Эффект плазменного воздействия на адгезионную прочность текстильных материалов

УДК 678.023:66

Е. В. Кумпан

ЭФФЕКТ ПЛАЗМЕННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА АДГЕЗИОННУЮ ПРОЧНОСТЬ ТЕКСТИЛЬНЫХ

МАТЕРИАЛОВ

Ключевые слова: текстильный материал, модификация, поток плазмы, полимер, адгезионная прочность

герметизация ниточных швов.

На основе результатов экспериментальных исследований установлено, что взаимодействие плазменной обработки с термоклеевыми прокладочными и текстильными материалами позволяет повысить прочность клеевого соединения в 2,0 раза. Предложенная технология герметизации швов за счет воздействия потока плазмы, и устройств, совмещающих герметизацию с образованием ниточных строчки, способствует улучшению качества и позволяет сократить время обработки изделий.

Keywords: textile material modification, the flow ofplasma polymer adhesion strength of thread sealing seams.

Based on the results of experimental studies have established that the interaction of the plasma treatment with the spacer and interlining textile materials can increase the bond strength of 2.0 times. The proposed technology sealing joints due to the impact of the plasma flow, and devices that combine to form the sealing of thread stitching, improves quality and reduces the processing time of the product.

Высокая эффективность плазменной обработки известна более 100 лет в различных областях промышленности. Ивановскими учеными работающими в текстильной и легкой промышленности, четыре десятилетия назад проводятся исследования воздействия неравновесной плазмы на полимерные, волок-нообразующие текстильные материалы. Учеными разработана концепция совокупности происходящих процессов в полимерном материале подвергнутом обработке в плазме, доказано, что плазменная обработка вызывает изменение химического состава и структуры приповерхностного слоя материала, данная модификация приводит к изменению свойств, что может быть целенаправленно использовано в конкретных технологических процессах [1].

Большой опыт использования плазменной технологии высокочастотного емкостного разряда пониженного давления накоплен учеными КНИТУ, исследования направленны на изменения свойств текстильных материалов, содержащих синтетические и натуральные полимерные волокна [2-4].

Учеными установлено, что изменение свойств поверхности и ее модифицирование происходит даже при минимальных дозах плазменного воздействия. Изменяется поверхностная энергия, поверхность становиться более гидрофильной или гидрофобной, изменяется химический состав поверхностного слоя, структура, его окислительно-востановительная активность. Возрастание дозы потока, может привести к увеличению модифицированного слоя. В этом слое образуются и разрушаются функциональные группы, происходит разрыв химических связей и молекулярных цепей с образованием свободных радикалов, двойных связей, сшивок и выделением низкомолекулярных газообразных продуктов, уносящих часть вещества полимера -травление [5].

Одной из проблем в текстильной и швейной промышленности при производстве текстильных материалов и готовых изделий является повышение адгезионной прочности. Для текстильных материа-

лов повышение адгезии имеет особо важное значение в процессах крашения на стадии обработки, при производстве изделий, на операциях дублирования при влажно-тепловой обработке, герметизации швов, с целью повышения клеевых соединений деталей одежды бытового и специального назначения. Адгезионная прочность клеевого соединения материалов является одним из основных показателей качества в одежде, определяющих её внешний вид и формоустойчивость. Повышенная прочность склеивания сохраняет опрятный внешний вид изделий и тем самым продлевает срок их службы [6].

Важность повышения адгезионной прочности, вызвала проведение целого комплекса исследований, направленных на определение оптимальных условий обработки, обеспечивающих максимальный технологический эффект. При этом возможны различные варианты обработки: обработка одного основного текстильного материала или композиции склеиваемых материалов, с нанесенной клеевой поверхностью, обработка непосредственно самой клеевой композиции с последующим нанесением ее на ткань.

Учеными установлено [7], что адгезионная активность большинства полимерных материалов синтетического происхождения характеризуется низкими показателями. Химическая инертность полимеров, в эксплуатационных условиях обычно характеризуется положительными свойствами, но при ко-лорировании, дублировании материалов, а также герметизации ниточных соединений, проявляется как недостаток, поскольку обуславливает невосприимчивость поверхности к покрытиям и плохую фиксацию клеевой композиции.

Учеными КНИТУ был разработан способ повышения адгезионной прочности клеевых соединений путем введения в технологический процесс швейного производства операций воздействия потока плазмы перед процессом дублирования на основной и термоклеевой прокладочный материал. Модификация основного и термоклеевого прокладоч-

ного материала выполнялась перед процессом дублирования влажно-тепловой обработки на высокочастотной плазменной установке высокочастотного емкостного разряда пониженного давления, между двумя параллельно-расположенными электродами равномерно по всей рабочей поверхности образца с лицевой и изнаночной сторон [3].

На основе полученных экспериментальных данный, установлено, что плазменная обработка основного и термоклеевого прокладочного материала перед процессом дублирования повышает адгезионную прочность клеевых соединений текстильных материалов в 2,0 - 2,3 раза, при этом не изменяется внешний вид пакета материалов, сохраняются экс-плутационные свойства.

Результаты экспериментальных исследований объясняются тем, что воздействие потока плазмы высокочастотного емкостного разряда пониженного давления на основной материал приводит к удалению различных препаратов и загрязнений, нанесенных на поверхность материала в процессе отделки, что способствует хорошему проникновению клеевой композиции к активным центрам волокнообра-зующего полимера и позволяет повысить адгезионную прочность клеевых соединений при дублировании деталей одежды.

