WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Авторефераты по темам  >>  Разные специальности - [часть 1]  [часть 2]

Разработка технологии производства полуфабриката шубной овчины светлых тонов с антистатическими свойствами с применением плазмы ВЧ разряда пониженного давления

Автореферат кандидатской диссертации

 

На правах рукописи

 

 

НУРИЕВ  ИЛЬДАР  МАРСЕЛОВИЧ

 

 

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА

ПОЛУФАБРИКАТА ШУБНОЙ ОВЧИНЫ СВЕТЛЫХ ТОНОВ С АНТИСТАТИЧЕСКИМИ СВОЙСТВАМИ С ПРИМЕНЕНИЕМ ПЛАЗМЫ ВЧ РАЗРЯДА

ПОНИЖЕННОГО ДАВЛЕНИЯ

 

 

Специальность 05.19.05 – Технология кожи, меха, обувных и

кожевенно-галантерейных изделий

 

 

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

Шарифуллин Фарид Саидович

Официальные оппоненты:

Махоткина Лилия Юрьевна доктор технических наук, профессор, зав. кафедрой конструирования одежды и обуви ФГБОУ ВПО «Казанский национальный исследовательский технологический университет»

Парсанов Александр Сергеевич кандидат технических наук, директор ООО «Кожа и мех», г. Казань

Ведущая организация:

ФГБОУ ВПО «Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления», г. Улан-Удэ

Защита состоится «17» мая 2012 года 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, 68, зал заседаний Ученого совета.

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

Автореферат разослан «17» апреля 2012 года.

Ученый секретарь

диссертационного совета

кандидат технических наук                                           Н.В.Тихонова


Общая характеристика работы

Актуальность работы. В настоящее время перед легкой промышленностью стоит сложная задача, связанная с наиболее полным удовлетворением непрерывно растущего потребительского спроса и конкурентоспособности на рынке кожевенно-меховой продукции. Для достижения этой цели предусматривается динамичное и пропорциональное развитие производства, повышение его эффективности, улучшение условий труда и использование других интенсивных факторов экономического развития. Поиск оптимальных решений по росту эффективности производства, совершенствования ассортимента выпускаемой продукции, требует внедрения в производство инновационных методов обработки материалов и химических веществ, способных обеспечить выпуск продукции высокого качества, в том числе улучшения потребительских показателей полуфабриката и его внешнего вида, придаваемых в процессах крашения и отделки.

На меховом производстве часто приходится сталкиваться с наличием в сырье метисовых пород овец «пёстрой» или тёмной окраской волосяного покрова шубной овчины. Это не позволяет расширить ассортимент разнообразной цветовой гаммы полуфабриката шубной овчины. Поэтому в технологию выделки шубной овчины вводят процесс осветления волосяного покрова, что дает возможность выпускать полуфабрикат шубной овчины светлых тонов и снизить естественную пятнистость волосяного покрова. В связи с этим повышение качества обесцвечивания волосяного покрова шубных овчин является одним из перспективных направлений. Процесс производства полуфабриката шубных овчин включает также проведение отделочных процессов и операций, в ходе которых волосяной покров приобретает высокую степень электризации. Это может привести к сильному закату волоса, что усложнит дальнейший технологический цикл и отрицательно скажется на качестве готовой меховой продукции. Статический заряд так же может привести к нежелательным явлениям во время носки меховых изделий: возникновению разрядов, которые негативно влияют на здоровье человека, доставляют дискомфорт и приводят к загрязнению пылью. Возникающие проблемы в технологическом процессе выделки мехового полуфабриката и последующей эксплуатации изделий можно решить при помощи плазмы высокочастотного (ВЧ) разряда пониженного давления. Достоинством применения плазменных технологий в меховом производстве является улучшение физико-механических и эксплуатационных свойств кожевой ткани, сохранение блеска и шелковистости волосяного покрова, а также экологически щадящее воздействие на окружающую среду. Основываясь на результатах научных работ, выполненных в последние годы, можно отметить определенный прогресс в решении указанных проблем, однако комплексных исследований по созданию единой технологии, решающей данные проблемы не проводилось.

