Использование неравновесной низкотемпературной плазмы пониженного давления для производства картонов с регулируемыми свойствами

Л. Р. Джанбекова, И. Ш. Абдуллин, М. В. Геров,

М. А. Севостьянов

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ НЕРАВНОВЕСНОЙ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ПЛАЗМЫ ПОНИЖЕННОГО ДАВЛЕНИЯ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА КАРТОНОВ С РЕГУЛИРУЕМЫМИ СВОЙСТВАМИ

Ключевые слова: картон, волокна, неравновесная низкотемпературная плазма пониженного давления, свойства.

Показана возможность использования неравновесной низкотемпературной плазмы пониженного давления на изменение свойств картонов различного назначения.

Keywords: сагЛоагс1, fibers, nonequilibrium low temperature plasma of the lowered pressure, properties.

Possibility of use of nonequilibrium low temperature plasma of the lowered pressure upon change of properties of cardboards of different function is shown.

Одной из основных задач современного промышленного производства является повышение конкурентоспособности материалов на базе натуральных полимеров за счет увеличения срока эксплуатации, улучшения эстетических и потребительских свойств изготовляемых из них изделий. Решение этой задачи тесно связано с совершенствованием технологии получения материалов, позволяющей создавать продукцию с заранее заданными показателями качества (увеличение прочности, стабилизация линейных размеров, регулирование степени лиофильности).

Процессы производства картонов, представляющих собой нетканый материал на базе целлюлозных волокон и коллагенсодержащих отходов кожевенно-мехового производства по стандартной технологии подразделяются на четыре основные группы: подготовка волокнистого сырья к размолу, размол и проклеивание волокна, отлив листов картона, сушка и отделка листов картона.

Размол (расщепление) волокон является одним из наиболее важных процессов производства картонов. Размол часто проводят в две стадии: первая - полумассный, вторая - массный размол. После первой стадии размола кожевенная волокнистая масса в отличие от крафтцеллюлозы, как правило, содержит еще некоторое количество неразмолотых объектов, в связи с чем вторая стадия размола технологически оправдана.

Основным фактором размола волокнистых материалов является их способность к набуханию. Результаты проведенных исследований показали [1, 2], что предварительная обработка коллагенсодержащих волокнистых компонентов ВЧЕ плазмой пониженного давления в режиме Р = 26,6 Па, С = 0,04 г/с, плазмообразующий газ аргон, '^р = 1,8 кВт, 1о5р = 5 мин и целлюлозосодержащих волокон в режиме Р = 26,6 Па, С = 0,04 г/с, плазмообразующий газ аргон, '^р = 1,1 кВт и

1обр = 3 мин приводит к возрастанию показателя влагопоглощения и, как следствие, увеличению степени набухания.

Внедрение в стандартный технологический процесс обработки волокнистых компонентов с помощью НТП пониженного давления приводит к структурным изменениям коллагеновых и целлю-

лозных волокон, расщепление волокон до пучков и фибрилл позволяет увеличить внешнюю поверхность волокон, уменьшить плотность их переплетения, что, в свою очередь, значительно сокращает время размола и позволяет добиться массного размола практически за одну стадию.

Проведенные исследования показали, что при определенных режимах плазменной обработки готовых листов картонов могут быть получены улучшенные показатели физико-механических свойств материала: предел прочности при растяжении после замачивания в воде повышается на 3035 %, жесткость при статическом изгибе - на 10 %, стойкость к истиранию - на 55-85 %, относительное удлинение при растяжении в сухом состоянии уменьшается до 40 %. При модификации готовых листов картона происходит выравнивание их свойств в продольном и поперечном направлениях. В связи с этим представляется целесообразным включение в технологию производства однослойных картонов наряду с модификацией их волокнистых компонентов и процесс плазменной модификации готовых листов материала.

Модификация технического картона марки МП с помощью ВЧ плазмы пониженного давления в атмосфере смеси аргона и пропан-бутана (Р = 26,6 Па, О = 0,04 г/с), позволила получить поверхность, обладающую гидрофобными и лиофобными свойствами. Гидрофобность картона оценивали по изменению показателя впитываемости воды, лиофобность по характеру впитываемости бензина и масла от времени обработки.

Нормированные значения картонов марки МП, показатели свойств контрольного образца и образца, обработанного с помощью НТП пониженного давления при Р = 26,6 Па, расходе плазмообразующего газа (аргон : пропан-бутан = 70 : 30) С = 0,04 г/с, представлены в таблице 1. Из таблицы видно, что такие важные показатели для технических картонов как линейная деформация и сжимаемость уменьшаются на 10 %, как в продольном, так и в поперечном направлениях, впитываемость воды уменьшается на 15 %, а бензина на 40 %. Предел прочности при растяжении в сухом виде в машинном направлении увеличивается на 15 %, а в поперечном - на 30 %, что свидетельствует о выравнива-

нии свойств картона в обоих направлениях. Причем необходимой степени лиофобности поверхности технических картонов можно получить только при последовательной модификации сначала волокнистых компонентов картона, а затем готовых листов

Таблица 1 - Физико-механические показатели картона марки МП

материала. Это позволяет более успешно использовать детали, вырубленные из обработанных листов картона, в качестве уплотнительных прокладок во фланцевых и других соединениях автомобилей.

