WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


 

На правах рукописи

Фукина Ольга Витальевна

РЕГУЛИРОВАНИЕ ПОТРЕБИТЕЛЬСКИХ СВОЙСТВ
МАТЕРИАЛОВ  МЕХОВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
С ПРИМЕНЕНИЕМ  НЕРАВНОВЕСНОЙ
НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ПЛАЗМЫ

05.19.01 – Материаловедение производств текстильной и

легкой промышленности

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

Казань 2011

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

Научный консультант:        доктор технических наук, профессор

       Махоткина Лилия Юрьевна

Официальные оппоненты:        доктор технических наук, профессор

       Хамматова Венера Василовна

       доктор технических наук, профессор

       Кудинов Владимир Владимирович

       доктор технических наук, профессор

       Родэ Сергей Витальевич

Ведущая организация:        ГОУ ВПО «Санкт-Петербургский

       университет технологии и дизайна»

Защита состоится «22» декабря 2011 года в 15.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.080.09 при ФГБОУ ВПО «КНИТУ», по адресу: 420015, г. Казань, ул. К.Маркса, 68, зал заседаний Ученого совета.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Казанского национального исследовательского технологического университета.

Автореферат разослан «22» ноября 2011 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета,

кандидат технических наук, Н.В.Тихонова

Общая характеристика работы

Актуальность темы. В настоящее время доля отечественных товаров на внутреннем рынке составляет менее 19%, что значительно ниже пороговых значений, обеспечивающих экономическую безопасность государства, а высокая доля импорта в оборотах розничной торговли оказывает негативное влияние на формирование баланса ресурсов с точки зрения высокой степени зависимости рынка товаров легкой промышленности от внешнеэкономической конъюктуры.

Около 70 процентов технологического оборудования полностью изношено. Коэффициент обновления основных фондов составляет 2,3 %.

Вместе с этим даже полная замена технологического оборудования на импортное, высокопроизводительное не решит проблем отрасли, поскольку на российский рынок всегда будет поступать действующие, а не перспективные технологии. Учитывая временной фактор (доставка, наладка оборудования, обучение персонала, освоение технологии и т.д.), российские предприятия по-прежнему будут проигрывать, поскольку именно в этой отрасли мировые технологии сегодня развиваются наиболее высокими темпами.

Сегодня легкая промышленность России включена в число приоритетных отраслей промышленного комплекса страны. Это заключение сделано по итогам заседания президиума Государственного совета РФ 20 июня 2008 г., утвержденного перечня поручений Президента РФ (№ Пр-1369 от 03 июля 2008 г.) и Правительства РФ (№ ВП-П9-4244 от 15 июля 2008г.). Поэтому в условиях рыночных отношений проблемы повышения качества отечественной продукции являются весьма актуальными, что обусловлено ситуацией, сложившейся в последнее время на внутреннем рынке.

Требования к качеству изделий легкой промышленности включают не только прочность, красивый внешний вид, но и сохранение ее формы и размеров в процессе носки. Поэтому материалы, применяемые для изготовления изделий, должны обладать хорошей формовочной способностью, хорошо деформироваться при растяжении, чтобы придать форму при изготовлении и быть пластичными, чтобы сохранить форму изделия во время носки. В тоже время материалы должны быть упругими и способными к восприятию циклических нагрузок.

Повысить качество изделий легкой промышленности возможно несколькими путями, например: изменив конструкцию изделия, применив новое оборудование, что требует изменения технологии обработки деталей и сборки конструктивно-технологических узлов, создав новые материалы или придав используемым материалам новые, заданные свойства за счет их модификации.

Одним из перспективных направлений совершенствования производства материалов для легкой, а в частности меховой промышленности является обработка низкотемпературной неравновесной плазмой, создаваемой с помощью высокочастотного разряда пониженного давления (ВЧ разряд). Преимуществом этого метода является то, что он позволяет изменять физико-механические свойства материалов за счет модификации структуры поверхностных и глубинных слоев высокомолекулярных материалов. Такая разновидность плазменной обработки является одной из ключевых технологий, позволяющей создавать материалы с заданными характеристиками.

Диссертационная работа направлена на решение актуальной проблемы создания новых комплексных материалов на основе натурального меха с повышенными эксплуатационными и технологическими характеристиками с применением неравновесной низкотемпературной плазмы пониженного давления.

В диссертации изложены результаты работы автора за период 2000-2011 г. по комплексному экспериментальному и теоретическому исследованию процессов объемной обработки неравновесной низкотемпературной плазмой материалов, применяемых в меховой промышленности.

Работа выполнена в Казанском национальном исследовательском технологическом университете в рамках научно-исследовательской работы по Федеральной целевой программе «Исследование и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2012 гг.» по теме «Развитие цента коллективного пользования научным оборудованием в области получения и исследования наночастиц оксидов металлов, металлов и полимеров с заданными химическим составом и формой» (2008-2009 гг.), а также по теме «Проведение поисковых научно-исследовательских работ в области модификации композитных материалов с использованием электрофизических, электрохимических, сверхкритических флюидных методов в центре коллективного пользования научным оборудованием «Наноматериалов и нанотехнологий»»(2009-2010 гг.).

Цель и задачи исследования. Целью работы является создание новых комплексных материалов меховой промышленности с повышенной формовочной способностью, позволяющих улучшить эксплуатационные и технологические характеристики изделий из меха путем обработки их неравновесной низкотемпературной плазмой.

Поставленная цель достигается решением следующих основных задач:

  1. Анализ существующих способов повышения качества меховых материалов и обоснование предмета исследования.
  2. Комплексные экспериментальные исследования параметров неравновесной низкотемпературной плазмы, создающей ионный поток на поверхность материалов с  энергией ионов от 70 до 100 эВ и плотностью ионного тока 0,3-0,9 А/м2 в процессах обработки комплексных материалов из натурального меха.
  3. Теоретические исследования процессов обработки материалов меховой промышленности на основе разработки физической и математической моделей взаимодействия неравновесной низкотемпературной плазмы с натуральными коллаген- и кератинсодержащими материалами.
  4. Установление зависимостей изменения свойств материалов от характеристик ВЧ плазмы пониженного давления и  закономерностей изменения формовочной способности комплексных материалов из натурального меха от режимов плазменной модификации.
  5. Исследование процесса плазменного воздействия на основные материалы из натурального меха с целью интенсификации жидкостных процессов производства полуфабриката и повышения физико-механических показателей материалов и изделий из них.
  6. Разработка новых, научно-обоснованных и высокоэффективных технологических процессов получения модифицированных материалов с заданными технологическими и эксплуатационными показателями на основе обработки их потоком плазмы ВЧ разряда и внедрение в меховую промышленность.

Методы исследований. В диссертационной работе для решения поставленных задач применен комплекс современных методик исследований. В качестве объектов исследования выбрана меховая и шубная овчина на разных стадиях производства: сухосоленое и мокросоленое сырье меховой овчины, полуфабрикат шубной овчины, облагороженная и необлагороженная меховая овчина. Для установления закономерностей влияния плазменной обработки на комплексные материалы, применяемые в производстве изделий из меха использовали следующие методы: ИК спектроскопия, рентгеноструктурный, рентгеноспектральный анализ, электронная микроскопия, электронно-парамагнитный резонанс (ЭПР), гравиметрический и комплекс стандартных методик оценки показателей мехового полуфабриката. Измерения показателей свойств материалов проводили в соответствии с существующей нормативно-технической документацией. Для исследования законов деформирования и формообразования мехового полуфабриката использовались современные методы механики деформируемого твердого тела.

Для решения поставленных задач по нахождению основных параметров потока плазмы, ответственных за модификацию свойств материалов использован измерительный комплекс, состоящий из калориметрической системы, образцового манометра и ротаметра типа РМ-3, компрессионного вакуумметра, электронносчетного частотомера ЧЗ-44, электростатического киловольтметра С-50, магнитного зонда, электрического зонда, пояса Роговского, анализатора энергии ионов, голографического интерферометра, модифицированной трубки Пито.

Результаты экспериментальных исследований обрабатывались с применением методов математической статистики. Теоретическое исследование процесса взаимодействия материалов меховой промышленности с низкотемпературной неравновесной плазмой проводилось путем математического моделирования. Погрешность результатов оценивалась с помощью методов статистической обработки экспериментальных данных при доверительной вероятности 0,95.