Таким образом, разработка технологии получения полуфабриката шубной овчины, основанная на результатах исследования влияния ВЧ плазмы пониженного давления на осветление с последующим крашением и снижение электризуемости волосяного покрова, является актуальной задачей и представляет как научный, так и практический интерес.

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 2007-2013 г.г.» по теме «Развитие центром коллективного пользования научным оборудованием комплексных исследований в области создания композиционных полимерных и керамических материалов на основе наночастиц, полученных электрофизическими, электрохимическими, сверхкритическими флюидными методами»(2011-2012 г.г.).

Цель работы. Целью работы являлось разработка технологии производства полуфабриката шубной овчины светлых тонов с антистатическими свойствами с применением плазмы высокочастотного емкостного (ВЧЕ) и высокочастотного индукционного (ВЧИ) разрядов пониженного давления.

Поставленная цель достигалась путем решения следующих задач:

1. Анализ существующих способов повышения качества осветления и крашения волосяного покрова шубной овчины с неравномерной природной окраской и методов снижения электризуемости меха.

2. Обоснование и выбор объектов исследования, определение методов и методик исследований эксплуатационных свойств меха, описание оборудования для модификации волосяного покрова и кожевой ткани меха.

3. Проведение экспериментальных исследований влияния воздействия плазмы ВЧИ и ВЧЕ разрядов пониженного давления на процесс осветления волосяного покрова шубной овчины с целью повышения качества процесса осветления, последующего крашения, а также улучшения химических, физико-механических и структурных характеристик волосяного покрова и кожевой ткани готового мехового полуфабриката из шубной овчины.

4. Разработка технологии производства мехового полуфабриката шубной овчины светлых тонов с антистатическими свойствами и улучшенными физико-механическими характеристиками с применением плазмы ВЧЕ и ВЧИ разрядов пониженного давления.

Методы исследований. Для решения поставленных задач использовали методы исследований, соответствующие современному состоянию науки, а также стандартные методики действующей нормативно-технической документации определения показателей качества мехового сырья и полуфабриката. В работе использовались методы электронно-микроскопического, синхронного термического анализа, атомно-силовая микроскопия, фотоколометрия, а также методики определения химических и физико-механических характеристик кожевой ткани и волосяного покрова меха. Основными объектами исследования являлись сырье и полуфабрикат шубной овчины, прошедшие различные стадии выделки. Параметры воздействия ВЧ плазмы на объекты исследования определялись современным диагностическим оборудованием на опытно-промышленной плазменной установке.

Результаты измерений и исследований обрабатывали с применением методов математической статистики. Оптимальные условия плазменной обработки шубного сырья основаны на результатах планирования эксперимента с помощью программы STATISTICA 6.0. Погрешность результатов оценивалась с доверительной вероятностью 0,95.

Научная новизна работы:

1. Впервые установлена возможность повышения показателя осветления волосяного покрова шубной овчины при обработке плазмой ВЧЕ разряда пониженного давления шубной овчины после процесса протравления.

2. Впервые выявлено, что проведение процесса осветления перед процессом пикелевания с применение плазмы ВЧЕ разряда пониженного давления позволяет исключить предварительное пикелевание и нейтрализацию в технологическом процессе выделки шубной овчины.

3. Впервые определено, что ВЧЕ плазменная обработка, способствующая увеличению показателя осветления волосяного покрова шубной овчины, позволяет интенсифицировать процесс кислотного крашения и добиться равномерного окраса волоса и кожевой ткани в светлые тона, при одновременном улучшении физико-механических характеристик шубного полуфабриката.

4. На основании проведенных экспериментальных исследований впервые разработана физическая модель воздействия ВЧЕ плазмы пониженного давления на кератин волоса меха, устанавливающая, что увеличение показателя осветления, интенсификация процесса кислотного крашения и равномерность окраски достигается за счет модификации надмолекулярной структуры кератина в объеме волоса в результате рекомбинации ионов, возникающей при пробое капиллярного объема.

