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

Подождите немного. Документ загружается.

падения КТС не наблюдается, а общий уровень возрастания этого по-

казателя лежит в тех же пределах.

Особо важное значение фрикционные свойства приобретают для

шерстяных волокон, поскольку определяют такие важные потреби-

тельские и технологические свойства, как усадку и свойлачиваемость.

Обработка шерстяного волокна в плазме, обуславливающая увели-

чение шероховатости поверхности и изменение электризуемости

волокон, приводит к заметному росту КТС в основном за счет изме-

нения цепкости волокон. Исследованиями волокон на электронном

микроскопе и измерением КТС в различных направлениях установ-

лено, что под действием газового разряда, особенно в жестких усло-

виях, происходит разрушение и оплавление краев чешуйчатого слоя

волокна. Это приводит к тому, что изменения КТС вдоль чешуек бо-

лее значительны, чем в обратном направлении.

Еще одним несомненным преимуществом плазменного воздей-

ствия на текстильные и иные полимерные материалы является воз-

можность их стерилизации [14]. Специфика обработки капиллярно-

пористых волокнистых материалов в плазме пониженного давления,

согласно результатам работ [67, 87] заключается в том, что в объеме

пор возникают несамостоятельные разряды без положительного

столба и модификации подвергаются не только внешняя поверхность

ткани, но и внутренняя капиллярная структура полотна. Поэтому

стерилизацию можно проводить не только расправленным полотном,

но и непосредственно в упаковках, что является несомненным пре-

имуществом этого метода [74].

Таким образом, как следует из приведенных здесь результатов

процесса плазменной активации текстильных материалов различного

ассортимента, обработка низкотемпературной плазмой газового раз-

ряда позволяет проводить комплексную модификацию их свойств,

определяющих потребительские характеристики тканей. Эффектив-

ность плазменного воздействия, оцениваемая величиной достигнутых

показателей, определяется не только параметрами плазменной обра-

ботки, но и характеристиками самого текстильного материала, как

объекта этой обработки.

Таблица 3.14

Влияние природных и структурных характеристик текстильных

материалов на эффективность плазменной обработки

Свойства

Вид

отдел-

ки

Струк-

тура

ткани

При-

рода

волок-

на

Хло-

пок,

лен

Шерсть

ПА ПЭТФ

ТАЦ

Гидрофиль-

ность

В В В

+ + + + +

Загрязняемость

сухой грязью

В В В Н Н

+ + +

Отстирывае-

мость

сухой грязи

Н В В

+ + ++ ++ ++

Отстирывае-

мость

масляной грязи

Н Н В

+ + ++ ++ ++

Устойчивость

к истиранию

Н Н В

+ +

Прочность

на разрыв

Н Н Н

> > > > >

Жесткость Н Н В

_ _

> > >

Несминае-

мость

Н Н В

_ _

~ ~ ~

Усадка Н Н Н

> ++ > > >

Электрическое

сопротивление

Н Н Н

~ ~ ~ ~ ~

В табл. 3.14 представлены обобщенные результаты анализа

влияния природы волокнообразующего полимера, структуры тек-

стильного полотна и степени его подготовки на характер изменения

свойств активированных в плазме тканей, выражающие общие тен-

денции. Буквенными индексами отмечено влияние (В) и независи-

мость (Н) эффекта обработки от рассматриваемого фактора, а также

характер и направленность этого влияния: «+» – положительное; «-»

– отрицательное; «>» – тенденция к улучшению; «~» - малые измене-

ния.

Таким образом, анализируя экспериментальные данные по акти-

вирующему воздействию плазмы на полимерные, в том числе и тек-

стильные материалы, можно заключить, что улучшение целого ком-

плекса свойств текстильных материалов открывает широкие перспек-

тивы для применения плазмохимических процессов на различных

стадиях отделочного производства текстильной и легкой промыш-

ленности.

4. ПРИМЕНЕНИЕ ПЛАЗМЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В

ТЕКСТИЛЬНОЙ И ЛЕГКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Идея использования плазмы в текстильной отрасли не нова.

Впервые появившись в середине прошлого века в зарубежной печа-

ти в трудах Стоуна К. и Кассенбека П. [59], она активно поддержи-

валась Российской школой ученых, в том числе и Ивановской.

Именно в Иванове, в химико-технологическом институте счастливо

сошлись пути ученых-энтузиастов. Руководителями направлений,

занимающихся этой работой, являются проф. А.И.Максимов, воз-

главляющий исследование физикохимии плазменных процессов об-

работки полимеров, проф. Блиничева И.Б. и проф. Мельников Б.Н.