Воздействие потока плазмы ВЧЕ - разряда пониженного давления на термоклеевой прокладочный материал приводит к снижению степени кристалличности полиамидного клея, уменьшению доли аморфных участков, снятию внутренних напряжений в клеевом соединении, что сказывается на текучести и температуре плавления клея, увеличению связей между звеньями адгезива и субстрата.

При выполнении Госконтракта разработана технология герметизации швов швейных изделий специального назначения с применением многофункциональных пленочных материалов на основе наноструктурированой водной полимерной дисперсии, направлена на изготовление изделий специального назначения с улучшенными эксплуатационными свойствами за счет воздействия потока плазмы, и устройств, совмещающих герметизацию с образованием ниточных строчки, что позволяет снизить трудоемкость данного процесса, повысить качество и сократить время обработки изделия.

Результаты проведенной научно исследовательской работы, могут быть использованы для проведения опытно-технологических работ, направленных на создание новых многофункциональных пленочных материалов, с высокими показателями адгезионных свойств без температурной и химической активации широкого назначения, в том числе и для производства специальной одежды, а так же для разработки положений, методик, инструкций и руководств испытаний и эксплуатации готовых изделий с использованием разрабатываемых пленочных материалов. Основными потребителями разрабатываемых материалов являются предприятия, производящие средства индивидуальной защиты рабочего персонала от негативного воздействия при работе с различными жидкими средами [8].

По мненью авторов [7], обработка в плазме приводит к улучшению смачиваемости полимера, увеличению гидрофильных свойств, к возрастанию косинуса краевого угла смачивания, который является мерой поверхностной энергии полимера, что обеспечивает материалу и повышение адгезионной активности.

Увеличение адгезионной прочности модифицированных соединений связывают с ростом шероховатости и появлением на поверхности активных функциональных групп. При этом связь между группами и адгезивом может носить, как физический (адсорбционный), химический, так и механический характер.

Для инертных полимеров, таких как полиэтилен, полипропилен, полиакрил и т.п. образование реакционноспособных центров является единственной возможностью создания прочного сцепления. По мнению автора [7, 9] работы, посвящённой исследованию адгезионных свойств полипропиленовых волокон, в результате обработке в плазме наблюдается ослабление межмолекулярного взаимодействия и увеличение подвижности полимерных молекул при контакте и приложении давления, что приводит к усилию аутогенного контакта в волокнистом материале.

Эффект увеличения адгезионной активности модифицированных плазмой текстильных материалов может быть востребован не только в текстильной и швейной промышленности, но и в производстве изделий, где технологический процесс предусматривает стадию дублирования, армирования или склеивания. Например, в производстве получении герметичных узлов в различных конструкциях, в изготовлении строительных материалов.

Литература

1 Кутепов, А.М. Плазменное инициирование текстильных материалов: перспективы и проблемы / А.М. Кутепов, А.Г. Захаров, А.И. Максимов, В.А. Титов // Журнал. Рос. хим. о-ва им. Д.И. Менделеева. - 2002. -Т. XLVI. - №1. С. 103-115.

2 Абдуллин, И.Ш. Влияние потока высокочастотной плазмы пониженного давления на адгезионные свойства полимерных текстильных материалов // Абдуллин И.Ш., Хамматова В.В., Кумпан Е.В. / Вестник Казанского технологического университета. - Казань: КГТУ - 2011. - № 3. - С. 278-281.

3 Абдуллин И.Ш., Высокочастотная плазменно-струйная обработка материалов при пониженных давлениях. Теория и практика применения / И. Ш. Абдул-лин, В.С. Желтухин, Н.Ф. Кашапов - Казань: Изд-во Казанского ун-та, 2000. - 348с.

4 Хамматова, Э.А. Создание многофункционального пленочного материала с улучшенными адгезионными свойствами // Э.А. Хамматова, Л.Н. Абуталипова, Е.А. Мекешкина - Абдуллина / Вестник Казанского технологического университета. - Казань: КГТУ - 2013. - № 14. - С. 144-147.

5 Кутепов, А. М. Вакуумно-плазменное и плазменно-растворное модифицирование полимерных материалов / А. М. Кутепов, А. Г. Захаров, А. М. Максимов -М.: Наука, 2004. - 496 с.

6 Герасимова, Н.А. Совершенствование физико-химических способов повышения прочности адгезионных соединений / Н. А. Герасимова, В. Е. Кузмечев,

В.В. Веселов. -Деп. в ЦНИИТЭИЛегпром, 08,09,86, №1755-ЛП.

Применение тлеющего разряда в текстильной и строительной промышленности: монография / М.В. Акулов, Б.Н. Мельников, С.В. Федосов, Л.В. Шарнина. Иван. гос. хим.-тех. ун-т. - Иваново, 2088 - 232 с. Кумпан, Е.В. Новая технология повышения защитных свойств швейных изделий специального назначения // Е.В. Кумпан, В.В. Хамматова / Вестник Казанского

технологического университета. - Казань: КГТУ -2013. - № 17. - С. 142-145.

Герасимова, Н.А. Использование низкотемпературной плазмы тлеющего разряда при изготовлении одежды для повышения прочности соединений из текстильных материалов / Н.А. Герастмова // Матер. всес. семинар «Перспективы плазменной технологии в текстильной и легкой промышленности», Иваново, 1989, - С. 59-61.

© Е. В. Кумпан - к.т.н., доцент кафедры дизайна, КНИТУ, elenevk@mail.ru.

© E. V. Kumpan

elenevk@mail.ru.

cand. tech. ci., department of Design, Institute of technology of light industry of fashion and design, KNRTU,

7

9

8