5. Установлено, что ВЧИ плазменная модификация на стадии отделочных процессов шубно-мехового производства способствует снижению электризуемости волосяного покрова шубного полуфабриката.

Практическая ценность работы.

1. Определены параметры ВЧЕ плазменной обработки (Wр=0,9 кВт, GAr=0,04 г/с, Р=26,6 Па, t=3 мин) сырья шубной овчины перед процессом осветления, позволяющие эффективно провести процесс осветления и добиться максимальной степени осветления волосяного покрова меха.

2. Показано, что плазменная обработка шубного сырья перед процессом осветления позволяет увеличить выбираемость кислотного красителя до 34 %, сократить продолжительность до 40 мин, получить полуфабрикат шубной овчины с равномерной окраской светлых тонов волосяного покрова и кожевой ткани.

3. Установлены параметры ВЧИ плазменной обработки, позволяющие создать на поверхности волосяного покрова меха электропроводящее покрытие, которое способствует увеличению скорости стекания зарядов статического электричества, образующихся при трении (Wр=0,7 кВт, GAr=0,06 г/с, Р=26,6 Па, t=3 мин, DЦПХ=0,01 г/с).

4. Показано, что применение плазменной обработки позволяет улучшить физико-механические свойства волосяного покрова и кожевой ткани шубной овчины, повысить температуру сваривания на 5 %, предел прочности кожевой ткани на 10 % и увеличить предел прочности волоса на 17 %.

5. Разработана технология производства шубной овчины позволяющая получать полуфабрикат светлых тонов с антистатическими и улучшенными потребительскими свойствами кожевой ткани и волосяного покрова меха. Разработанная технология шубной овчины прошла опытно-производственные испытания на ООО «Руно» и ООО «Меховщик».

Годовая экономическая эффективность составила 970 тыс. руб. в год.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Результаты исследований влияния ВЧ плазменной модификации шубного сырья на качество проведения процесса осветления волосяного покрова, показывающие, что плазменная обработка приводит к увеличению показателя осветления волосяного покрова на 15-25 %.

2. Данные экспериментальных исследований влияния ВЧЕ плазменной обработки шубного сырья перед процессом осветления на качество проведения процесса крашения. Установлено, что плазменная обработка способствует увеличению выбираемости красителя, сокращению времени процесса крашения и повышению физико-механических характеристик полуфабриката шубной овчины.

3. Результаты экспериментальных исследований влияния плазменной обработки на изменения показателей электростатических свойств меха, позволяющие получить готовую меховую продукцию с антистатическими свойствами за счет создания токопроводящего покрытия на поверхности волосяного покрова с применением ВЧИ плазмы пониженного давления.

4. Результаты экспериментальных исследований подтверждающие, что модификация шубной овчины плазмой ВЧИ и ВЧЕ разрядов пониженного давления, способствует улучшению физико-механических характеристик, увеличивается термостойкость и прочность волоса, повышается температура сваривания и предел прочности кожевой ткани, достигается равномерность окраса волоса и кожевой ткани, обеспечивая полуфабрикату улучшенные потребительские свойства.

5. Физическая модель воздействия ВЧЕ плазмы пониженного давления на кератин волоса меха, показывающая, что модификация надмолекулярной структуры кератина в объеме волоса в результате рекомбинации ионов, возникающей при пробое капиллярного объема, приводит к увеличению показателя осветления, интенсификации процесса кислотного крашения и равномерности окраски шубной овчины.

6. Технология выделки шубной овчины с применением плазмы ВЧЕ разряда пониженного давления перед процессом осветления и плазмой ВЧИ разряда пониженного давления перед отделочными операциями способствует получению полуфабриката шубной овчины светлых тонов с отсутствием электризуемости волосяного покрова и улучшенными физико-механическими свойствами кожевой ткани.

Личный вклад автора в опубликованных в соавторстве работах состоит в постановке задачи, выборе и обосновании методик экспериментов и непосредственном участии в их проведении; в анализе и обобщении полученных результатов; разработке технологических процессов выделки шубного полуфабриката.

Апробация результатов работы.