Научная новизна работы заключается в следующем:

  1. Впервые разработаны научно-технологические основы создания новых комплексных материалов для производства изделий из меха с повышенной формовочной способностью за счет обработки их ВЧ плазмой пониженного давления.
  2. Впервые разработаны физическая и математическая модели процесса обработки материалов меховой промышленности ВЧ плазмой пониженного давления, с помощью которых исследовано влияние волосяного покрова меха на основные факторы плазменного воздействия. Установлено, что модификация кожевой ткани происходит за счет обработки ее потоком ионов с энергией до 100 эВ, при этом 90% ионов плазмообразующего газа, поступающих из плазмы, достигают поверхности кожевой ткани без потери энергии и без задержки на волосяном покрове.
  3. Впервые установлено, что за счет модификации структуры коллаген-, кератинсодержащего материала, приводящей к дополнительному упорядочению структурных элементов в результате воздействия ВЧ плазмы пониженного давления, повышается пластичность материалов из натурального меха, применяемых в производстве изделий из меха, что увеличивает их формовочную способность.
  4. Установлено, что плазменная обработка позволяет улучшить микробиологическое состояние шкуры и повысить биостойкость полуфабриката, что способствует повышению эксплуатационных и технологических характеристик мехового полуфабриката.
  5. Впервые показано, что наиболее эффективно использовать ВЧ плазменную обработку в технологических процессах мехового производства, скорость которых, в первую очередь, определяется диффузией реагентов (дубителя, красителя, воды и растворов солей, кислот и оснований) вглубь материала.
  6. Установлено, что плазменная обработка не вызывает деструкции и конфигурационных изменений коллагена, а приводит к расщеплению пучков волокон коллагена и конформационным изменениям микроструктуры, которые выражаются в разрыве слабых межфибриллярных водородных связей в приповерхностных слоях, прилегающих к порам, и повышении химической активности за счет образования свободных групп.
  7. Предложен новый метод повышения формовочной способности деталей одежды из натурального меха с использованием потока плазмы ВЧ разряда пониженного давления, обеспечивающего получение их заданной формы при сохранении эластичности материала.
  8. Впервые установлено, что плазменная обработка пакета материалов, включающих  меховой полуфабрикат и прокладочные материалы, позволяет увеличить формоустойчивость изделий в процессе хранения и эксплуатации.

Практическая значимость работы:

- в результате обработки ВЧ плазмой пониженного давления мехового полуфабриката и изделий из него повышается ее формоустойчивость, что удлиняет срок службы, причем  эффект плазменной обработки в течение первых 12 недель уменьшается на 3–4 %, затем стабилизируется и не изменяется.

- установлены оптимальные параметры плазменной обработки, позволяющие в 1,5 – 2 раза интенсифицировать подготовительные жидкостные процессы мехового производства в 1,5 – 2 раза. После отмоки обводненность кожевой ткани, по сравнению с контрольным, повышается на 13%, бактериальность - снижается в 8 раз; после пикелевания обеспечивается наилучшее разрыхление кожевой ткани, характеризующееся снижением температуры сваривания - на 20С и увеличением количества поглощенной кислоты - на 10%.

- установлено, что при воздействии на волосяной покров овчины ВЧ – плазмой пониженного давления с последующим проведением процесса крашения различными классами красителей, остаточная концентрация ванны крашения по сравнению с остаточной концентрацией образцов не подверженных плазменному воздействию, меньше на 52 – 85 %  у кислотных красителей, на 22 - 41% у активных красителей, остаточная относительная оптическая плотность раствора крашения у окисляемых красителей меньше на 26 - 53 % .

- установлено, что при воздействии на волосяной покров овчины ВЧ – плазмой пониженного давления перед проведением процесса крашения различными классами красителей улучшаются следующие эксплутационные свойства полуфабриката: устойчивость окраски к сухому трению увеличивается при крашении  кислотными красителями на 0,5 – 1,5 балла, при крашении активными красителями на 0,5 балла, при крашении окисляемыми на 0,5 - 1, 0 балла; устойчивость окраски волосяного покрова к экстрагированию в растворителях увеличивается: в ацетоне на 1-50 %, 40 – 44 %, 13 – 45 %; в перхлорэтилене на 3 –14 %, на 17 – 40 %, 5 – 33 % соответственно при крашении кислотными, активными и окисляемыми красителями, при этом не происходит снижения прочности кожевой ткани на растяжение.

- усовершенствован метод определения деформационных характеристик мехового полуфабриката и пакета материалов для изделий из меха с использованием датчика линейных перемещений, обеспечивающий более точное прогнозирование формоустойчивости деталей из натурального меха.

- разработана опытно-промышленная ВЧ плазменная установка, позволяющая проводить обработку деталей из натурального меха с целью улучшения эксплуатационных и технологических характеристик готового изделия.

Таким образом, диссертационная работа представляет собой научно-обоснованные технологические разработки, обеспечивающие решение ряда важнейших прикладных задач меховой промышленности, имеющих большое народно-хозяйственное и социальное значение и заключающихся в создании новых материалов из натурального меха с новыми заданными свойствами с помощью потока плазмы ВЧ разряда пониженного давления для улучшения формовочной способности материалов и формоустойчивости изделий из них.

На защиту выносятся:

  1. Научно-технологические основы разработки комплексных материалов меховой промышленности с повышенной формоустойчивостью и основные закономерности повышения формовочной способности материалов из натурального меха, применяемых в производстве изделий из меха, в результате воздействия на них потока плазмы ВЧ разряда пониженного давления.
  2. Результаты экспериментальных исследований эксплуатационных и технологических характеристик натурального меха  с применением обработки потоком плазмы ВЧ разряда пониженного давления на разных стадиях производства.
  3. Результаты теоретических исследований, устанавливающие, что модификация кожевой ткани происходит за счет обработки ее потоком ионов с энергией до 100 эВ, при этом 90% ионов плазмообразующего газа, поступающих из плазмы, достигают поверхности кожевой ткани без задержки волосяным покровом меха и потерь энергии.
  4. Результаты экспериментальных исследований, показывающие, что плазменная обработка не вызывает деструкции и конфигурационных изменений коллагена, а приводит к расщеплению пучков волокон коллагена и конформационным изменениям микроструктуры, которые выражаются в разрыве слабых межфибриллярных водородных связей в приповерхностных слоях, прилегающих к порам, и повышении химической активности за счет образования свободных групп.
  5. Разработаны рекомендации для применения плазменной обработки в отделочных процессах производства основных материалов из натурального меха.
  6. Разработаны технологические процессы нейтрализации, протравления и  крашения волосяного покрова кислотными,  активными и окисляемыми красителями с предварительной обработкой полуфабриката меховой и шубной овчины ВЧ – плазмой пониженного давления.

Достоверность проведенных исследований.  Достоверность и обоснованность научных положений, результатов и выводов обеспечивается: использованием современных аттестационных измерительных средств и апробированных методик испытаний согласно ГОСТам; анализом точности измерений; согласованностью теоретических результатов с собственными экспериментальными данными и данными эксперимента и теоретического расчета из литературных источников; использованием апробированных базовых методов математического моделирования и допущений, основанных на фундаментальных законах, а также современных численных методов решения физических задач.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на Плехановских чтениях «Концепция развития экономической самостоятельности регионов и их производственных  структурных формирований» (Москва 1990), «Рынок: проблемы становления и развития» (Москва 1992), «Развитие экономических реформ в России» (Москва 1994), «Экономическое возрождение России»  (Москва 1995), «Структурная перестройка и экономический рост» (Москва 1997), Международной научно-практической конференции «Формование и формоустойчивость  материалов и изделий легкой промышленности (Москва 1996), Международной научно-практической конференции «Коммерческое дело в России: история, современное состояние, будущее» (Москва 1999), 2 Международной конференции «Развитие меховой промышленности России» (Москва 2000), «Современные проблемы текстильной и легкой промышленности», Межвузовской научно-практической конференции (Москва 2000), Международной научной конференции «Projektowanie,  mate riali,  technologia skory, odziezy I obuwia» (Радом, Польша.2000), II Международной конференции «Легкая промышленность-хром в коже», (Радом 2003), Международной конференции «Развитие российского рынка товаров и услуг для государственных нужд» РЭА им. Г.В. Плеханова (Москва 2008), Международной конференции «Innovations in clothes and Footwear» (Польша, Радом 2010), Международной конференции «Innovations materials & technologies in made-up textile articles and Footwear» (Польша, Лодзь 2008), научно-практической конференции «Защита потребительского рынка  от некачественных и фальсифицированных товаров» (Москва 2009), научно-практической конференции «Внешнеэкономическая стратегия России в условиях посткризисного развития мирового хозяйства» (Москва 2010).

Основные результаты изложены в 40 публикациях, в том числе в рецензируемых научных журналах, рекомендованных ВАК для опубликования результатов докторской диссертации – 13, 2 монографиях.

Личный вклад автора в опубликованных в соавторстве работах состоит в постановке цели и задач исследований, выборе методики эксперимента, непосредственном участии в их проведении, анализе и обобщении экспериментальных результатов, в разработке физической модели процессов обработки и формулировке выводов. Вклад автора является решающим на всех стадиях работы.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 6 глав, выводов, библиографии (282 наименования) и приложения. Изложена на 297 страницах машинописного текста, содержит 103 рисунка и 73 таблицы.

Содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы исследования, изложена основная цель, поставлены задачи и представлена структура диссертации, сформулированы научная новизна, практическая значимость работы и основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе проведен анализ требований, предъявляемых к производству изделий меховой промышленности, рассмотрены структура, строение и  комплекс  свойств натурального меха, влияющих на формовочную способность и формоустойчивость мехового полуфабриката; приведены характеристики и описаны традиционные методы модификации материалов, применяемых в производстве изделий из меха. Дан обзор известных экспериментальных и теоретических результатов, методов исследований и применений ВЧ разрядов пониженного давления. Сформулированы основные задачи исследования.

Во второй главе дано описание объектов, методов и средств исследования свойств материалов, методик проведения экспериментов. В качестве объектов исследования использовали материалы мехового полуфабриката, подкладочные и прокладочные материалы, шубная и меховая овчина.

Описана ВЧ плазменная установка для получения емкостного разряда, применяемого в процессах модификации исследуемых материалов. Входные параметры плазменной установки варьировались в следующих пределах: мощность разряда (Wp) 0,2–2,0 кВт; рабочее давление в разрядной камере (p) 13,3–53,3, Па; расход плазмообразующего газа (G) 0–0,09 г/с; частота генератора (f) 13,56 МГц, продолжительность обработки (t) 1–15 мин. В качестве плазмообразующего газа использовался аргон, пропан, азот.

В третьей главе дается теоретическое обоснование модификации кожевой ткани меха путем воздействия ВЧ плазмы пониженного давления.

Основой макроскопических свойств кожи и меха является надмолекулярная структура коллагена и кератина, образованная связями между боковыми элементами третичной структуры. Надмолекулярная структура составляет многоуровневую систему волокон, и разрыв связей в надмолекулярной структуре может привести к изменению пористости и механических свойств высокомолекулярных материалов.

Известно, что любое тело в плазме заряжается отрицательно, и у его поверхности образуется двойной электрический (дебаевский) слой. В условиях ВЧ разряда пониженного давления толщина двойного слоя составляет 10-5-10-4 м.При обработке материалов в ВЧ плазме пониженного давления, помимо этого, создается слой положительного заряда (СПЗ), частью которого является двойной слой. Толщина СПЗ составляет от 510-4 до 210-3 м, в зависимости от давления, расхода и вида плазмообразующего газа, вкладываемой в разряд мощности, типа разряда. Ионы плазмы, ускоряясь в СПЗ до энергий 70-100 эВ, бомбардируют поверхность материала, передавая эту энергию приповерхностным атомам кожевой ткани и волоса меха. Кроме того, в связи с пористой структурой кожевой ткани, в объеме пор возможно также возникновение объемного несамостоятельного разряда, в результате чего энергетическому воздействию подвергаются молекулы коллагена на  внутренней поверхности пор и капилляров. Совокупное воздействие поверхностной и объемной обработки может привести к модификации физических, механических и химических свойств кожевой ткани и меха.

Специфической особенностью мехового материала является наличие волосяного покрова толщиной (1-5)10-3 м. При густоте волосяного покрова ~(15-25)103 см-2 среднее расстояние между отдельными волосами составляет (6-8) 10-5 м, то есть сопоставимо с толщиной двойного слоя, и на 1-2 порядка меньше толщины СПЗ. Таким образом, при плазменной обработке меха волосяной покров представляет собой СПЗ толщиной, приблизительно равной толщине меха. В связи с этим параметры плазменного воздействия (энергия ионов и плотность ионного тока на поверхность кожевой ткани) существенно отличаются от аналогичных показателей плазменной обработки кожи.

Для исследования влияние волосяного покрова меха на характеристики плазменного воздействия создана математическая модель на основе метода Монте-Карло.

В связи с малостью толщины волоса по сравнению с толщиной волосяного покрова меха, последний моделировался системой параллельных отрезков расположенных под одинаковым углом к поверхности кожевой ткани. Каждому отрезку приписывалась одинаковая линейная плотность поверхностного заряда. Поверхность кожевой ткани также считалась заряженной отрицательно. Электрическое поле в СПЗ рассчитывалась как суперпозиция полей создаваемых поверхностными зарядами кожевой ткани и волоса.

Взаимодействие ионов с волосяным покровом меха рассматривалось путем прямого статистического моделирования. С помощью генератора случайных чисел задавались координаты ионов, падающих на поверхность выделенного элементарного объема. Координаты частиц удовлетворяли равномерному закону распределения. Предполагалось, что они падают перпендикулярно геометрической поверхности образца.

Путем интегрирования уравнений движения заряженных частиц  в электрическом поле

, при ; ,

(1)

, при ; ,

(2)

определялись траектории ионов и их энергия в момент столкновения с поверхностью волоса и кожевой ткани. В задаче (1), (2) - вектор скорости иона, - начальная скорость иона на границе двойного слоя, - радиус-вектор текущего положения иона, E – вектор напряженности электрического поля, е – элементарный электрический заряд, m – масса иона, t – время, h – толщина волосяного покрова, - толщина двойного слоя.

В результате моделирования вычислялись распределении ионов по толщине волосяного покрова, доля первичных ионов, попавших на кожевую ткань, изменение энергии ионов в процессе их дрейфа через волосяной покров. Для достижения статистической достоверности результатов в одном численном эксперименте проводилось исследование не менее 10 тысяч ионов.

В результате теоретических исследований установлено, что на поверхность волоса меха попадает около 10% ионов. Остальные ионы достигают поверхности кожевой ткани практически без потерь энергии. Распределение ионов по толщине волосяного покрова близко к экспоненциальному.

Таким образом, условия плазменной обработки кожевой ткани незначительно отличаются от обработки.

Следует учесть, что границы СПЗ с противоположных сторон образца мехового материала в ВЧ плазме пониженного давления изменяются в противофазе друг с другом. Вследствие этого между противоположными сторонами образца создается переменная разность потенциалов, что приводит к возникновению переменного электрического поля внутри него. Согласно проведенным оценкам, амплитуда напряженности этого поля оценивается величиной ~105 В/м. Такой напряженности электрического поля достаточно для возникновения в порах и капиллярах электрического пробоя с образованием заряженных частиц. При последующей рекомбинации этих частиц на поверхности пор и капилляров выделяется энергия 12,1-20,2 эВ, которая передается поверхностным молекулам белка, что и приводит к объемной модификации натуральных ВВМ.

Таким образом, изменение физических свойств происходит за счет следующих факторов: внешняя поверхность обрабатывается за счет бомбардировки низкоэнергетичными ионами (70-100 эВ), а внутренняя поверхность пор и капилляров модифицируется в результате рекомбинации (12,1-20,2 эВ) на ней заряженных частиц, возникающих вследствие пробоя несамостоятельного разряда в межволоконном пространстве. Передача энергии молекулам приповерхностного слоя кожевой ткани, и внутренней поверхности пор и капилляров приводит к удалению загрязняющих веществ, разрыву поперечных водородных связей и связей образованных силами Ван-дер-Ваальса, конформации белковых молекул. Вследствие разрыва поперечных связей происходит разделение волокон и увеличивается количество нанопор, что приводит к изменению физических, механических и химических свойств материала.

В четвертой главе исследовано влияние параметров потока плазмы ВЧЕ разряда пониженного давления на технологические и эксплуатационные характеристики натурального меха на разных стадиях производства.

Формовочная способность материалов в значительной степени зависит от эффективности проведения  технологических операций производства натурального меха начиная с подготовительных процессов. В связи с этим, проведены экспериментальные исследования, в результате которых определен режим обработки потоком плазмы ВЧЕ разряда пониженного давления: G=0,04 г/с, p=13,3 Па, Wp=1,3 кВт, t=5-7 мин, обеспечивающий наилучшие характеристики сырья: после отмоки обводненность кожевой ткани шкуры, по сравнению с контрольным, повышается на 14 %, степень бактерицидного воздействия плазмы составляет 3-7, при этом плесневые грибки погибают полностью. Предварительная плазменная обработка мехового сырья позволяет интенсифицировать процессы отмоки в 5–6 раз,  снизить содержание жировых веществ на 11 %, а содержание золы на 8 %.

Исследовано влияние параметров ВЧ – плазмы пониженного давления на изменение характеристик свойств кожевой ткани шубной овчины на процессах додубливания и крашения. Для проведения исследований образцы полуфабриката предварительно обрабатывались в плазменной установке с входными параметрами ВЧ – плазмы: расход плазмообразующего газа GAr = 0 - 0,06 г/с,  частота генератора f=13,56 МГц, давление Р = 17,0 – 53,0 Па, мощность ВЧ - разряда Wp= 0,8 - 1,7 кВт, время обработки t = 5 - 7 минут. Влияние ВЧ – плазмы на кожевую ткань овчины обработанной перед процессом додубливания оценивали по изменению термостойкости в конце процесса. Температура сваривания образцов полуфабриката получивших плазменное воздействие выше контрольных на 1 - 5С.

