WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

 

На правах рукописи

ИЛЮШИНА СВЕТЛАНА ВИКТОРОВНА

РЕГУЛИРОВАНИЕ АДГЕЗИОННОЙ СПОСОБНОСТИ ТЕХНИЧЕСКИХ ТКАНЕЙ К РЕЗИНАМ НЕРАВНОВЕСНОЙ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ПЛАЗМОЙ

Специальность 05.19.01 – Материаловедение производств текстильной и легкой промышленности

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Казань – 2012

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном  образовательном учреждении высшего профессионального образования «Казанский национальный исследовательский технологический университет»

Научный руководитель:

доктор технических наук, доцент

Сергеева Екатерина Александровна

Официальные

оппоненты:

Зенитова Любовь Андреевна,

доктор технических наук, профессор кафедры технологии синтетического каучука ФГБОУ ВПО «Казанский национальный исследовательский технологический университет»

Гайсин Азат Фивзатович,

доктор технических наук, профессор кафедры технической физики

ФГБОУ ВПО «Казанский национальный исследовательский технический университет им.А.Н.Туполева – КАИ»

Ведущая организация:

ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет дизайна и технологии»

Защита состоится «24» мая 2012г. в  .  часов на заседании диссертационного совета Д 212.080.09 при ФГБОУ ВПО «Казанский национальный исследовательский технологический университет» по адресу 420015, г. Казань, ул. К. Маркса, д.68, зал заседаний Ученого совета.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Казанский национальный исследовательский технологический университет».

Автореферат разослан «24» апреля 2012г.

Ученый секретарь

диссертационного совета        

кандидат технических наук Тихонова Н.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Потребность производителей резино-технических изделий (РТИ) в текстильных материалах технического назначения ежегодно растет. Мировой выпуск полиэфирных (ПЭФ) волокон и нитей в 2011 г. относительно 2010 г. вырос на  16,7%, полиамидных (ПА) – на 15,4%, целлюлозных – на 13,4%. Однако, в России рост закупок технических тканей по импорту происходит более высокими темпами, чем наращивание объемов собственного производства. Одной из главных задач, ставящихся предприятиями РТИ и шинной промышленности перед российскими производителями технических тканей, является повышение их конкурентоспособности за счет улучшения качественных характеристик, посредством внедрения принципиально новых технологий.

В связи с разнообразием конструктивных и эксплуатационных особенностей различных РТИ ассортимент технических тканей, применяемых в производстве этих изделий, обширен и специфичен. Можно выделить следующие группы тканей технического назначения: армирующие ткани (ткани для производства конвейерных лент, клиновых, приводных ремней, рукавного производства), кордные ткани (ткани для шинной промышленности), прокладочные ткани (изолирующие ткани между металлокордом и резиной).

Для первых двух групп технических тканей необходимым остается получение прочного соединения в системе «ткань-резина». Для улучшения адгезии к резине ткани пропитывают различными синтетическими смолами, либо вводят в резиновую смесь адгезионные вещества, способные вступать во взаимодействие с волокнообразующим полимером. Для прокладочных тканей необходимо придание антиадгезионных свойств с сохранением комплекса физико-механических характеристик. Для снижения адгезии к резине прокладочные ткани подвергаются пропитке, дублируются с пленочным материалом, покрываются различными эмульсиями на основе полимеров низкомолекулярных каучуков. Технологический процесс пропитки технических тканей является трудоемким и материалоемким.

В связи с этим для регулирования адгезионной способности, физико-механических характеристик, а также удешевления технических тканей для РТИ актуальной является разработка новых составов технических тканей или модификация их поверхности.

В последнее время в связи с ограниченными возможностями модификации текстильных материалов традиционными способами (механическим, термическим, химическим, электрохимическим) эффективным способом модификации является использование плазменных технологий. Анализ результатов научных исследований показал преимущество применения высокочастотной плазмы пониженного давления. Плазменная технология относится к сухим, экологически чистым процессам, не требующим использования химических реагентов и отвода вредных веществ.

Работа направлена на решение актуальной проблемы получения технических тканей нового поколения с регулируемыми адгезионными и физико-механическими свойствами за счет замены традиционных х/б нитей на пневмотекстурированные ПЭФ нити в составе тканей, а также модификации технических тканей высокочастотной плазмой пониженного давления.

Работа выполнена в Казанском национальном исследовательском технологическом университете в рамках Федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009 – 2013 года» (ГК 02.740.11.0497), а также по плану аспирантской подготовки, на оборудовании центра коллективного пользования «Нанотехнологии и наноматериалы».

Цель работы. Целью работы является получение технических тканей нового поколения с регулируемой адгезионной способностью путем замены натуральных мононитей синтетическими пневмотекстурированными нитями и применения плазменной обработки.

Достижение цели осуществляется путем решения следующих задач:

1) Проведение анализа имеющихся литературных данных по назначению, составу, свойствам и методам модификации технических тканей.

2) Выбор материалов и методик исследования.

3) Получение экспериментальных зависимостей изменения эксплуатационных характеристик технических тканей, модифицированных неравновесной низкотемпературной плазмой (ННТП), разработка физико-химической модели плазменной модификации технических тканей.

4) Разработка схем технологических процессов получения технических тканей нового состава, а также рекомендаций по технологии плазменной модификации технических тканей, внедрение разработок по техническим тканям в производство.