Основные результаты работы докладывались на XIII Международной конференции молодых ученых, студентов и аспирантов «Синтез, исследование свойств, модификация и переработка высокомолекулярных соединений-V Кирпичниковские чтения» (Казань, 2009), Международной конференции по физике плазмы и УТС (Звенигород, 2010, 2011), международной научно-практической конференции студентов и молодых ученых «Новые технологии и материалы легкой промышленности» (Казань, 2010, 2011), Международной научно-технической и образовательной конференции «Образование и наука - производству» (Набережные челны, 2010), II Международная научно-практическая конференция «Проблемы дизайн-проектирования и оформления мусульманской одежды» (Казань, 2010), Международной научно-технической конференции «Инновационность научных исследований в текстильной и легкой промышленности» (Москва, 2010), III Международной научно-практической конференции «Современные экологические безопасные технологии производства кожи и меха» (Киев, 2010), Всероссийская конференция с элементами научной школы для молодежи «Неорганические соединения и функциональные материалы» (Казань, 2010), XI Всероссийской научно-инновационной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Теоретические знания в практические дела» (Омск, 2010), I Всероссийской научно-практической конференции «Наноматериалы, нанотехнологии, наноиндустрия» (Казань, 2010), Международной конференции и школе молодых ученых и специалистов «Физика высокочастотных разрядов» (Казань, 2011) и ежегодной научной сессии КГТУ (Казань, 2010-2012).

Основные результаты работы изложены в 21 публикациях, из которых 6 статей опубликованы в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем работы: диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов и приложений. В тексте приведены ссылки на 159 литературных источника. Работа изложена на 145 стр. машинописного текста, содержит 34 рисунков, 18 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении раскрыта актуальность диссертационной работы, сформулированы основные цели и задачи исследования, показана научная новизна и практическая значимость полученных результатов, дана структура диссертации.

В первой главе описаны структура и свойства волосяного покрова меха, приведен обзор и анализ современных способов повышения качества осветления и крашения волосяного покрова меха с неравномерной природной окраской. Рассмотрены электрофизические методы модификации материалов, в том числе процессы, основанные на современных методах повышения качества меха при помощи плазмы ВЧ разряда пониженного давления. Сформулированы задачи диссертации.

Во второй главе дано описание характеристик материалов, применяемых в технологических процессах выделки шубной овчины, методов исследования свойств сырья и полуфабриката шубной овчины с пигментированным волосяным покровом, методик проведения экспериментов. В качестве объектов исследований использовали сырье шубной овчины с пигментированным волосяным покровом. Приведены технологические схемы ВЧЕ и ВЧИ плазменных установок, применяемые в процессах модификации исследуемых материалов. Входные параметры ВЧЕ плазменной установки варьировались в следующих пределах: мощность разряда (Wp)=0,2-2,5 кВт; продолжительность обработки (t)=1-10 мин; расход плазмообразующего газа (G)=0,02-0,1 г/с; частота генератора (f)=13,56 МГц±10 % и рабочее давление в разрядной камере (P)=13,3-133 Па. В качестве плазмообразующего газа использовался аргон. Входные параметры ВЧИ плазменной установки варьировались в следующих пределах: мощность разряда (Wp) =0,2-5 кВт; время обработки (t)=1-7 мин; расход плазмообразующего газа (G)=0,06-0,15 г/с; расход антистатика (D)=0,01-0,02 г/с; частота генератора (f)=1,76 МГц±10 % и давление в рабочей камере (Р)=13,3-133 Па. В качестве плазмообразующего газа использовали аргон.

Проведена оценка погрешности измерений характеристик исследуемого в работе сырья и полуфабриката шубной овчины.

В третьей главе приведены результаты экспериментальных исследований влияния плазмы ВЧИ и ВЧЕ разрядов пониженного давления на процессы осветления шубного сырья, крашения и электризуемость волосяного покрова шубного полуфабриката.