Процессы крашения после додубливания проводили согласно типовой методике, без промежуточной обработки ВЧ - плазмой. Для контрольных и испытуемых партий образцов готовился единый красильный раствор. Результаты воздействия ВЧ – плазмы на кожевую ткань оценивали фотометрически по изменению относительной оптической плотности красильного раствора (D), на приборе КФК – 2. Для перевода полученных значений оптической плотности (D) раствора крашения в концентрацию (С, г/дм3) строились калибровочные кривые используемых красителей.

Из анализа данных экспериментов следует, что остаточная концентрация красителей в ванне крашения, образцов подвергшихся воздействию ВЧ – плазмой пониженного давления, ниже остаточной концентрации в ванне крашения контрольных образцов на 19 - 94 %:

1. Ледероса С – 2 – оливкового на 91-94 %,

2. Ледероса С – 2 – бордо на 19 %,

3. Кислотного синего на 50 %,

4. Селлазет коричневого  на 27 - 50 %.

Органолептическая оценка глубины и равномерности окраски обработанных ВЧ – плазмой образцов показала, что по этим показателям оценки качества крашения, обработанный ВЧ – плазмой полуфабрикат не уступает контрольным образцам.  Предел прочности на разрыв (, кгс/мм2) подвергнутых плазменному воздействию образцов не ниже контрольных. При крашении, обработанных ВЧ – плазмой партий образцов, Ледеросом С – 2 – оливковым выявилось, что совместно с кожевой тканью окрасился и волосяной покров образцов. Это подтвердило влияние ВЧ – плазмы на характеристики свойств волосяного покрова овчины. 

При исследовании влияния ВЧ – плазмы на волосяной покров овчины, для получения наиболее точных результатов экспериментов, процессы крашения проводились на модельных ваннах, исключая применение выравнивателей и электролитов. Для обработанных и контрольных партий образцов готовился единый красильный раствор. Такая методика позволила объективно прослеживать кинетику изменения оптической плотности ванн крашения.

Исследована кинетика процессов крашения различными классами красителей волосяного покрова овчины, обработанного высокочастотной плазмой. Остаточная концентрация ванн крашения партий образцов, обработанных ВЧ – плазмой,  меньше остаточной концентрации ванн крашения контрольных партий на 52 – 85%. Концентрация красителя в ванне крашения испытуемой партий образцов (Wp = 1,3 кВт, t = 5 мин., рис 1) достигла уровня остаточной концентрации красителя в контрольной ванне крашения через 18 минут от начала крашения, что составляет 20 % времени типового крашения. 

Рисунок 1 –Выбираемость красителя ализарина оливкового MLT для меха во времени в процессе крашения контрольной и обработанных ВЧ – плазмой пониженного давления (t=1-7 мин., Wp = 1,3 кВт, GAr = 0,04 г/с, f=13,56 МГц, Р = 17,0 Па)

Анализ процессов крашения активными красителями показывает, что остаточная концентрация ванн крашения испытуемых партий образцов меньше контрольных на 22,7 – 41,7 %. Концентрация красителя в ванне крашения испытуемой партий образцов (Wp = 1,0 кВт,  t = 5 мин.) достигла уровня остаточной концентрации красителя в контрольной ванне крашения через 30 минут от начала крашения, что составляет 40 % времени типового крашения. При сравнении результатов выбираемости кислотных и активных красителей видно, что скорость диффундирования кислотных красителей в волос выше, чем у активных. 

Результаты процессов крашения окисляемыми красителями оценивали по изменениям значений относительной оптической плотности раствора крашения. Первые 30 минут от начала крашения плотность раствора крашения окисляемых красителей несколько уменьшается. В этот период идёт проникание полупродуктов 1,4 – диаминобензола или парааминофенола в волос. При добавлении через 30 минут перекиси водорода плотность раствора резко увеличивается. Происходит процесс окисления полупродуктов и образование молекул непосредственно красителя.

При крашении парааминофенолом с применением пирокатехина, в начале процесса (первые 15 мин) плотность раствора увеличивается в связи с тем, что еще до добавления в ванну крашения перекиси водорода вместе с прониканием полупродуктов в волос идет и образование молекул окисляемого красителя. В дальнейшем красильный раствор светлеет – скорость проникания красителя в волос выше скорости образования красителя. При добавлении перекиси водорода баланс смещается в обратную сторону – плотность красильной ванны увеличивается, доходит до высшей отметки и снова уменьшается.

Сравнительные результаты остаточной концентрации ванн крашения для кислотных и активных красителей и остаточной оптической плотности для окисляемых красителей, прошедших ВЧ – плазменную обработку, и контрольных образцов овчины приведены в таблице 1.

Остаточная концентрация и остаточная относительная оптическая плотность (для окисляемых красителей) ванн крашения партий образцов, обработанных ВЧ – плазмой пониженного давления, меньше остаточной концентрации (остаточной относительной оптической плотности) ванн крашения контрольных партий образцов,  окрашенных в тех же условиях, в 2 – 6,7 раза, 1,2 –1,7 раза, 1,3 – 2,1 раза соответственно у кислотных, активных и окисляемых красителей. Таким образом, воздействие ВЧ – плазмы пониженного давления на овчинно – шубный полуфабрикат существенно улучшает экологичность процессов крашения всеми рассматриваемыми классами красителей.

Таблица 1 – Сравнительный анализ остаточной концентрации и остаточной относительной оптической плотности (для окисляемых красителей) и времени крашения волосяного покрова обработанных и контрольных партий образцов овчины (GAr = 0,04 г/с, f=13,56 МГц,
Р = 17,0 Па)

Режимы  ВЧ –плазмы пониженного давления для обработки волосяного покрова.

Остаточная концентрация (С), г/дм2 и относительная  оптическая плотность (D) (для окисляемых красителей) растворов крашения.

Остаточная концентрация  (С), г/дм2 и относительная оптическая плотность (D) обработанных ВЧ –плазмой образцов по отношению к значениям С и D контрольных образцов,  %.

Время достижения  у обработанных образцов остаточной концентрации и относительной оптической плотности ванн крашения контрольных образцов, мин.

1

2

3

4

1. Кислотный красный


 

Контрольная партия

0,18

 

90

Обработанная Wp=0,7кВт, t=  7мин;

0,027

85

17

2. Ализарин оливковый


 

 

Контрольная партия

0,09

 

90

Обработанная Wp=1,3кВт, t=5мин.

0,015

83,3

18,5

3.Кислотный  коричневый

Контрольная партия

0,168

 

90

Обработанная Wp=1,6кВт,t=5мин.

0,08

52,4

18,5

4. Кислотный оранжевый 

 

Контрольная партия

0,25

 

90

Обработанная Wp=1,3кВт, t=5мин.

0,086

65,6

18

5. Активный ярко-голубой 

 

Контрольная партия

1,132

 

75

Обработанная Wp=1,0кВт, t=7мин.

0,875

22,7

37

6. Активный ярко-красный 

 


Контрольная партия

1,384

 

75


Обработанная Wp=1,3 кВт, t=5мин.

0,807

41,7

25


7. 1.4-диаминобензол

 

 

 


  Контрольная партия

0,815

 

120


Обработанная Wp=1,3кВт, t=3мин.

0,5

38,7

91


8. Парааминофенол

 

 

 


Контрольная партия

1,17

 

75


Обработанная  Wp =0,2 кВт, t=7 мин.

0,71

33,8

57


9. Парааминофенол (крашение с пирокатехином) 

 


Контрольная

0,1154

 

120


Обработанная Wp=1,8кВт, t=5мин.

0,0532

53,9

85


Воздействие ВЧ – плазмы пониженного давления влияет на устойчивость волоса к щелочной обработке. Растворимость волоса, обработанного ВЧ- плазмой, в щелочи увеличивается незначительно при мощности ВЧ - разряда Wp = 0,2 – 0,7 кВт, при дальнейшем увеличении мощности разряда 0,7 – 1,8 кВт растворимость волоса возрастает. Наиболее высокая выбираемость красителей из ванны крашения, так же приходится на эти значения мощности разряда ВЧ - плазмы. Далее достигая максимального значения при Wp = 1,6 кВт, при дальнейшем увеличении мощности разряда ВЧ – плазмы происходит снижение растворимости  волоса. При увеличении мощности разряда выше 1,6 кВт и времени воздействия более 7 минут снижается и выбираемость красителей из ванны крашения.

