Б=0,01 г/с позволяет придать волосяному покрову меховой овчины антистатические свойства, а также обработка в данном режиме приводит к комплексному улучшению физико-механических характеристик меха.

В результате обработки мехового полуфабриката плазмой ВЧИ-разряда пониженного давления с применением антистатика ЦПХ в режиме, приводящим к увеличению показателя гидрофобности волосяного покрова, регулярность и равномерность расположения чешуек восстанавливается, как и плотность их прилегания, друг к другу, что позволяет создать на его поверхности электропроводящее покрытие. Это повышает потребительскую ценность меховых изделий, а также обеспечивает наилучшие товарные характеристики меха: волосяной покров становится рассыпчатым, более упругим, эластичным и менее подверженным внешним воздействиям.

Рис. 1 - Дифракционные кривые волосяного покрова полуфабриката меховой овчины: а - контрольный; б - опытный Wр=1,5 кВт, Саг =0,06 г/с, Р=26,6 Па, т=5 мин, Б=0,01 г/с

Литература

1. Абдуллин И.Ш. Моделирование микроструктуры кожевенного материала на стадиях производства и при ВЧЕ-плазменной обработке. Абдуллин И.Ш, Вознесенский Э. Ф., Желтухин В. С., Красина И.В. - Казань: Изд-во Казан. гос. технол. ун-та, 2009. - 229 с.

2. Шарифуллин Ф.С. Влияние плазменной обработки на характеристики кожевой ткани меховой овчины в подготовительных процессах / Ф.С. Шарифуллин, И.М. Нуриев // Вестник Казан. технол. ун-та. - 2011. - Т. 14, №5. - С.274-277.

3. Абдуллин И.Ш. Регулирование свойств волосяного покрова меха с применением низкотемпературной плазмы / И.Ш. Абдуллин, Ф.С. Шарифуллин [и др.] // Современные техника и технологии: сб. статей XIV междунар. науч.-практ. конф. - Томск, 2008. - С. 210-211.

4. Абдуллин И.Ш. Влияние ВЧИ плазмы пониженного давления и антистатика ЦПХ на электростатические свойства меховой овчины / И.Ш. Абдуллин, Ф.С. Шарифуллин [и др.] // Кожевенно-обувная промышленность. - 2009. - №4. - С.41-42.

© И. Ш. Абдуллин - д-р техн. наук, проф., проректор по научной работе КНИТУ, зав. каф. плазмохимических и нанотехнологий высокомолекулярных материалов КНИТУ, abdullin_i@kstu.ru; А. П. Кирпичников - д-р физ.-мат. наук, проф., зав. каф. интеллектуальных систем и управления информационными ресурсами КНИТУ, isuir@kstu.ru; Ф. С. Шарифуллин - д-р техн. наук, доц. каф. плазмохимических и нанотехнологий высокомолекулярных материалов КНИТУ, sharifullin80@mail.ru.

157