На первом этапе работы рассмотрено влияние плазмы ВЧИ разряда пониженного давления и плазмы ВЧЕ разряда пониженного давления на волосяной покров в процессе осветления шубной овчины. Определены оптимальные режимы обработки плазмой ВЧИ и ВЧЕ разрядов пониженного давления волосяного покрова шубного сырья. Влияние плазменного воздействия на процесс осветления шубного сырья оценивали по степени осветления волосяного покрова меха. На рисунке 1 представлены результаты оптимизации режимов плазменной обработки шубной овчины с помощью пакета программ STATISTICA 6.0. В качестве функции отклика выбрана степень осветления, как величина, характеризующая процесс осветления. Независимыми переменными служили мощность разряда, продолжительность обработки и расход плазмообразующего газа. Степень осветления определяли спектрофотометром Х-Rite Color Digital Swatchbook.

а)

б)

Рисунок 1-Оптимизация режимов плазменной обработки шубной овчины перед процессом осветления: а) ВЧИ плазменная обработка; б) ВЧЕ плазменная обработка

Степень осветления волосяного покрова образца после обработки плазмой ВЧИ разряда пониженного давления составляет 69,2 %, а без плазменной обработки степень осветления составляет 53,4 %.

Установлено, что при обработке плазмой ВЧИ разряда пониженного давления наибольшая степень осветления шубной овчины достигается в режиме Wp=0,5 кВт, GAr=0,12 г/с, Р=26,6 Па, t=3 мин (рисунок 1 а).Из рисунка 1б) видно, что оптимальным режимом плазменной модификации волосяного покрова в плазме ВЧЕ разряде пониженного давления перед процессом осветления является: Wр=0,9 кВт, GAr=0,04 г/с, Р=26,6 Па, t=3 мин. У образцов, обработанных плазмой ВЧЕ разряда пониженного давления, степень осветления волосяного покрова составляет 78,9 %.

Поверхности волосяного покрова до и после плазменной обработки исследовались методом электронной микроскопии. После обработки плазмой ВЧ разряда пониженного давления волос имеет большую степень раскрытия чешуек кутикулярного слоя (рисунок 2).

а)

б)

в)

Рисунок 2- Фотографии волоса шубной овчины (?1500): а)- без обработки; б) с обработкой ВЧИ плазмой (Wp=0,5 кВт, GAr=0,12 г/с, Р=26,6 Па, t=3 мин); в) с обработкой ВЧЕ плазмой (Wр=0,9 кВт, GAr=0,04 г/с, Р=26,6 Па, t=3 мин)

На рисунке 3 представлены фотографии образцов шубной овчины после процесса осветления. Волосяной покров контрольного образца (рисунок 3а) после процесса осветления имеет неравномерный окрас по сравнению с образцами, обработанными плазмой ВЧ разряда пониженного давления (рисунок 3б) и 3в)).

Органолептическая оценка глубины и равномерности осветления  образцов шубной овчины (рисунок 3) показала, что качество осветления полуфабрикатов обработанных плазмой ВЧЕ разряда пониженного давления выше по сравнению с образцами обработанными плазмой ВЧИ разряда. При ВЧИ плазменной модификации волосяного покрова шубной овчины не достигается равномерного осветления по всей длине волоса. Это подтверждается увеличением степени осветления волосяного покрова после ВЧЕ плазменной модификации в среднем на 10 % по сравнению с ВЧИ плазменной обработкой. В связи с этим, для дальнейших исследований влияния плазмы на волосяной покров шубного сырья в процессе осветления выбрана плазма ВЧЕ разряда пониженного давления, так как при такой модификации получены наилучшие результаты по показателю осветления пигментированного волосяного покрова шубной овчины.

а)

б)

в)

Рисунок 3-Фотографии образцов шубной овчины после процесса осветления (?2): а) контрольный образец; б) образец, обработанный плазмой ВЧИ разряда пониженного давления до осветления (Wp=0,5 кВт, GAr=0,12 г/с, Р=26,6 Па, t=3 мин); в) образец, обработанный плазмой ВЧЕ разряда пониженного давления до процесса осветления (Wр=0,9 кВт, GAr=0,04 г/с, Р=26,6 Па, t=3 мин)

Увеличение степени осветления волосяного покрова шубного сырья после процесса осветления с применением плазмы ВЧЕ разряда пониженного давления объясняется более интенсивным взаимодействием меланина с пероксидом водорода, за счет образования свободных групп кислотного и основного характера, что подтверждается повышением показателей кислотной и щелочной емкости (рисунок 4).