Более интенсивное поглощение красителя волосом, обработанным ВЧ – плазмой и лучшее его закрепление по сравнению с контрольными выкрасками, подтверждается устойчивостью окраски к сухому трению и устойчивостью окраски к экстрагированию органическими растворителями. Устойчивость волосяного покрова к сухому трению образцов, окрашенных кислотными красителями и прошедших ВЧ – плазменную обработку, составляет 4,0 – 4,5, что выше устойчивости контрольных партий образцов на 1 – 1,5 балла. У красителя ализарина кислотного оливковый МLT (ф. «Ловенштайн»), устойчивость окраски к сухому трению наивысшая: у контрольной  партии образцов - 4,5 балла, а у обработанных ВЧ – плазмой 5,0 баллов, что обусловлено высоким качеством красителя. Относительная невысокая устойчивость окраски к сухому трению волосяного покрова, окрашенного активными красителями (химически связывающимися с активными группами аминокислот кератина волоса) 3,5 балла у контрольной партии образцов и 4,0 балла у обработанной ВЧ – плазмой, объясняется,  высокой начальной концентрацией красителя в ванне – 2,0 г/дм3 .

Для оценки одного из параметров эксплуатационных свойств волосяного покрова и кожевой ткани меховой и шубной овчины - устойчивости к обработке растворителями контрольные и прошедшие обработку ВЧ – плазмой пониженного давления, окрашенные различными классами красителей партии образцов, помещали в ацетон и перхлорэтилен. Экстрагирование проводилось в течении 2 –х часов. Изменение цвета растворителей оценивали на фотоколориметре КФК – 2. Во всех случаях экстрагирования относительная оптическая плотность вытяжки к концу процесса у образцов, обработанных ВЧ – плазмой пониженного давления, меньше чем у контрольных. Устойчивость окраски к экстрагированию подверженных обработке ВЧ – плазмой партий образцов  выше устойчивости контрольных партий в ацетоне на 13,6 – 50 %, в перхлорэтилене на 3,3 – 40 %.

Таким образом, воздействие ВЧ- плазмы пониженного давления на волосяной покров и кожевую ткань овчины, в определенных режимах обработки приводит к интенсификации процесса крашения, выражающейся в сорбции волосом и кожевой тканью большего количества красителя за меньший промежуток времени. Повышает  стойкость окраски к сухому трению и обработке органическими растворителями. Это позволяет добиться сокращения продолжительности процесса и снижения начальной концентрации красителя с получением окраски той же интенсивности и тона, как и окрашенных по действующим на производстве технологиям.

Результаты экспериментальных исследований, полученные в работе по взаимодействию натуральных ВМС с ВЧ – плазмой пониженного давления, позволяет предложить механизм влияния ВЧ – плазмы на волос, объясняющий интенсификацию процесса крашения волосяного покрова, обработанного ВЧ – плазмой пониженного давления. При воздействии ВЧ – плазмы в определенном диапазоне значений мощности ВЧ – разряда и времени воздействия чешуйкам кутикулы волоса сообщается отрицательный заряд способный привести к их «раскрытию» за счет взаимного электростатического отталкивания. Известно, что ВЧ – плазма горит по всей площади и всему объему обрабатываемого материала, поэтому в корковом слое и сердцевине волоса, где имеется воздух, происходит горение плазмы, а значит  возникает избыточное давление, которое так же способствует «раскрыванию» чешуек кутикулы. В процессе крашения молекулы воды, красителей и других химматериалов лучше проникают в раскрывшиеся кутикулы в толщу волоса. Но в процессе крашения отрицательный заряд с внутренней части и с чешуек кутикул  стекает. Электростатические силы взаимного отталкивания уменьшаются. Кутикула постепенно приходит в первоначальное положение – чешуйки «закрываются». Устойчивость окраски к сухому трению и к воздействию растворителей остается высокой. 

В пятой главе представлены результаты экспериментальных исследований влияния ВЧ-плазменной обработки на свойства мехового полуфабриката, применяемого для производства изделий из меха.

Важнейшей задачей производства изделий из меха является получение из плоских материалов устойчивой объемной формы. Причем объемная форма изделия должна присутствовать не только в процессе изготовления изделия, но и в процессе хранения и эксплуатации изделия. Чтобы получить хорошую форму мехового изделия, меховой полуфабрикат должен обладать такими свойствами как формовочная способность или формуемость.

Формуемость материала определяется его механическими свойствами, способностью к различным видам деформации. Прочность и деформация являются основополагающими характеристиками механических свойств мехового полуфабриката.

Формовочная способность и свойства мехового полуфабриката зависят от состава, структуры и толщины волокон, способности структурных элементов ориентироваться в объеме материала, от вида технологических операций. Кроме того, на свойства мехового полуфабриката при плазменной обработке оказывают влияние параметры плазменного потока.

Для оценки предельных возможностей мехового материала при механических воздействиях определены полуцикловые разрывные характеристики.  Показатели свойств, получаемые при растяжении материала до разрыва, характеризуют сопротивление материала разрушающим механическим воздействиям. Наиболее распространенный вид деформации, который встречается в материалах, применяемых в производстве изделий, является растяжение. При испытании меховой овчины на одноосное растяжение рассматривались следующие характеристики механических свойств: предел прочности при разрыве и относительное удлинение при разрыве.

Практически во всех режимах при мощности разряда 1,5-5 кВт и плазмообразующем газе аргон, азот наблюдается у опытных образцов меховой овчины, обработанных ВЧ плазмой пониженного давления, увеличение предела прочности при разрыве и относительного удлинения при разрыве относительно контрольных образцов. Причем одновременное увеличение таких механических показателей, как предела прочности при разрыве и относительного удлинения при разрыве характерно только для образцов, подвергшихся воздействию неравновесной низкотемпературной плазмы.

Объемная форма одежды создается за счет изменения геометрических размеров мехового полуфабриката на отдельных участках детали, для чего используются деформационные свойства материала: удлинение, изгиб, сжатие. При оценке механических свойств важно знать не только разрывное усилие и удлинение, но и характер зависимости «усилие – деформация материала».

Важное значение при производстве изделий играют полуцикловые неразрывные характеристики, т.к. в процессе эксплуатации многие детали или его части подвергаются многочисленным деформациям.

Деформационные свойства широко используются в производстве изделий из меха и играют важную роль при создании пространственной формы на отдельных участках деталей одежды. Деформационные свойства зависят от волокнистого состава, структуры материала и параметров плазменного потока.  В связи с этим проведены исследования влияния ВЧ плазмы пониженного давления на полуцикловые неразрывные характеристики, в частности, исследовались предел прочности при появлении трещин на лицевом слое и удлинение при появлении трещин на лицевом слое. Деформационные свойства оценивались при напряжении 5 МПа.

Технологические параметры воздействия плазмы ВЧ разряда изменялись в следующих пределах: давление в рабочей камере Р – 13,3-53,3 Па, расход плазмообразующего газа G - 0,04  г/с, плазмообразующие газы – аргон, азот, пропан, мощность разряда Рр – 1-7,5  кВт, время обработки t – 3-5 мин.

В режимах при мощности разряда 1,5-5 кВт, силе тока 0,3-0,5 А  и плазмообразующем газе аргон, азот наблюдается у опытных образцов меховой овчины, обработанных ВЧ плазмой пониженного давления, увеличение предела прочности при разрыве и относительного удлинения при разрыве относительно контрольных образцов.

При многократном деформировании материала деформация связана с разрывом межмолекулярных связей и их последующей рекомбинацией. При разрыве связей молекулы и надмолекулярные образования изменяют исходное положение в объеме полимерного вещества. Из-за внешнего напряжения происходит рекомбинация не тех связей, с которыми нарушена связь, а соседних, занимающих иное пространственное положение в объеме полимера. Протекание этих процессов приводит к изменению размера и образованию остаточных деформаций в материале, свидетельствующие о том, что макромолекулы и надмолекулярные образования полимера не могут занять исходное пространственное положение.

Материалы для одежды в условиях их производства и эксплуатации подвергаются действию сравнительно небольших усилий: 1-2 % разрывных усилий при изготовлении изделий и 5-15 % разрывных усилий при их эксплуатации.

Натуральный мех, как объект исследования механических свойств, относится к волокнистым материалам. Все связи, действующие между структурными элементами делятся на две группы: внешние, определяемые строением материала и внутренними, обусловленные строением пучков волокон и самими волокнами. К внутренним относятся связи, определяемые силами трения, силами сцепления волокон в пучках, а также силами межатомных и межмолекулярных связей в волокнах, т.е. кожевая ткань мехового полуфабриката имеет сложное строение, в значительной степени обусловливающей деформационные процессы, которые имеют выраженный релаксационный характер. Релаксационные процессы оказывают большое влияние как на технологию изготовления, так и на эксплуатационные свойства меховых изделий. Они определяют также стабильность размеров и формы материала в изделии. Для оценки величины и характера изменений, происходящих в кожевой ткани мехового полуфабриката при механическом воздействии и после его прекращения, использовались одноцикловые испытания в цикле «нагрузка – разгрузка – отдых».

