Акулова М.В. Применение тлеющего разряда в текстильной и строительной промышленности

Подождите немного. Документ загружается.

130

стадийным и длительным. Он предполагает использование на техно-

логические нужды большого количества воды, красителей, химиче-

ских препаратов, в том числе солей хрома.

С целью повышения качества материалов и интенсификации

процессов производства кожи и меха проводятся исследования и раз-

работаны эффективные технологии, предполагающие применение

плазменного воздействия на различных стадиях их производства.

Активные работы в этом направлении проводятся в Казанском

государственном технологическом институте научной группой, руко-

водимой проф. Абдуллиным И.Ш. [126]. Авторами разработаны тео-

ретические основы плазменной обработки натуральных капиллярно-

пористых тел, выявлен характер влияния параметров газового разряда

на конечный результат.

Проведением комплексных исследований изменений, происхо-

дящих в коллагене, являющимся основным белком кожного покрова,

установлено, что в результате действия газового разряда происходят

изменения химического состава. Образуются новые свободные груп-

пы кислотного и основного характера (карбоксильные и аминные) за

счет разрыва части водородных связей. Обработка в плазме сопрово-

ждается удалением жировых веществ (до 12 %), увеличением показа-

теля «выплавляемости желатина». Под действием плазмы происходит

структурная модификация кожи (упорядочивание аморфной фазы

коллагена) и морфологические изменения поверхности за счет ее раз-

рыхления.

Обработка меха также сопровождается набуханием поверхности

и небольшим раскрытием чешуек кутикулы волоса.

131

Совокупность изменений, происходящих в коже и мехе, приво-

дит к повышению пористости (на 25-30 %), прочности, жесткости,

теплостойкости и светостойкости. Как технологический эффект это

проявляется в увеличении смачиваемости и водопоглощения (в 2

раза) и положительно сказывается на накрашиваемости изделий.

При этом появляется возможность интенсификации технологи-

ческих процессов производства: отмочки в 5-6 раз, золения в 1,5 раза,

обеззоливания в 6-7 раз, пикеливания в 2 раза. Технологический про-

цесс выделки кожи становится более экологически безопасным, так

как сокращается применение кислот и щелочей, повышается сорт-

ность кожи за счет повышения ее однородности и эластичности,

улучшается качество покрывного крашения [126].

С другой стороны увеличение адгезии и снижение усадки мо-

дифицированных материалов может быть целенаправленно исполь-

зовано в производстве обуви в операциях сборки методом клеевого

крепления. Применение плазмы в этом процессе позволяет снизить

трудоемкость, в 1,5 – 2 раза повысить прочность клеевого соедине-

ния, а следовательно, и срок службы изделия.

Многоплановость изменений, происходящих в коллагене кожи,

сулит перспективы использования плазмы и в процессах дубления.

Известно, что в качестве эффективного препарата для этих целей до

сих пор используют соли хрома, однако традиционные технологии не

в состоянии обеспечить допустимые показатели по содержанию со-

лей хрома в готовых изделиях и их ПДК в сточных водах [127]. Авто-

ром показано, что обработка кожевой ткани в низкотемпературной

плазме позволяет интенсифицировать жидкостные процессы вследст-

132

вие ускорения диффузии и активации функциональных центров кол-

лагена по отношению к рабочим растворам. Кроме того, плазменная

обработка способствует конформационным перестройкам полипеп-

тидных цепей, снимая стерические ограничения в прохождении воз-

можных реакций, что особенно важно в условиях взаимодействия вы-

сокомолекулярных соединений [128]. В совокупности оба эти факто-

ра направлены на повышение степени структурирования коллагено-

вых волокон кожевенной ткани в процессах ее бесхромового дубле-

ния с применением препарата УГ на основе неизоционатных гидро-

ксилсодержащих уретанов. Использование плазмохимической бес-

хромовой технологии дубления позволяет получать полуфабрикат с

улучшенным комплексом характеристик и в существенной мере ре-

шить экологические проблемы мехового производства [129].

Говоря об экологических аспектах технологических процессов

производства текстильных, меховых и кожевенных материалов, нель-

зя не отметить возможности использования плазмы для обезврежива-

ния сточных вод этих производств. Разнообразие используемых хи-

мических препаратов и красителей приводит к тому, что состав сточ-

ных вод предприятий колеблется в очень широких пределах в зави-

симости от ассортимента выпускаемой продукции, применяемых тех-

нологий и парка оборудования. В сточные воды попадают продукты

деструкции обрабатываемого материала и вещества, используемые в

технологических процессах, в том числе восстановители, красители

различных классов, поверхностно-активные вещества, формальдегид

и др. Все это негативно сказывается на экологии, приводит к ухудше-

133

нию обстановки в регионах, имеющих текстильные и кожевенные

предприятия.