Методы исследования. В качестве объектов исследования выбраны технические ткани производства ООО «Крез» (г. Елабуга) на основе как натуральных, так и химических волокон: армирующие ткани (Чефер, ТРК-2, ТРК-МА, БКНЛ-65-2), кордные ткани (ТЛ-100, ТК-80), прокладочная ткань (ЧЛХ).

Для установления влияния потока плазмы ВЧЕ разряда пониженного давления на свойства технических тканей использовали метод определения капиллярности (ГОСТ 29104.11-91), метод определения краевого угла смачиваемости (ГОСТ 7934.2-74), метод определения водопоглощения (ГОСТ 3816-81), метод определения разрывной нагрузки и удлинения при разрыве (ГОСТ 29104.4-91), метод определения прочности связи резина-корд (ГОСТ 14863-69).

Изучение структуры и химического состава модифицированных образцов технических тканей проводили с помощью: электронно-микроскопических исследований поверхности; методов ИК-спектроскопии; дифференциально-сканирующей калориметрии (ДСК); термогравиметрического анализа (ТГА). Измерения проводили в соответствии с нормативно-технической документацией.

Для исследования влияния плазменной обработки на поверхностные свойства технических тканей использовали метод многофакторного планирования эксперимента. Обработку результатов экспериментов осуществляли методом регрессионного анализа. Все расчеты производили в программе «Statistica 6.0». Погрешность результатов оценивали с помощью методов статистической обработки экспериментальных данных при доверительной вероятности 0,95.

Научная новизна работы.

1) Установлено, что замена натуральных х/б нитей в армирующих технических тканях на синтетические пневмотекстурированные ПЭФ нити позволяет повысить адгезионную способность тканей к резинам, улучшить физико-механические характеристики и снизить стоимость тканей.

2) Экспериментально доказано, что в зависимости от режима плазменного воздействия и вида плазмообразующего газа можно как повысить капиллярность и смачиваемость технических тканей, так и снизить их.

3) Получены уравнения регрессии, адекватно описывающие изменение капиллярности технических тканей, в зависимости от параметров плазменной обработки, что позволяет прогнозировать изменение адгезионной способности и устанавливать оптимальные режимы, в зависимости от сочетания параметров высокочастотной емкостной (ВЧЕ) обработки.

4) Экспериментально установлены режимы плазменного воздействия и вид плазмообразующего газа, позволяющие повысить адгезию технических тканей к резине или придать им антиадгезионные свойства.

5) Разработана физико-химическая модель взаимодействия технических тканей с ВЧЕ плазмой пониженного давления.

6) Разработаны рекомендации к технологии регулирования адгезионных свойств кордных, армирующих и прокладочных технических тканей в процессах их получения и в процессах получения готовой продукции на их основе.

Практическая значимость работы.

1) Разработаны новые составы технических тканей с повышенной адгезией к резинам и технические условия на них.

2) Получены оптимальные технологические параметры плазменного воздействия на армирующие, кордные и прокладочные технические ткани.

3) Установлены параметры плазменной обработки, позволяющие повысить адгезионную способность технических тканей с сохранением или повышением их физико-механических свойств. Обработка армирующих тканей ВЧЕ плазмой пониженного давления в режиме Wр=0,8 кВт, Р=26,6 Па, t=180 с, G=0,04 г/с, плазмообразующий газ аргон, позволяет увеличить капиллярность до 700%, повысить адгезию к резине на 42%. ВЧЕ обработка кордных тканей в том же режиме позволяет увеличить капиллярность на 36%, и повысить адгезию к резине на 38%.

4) Установлены параметры плазменной обработки, позволяющие придать антиадгезионные свойства техническим тканям с повышением их физико-механических свойств. Обработка прокладочных тканей ВЧЕ плазмой пониженного давления в режиме Wр=1,4 кВт, Р=26,6 Па, t=180 с, G=0,04 г/с, плазмообразующий газ аргон – пропан-бутан в соотношении 70/30, позволяет уменьшить капиллярность до 460%, и снизить адгезию к резине на 68%.

3) Получены технические ткани с заданной адгезионной способностью к резине за счет активации поверхности плазмой ВЧЕ разряда, что позволяет исключить пропитку специальными адгезивами и антиадгезивами.

4) Разработано перематывающее устройство, позволяющее проводить непрерывную ННТП обработку рулонов технических тканей внутри вакуумной камеры плазменной установки.

5) Разработаны рекомендации к ресурсо-, энергосберегающим технологиям получения: а) технических тканей с повышенными адгезионными свойствами; б) технических тканей с антиадгезионными свойствами.

Результаты диссертационной работы испытаны и внедрены на предприятиях ООО «Крез» (г. Елабуга), OOO «Химсервис-РТИ» (г. Нижнекамск), ООО «Текстор» (г. Казань), ЗАО «КВАРТ» (г. Казань). Экономический эффект при выпуске  ООО «Крез» технических тканей как нового состава так и модифицированных по предлагаемой технологии составляет более 5 млн. руб. в год.

Основные положения, выносимые на защиту.

1) Результаты экспериментальных исследований воздействия ВЧЕ плазменной обработки на поверхностные свойства технических тканей, позволяющей увеличить капиллярность для армирующих тканей до 700%, для кордных тканей на 36%, и снизить капиллярность прокладочных тканей до 460%.