Одноцикловые испытания при деформации мехового полуфабриката проводили при постоянном усилии деформации [P – const, = f(t)]. Первая половина цикла (нагружение) соответствует режиму ползучести, вторая – режиму уменьшения деформации в результате исчезновения высокоэластической деформации (эластического восстановления). В качестве входной функции используется усилие P, выходной функцией является деформация .

Ползучесть материала изучалась при действии на него постоянного усилия меньше разрывного. На рис. 2 - 3 представлены  деформационные кривые образцов меховой овчины при постоянном усилии в зависимости от параметров обработки потоком плазмы ВЧ разряда и вида плазмообразующего газа.

Начальный цикл испытаний характеризуется растяжением образца. Исследования изменения размеров образцов меховой овчины в режиме «нагрузка» показывают значительное увеличение длины образца от первоначального размера. При нагружении образца грузом 1 кг первоначальное изменение длины контрольного образца происходит на 12 мм, опытных образцов, обработанных ВЧ плазмой пониженного давления на 8 мм (рис.2). При нагружении образца грузом 1,5 и 2 кг наблюдается обратная картина: первоначальная длина опытных образцов увеличивается на 9-11 мм, контрольных образцов на 6-8 мм. Период ползучести происходит в течении первых 5 сек.

Рисунок 2 Деформационные характеристики образцов меховой овчины (нагрузка 2,0 кг, аргон: U=7,5kB, I=0.7A, t=7мин)

Рисунок 3 Деформационные характеристики образцов меховой овчины (нагрузка 1,5 кг, аргон: U=7,5kB, I=0.7A, t=7мин)

В следующий цикл – цикл отдыха, который происходит в режиме «разгрузка – отдых» происходит эластическое восстановление размеров образца. Контрольные образцы в течении последующих 4-5 сек возвращаются в исходное состояние не до конца, длина образцов отличается от первоначальной длины на 1-2 мм. Опытные образцы, обработанные ВЧ плазмой пониженного давления в отличие от контрольных образцов практически полностью возвращаются в первоначальное исходное положение.

При испытании в начальный период деформация материала происходит с большой скоростью. С течением времени скорость деформации затухает и при достижении определенной величины прекращается – устанавливается техническое равновесное состояние, при котором небольшое изменение материала еще продолжается. Зафиксированной в этот момент деформацией мехового полуфабриката определяется полное удлинение:

l= lk – l.

На основе анализе рис. 3 рассчитаны значения полной деформации и удлинения кожевой ткани меховой овчины при действии постоянного усилия и развивающаяся в материале к моменту разгрузки до и после воздействия потока плазмы ВЧ-разряда пониженного давления. Данные представлены в табл.2.

Таблица 2 Изменение значений удлинения и полной деформации мехового полуфабриката в результате воздействия потока плазмы ВЧ-разряда пониженного давления

Одноцикловые характеристики

Пробы до плазменной обработки

Пробы после плазменной обработки

продолжительность действия, с

продолжительность действия, с

l, мм

200

-

200

-

l1 , мм

206

7

209

5

l2,  мм

205,5

2

208,5

2

l3, мм

200,8

9

200,2

6

l, мм

6

-

9

-

lу, мм

0,5

-

0,5

-

lэ , мм

4,7

-

8,3

-

lп , мм

0,8

-

0,2

-

lо , мм

0,8

-

0,2

, %

3

-

4,5

-

При изучении деформаций растяжений материала определены доли полной деформации:  упругой ; эластической; остаточной деформаций.  Значения представлены в табл. 3.

Таблица 3 Изменение значений составных частей деформации мехового полуфабриката в результате воздействия потока плазмы ВЧ-разряда пониженного давления

Одноцикловые характеристики

Пробы до плазменной обработки

Пробы после плазменной обработки

у, %

0,25

0,25

э, %

2,35

4,15

п, %

0,4

0,1

п

0,08

0,06

э

0,79

0,92

п

0,13

0,02

Быстрообратимую и медленнообратимую компоненты являются обратимой частью полной деформации, остаточная деформация является необратимой. Как видно из табл. 3 после плазменной обработки необратимая часть полной деформации значительно ниже обратимой, что имеет важное значений при эксплуатации изделия.

В качестве критерия пластических свойств меховой овчины рассчитали пластичность и упругость материала до и после ВЧ плазмы пониженного давления.

В табл. 4 представлены значения пластичности и упругости мехового полуфабриката до и после воздействия ВЧ плазмы пониженного давления.

Таблица 4  Изменение значений пластичности и упругости мехового полуфабриката в результате воздействия потока плазмы ВЧ-разряда пониженного давления

Одноцикловые характеристики

Пробы до плазменной обработки

Пробы после плазменной обработки

      о. %        

0,4

0,1

П

13,3

2,2

У

86,7

97,8

Из табл. 4 видно, что в результате воздействия на меховую овчину ВЧ-плазмы пониженного давления пластичность материала уменьшается в 6 раз, при этом увеличивается упругость практически на 10 %., т. е. материал становится более устойчив к многочисленным деформациям, которые характерны при изготовлении и эксплуатации изделия, при этом увеличение упругих свойств будет способствовать повышению формоустойчивости мехового полуфабриката в процессе носки изделия потребителем, а значит сохранятся эстетические и потребительские свойства на более длительный срок.

Деформирование материала, имеющего в качестве структурных элементов пучки волокон сложное, так как развитие деформации протекает одновременно на микроуровне (молекулярном и надмолекулярном) и макроуровне (между структурными элементами). Деформация кожевой ткани мехового полуфабриката, имеющая волокнистое и волокнисто-сетчатое строение, существенно зависит от структурных элементов ориентироваться в объеме материала вдоль действующей силы. Эта способность к ориентации определяется когезией полимерного вещества структурного элемента и энергией связи между структурными элементами материала, а также направлением действия внешней силы ввиду малой изотропности строения материала. Для определения процессов, происходящих в образцах меховой овчины, обработанных потоком ВЧ плазмы пониженного давления, проведены исследования структуры кожевой ткани меховой овчины.

В шестой главе, учитывая полученные закономерности изменения свойств меховых материалов при воздействии ВЧ плазмы:

- разработана технология выделки меховой овчины  с применением плазменной обработки исходного сырья, позволяющая комплексно улучшить эксплуатационные и технологические характеристики мехового полуфабриката: предел прочности при растяжении кожевой ткани повысить на 10-13%, полное удлинение при разрыве кожевой ткани – на 14%, температуру сваривания кожевой ткани – на 3-40С.

- приведена схема и технические характеристики  разработанной ВЧ – плазменной установки проходного типа для обработки кожевой ткани и волосяного покрова овчины в ВЧ – разряде.

- разработаны технологии додубливания и крашения кислотными красителями, кожевой ткани шубной овчины с предварительной обработкой полуфабриката ВЧ - плазмой пониженного давления позволяющие снизить начальную концентрацию красителей и сократить время крашения.

- разработаны технологии крашения кислотными, активными и окисляемыми красителями волосяного покрова меховой и шубной овчины с предварительной обработкой полуфабриката ВЧ - плазмой пониженного давления позволяющие снизить начальную концентрацию красителей и сократить время крашения.

- разработаны технологические процессы проектирования изделий из мехового и шубного полуфабрикатов с применением ВЧ плазмы пониженного давления.

В проектировании меховой одежды объектами разработки являются: форма; силуэт; конструктивное и конструктивно-декоративное членение и покрой рукава; метод раскроя мехового полуфабриката, характер распределения и направление волосяного покрова в шкурках на деталях изделия; композиция элементов. Однако нельзя ограничиваться только конструктивными способами создания формы. Меховое изделие, как и одежда из других материалов, многослойно.  Каждый слой выполняет вполне определенные функции. Кроме того, изготовление большого числа современных меховых изделий возможно вообще без какого-либо пакета прокладочных материалов. Их используют только для повышения формоустойчивости отдельных деталей или их участков.

Основные принципы моделирования и конструирования одежды из меха, ткани и других материалов совпадают. В то же время создание модели меховой одежды, выбор ее конструктивного и технологического решений обусловлены специфичностью такого материала, как натуральный мех.  К основным характеристикам меха, влияющим на создание нового образца, следует отнести фактуру волосяного покрова и его топографию; толщину, плотность, пластичность и мягкость кожевой ткани; размер, форму и массу мехового полуфабриката. Однако большую роль в создании современных моделей меховой одежды отводится показателям мягкости и пластичности кожевой ткани мехового полуфабриката.

Технологическая подготовка производства раскроенных шкурок связана со свойствами мехового полуфабриката главным образом толщиной, плотностью, упругостью, прочностными характеристиками кожевой ткани шкурок.