Одним из перспективных путей решения экологических про-

блем является применение плазмохимических методов как для интен-

сификации производственных процессов с целью снижения потреб-

ления химических препаратов, так и для очистки производственных и

сточных вод, водоподготовки, обеззараживания твердых и жидких

токсичных отходов [111, 115]. Наиболее пригодной для этих целей

является плазма поверхностно-барьерного разряда, возбуждаемая при

атмосферном давлении [15].

Этот вид разряда занимает особое место, поскольку возникает в

узком (1-5 мм) межэлектродном промежутке, разделенном диэлек-

трическими пластинами – барьерами, от источника переменного тока

промышленной или высокой частоты при давлениях близких или не-

сколько выше атмосферного. Вследствие своей специфичности барь-

ерный разряд состоит из большого числа микроскопических частич-

ных разрядов, пронизывающих заполненный газом зазор между барь-

ерами и представляющих собой искровые разряды малой мощности.

Основным преимуществом барьерного разряда перед тлеющим явля-

ется сравнительно несложное аппаратурное оформление, отсутствие

средств создания и поддержания разрежения, возможность автомати-

зации и организации процесса по непрерывной технологии.

Недостатками, сдерживающими его широкое применение в тех-

нологии отделки тканей, являются недостаточно высокая эффектив-

ность обработки и выделение озона в рабочую зону. Однако с точки

зрения использования плазмы барьерного разряда для обезврежива-

134

ния отходов текстильного производства этот недостаток превращает-

ся в достоинство. Обладая высокой окислительной активностью, этот

разряд способен обесцвечивать красители [115] и окислять токсиче-

ские органические вещества, тем самым, обеззараживая их [130].

5. ДИСПЕРСНО – АРМИРОВАННЫЕ БЕТОНЫ

Получение высокоэффективных теплоизоляционных материалов

приобретает в настоящее время все большее значение. Новым строи-

тельным и теплоизоляционным материалом являются фибробетоны.

Особенно перспективным является применение органических воло-

кон в качестве фибросоставляющей. Фибробетоны появились сравни-

тельно недавно и не всегда отвечают современным требованиям. Для

армирования таких бетонов и других материалов с низким модулем

упругости используют полимерные волокна, что позволяет увеличить

прочность на удар строительных композиций. В качестве полимер-

ных материалов используют полиэфиры, полиакрилаты, полипропи-

лен и др. Ассортимент используемых химических и текстильных во-

локон как армирующего материала в производстве фибробетонов по-

стоянно расширяется за счет дешевых отходов хлопковых, шерстя-

ных и синтетических волокон.

Дисперсное армирование предполагает направленную или про-

извольную ориентацию волокон в объеме бетона. Направленная ори-

ентация реализуется, как правило, при использовании непрерывных

нитей или тканей. Произвольная ориентация проводится короткими

волокнами. Классификация дисперсно-армированных бетонов по ви-

дам заполнителей и способам армирования приведена на рис. 5.1.

135

Рис. 5.1. Классификация дисперсно-армированных бетонов

136

Одним из основных условий получения качественных дисперс-

но-армированных бетонов является высокая адгезия армирующих во-

локон к строительной матрице. Однако свойства практически всех

неметаллических волокнистых материалов не удовлетворяют данно-

му требованию, а их сцепление со строительным композитом во мно-

гом обуславливается силами трения [3, 131]. Это определяет ассорти-

мент используемых армирующих волокон и технологию изготовле-

ния, свойства и области применения армированных ими материалов.

Низкотемпературные разряды, в свою очередь, позволяют при-

давать волокнам целый комплекс улучшенных свойств: увеличение

гидрофильных свойств, изменение рельефа поверхностного слоя,

улучшение прочностных характеристик и др. Плазменная технология

используется в текстильной и химической промышленности, но для

строительной отрасли она является нетрадиционной.

Для достижения максимального эффекта модификации армирую-

щих волокон фибробетонов разряд должен отвечать следующим тре-

бованиям:

– эффективно и устойчиво менять поверхностные свойства обраба-

тываемого материала;

- не ухудшать физико-механических характеристик;

– не нагревать материал до температур, вызывающих его плавление

или деструкцию.

137

5.1. Материалы, используемые для производства фибробетонов, и

их влияние на свойства строительного композита

Производство дисперсно-армированных бетонов осуществляет-

ся на основе различного вида минеральных вяжущих. В настоящее

время используется портландцемент, глиноземистый цемент, гипсо-

вые вяжущие [132-134].