2) Результаты оптимизации параметров высокочастотной плазменной  обработки технических тканей, устанавливающей режимы плазменного воздействия, при которых достигается увеличение капиллярности для армирующих и кордных тканей и ее снижение для прокладочных тканей.

3) Результаты экспериментальных исследований по оценке прочности связи «резина-ткань», устанавливающие повышение адгезионной прочности для армирующих и кордных тканей и снижение адгезии прокладочных тканей к резине.

4) Результаты экспериментальных исследований влияния потока плазмы ВЧЕ разряда пониженного давления на физико-механические свойства технических тканей, устанавливающие их сохранение или улучшение при плазменной модификации.

5) Физико-химическая модель взаимодействия технических тканей с ВЧЕ плазмой пониженного давления.

6) Рекомендации по регулированию адгезионных свойств армирующих, кордных и прокладочных технических тканей в процессах получения готовой продукции на их основе.

7) технологические схемы изготовления технических тканей с применением ВЧЕ плазмы пониженного давления.

Личный вклад автора в опубликованных в соавторстве работах состоит: в выборе и обосновании методик экспериментов; непосредственном участии в проведении экспериментов; анализе и обобщении полученных экспериментальных результатов, в разработке нового состава тканей и технологического процесса с применением ВЧЕ плазмы пониженного давления, регулирующего адгезионную способность технических тканей.

Апробация результатов работы. Результаты работы докладывались и обсуждались на научных конференциях: Всерос. научн. школа для молодежи «Проведение научных исследований в области инноваций и высоких технологий нефтехимического комплекса» (Казань, 2010), Всеросс. конф. с элементами научной школы «Проведение научных исследований в области синтеза, свойств и переработки высокомолекулярных соединений, а также воздействия физических полей на протекание химических реакций» (Казань, 2010), «Научная сессия КГТУ» (Казань, 2010, 2011, 2012), I Всерос. науч.-практ. конф. с элементами научной школы «Наноматериалы, нанотехнологии, наноиндустрия» (Казань, 2010), межд. конф. «Физика высокочастотных разрядов» (Казань, 2011) VII Всерос.й студ. олимпиаде «Наноструктурные, волокнистые и композиционные материалы» (Санкт-Петербург, 2011), V , VI, VII межд.научно-практ. конф. студ.и молодых ученых «Новые технологии и материалы легкой промышленности» (Казань, 2010, 2011), науч. школа с международным участием «Актуальные проблемы науки о полимерах» (Казань, 2011),  7-я межд. научно-практ. конф. «Новости передовой науки» (София, 2011), Всерос. молод. конф. «Инновации в химии: достижения и перспективы» (Казань, 2011).

Основные результаты работы изложены в 22 публикациях, в том числе 10 статей опубликованы в изданиях, рекомендованных ВАК России.

Структура и объем работы. Диссертация изложена на 140 страницах и состоит из введения, 4 глав, выводов и списка литературы, состоящего из 173 наименований, приложений. Работа иллюстрирована 40 рисунками и содержит 13 таблиц.

Выражаю  глубокую благодарность д.т.н., профессору Абдуллину И.Ш. за помощь в определении направления исследования и обсуждении результатов работы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность диссертационной работы, определены цели, намечены задачи для их достижения, показана научная новизна и практическая значимость полученных результатов, приведена структура диссертации.

В первой главе проведен анализ ассортимента материалов технического назначения и охарактеризованы области их использования. Рассмотрены особенности функциональных характеристик, состава и строения технических тканей. Проанализировано современное состояние резино-технической и шинной промышленности, изложены проблемы регулирования адгезии технических тканей к резинам. Показано, что для армирующих и кордных тканей необходима повышенная адгезия к резинам, для прокладочных тканей необходимо придание антиадгезионных свойств.  Описаны методы химической и физической модификации технических тканей. Показана эффективность модифицирующего действия ННТП на технические ткани на основе натуральных и синтетических волокон. Аналитический обзор позволил сформулировать задачи диссертации.

Во второй главе обоснован выбор и приведены характеристики объектов исследования. Выбор объектов для исследования обусловлен изучением рынка производства и потребления продукции технического назначения, учетом показателей свойств материалов, влияющих на качество изделий из них при изготовлении и эксплуатации.

Объектами исследования являлись технические ткани производства ООО «Крез» (г. Елабуга) на основе как натуральных, так и химических волокон: армирующие ткани (Чефер, ТРК-2, ТРК-МА, БКНЛ-65-2), кордные ткани (ТЛ-100, ТК-80), прокладочная ткань (ЧЛХ). В качестве резины каркаса шин использовалась марка В 14 - смесь на основе нитрильного каучука (СКН-18), производство ОАО «УЗЭМИК», г.Уфа. В качестве резины для конвейерных лент и нефтяных рукавов – марка 6650 - смесь на основе изопренового каучука (СКИ-3) и марка 15-Кз-712 – смесь на основе бутадиен--метилстирольного (СКМС-30/АРКМ-15) каучуков, производство ЗАО «КВАРТ», г.Казань.