Из приведенных выше исследований видно, что в результате воздействия на меховую овчину ВЧ-плазмы пониженного давления пластичность материала уменьшается в 6 раз, при этом увеличивается упругость практически на 10 % и относительная прочность  при появлении трещин на лицевом слое на 10-25 % и удлинение при появлении трещин на лицевом слое на 5 %, т. е. материал становится более устойчив к многочисленным деформациям, которые характерны при изготовлении и эксплуатации изделия. Увеличение упругих свойств способствует повышению формоустойчивости мехового полуфабриката в процессе носки изделия потребителем.

Положительные результаты апробации, подтвержденные актами внедрения технологического процесса выделки меховой овчины с применением плазменной обработки, проведенные на ОАО «Мелита» и ООО «Меховщик», позволяют рекомендовать данный технологический процесс к широкому использованию в меховой промышленности.

Экономическая эффективность внедрения плазменной обработки в технологию выделки меховой овчины  составила  11 млн. руб. в год.

ВЫВОДЫ

  1. В результате проведенных теоретических и экспериментальных исследований разработаны научные основы создания новых материалов для производства меховых изделий с повышенной формовочной способностью за счет обработки их ВЧ плазмой пониженного давления.
  2. В результате проведенных теоретических исследований с помощью разработанных физической и математической моделей процесса обработки материалов меховой промышленности ВЧ плазмой пониженного давления установлено, что модификация кожевой ткани происходит за счет обработки ее потоком ионов с энергией до 100 эВ, причем 90% ионов плазмообразующего газа, поступающих из плазмы, достигают поверхности кожевой ткани без потери энергии,.
  3. Разработаны физическая и математическая модели процесса обработки материалов меховой промышленности ВЧ плазмой пониженного давления, с помощью которых дано физическое объяснение механизма объемной обработки коллаген и кератинсодержащих материалов. Изменение физических свойств происходит за счет следующих факторов: внешняя поверхность обрабатывается за счет бомбардировки низкоэнергетичными ионами (70-100 эВ), а внутренняя поверхность пор и капилляров модифицируется в результате рекомбинации (12,1-20,2 эВ) на ней заряженных частиц, возникающих вследствие пробоя несамостоятельного разряда в межволоконном пространстве.
  4. Установлено, что плазменная обработка не вызывает деструкции и конфигурационных изменений коллагена и кератина, а приводит к изменению микроструктуры, которая выражается в разрыве слабых межфибриллярных водородных связей в приповерхностных слоях, прилегающих к порам, и повышением химической активности за счет образования свободных групп основного и кислотного характера.
  5. Установлено, что плазменная обработка позволяет улучшить микробиологическое состояние шкуры, что способствует повышению качества исходного сырья, и биостойкость полуфабриката, что приводит к улучшению эксплуатационных и технологических характеристик мехового полуфабриката.
  6. Определен оптимальный режим обработки потоком плазмы ВЧ-разряда пониженного давления (Gаргон=0,04г/с, P=13,3Па, Wp=1,7А, t=7мин.), обеспечивающий наилучшие характеристики сырья (после отмоки обводненность кожевой ткани, по сравнению с контрольным, повышается на 13%, бактериальность - снижается в 8 раз; после пикелевания обеспечивается наилучшее разрыхление кожевой ткани, характеризующееся снижением температуры сваривания - на 20С и увеличением количества поглощенной кислоты - на 10%) и ведущий к интенсификации подготовительных жидкостных процессов мехового производства в 1,5 – 2 раза.
  7. Установлено, что при воздействии на волосяной покров и кожевую ткань овчины ВЧ – плазмой пониженного давления в режиме: мощность ВЧ - разряда Wp = 0,2 – 1,8 кВт, время воздействия t = 3 - 7 мин, расход плазмообразующего газа GAr = 0,04 г/с, частота генератора f = 13,56 МГц, давление Р = 17,0 Па улучшаются эксплутационные свойства полуфабриката. Увеличивается устойчивость окраски к сухому трению на 0,5 –1,5 балла, увеличивается устойчивость окраски к экстрагированию в ацетоне на 13,6 – 50 %, в перхлорэтилене от 3,3  до 40 %, при этом не происходит снижения прочности кожевой ткани.
  8. Установлено, что воздействие ВЧ – плазмой пониженного давления на полуфабрикат меховой и шубной овчины в режиме: мощность ВЧ - разряда Wp = 0,2 – 1,8 кВт, время воздействия t = 3 - 7 мин, расход инертного газа GAr = 0,04 г/с, частота генератора f = 13,56 МГц, давление Р = 17,0 Па, позволяет, при крашении кислотными красителями волосяного покрова и кожевой ткани снизить исходную концентрацию красителей на 14 – 30 %, сократить продолжительность процесса на 33 – 38 %; при крашении активными красителями волосяного покрова снизить исходную концентрацию красителей на 10 %, сократить продолжительность процесса на 20 %; при крашении окисляемыми красителями волосяного покрова снизить исходную концентрацию красителей на 12 – 15 %, сократить продолжительность процесса крашения на 14 – 17 %.
  9. Разработана опытно-промышленная ВЧ плазменная установка, позволяющая проводить обработку комплексных материалов деталей из натурального меха с целью увеличения формоустойчивости изделий, что ведет к улучшению эксплуатационных и технологических характеристик готового изделия.

Работы по теме диссертации

Статьи, опубликованные в ведущих  рецензируемых научных

журналах, рекомендованных ВАК РФ, монографии

1. Жихарев А.П. Влияние факторов окружающей среды на материалы легкой промышленности: монография / А.П. Жихарев, О.В. Фукина, И.Ш. Абдуллин и [и др.]. – Казань: КГТУ, 2011. – 236 с.

2. Фукина О.В. Теоретические основы и экспериментальные методы исследования для оценки качества материалов при силовых, температурных и влажностных воздействиях: монография / О.В. Фукина, А.П. Жихарев, В.А. Белгородский. – М.:ИИЦ МГУДТ, 2003. – 327 с.

3. Фукина О.В. Низкотемпературная плазма в подготовительных процессах мехового производства / О.В. Фукина, Л.Ю. Махоткина, И.Ш. Абдуллин // Кожевенно-обувная промышленность. – 2009. – №6. – С. 33-35.

4. Фукина О.В. ВЧ-плазма пониженного давления в процессах крашения волосяного покрова / О.В. Фукина, Л.Ю. Махоткина, И.Ш.Абдуллин // Кожевенно-обувная промышленность. – 2009. – №6. – С. 40-42.

5. Фукина О.В. О возможности регулирования сорбционных свойств меха путем модификации / О.В. Фукина, Л.Ю. Махоткина, И.Ш.Абдуллин и [и др.] // Кожевенно-обувная промышленность. – 2009. – №6. – С. 35-36.

6. Фукина О.В. Состояние и перспективы развития обувной промышленности / О.В. Фукина, Л.Ю. Махоткина, Л.Л. Никитина // Кожевенно-обувная промышленность. – 2010. – №3. – С. 33-35.

7. Фукина О.В. Влияние плазменной обработки на меховое сырье / О.В. Фукина, Л.Ю. Махоткина, И.Ш.Абдуллин // Вестник Казанского технологического университета. – 2010. – № 7. – С. 68-72.

8. Фукина О.В. Новые антигололедные реагенты / О.В. Фукина, Т.С. Кириллова, Т.И. Чалых // Кожевенно-обувная промышленность. – 2009. – №4. – С. 93-94.

9. Фукина О.В. Оценка потребительских свойств натурального меха обработанного плазмой пониженного давления / О.В. Фукина, Л.Ю. Махоткина, И.Ш.Абдуллин // Кожевенно-обувная промышленность. – 2008. – №2. – С. 78-80.

10. Фукина О.В. Влияние низкотемпературной плазмы пониженного давления на устойчивость меха к биологической и атмосферной коррозии / О.В. Фукина, Л.Ю. Махоткина, И.Ш.Абдуллин // Кожевенно-обувная промышленность. – 2008. – №3. – С. 35-36.

11. Фукина О.В. Повышение эстетических свойств мехового полуфабриката при крашении с использованием метода объемно-пространственной модификации волосяного покрова при его обработке высокочастотной плазмой пониженного давления / О.В. Фукина, Л.Ю. Махоткина, И.Ш.Абдуллин // МГУДТ, научный журнал: Дизайн и технологии. – 2007. – №7. – С. 63-67.

12. Фукина О.В. Изучение влияния комплексного воздействия высокочастотной плазмы пониженного давления и бактерицидных препаратов на антимикробную активность меховых полуфабрикатов / О.В. Фукина, Л.Ю. Махоткина, И.Ш.Абдуллин, А.П. Жихарев // МГУДТ, научный журнал: Дизайн и технологии. – 2010. – №15. – С. 86-89.