(кафедра химической технологии волокнистых материалов), актив-

но принявшие на вооружение новый эффективный метод модифика-

ции свойств и интенсификации технологических процессов отделки

тканей [28]. И благодаря содружеству плазменщиков, текстильщиков

и конструкторов (в лице Горберга Б.Л выпускника ИХТИ, работав-

шего в то время в Ивановском НИЭКМИ) разработано промышлен-

ное оборудование и целый ряд ресурсосберегающих технологий от-

делки тканей.

Текстильное отделочное производство характеризуется боль-

шим разнообразием технологических стадий, включающих подго-

товку, колорирование и заключительную отделку текстильных мате-

риалов. Причем каждая из этих стадий может, в свою очередь, состо-

ять из нескольких отдельных процессов в зависимости от волокни-

стого состава текстильного полотна и его назначения, в соответствии

с которыми и выбирается оптимальный вариант его обработки. Об-

щая схема обработки тканей на отделочных предприятиях текстиль-

ной промышленности представлена на рис.4.1.

Рис. 4.1. Схема обработки тканей в отделочном производстве

Подгото

ка

расшлихтовка

отварка,

беление,

мерсер

зация

Крашение

Печать

Заключительная

отделка

Нужно отметить, что процессы подготовки и крашения тканей

могут быть организованы различным образом: периодическим, не-

прерывным или полунепрерывным. Печать и заключительная отделка

проводятся по непрерывным и полунепрерывным технологиям.

Принципиальным отличием этих технологических решений яв-

ляется то, что в периодических способах все физико-химические

процессы (сорбция, диффузия, десорбция, фиксация красителя) про-

исходят в одно и то же время, а технологические стадии (пропитка,

обработка препаратами, промывка и т.п.) – в одном объеме. При реа-

лизации процессов по непрерывной или полунепрерывной схемам -

они разделены во времени и в пространстве.

Эти особенности организации технологий обработки текстиль-

ных материалов могут существенно повлиять на эффективность

плазменной обработки.

4.1. Устойчивость эффекта плазменной активации

Другим фактором, который необходимо учитывать при разра-

ботке плазмохимических технологий, является устойчивость придан-

ных эффектов. Многообразие процессов отделки, многовариантность

ее построения, различные виды влажно-тепловых обработок, широ-

кие температурные интервалы воздействий – все это может привести

к тому, что обработка в плазме не будет иметь того эффекта, какого

от нее ожидали.

Поэтому одним из основных условий, которое способствовало

бы широкому применению плазменных технологий, является доста-

точно хорошая устойчивость приданного эффекта.

Однако, как показал анализ литературных данных, среди иссле-

дователей, занимающихся вопросами плазмохимии, нет единого мне-

ния по проблеме устойчивости приданных эффектов; отмечается как

снижение эффекта улучшенной капиллярной смачиваемости [36, 47],

так и сохранение [30, 98] или даже возрастание капиллярности после

длительного хранения тканей [58].

Поскольку литературные данные носят разрозненный характер,

а проблема устойчивости эффекта плазменной обработки является

довольно актуальной, нами были проведены комплексные исследова-

ния устойчивости эффекта плазменной обработки к различным фак-

торам, имеющим место, как в условиях текстильного отделочного

производства, так и при эксплуатации текстильных изделий в быту, а

именно, к климатическим факторам внешней среды и водно-

тепловому воздействию (сухой прогрев, промывка в горячей воде и

запаривание).

Исследование устойчивости эффекта гидрофильности активиро-

ванных тканей различного волокнистого состава и структуры прово-

дилось в течение длительного времени. При этом выявлена относи-

тельная стабильность капиллярности. В течение года наблюдений для

всех исследуемых образцов отмечались отклонения как в ту, так и

другую сторону (на 5 – 15 %) от достигнутой в процессе плазменной

обработки величины. Колебания в значениях капиллярности вызваны

изменением внешних условий (давления, температуры, влажности,

уровня радиации, магнитного поля и т.п.), поскольку тенденция в из-

менении капиллярности одинакова для всех без исключения образ-

цов. Именно поэтому, на наш взгляд существуют, определенные раз-

ногласия в опубликованных в литературе данных по этому вопросу.

Другие показатели гидрофильности (смачиваемость и косинус

краевого угла смачивания) значительно ухудшаются в течение пер-

вых 5 дней, особенно заметно в первый день после разрядной экспо-

зиции, затем значения их стабилизируются. Вместе с тем наблюдае-

мое снижение гидрофильных свойств происходит до определенного

уровня, который остается значительно выше исходной величины. Та-

кая зависимость смачиваемости и Cos θ позволяет говорить о сущест-

вовании постоянного и исчезающего эффектов плазменной актива-

ции.