Представлено описание экспериментальной ВЧЕ плазменной установки. Входные параметры плазменной установки варьировались в следующих пределах: напряжение на аноде Ua от 1,5 до 7,5 кВ; сила тока на аноде Ia от 0,3 до 0,7 А; продолжительность обработки  t от 60 до 600 с; давление в рабочей камере Р от 13,3 до 53,3 Па и расход плазмообразующего газа G от 0,02 до 0,06 г/с; вид плазмообразующего газа аргон и смеси газов аргон-воздух, аргон-азот, аргон – пропан-бутан в соотношении 70% и 30%.

Дано описание методик проведения экспериментов и методик исследования  структуры и химического состава технических тканей.

Достоверность результатов оценивали с помощью методов статистической обработки экспериментальных данных.

В третьей главе представлены результаты разработки нового состава тканей и экспериментальных исследований изменения капиллярности, угла смачивания, водопоглощения, прочности связи «резина-ткань», физико-механических свойств, а также структуры и химического состава технических тканей, модифицированных потоком плазмы ВЧЕ разряда пониженного давления. Разработана физико-химическая модель взаимодействия плазмы с техническими тканями.

Разработка новых составов технических тканей осуществлялась путем замены в гостированных тканях дорогостоящих натуральных х/б мононитей на синтетические пневмотекстурированные ПЭФ нити. Пневмотекстурированные ПЭФ нити отличаются от обычных текстильных нитей лучшими физико-механическими свойствами, пониженной объемной массой и пористостью, что повышает адгезионную способность к резинам. Получение новых составов осуществлялось путем поочередной замены х/б нитей основы и утка на пневмотекстурированный ПЭФ.

Оценка поверхностных свойств технических тканей новых составов проводилась по показателям капиллярности и углу смачивания.

Количественно определяли изменение адгезионной способности к резинам Н-методом. Прочность связи технических тканей к резинам определяется усилием выдергивания единичной нити, завулканизированной в блок резины (таблицы 1, 2).

Таблица 1 – Значения капиллярности и угла смачивания

Вид ткани

Капиллярность, мм

Угол смачивания, °

Ткани по ГОСТу

ТРК-2

84

65

ТРК-МА

92

61

БКНЛ-65-2

103

63

Разработанные ткани с новым составом*

ТРЛ-1

117

52

ТРЛ-2

112

49

БКНЛ-111П2

121

45

БКНЛ-111П3

124

47

* Названия тканям с новым составом даны совместно с ООО «Крез» и расшифровываются в диссертации.

Таблица 2 – Прочность связи с резиной разработанных тканей

Наименование потенциального потребителя

Вид ткани

Прочность связи, Н

Факт

Норма

ОАО «Белшина», г. Бобруйск

ТРЛ-1

4,8

4,7

ЗАО «Тульский завод РТИ», г. Тула

БКНЛ-111П2

БКНЛ-111П3

4,7

4,8

3,5

3,5

ЗАО «КВАРТ», г. Казань

ТРЛ-1

ТРЛ-2

4,7

4,7

3,5

3,5

За счет замены х/б нитей на ПЭФ, созданные ткани с новым составом отличаются лучшими физико-механическими характеристиками и более низкой стоимостью. Новые ткани испытаны совместно с ООО «КРЕЗ» на ЗАО «КВАРТ» и имеют более высокую адгезионную прочность по сравнению с традиционными на 34% (имеется акт испытаний).

На созданные ткани разработаны технические условия. Однако ряд предприятий шинной промышленности и РТИ традиционно потребляет гостированные технические ткани. Поэтому одновременно с разработкой новых составов тканей актуально получение гостированных тканей с регулируемой адгезионной способностью к резинам за счет плазменной модификации.

Определены оптимальные параметры плазменной модификации технических тканей с использованием методов математического моделирования. Оптимальные параметры получены при исследовании поверхностных свойств технических тканей – капиллярности, смачиваемости, водопоглощения (рисунки 1-3).

Рисунок 1 – Зависимость капиллярности технических тканей от мощности разряда плазменной модификации

Как видно из рисунка 1 наибольшее значение капиллярности для армирующих и кордных тканей достигается в режиме: Wр=0,8 кВт, Р=26,6 Па, t=180 с, G=0,04 г/с и плазмообразующем газе аргоне.

В связи с тем, что для прокладочных тканей необходимо придание антиадгезионных свойств, в качестве плазмообразующего газа использовалась смесь аргон – пропан-бутан в соотношении 70/30. Из графика видно, что минимальное значение капиллярности для прокладочной ткани достигается в режиме: Wр=1,4кВт, Р=26,6 Па, t=180 с, G=0,04 г/с и плазмообразующем газе аргон – пропан-бутан в соотношении 70/30.

Плазменная модификация позволяет регулировать смачиваемость технических тканей (рисунки 2,3). Значение краевого угла смачивания для армирующих тканей уменьшается на 54%, для прокладочных тканей увеличивается на 46%.

Рисунок 2 - Влияние ННТП обработки на краевой угол смачивания водой поверхности армирующей ткани Чефер: а) без плазменного воздействия; б) образец, модифицированный ННТП в режиме Wр=0,8 кВт, Р=26,6 Па, t=180 с, G=0,04 г/с, аргон.

а) 

б)

Рисунок 3 - Влияние ННТП обработки на краевой угол смачивания водой поверхности прокладочной ткани ЧЛХ: а) без плазменного воздействия; б) образец, модифицированный ННТП в режиме Wр=1,4 кВт, Р=26,6 Па, t=180 с, G=0,04 г/с, аргон – пропан-бутан.