Рисунок 4- Изменение кислотной и щелочной емкости волоса шубной овчины после процесса осветления

Увеличение показателей кислотной емкости на 29 % и щелочной емкости на 24 % по отношению к контрольным образцам в процессах осветления объясняется тем, что плазменная обработка перед процессом осветления способствует раскрытию чешуек кутикулы волоса. Это приводит к разрыву связей, обусловленных силами Ван–дер–Ваальса, водородных связей и способствует более интенсивному проникновению окислителя в корковый слой волоса. Пигментные клетки, содержащиеся в корковом слое, становятся более доступными. Окислитель, разрушая хромофорную систему, приводит к увеличению степени осветления волосяного покрова. Изменяются пластические свойства волоса, корковый слой становится более пористым, что облегчает доступ к нему окислителя и процесс деструкции хромофорных групп меланинов происходит интенсивнее.

Исследовалась стойкость волоса к кислотной и щелочной обработке. Полученные результаты свидетельствуют о том, что обработанные плазмой образцы до процесса осветления обладают большей устойчивостью к действию кислот на 13 % и щелочей на 26 %, по сравнению с контрольными образцами (рисунок 5).

Как видно из результатов, представленных на рисунке 5, после процесса осветления стойкость волоса к действию щелочи снижается. Это объясняется действием сильного окислителя, вызывающего существенные изменения в кератине волоса.

Рисунок 5 - Изменение кислотной и щелочной растворимости волоса шубной овчины после обработки плазмой ВЧЕ разряда пониженного давления и осветления

Под действием окислителя происходит повреждение кутикулы, корковый слой становится более пористым, теряется упругость и гибкость волоса. Продолжительное осветление приводит к частичному разрыву дисульфидной связи, при этом снижается прочность и износоустойчивость волосяного покрова. Поэтому исследовали физико-механические свойства волосяного покрова шубного полуфабриката, такие как, предел прочности при разрыве и температуру текучести. Результаты исследований показали, что у обработанных плазмой образцов происходит повышение предела прочности волоса при разрыве на 17 %, а температура текучести увеличивается на 4 %.

С целью исключения возможности неравномерного окрашивания депигментированного волосяного покрова и кожевой ткани в светлые тона, проводились исследования по изучению влияния обработки ВЧЕ плазмы на процесс крашения. Процессы крашения после додубливания проводили согласно типовой методике выделки шубного полуфабриката по схеме двухванного крашения. Результаты крашения волосяного покрова и кожевой ткани оценивали фотоколометрически по изменению относительной оптической плотности красильного раствора на приборе КФК-2. На рисунках 6-8 представлены результаты выбираемости кислотных красителей образцами шубной овчины из красильной ванны. Как видно из рисунков, опытные образцы имеют лучший показатель поглощения красителя из рабочего раствора.

Остаточная концентрация красителя в красильном растворе уменьшается в сравнении с контрольным образцом от 25-34 %, и способствует интенсификации процесса крашения.

Рисунок 6 - Выбираемость кислотного красителя «Ледерос С-2» красного в процессе крашения депигментированного волосяного покрова и кожевой ткани шубной овчины

Рисунок 7 - Выбираемость кислотного красителя «Sellaecht Beighte E» бежевого в процессе крашения депигментированного волосяного покрова и кожевой ткани шубной овчины

Рисунок 8 - Выбираемость кислотного красителя «Sellaecht Beighte Havana» светло-голубого в процессе крашения депигментированного волосяного покрова и кожевой ткани шубной овчины

Обработка плазмой ВЧЕ разряда повышает реакционную способность волоса и кожевой ткани, что приводит к ускорению диффузии и сорбции красителя, которая в свою очередь, способствует сокращению продолжительности процесса крашения до 40 минут.