13.Фукина О.В. Исследование антимикробных свойств меховых полуфабрикатов, обработанных бактерицидными препаратами. О.В. Фукина // МГУДТ, научный журнал: Дизайн и технологии. – 2010. – №15. – С. 90-91.

14. Фукина О.В. Паропроницаемость пористых полимерных материалов после криовоздействий / О.В. Фукина, Т.И. Чалых, А.Н. Неверов [и др.] // Известия высших учебных заведений. Химия и химическая технология. – 1997. – Т.40 – С.114-117.

15. Фукина О.В. Теплопроводность  материалов и пакетов для верха обуви при низких температурах / О.В. Фукина, А.П. Жихарев, А.Н. Неверов // Кожевенно-обувная промышленность. – 1997. – №2. – С. 37-38.

16. Фукина О.В. Лабораторный практикум по дисциплине «Товароведение и экспертиза пушно-меховых товаров» / О.В. Фукина, В.Б. Игнатенко. – М.: РЭА  им.Г.В. Плеханова, 2010. – 30с.

Материалы конференций, статьи, апробация работ

17. Фукина О.В. Повышение качества мехового изделия за счет улучшения формовочной способности мехового полуфабриката / О.В. Фукина, Л.Ю. Махоткина, И.Ш. Абдуллин [и др.] // Новые технологии и материалы легкой промышленности: сб. статей  IV междунар. науч.-практ. конф. студентов и молодых ученых. – Казань: Изд-во КГТУ,  2008. – С. 91-95.

18. Фукина О.В. Улучшение потребительских свойств меховой овчины с помощью использования в процессе ее выделки плазменных технологий / О.В. Фукина, Л.Ю. Махоткина, И.Ш. Абдуллин // Развитие российского рынка товаров и услуг для государственных нужд: сб. материалов научной конференции. – М: РЭА им. Г.В.Плеханова, 2008. С.176-179.

19. Фукина О.В. Совершенствование организационных форм аттестации качества обуви / О.В. Фукина, В.Д. Сальник, Н.В. Щенников // Экономика, организация и планирование производств легкой промышленности: сб. научных трудов. – М: МТИЛП, 1984. С 113-114/.

20. Фукина О.В. К вопросу прогнозирования качества спортивной  обуви и одежды / О.В. Фукина,  А.П. Жихарев // Конструирование и технология  изделий из кожи: сб. научных трудов. – М: МТИЛП, 1990. С. 59-62.

21. Fukina O. Wplyw kompleksowego dzialania  kriolizy, wielokrotnego zginania i niskiej  temperatury na wlasciwosci wytrzymalosciowe materialow  przeznaczonych na zimowe obuwie sportowe / O. Fukina, A. Zychariew, A. Niewierow // Przemest skorzany a ochrona srodowiska: Wyzsza. – Szkola Inzynirska, 1996. S.243-250.

22. Фукина О.В. Исследование изменений  надмолекулярной структуры коллагена  меховых шкурок  в процессе выделки / О.В. Фукина, Д.С. Лычников, С.Н. Горячев [и др.] // Новое в меховом производстве: сб. трудов. – М: НИИМЕХПРОМ, 1999. С. 49-51.

23. Фукина О.В. Противогололедные реагенты и их влияние на швейные и обувные материалы / О.В. Фукина, Т.И.Чалых, Т.С. Кириллова// Межведомственная юбилейная конференция «Актуальные вопросы товароведения сырья животного происхождения, продуктов животноводства, промышленных и продовольственных товаров» МБА им. Скрябина, ноябрь 2009 г.: сб. тезисов докладов, М.2009 - с.176.

24. Фукина О.В. Термодинамический  метод оценки спектров связей в коже / О.В. Фукина, Д.С. Лычников, Я.Я. Макаров-Землянский // Хранение  и переработка сельхозсырья. – 2000. – № 6. – С. 69-73.

25. Фукина О.В. Влияние технологических процессов на термомеханические параметры кожи как природного полимера / О.В. Фукина, Д.С. Лычников, Ю.В. Зеленев // Современные проблемы текстильной и легкой промышленности: сб. тезисов докладов межвузовская науч.-практ. конф. – М.: Изд-во РосЗИТЛП, 2000. – С. 113.

26. Фукина О.В. Особенности  взаимосвязи и взаимопроникновения гуманитарных и естественных наук / О.В. Фукина, Д.С. Лычников, Ю.В. Зеленев // Сб. тезисов докладов юбилейной науч.-технич. межвузовской конф. – Санкт-Петербург, 2000. – С. 3-5.

27. Фукина О.В. Тепловое сопротивление материалов и пакетов для верха обуви при изменении внешнего давления / О.В. Фукина, А.П. Жихарев // Projektowanie,  materiali,  technologia skory, odziezy I obuwia: материалы междунар. науч. конф. – Радом,  Польша, 2000. – С.258-259.

28. Фукина О.В. Влияние некоторых факторов окружающей среды на динамические свойства натуральных и синтетических кож для верха обуви / О.В. Фукина, А.П. Жихарев // ХVII Международные Плехановские чтения: сб. тезисов докладов. – М.: Изд-во Рос. Экон. Акад., 2004 – С.351.

29. Фукина О.В. Оценка термодинамических параметров сырья, полуфабриката и готовых кож из овчины  методом термодеформации / О.В. Фукина, Д.С. Лычников, Н.А. Ибрагимова [и др.] // Легкая промышленность-хром в коже: материалы  II Международной конференции. – Радом,  Польша, 2003. – С.185-195.

30. Фукина О.В. О некоторых задачах, стоящих перед предприятиями перерабатывающими перо-пуховое сырье / О.В. Фукина, А.И. Сапожникова, Л.К. Земцова // XIX Международные Плехановские чтения: сб. тезисов докладов. – М.: Изд-во Рос. Экон. Акад., 2006 – С.385.

31. Fukina O. Research on antimicrobic properties of the fur halffinished products processed by bactericidal preparations. / O. Fukina // Innovations in clothes and Footwear: материалы конференции. – Радом, Польша: Kazimierz Pulaski Technical University of Radom, 2010. – С. 43.

32. Fukina O. Influence of HF-plasma processing on  wettability of leather surface  in various kinds of  a fur  half- finished product / O. Fukina // Innovations materials & technologies in made-up textile articles and Footwear: материалы конференции. – Лодзь, Польша: Technical University of Lodz, 2008. – С. 109.

33. Фукина О.В. Некоторые вопросы  идентификации и фальсификации пушно-меховых изделий / О.В. Фукина // Защита потребительского рынка от некачественных и фальсифицированных товаров: материалы науч.-практич. конференции. – М: Изд-во РЭА им. Г.В. Плеханова, 2009. – С.265-268.

34. Фукина О.В. Проблема  гармонизации  национальных и международных стандартов в области  безопасности продукции / О.В. Фукина, Т.С. Кириллова // Внешнеэкономическая стратегия России в условиях посткризисного развития мирового хозяйства: материалы науч.-практич. конференции. – М: Изд-во РЭА им. Г.В. Плеханова, 2010. – С 43-44.

35. Фукина О.В. Паропроницаемость пористых полимерных материалов после криовоздействий / О.В. Фукина, Т.И. Чалых. А.Н. Неверов // X Плехановские чтения: сб. тезисов докладов. – М: Изд-во РЭА, 1997. – С. 78-81.

36. Фукина О.В. Потребительские требования к качеству кожгалантерейных товаров / О.В. Фукина, М.В. Пищугина // X Плехановские чтения: сб. тезисов докладов. – М: Изд-во РЭА, 1997. – С. 84-86.

37. Фукина О.В. Разработка номенклатуры показателей качества женских кожаных сумок / О.В. Фукина, Т.В. Бабкова // X Плехановские чтения: сб. тезисов докладов. – М: Изд-во РЭА, 1997. – С. 87.

38. Фукина О.В. Теплофизические свойства материалов и пакетов для верха утепленной обуви / О.В. Фукина, // XI Плехановские чтения: сб. тезисов докладов. – М: Изд-во РЭА, 1998. – С. 98.

39. Фукина О.В. Биостойкость шубной овчины кустарной выделки / О.В. Фукина, Е.Л. Пехташева, А.Н. Неверов [и др.] // Коммерческое дело в России: история, современное состояние, будущее: сб. тезисов докладов. – М:, 1999. – С. 123.

40. Фукина О.В. Термодеформационный метод оценки термо-динамических параметров  кож из сырья овчины на различных стадиях производства кожевенных полуфабрикатов / О.В. Фукина, Д.С. Лычников, Я.Я. Макаров-Землянский // Развитие меховой промышленности России: сб. тезисов докладов 2 Междунар. конф. – М:, 2000. – С. 26.

Соискатель  О.В. Фукина

Заказ №  Тираж 100 экз.

Офсетная лаборатория КНИТУ  420015, г. Казань, ул.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.