Известен ряд теорий адгезии по-разному трактующих механизм образования и разрушения адгезионного соединения: механическая, адсорбционная, электрическая, диффузионная, электро-релаксационная. В данной работе, основываясь на адсорбционной теории адгезии, считали, что установленное изменение поверхностных свойств технических тканей приведет к изменению их адгезионной способности к резинам.

Исследование изменения адгезионных свойств технических тканей после плазменной модификации проводили методом определения прочности связи резина-корд (Н-метод). Из рисунков 4, 5 видно, что в результате плазменной обработки прочность связи кордных тканей с резиной повышается на 38%, прокладочных тканей снижается на 68%.

а)

б)

Рисунок 4 - Прочность соединения технической ткани и резины: а) кордной ткани ТЛ-100; б) прокладочной ткани ЧЛХ; 1 – без плазменного воздействия; 2а) - образец, модифицированный ННТП в режиме: Wр=0,8 кВт, Р=26,6 Па, t=180 с, G=0,04 г/с, аргон; 2б) - образец, модифицированный ННТП в режиме: Wр=1,4 кВт, Р=26,6 Па, t=180 с, G=0,04 г/с, аргон – пропан-бутан.

Исследование физико-механических свойств технических тканей показало сохранение или некоторое улучшение прочностных характеристик, наиболее заметное для прокладочной ткани ЧЛХ, обработанной в среде аргон – пропан-бутан (в 1,7 раза) (таблица 3).

Таблица 3 – Физико-механические характеристики технических тканей

Вид ткани

Разрывная нагрузка, МПа

Относительное удлинение, %

Без модификации ННТП

Модифици-рованный ННТП*

Без модификации ННТП

Модифици-рованный ННТП*

Армирующая ткань

17,2

19,6

30,1

32,3

Кордная ткань

95,3

97,1

21,2

19,0

Прокладочная ткань

7,1

12,3

22,4

20,6

*для армирующих и кордных тканей режим: Wр=0,8 кВт, Р=26,6 Па, t=180 с, G=0,04 г/с, аргон; для прокладочных тканей режим: Wр=1,4 кВт, Р=26,6 Па, t=180 с, G=0,04 г/с, аргон – пропан-бутан.

Для установления устойчивости эффекта воздействия ВЧЕ разряда пониженного давления на образцы тканей в течение месяца проведены повторные измерения капиллярного поглощения влаги (рисунок 6).

Рисунок 6 – Изменение во времени капиллярности образцов тканей, обработанных ННТП в оптимальных режимах (для армирующих и кордных тканей режим: Wр=0,8 кВт, Р=26,6 Па, t=180 с, G=0,04 г/с, аргон, для прокладочной ткани режим: Wр=1,4 кВт, Р=26,6 Па, t=180 с, G=0,04 г/с, аргон – пропан-бутан)

Полученные результаты свидетельствуют о некотором снижении эффекта плазменного воздействия на технические ткани во времени, что указывает на физический характер ННТП обработки. Однако даже через 30 суток капиллярность тканей не возвращается к исходным значениям, установленным для необработанных тканей, что указывает на наличие химических изменений в структуре полимера.

Вследствие того, что плазменная обработка приводит к изменению не только физических свойств волокон, но и к трансформации химического состава и структуры поверхностного нанослоя, определялось влияние плазменной обработки на изменение химического состава и строения образцов технических тканей.

По характеру кривых ТГ-ДТГ (рисунок 7) для армирующей ткани Чефер, состоящей из 100% х/б нитей изменений макроструктуры и состава при использовании инертного газа аргона не происходит. Химических изменений не наблюдается для данной ткани и по данным ИК-спектроскопии.

Рисунок 7 – ТГ-ДТГ исследования ткани  Чефер, кривая 1 – исходная ткань, кривая 2 – ткань после плазменной модификации ННТП в режиме Wр=0,8 кВт, Р=26,6 Па, t=180 с, G=0,04 г/с, аргон

Однако использование ИК-спектроскопии с приставкой НПВО, позволяющей регистрировать изменения в поверхностном нанослое волокнообразующего полимера показало, что в области 3000-28000 см-1 полосы валентных колебаний СН2 2920 см-1  и 2850 см-1 и СН 2895 см-1 разрешимые в спектре контрольного образца не разрешаются в спектре обработанного образца.

Следовательно в процессе плазменной обработки, в результате ионной бомбардировки, энергии ионов достаточно для частичного физического распыления поверхностного нанослоя, вероятно как с отрывом боковых групп –CH2OH, так и с разрывом основной цепи –СНOH- в поверхностном нанослое, при отсутствии деструктивных процессов в объеме материала.

Такие изменения в нанослое армирующей ткани приводят к образованию радикалов, способных к взаимодействию с компонентами резины, что приводит к повышению адгезии, а отсутствие изменений структуры и состава волокнообразующего полимера в объеме приводит к сохранению физико-механических характеристик, или, в случае сшивания образовавшихся в ходе плазменной обработки свободных радикалов, незначительному улучшению физико-механических свойств.