Многие технологические процессы требуют проведения различ-

ных операций, связанных с воздействием тепла и влаги: сушка, про-

мывка, запаривание. Комплексные исследования характера влияния

температурно-временных параметров этих процессов позволяют сде-

лать определенные выводы.

1. Нагревание активированной ткани приводит к снижению ка-

пиллярности. Но если для подготовленных тканей оно не превышает

5-15 %, то для суровых и термопластичных материалов наблюдается

заметное ухудшение гидрофильных свойств, особенно в интервале

температур 100 – 180

С. При температурах, меньших 100

С, дли-

тельность нагрева мало сказывается на изменении капиллярности, в

то время как при более высоких температурах наблюдается зависи-

мость эффекта от времени. При этом контактный способ подвода те-

пла имеет большее отрицательное влияние, что объясняется повы-

шенной эффективностью передачи тепловой энергии от источника к

нагреваемому объекту.

2. Промывка в горячей воде (Т=100

С, τ = 10 мин) не ухудшает

капиллярности, а для суровых материалов способствует ее заметному

увеличению.

3. Наибольшее отрицательное влияние на гидрофильные свойст-

ва тканей, активированных в плазме, при прочих равных условиях

оказывает запаривание.

Рис.4.2 демонстрирует выявленное влияние влажно-тепловых

обработок на капиллярность текстильных материалов.

100

150

200

250

1 2 3 4 5 6

Капиллярность, мм/ч

исходная плазмоактивированная после нагревания промытая запаренная

Рис. 4.2 . Влияние влажно-тепловых обработок (t– 100

С, τ– 10 мин) на

капиллярность тканей: 1– Надежда, хл.; 2 – Надежда, хл. суровая;

3 – Сорочечная хл.:ПЭТФ; 4 – Сорочечная, хл.:ПЭТФ, суровая;

5 – Скайдре, ТАЦ:ПЭТФ; 6 – Бенефис, ПА:ПЭТФ

Таблица 4.1

Влияние влажно-тепловых обработок на смачиваемость

текстильных материалов

Время смачивания, с

Активированная в плазме

Ткань, состав

Исход-

ная

активиро-

ванная

после на-

гревания

после

промывки

после за-

паривания

Капрон, ПА 600 35 70 25 120

Домино, ТАЦ 150 4-5 8 5-6 16

Полиэфирная 400 4 8 4 20

Сорочечная, суровая 600 1-2 8 1 11

Оценка изменения смачиваемости активированных тканей,

представленная в табл. 4.1, свидетельствует об аналогичной зависи-

мости этого показателя от вида влажно-теплового воздействия:

ухудшение смачиваемости при нагревании и, особенно, при запари-

вании, и практическая независимость от промывки в горячей воде.

Таким образом, из результатов оценки устойчивости эффектов

плазменной гидрофилизации следуют важные практические выводы:

- технологические процессы, эффективность которых определя-

ется поверхностной энергией материала (пропитка, печать, дублиро-

вание, склеивание) необходимо проводить сразу же после плазменно-

го воздействия, избегая длительного контакта обработанной ткани с

атмосферой;

- обработка подготовленных материалов придает высокую и ус-

тойчивую капиллярность, что может быть использовано на заключи-

тельных стадиях отделки с целью придания улучшенных гигиениче-

ских свойств;

-повышение капиллярности активированных суровых материа-

лов после промывки в горячей воде может быть положено в основу

разработки интенсифицированных технологий подготовки тканей.

4.2. Подготовка текстильных материалов

Подготовка текстильных материалов включает большой ком-

плекс технологических операций, набор и последовательность кото-

рых определяются химической природой волокнистого материала, из

которого нужно удалить естественные и привнесенные примеси и за-

грязнения, придать ему необходимую белизну, гидрофильность и

сорбционные свойства и подготовить к дальнейшему восприятию

красителей и отделочных препаратов. Такими химико-

технологическими операциями могут быть: расшлихтовка, отварка,

беление и мерсеризация для целлюлозосодержащих тканей; промыв-

ка, карбонизация и отбеливание – для шерстяных; и промывка, бе-

ление – для тканей из химических волокон.

Расшлихтовка. Назначение этой операции – удаление шлих-

тующих препаратов, которые специально наносятся на нити основы

для того, чтобы снизить их обрывность в ткачестве. Для этих целей

используют шлихту, содержащую полимеры и образующую проч-

ную пленку на поверхности нити. Наибольшие проблемы вызывает

расшлихтовка при использовании крахмалов, что связано с трудно-

стью их перевода в водорастворимое состояние.

Как установлено в работах [68,69], большая по сравнению с во-

локнистыми материалами скорость деструкции шлихтующих препа-

ратов, а также отмеченный факт увеличения капиллярности активи-