Растворы портландцементов имеют щелочную среду (рН=12 и

более). Эта среда влияет на армирующие волокна. Продукты гидра-

тации предохраняют от коррозии металлическую арматуру, но оказы-

ваются агрессивными по отношению к минеральным и органическим

волокнам. В качестве продуктов гидратации цемента образуются гид-

росиликаты и гидроксид кальция, которые и определяют свойства

цементного камня. Гидроксид кальция в случае, например фибробе-

тона, армированного стеклянными волокнами, взаимодействует с

компонентами стекла. Происходит коррозионное разрушение стек-

лянного волокна из-за выщелачивания и разрушения их кремнекис-

лородного каркаса.

При использовании портландцементов для дисперсно-

армированных бетонов важное значение имеет соотношение между

фазами алита (3СаО SiO

) и белита (2CaO SiO

) в цементном вяжу-

щем. Снижение алитовой и повышение количества белитовой фазы

уменьшает интенсивность воздействия щелочной среды цемента по

отношению к стеклянным волокнам. Исследования по разработке со-

ставов белитовых портландцементов для стеклоармированных ком-

позиций были выполнены под руководством А.А. Пащенко и В.П.

138

Сербина [135]. Такой цемент получали из сырьевой смеси на основе

известняково-базальтовых горных пород. Перспективным также ока-

зался специальный состав сульфатированного портландцемента, в ко-

тором отсутствовали традиционные клинкерные минералы, а основ-

ными минералами являлись сульфатосиликат кальция, сульфоалюми-

нат кальция и белит. Значение pH такого цемента составило 9,8-10,

что значительно ниже, чем у стандартного портландцемента.

Глиноземистый цемент реже применяется в строительстве, чем

портландцемент. Однако глиноземистые цементы обладают многими

ценными свойствами [136]. Основное преимущество – это быстрый

рост прочности в процессе твердения. Бетоны на глиноземистом це-

менте более плотны и водонепроницаемы, стойки к агрессивным сре-

дам, более инертны ко всем видам минеральных волокон. Глиноземи-

стый цемент в основном состоит из аллюминатов кальция, среди ко-

торых определяющим свойства вяжущего является четырехкальцие-

вый аллюминат. Его содержание в глиноземистом цементе составляет

50-60%. При получении дисперсно-армированных композиций на та-

ком цементе необходимо учесть, что прочность бетона при опреде-

ленных условиях может повышаться или заметно снижаться. Боль-

шое значение имеют температурные условия.

Стальная арматура в гипсовых изделиях подвергается интенсив-

ной коррозии, что непосредственно связано с нейтральностью среды

твердения гипсового камня (рН=6,5-8). Вместе с этим, среда гидрата-

ции гипсовых вяжущих является инертной по отношению ко всем ви-

дам минеральных и полимерных волокон. Для дисперсно-

армированных композиций целесообразно использовать строитель-

139

ный и высокопрочный гипс. Такие изделия быстро набирают проч-

ность, обладают высокой огнестойкостью, малой теплопроводностью,

высокой технологичностью.

Для армирования фибробетонов используются волокна различ-

ного происхождения и структуры: металлические (стальные), мине-

ральные (стеклянные), синтетические (нейлоновые, полиэтиленовые,

полипропиленовые) и др. Так, разнообразие типов стекол обуславли-

вает возможность получения большой номенклатуры стеклянных во-

локон различного состава с довольно широким диапазоном физиче-

ских свойств [3, 4]. К наиболее обширной группе относятся силикат-

ные стекла и получаемые из них волокна: кварцевые, алюмобороси-

ликатные, цирконийсиликатные, керамические и др. Разрабатываются

и производятся шлаковые волокна, волокна из плавленых горных по-

род (базальта). Использование стеклянных волокон является особен-

но выгодным при производстве тонкостенных конструкций. Однако

основной причиной, сдерживающей их применение в качестве арма-

туры для бетона, является невысокая устойчивость к воздействию

среды гидратирующихся портландцементов. В настоящее время зару-

бежными и отечественными учеными разработаны и запатентованы

составы щелочестойких стеклянных волокон [4].

Из синтетических волокон наиболее отвечают предъявляемым

требованиям в качестве армирующего материала фибробетонов ней-

лоновые, полиэтиленовые, полипропиленовые волокна, которые яв-

ляются инертными по отношению к продуктам гидратации цемента.

Нейлоновые волокна позволяют увеличить сопротивляемость бетон-

ных изделий динамическим нагрузкам [3, 4]. По прочности, химиче-