Аналогичные изменения по данным ТГ-ДТГ и ИК-спектроскопии наблюдали для кордной ткани ТЛ-100. Однако, повышение адгезионной способности к резине ткани Чефер (х/б) значительнее, чем у ткани ТЛ-100 (ПЭФ). Это объясняется капиллярно-пористой структурой натуральных тканей, т.к. при ННТП обработке происходит рекомбинация заряженных частиц плазмы на стенках капилляров и пор с выделением дополнительной энергии, что приводит к разрыхлению самого волокна и к разделению моноволокон в нити.

а)

б)

Рисунок 8 – Микрофотографии ткани Чефер (х1000): а) без модификации; б) после модификации ННТП в режиме Wр=0,8 кВт, Р=26,6 Па, t=180 с, G=0,04 г/с, аргон

Полученные результаты согласуются с данными электронной микроскопии (рисунок 8), где регистрируется увеличение толщины волокон и расстояния между ними, что способствует дополнительному повышению адгезионной способности ткани Чефер к резине, за счет увеличения площади контакта.

По результатам термического анализа прокладочной ткани ЧЛХ (ПЭФ+х/б), обработанной в среде аргон – пропан-бутан, можно говорить о более существенных изменениях в составе и структуре, по сравнению с тканями, обработанными в среде чистого аргона (рисунок 9).

Из рисунка 9 видно, что начальная температура потери массы для обработанного образца ткани ЧЛХ смещается в область более низких температур, в отличие от контрольного.

Однако, скорость потери массы, определяемая по кривой ДТГ, снижается в 2,5 раза, что свидетельствует о формировании более стабильных структур.

Рисунок 9 – ТГ-ДТГ исследования ткани ЧЛХ, кривая 1 – исходная ткань,

кривая 2 – ткань после модификации ННТП в режиме Wр=1,4 кВт, Р=26,6 Па, t=180 с, G=0,04 г/с, аргон – пропан-бутан

Формирование стабильных структур объясняется протеканием кроме процессов физического распыления и химического травления конкурирующих процессов прививки мономерных звеньев и осколков молекул пропан-бутана к возникающим свободным радикалам, формированию поверхностной сетки, образованию дополнительных мостиков и сшивок, что приводит к сглаживанию поверхности, значительно снижает количество свободных радикалов по окончании обработки, способствует появлению антиадгезионных свойств и заметному возрастанию прочности. Подтверждением этому является усиление интенсивности полос на ИК-спектрах ткани ЧЛХ, отвечающих за карбонильные соединения, -СН2- и -С-СН3 группы.

Таким образом, в процессе плазменной обработки полностью разделить физическое и химическое взаимодействие невозможно. Результат модификации обусловлен одновременным воздействием различных факторов на текстильный материал. Результаты экспериментов подтверждают, что наиболее вероятными процессами, ответственными за плазменную модификацию технических тканей являются бомбардировка низкоэнергетическими ионами наружной поверхности и рекомбинация заряженных частиц внутри капилляров и пор.

На основе экспериментальных исследований разработана физико-химическая модель плазменной модификации технических тканей за счет воздействия потока плазмы ВЧЕ разряда пониженного давления (рисунок 10).

Воздействие активных компонентов плазмы на

технические ткани


 

 

 

Образова-ние сшивок, разветвле-ний, ненасыщен-ных связей

Образование функциональ-ных групп на поверхности, прививка молекул газа, формирование поверхностной сетки

Физическое распыление (разрушение структуры с выбиванием фрагментов молекул)

Химическое травление

(реакции активных частиц плазмы с молекулами полимера с удалением летучих продуктов)

Рисунок 10 - Физико-химическая модель плазменной модификации

В четвертой главе разработаны рекомендации и приведена схема технологической последовательности производства технических тканей с использованием плазменной обработки.

Разработано устройство позволяющее проводить непрерывную плазменную обработку рулонов тканей, предусматривающее их перемотку внутри плазменной установки.

На опытно-промышленных партиях тканей установлено, что плазменная обработка технических тканей позволяет активировать их поверхность, повышая адгезионную способность волокнистых материалов, с сохранением или улучшением физико-механических показателей.

На основе полученных экспериментальных данных по обработке технических тканей потоком плазмы ВЧе разряда пониженного давления, в технологический процесс получения технических тканей рекомендуется включить ННТП обработку армирующих тканей в режиме: Wр=0,8 кВт, t=180с, P=26,6 Па, GAr =0,04 г/с; для кордных тканей в режиме: Wр=0,8 кВт, t=180с, P=26,6 Па, GAr =0,04 г/с; для прокладочных тканей в режиме: Wр=1,4 кВт, t=180с, P=26,6 Па, GAr 70%+пропан-бутан 30%=0,04 г/с.

Традиционные технологии (а) и разработанные ресурсо-, энергосберегающие технологии (б) производства технических тканей с регулируемой адгезионной способностью к резинам, не  требующие применения химических адгезивов и антиадгезивов представлены на рисунке 11.

Также разработаны рекомендации по внедрению плазменных технологий в процессы получения готовой продукции с использованием технических тканей различного назначения.

Таким образом, использование ННТП позволяет повысить прочность связи армирующих и кордных тканей с резиной, придать прокладочным тканям антиадгезионные свойства и дает возможность исключить применение специальных химических адгезивов.