Значение

Наименование показателей Норми- Контроль- После обработки

рованные ный образец 1 вар. 2 вар.

Плотность, г / см3 0,8 ± 0,2 0,85 0,855 0,86

Предел прочности при растяжении в сухом виде, МПа, не менее:

в машинном направлении 8,0 12 13 15

в поперечном направлении 7,0 10 12,7 14,8

Впитываемость за 6 часов, % не более:

воды 40 32 27 19,3

бензина 70 42 25 17,9

масла 45 19 16 12

Линейная деформация, % не более:

в машинном направлении 1,2 1,2 1,1 0,98

в поперечном направлении 1,3 1,3 1,2 1,0

Сжимаемость, %, в пределах 15 - 30 15 12,5 11

Упругое сжатие после снятия нагрузки, % не менее 85 94 95,5 96

Влажность, % 6 ± 2 7,7 6,3 7

Устойчивость к маслу при 130 °С Не должны Не разрушается

разрушаться

Изменение толщины от действия масла при

80-90°С,% ± 20 ± 4,3 ±3,8 ±3,2

Таблица 2 - Изменения физико-механических показателей обувных картонов

Наименование показателя ЗМ-1 С и СЦМ

Нормированное значение (ГОСТ 954289) Контрольный образец Вариант обработки 1 Вариант обра-ботки2 Нормированное значе-ние(ГОСТ 9542-89) Контрольный образец Вариант обработки 1 Вариант обра-ботки2

Удлинение при растяжении в сухом состоянии, % 15-60 50 35 26 14-28 25 20 15

Жесткость при статическом изгибе, Н 10-56 38 42 44 10-75 40 44 46

Предел прочности при растяжении после замачивания в воде, МПа, не менее 5 6 7,8 8,2 5 5,5 7,2 8,6

Намокаемость через 2 ч, %, не более 45 42 38 29,5 50 40 36 22

Истирае-мость,%, не более 2,75 2,7 1,6 0,8 1,2 1,2 0,8 0,45

Изменение линейных размеров при увлажнении 1,5 1,5 1,0 0,6

или высушивании, %, не более

Анализ обувных картонов марок СЦМ, С, ЗМ-1, обработанных в ВЧЕ разряде в атмосфере аргона, показал, что в зависимости от режимов плазменной обработки происходит улучшение комплекса физико-механических свойств исследуемых материалов. Показатели физико-механических свойств обувных картонов при первом варианте обработки (модификация готовых листов картона) и втором варианте (предварительная модификация волокнистых компонентов картона и последовательная обработка готовых листов материала) представлены в таблице 2.

Как следует из данных таблицы 2, предварительная модификация волокнистых компонентов картона и последовательная обработка готовых листов материала позволяют значительно улучшить показатели физико-механических свойств обувных картонов. Так, показатели предела прочности при растяжении картона при втором способе обработки в отличие от первого способа увеличились на 25 %, жесткость на 5 %, относительное удлинение при растяжении в сухом состоянии уменьшается на 25 % , намокаемость снижается на 25 %.

Таким образом, включение в технологический процесс изготовления картонов предварительной модификации волокнистых компонентов и последующей обработки готовых листов картона с помощью НТП пониженного давления позволяет значительно улучшить комплекс физико-

механических свойств рассматриваемых картонов. Кроме того, это позволяет значительно сократить доли брака в технологическом процессе получения картона и процент некондиционного товара, из него изготавливаемого.

Литература

1. 1. Джанбекова Л.Р. Исследование изменения впитывающей способности технических картонов под действием плазмы пониженного давления / Л.Р. Джанбекова // Вестник Казанского технологического университета. №11, 2010. - С.559-561.

2. Джанбекова Л.Р. Влияние неравновесной низкотемпературной плазмы пониженного давления на целлюлозосодержащую составляющую картонов/ Л.Р. Джанбе-кова, И.Ш.Абдуллин, А.Ф.Дресвянников // Вестник Казанского технологического университета. №3, 2012. -218-219.

Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации в рамках федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы по соглашению 14.В37.21.2033 от 14 ноября 2012г.

© Л. Р. Джанбекова - канд. техн. наук, доц. каф. плазмохимических и нанотехнологий высокомолекулярных материалов КНИТУ, ganbekova@yandex.ru; И. Ш. Абдуллин - д-р техн. наук, проф., зав. каф. плазмохимических и нанотехнологий высокомолекулярных материалов КНИТУ, abdullin_i@kstu.ru; М. В. Геров - канд. техн. наук, мл. науч. сотр. Ин-та металлургии и материаловедения им. Байкова РАН; М. А. Севостьянов - мл. науч. сотр. того же ин-та.