Производство технических тканей с повышенной адгезией к резине

Производство технических тканей с пониженной адгезией к резине

  а)

  б)

а)

  б)

Пропитка адгезивами, синтетическими смолами

Модификация ННТП в режиме: Wр=0,8 кВт, Р=26,6 Па, t=180 с, G=0,04 г/с, аргон

Пропитка антиадгезион-ными составами

Модификация ННТП в режиме: Wр=1,4 кВт, Р=26,6 Па, t=180 с, G=0,04 г/с, аргон – пропан-бутан-

Сушка

Сушка

Обрезинивание

Получение готовой ткани

Получение готовой ткани

Рисунок 11 – Вариант технологических схем модификации технических тканей с помощью плазменной обработки

Технология получения технических тканей с регулируемой адгезионной способностью внедрена в производство на ООО «КРЕЗ», г. Елабуга, ООО «Химсервис-РТИ», г. Нижнекамск и ООО «Текстор», г. Казань. Экономический эффект в народном хозяйстве от внедрения технологии составляет 15 млн. рублей.

ВЫВОДЫ

1. Разработаны новые составы армирующих технических тканей с повышенной адгезией к резине и улучшенными физико-механическими свойствами, за счет замены натуральных х/б мононитей на синтетические пневмотекстурировнные ПЭФ нити в широко применяемых гостированных тканях, что приводит к снижению стоимости ткани.

2. Установлено, что плазменная обработка технических тканей в режиме: Wр=0,8 кВт, Р=26,6 Па, t=180 с, G=0,04 г/с, плазмообразующий газ аргон,  позволяет: увеличить капиллярность армирующих тканей в 2 раза и повысить их адгезию к резине в 1,5 раза; увеличить капиллярность кордных тканей на 36% и повысить их адгезию к резине на 38%.

3. Установлено, что обработка прокладочных тканей ВЧЕ плазмой пониженного давления в режиме: Wр=1,4 кВт, Р=26,6 Па, t=180 с, G=0,04 г/с, плазмообразующий газ аргон – пропан-бутан в соотношении 70/30, позволяет уменьшить капиллярность в 3 раза, и снизить адгезию к резине в 1,5 раза.

5. Разработана физико-химическая модель взаимодействия технических тканей с ВЧ плазмой пониженного давления. Установлено, что модификация ННТП технических тканей позволяет регулировать адгезионные свойства технических тканей, с сохранением или улучшением физико-механических показателей, за счет конкурирующих процессов физического распыления, химического травления, образования функциональных групп, сшивок, разветвлений, ненасыщенных связей в поверхностном слое волокнообразующего полимера.

7. Разработано устройство для непрерывной обработки рулонов технических тканей внутри плазменной камеры и технологические схемы изготовления технических тканей с применением ННТП пониженного давления.

6. Даны рекомендации по регулированию адгезионной способности кордных, армирующих и прокладочных технических тканей в процессах получения готовой продукции на их основе.

Основные результаты работы изложены в следующих публикациях:

Статьи, опубликованные в ведущих рецензируемых научных журналах, рекомендованных ВАК РФ:

  1. Сергеева, Е.А. Оптимизация режимов низкотемпературной плазменной обработки высокомодульных полиэтиленовых волокон / Е.А. Сергеева, И.А. Гришанова, С.В. Илюшина// Вестник Казанского технологического университета. № 7. - 2010. – С.94-98
  2. Гришанова, И.А. Влияние природы и состава плазмообразующей среды на физико-механические свойства высокомодульных полиэтиленовых волокон / И.А. Гришанова, Е.А. Сергеева, С.В. Илюшина, М.Ф. Шаехов// Вестник Казанского технологического университета. №10. - 2010. – С.187-190.
  3. Сергеева,  Е.А. Влияние плазменной обработки на изменение массы высокомодульных полиэтиленовых волокон / И.А. Гришанова, Е.А. Сергеева, С.В. Илюшина, Л.Н. Абуталипова// Вестник Казанского технологического университета. №10. - 2010. – С.231-236.
  4. Абдуллин, И.Ш. Влияние характеристик синтетических волокон на гидрофильные свойства / И.Ш. Абдуллин, С.В. Илюшина // Вестник Казанского технологического университета. №11. - 2010. – С.565-566.
  5. Абдуллин, И.Ш. Влияние технологических факторов плазменной обработки на гидрофильность синтетических волокон / И.Ш. Абдуллин, С.В. Илюшина // Вестник Казанского технологического университета. №11. - 2010. – С.567-568.
  6. Сергеева, Е.А. Оптимизация параметров плазменной обработки полиэфирных тканей / Е.А. Сергеева, С.В. Илюшина // Вестник Казанского технологического университета. №5. - 2011. – С.287-279.
  7. Сергеева Е.А. Влияние низкотемпературной плазмы на физико-механические свойства высокомодульных полиэтиленовых волокон / Е.А. Сергеева, С.В. Илюшина // Известия высших учебных заведений технология легкой промышленности. - №2. - 2011. - С. 14-16
  8. Сергеева, Е.А. Изменение термических свойств и структуры технических тканей под действием неравновесной низкотемпературной плазмы / Е.А. Сергеева, С.В. Илюшина // Швейная промышленность. – 2011. - № 6. – С.40-42.
  9. Сергеева, Е.А. Физико-математическое моделирование плазменной модификации поверхностного нанослоя синтетических тканей / Е.А. Сергеева, В.С. Желтухин, С.В. Илюшина// Нанотехника. – 2011. - № 2(26). – С. 75 – 78.
  10. Сергеева, Е.А. Создание технических тканей с заданными поверхностными свойствами путем модификации неравновесной низкотемпературной плазмой / Е.А. Сергеева, С.В. Илюшина//  Дизайн. Материалы. Технология.- 2012. – №2(22). –С. 47-50.

Статьи, опубликованные в других изданиях:

  1. Гришанова, И.А. Лиофильность синтетических волокон в зависимости от технологических факторов плазменной модификации / И.А. Гришанова, Е.А. Сергеева, С.В. Илюшина // Новые технологии и материалы легкой промышленности: cб. статей V межд. науч.-практ. конф. студентов и молодых ученых. – Казань: Изд-во КГТУ, 2010 - С. 139-141.
  2. Илюшина, С.В. Исследование получения фильтрующих материалов на основе синтетических волокон и антисептических частиц /С.В. Илюшина, Е.А. Сергеева, И.А. Гришанова//  Наноматериалы, нанотехнологии, наноиндустрия: сб. статей I Всерос. науч.-практ. конф. с элементами научной школы / М-во образ. И науки РФ, Казан. гос. технол. у-нт. – Казань: КГТУ, 2011. – 136 с.
  3. Илюшина, С.В. Возможности получения полипропиленовых волокон с антисептическими свойствами /С.В. Илюшина, Е.А. Сергеева, И.А. Гришанова// Аннотации сообщений «Научная сессия КГТУ» (2-5 февраля 2011 г.); Казан. гос. технолог. ун-т. – Казань: КГТУ, 2011. – С. 317.
  4. Илюшина, С.В. Модификация технических тканей неравновесной низкотемпературной плазмой/С.В. Илюшина, Е.А. Сергеева // Международная конференция «Физика высокочастотных разрядов». Международная школа молодых ученых и специалистов «Высокочастотный разряд: теория и техника»: материалы конференции / М-во образ. и науки РФ, Казан. гос. технол. ун-т. – Казань: КГТУ, 2011. – С. 286.
  5. Илюшина, С.В. Активация поверхности полиэтиленовой ткани вче-разрядом пониженного давления /С.В. Илюшина, Е.А. Сергеева // Международная конференция «Физика высокочастотных разрядов». Международная школа молодых ученых и специалистов «Высокочастотный разряд: теория и техника»: материалы конференции / М-во образ. и науки РФ, Казан. гос. технол. ун-т. – Казань: КГТУ, 2011. – С. 314.
  6. Илюшина, С.В. Сравнительный анализ механических свойств плазмированных высокомодульных полиэтиленовых волокон /С.В. Илюшина, Е.А. Сергеева, И.А. Гришанова// тезисы докладов VII Всероссийской студенческой олимпиады и семинара «Наноструктурные, волокнистые и композиционные материалы», 10-14 мая, 2011, С-Петербург, С.65.
  7. Илюшина, С.В. Исследование гидрофильности полиэфирной ткани в зависимости от технологических параметров плазменной модификации /С.В. Илюшина, Е.А. Сергеева // Новые технологии и материалы легкой промышленности: VII Международная научно-практическая конференция студентов и молодых ученых: сборник статей / М-во образ. и науки РФ; Казан. гос. технол. ун-т. – Казань: КГТУ, 2011. –С. 231.
  8. Илюшина, С.В. Повышение гидрофильности технических тканей неравновесной низкотемпературной плазмой /С.В. Илюшина, Е.А. Сергеева // Актуальные проблемы науки о полимерах: сборник материалов научной школы с международным участием; М-во образ. и науки РФ, Казан. гос. технол. ун-т. – Казань: КГТУ, 2011. – С.80-82.
  9. Гришанова, И.А. Влияние неравновесной низкотемпературной плазмы на свойства полимерных фильтров / И.А. Гришанова, С.В. Илюшина // Актуальные проблемы науки о полимерах: сборник материалов научной школы с международным участием; М-во образ. и науки РФ, Казан. гос. технол. ун-т. – Казань: КГТУ, 2011. – С.62-64.
  10. Илюшина, С.В. Сравнительный анализ гидрофильных свойств технических тканей /С.В. Илюшина, Е.А. Сергеева //  Успехи современного естествознания. - М.: «Академия естествознания». – 2011.- № 6. - С. 46.
  11. Илюшина, С.В. Технология получения кордных тканей с повышенной адгезионной способностью к резине /С.В. Илюшина, Е.А. Сергеева //  Материалы 7-й международной научно-практической конференции «Новости передовой науки», 17-25 мая, София, «Бял ГРАД-БГ»,  С. 58-60.
  12. Илюшина, С.В. Изменение водопоглощения полиэфирных и полиамидных технических тканей под воздействием неравновесной низкотемпературной плазмы /С.В. Илюшина, Е.А. Сергеева //  Всероссийская молодежная конференция «Инновации в химии: достижения и перспективы»: сборник материалов / М-во образ. и науки РФ, Казан. нац. исслед. технол. ун-т. – Казань, КНИТУ, 2011. – С.127.

Соискатель                                        С.В. Илюшина

Заказ №                                                                Тираж 100 экз.

Офсетная лаборатория КГТУ 420015, Казань, К.Маркса, 68




© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.