Полученные результаты объясняются особенностями взаимодействия ВЧ плазмы пониженного давления с волосом меха.

Известно, что в окрестности образца материала, помещенного в ВЧЕ плазму пониженного давления, образуется слой положительного заряда (СПЗ) толщиной до 1,5-2 мм, а сам образец приобретает относительно плазмы отрицательный потенциал 70-100 эВ. Граница СПЗ и плазмы колеблется с частотой поля, причем толщины СПЗ с противоположных сторон образца изменяются в противофазе друг с другом. Вследствие этого потенциалы противоположных сторон образца также изменяются в противофазе, из-за чего внутри образца возникает высокочастотное электрическое поле напряженностью ~104 В/м.

Волосяной покров мехового материала с точки зрения его пространственно-геометрической структуры представляет собой крупно-пористую систему сложения, при этом волос меха имеет сложную многоуровневую пространственно-геометрическую структуру, в которой присутствуют нанопоры и нанокапилляры.

Кератин, из которого на 90% состоит волос, по своим электрофизическим свойствам относится к электрикам, то есть способен электризоваться и длительное время сохранять электрический заряд. На поверхность волоса в ВЧЕ плазме пониженного давления поступает поток низкоэнергетичных ионов, характеризуемый кинетической энергией 70-100 эВ и плотностью ионного тока 0,5-1,5 А/м2. Этот поток и поляризация волоса в электрическом поле стимулируют возникновение и накопление электрического заряда как на внешней поверхности волоса, так и на внутренней поверхности пор и капилляров. При этом противоположные поверхности пор и капилляров приобретают заряды противоположного знака, создающие сильное неоднородное электростатическое поле, локальная напряженность которого у стенок нанопор достигает 109 В/м.

Энергия ионизации белков, представителем которых является кератин, составляет около 0,2 эВ. При наличии на поверхности нанопоры связанного электрического заряда и достаточно высокой напряженности электростатического поля возможен процесс эмиссии электронов с отрицательно заряженной поверхности нанопоры. Достигая противоположной положительно заряженной поверхности нанопоры, электроны инициируют процесс вторичной ионно-электронной эмиссии. Эмиттированые ионы, достигая противоположной поверхности нанопоры, в свою очередь, рекомбинируют на ней, и инициируют процесс вторичной электронно-ионной эмиссии. Таким образом, во время плазменной обработки меха в нанопорах волоса возникает каскад процессов вторичной электронно-ионной и ионно-электронной эмиссии.

Рекомбинация заряженных частиц на внутренней поверхности нанопор приводит к модификации структуры кератина, конформационным изменениям поверхностных молекул, разрыву межмолекулярных связей,  активации поверхности и перераспределению пор. В результате увеличивается гидрофильность внутренней поверхности нанопор, пероксид водорода глубже проникает в объем волоса, что способствует более эффективному осветлению. Увеличение гидрофильности внутренней поверхности нанопор объясняет также эффект интенсификации процесса крашения в результате ВЧЕ плазменной обработки меха.

После крашения следуют отделочные операции. Во время откатки происходит электризация волосяного покрова – это может привести к сильному закату волоса, что усложнит дальнейший технологический цикл и отрицательно скажется на качестве волосяного покрова мехового изделия. В отделочных операциях в процессе шлифования отшлифованная пыль оседает на волосяном покрове из-за сильной наэлектризованности. Так как статические заряды скапливаются преимущественно на поверхности волоса, то применение в данных операциях объемной плазменной обработки нецелесообразно. Для решения указанной проблемы проведены исследования по изучению влияния плазмы ВЧИ разряда пониженного давления на электростатические свойства волосяного покрова шубной овчины. Преимуществом данного вида разряда является возможность наносить на поверхности материалов любой физической природы тонкопленочные покрытия, при этом распыляемый материал может находиться в любом фазовом состоянии (твердом, жидком, газообразном). С целью снижения электризуемости волосяного покрова шубной овчины использовали антистатик ЦПХ, имеющий в своем химическом строении кратные связи, четвертичные аммониевые основания, амины и в полимерной матрице которого содержатся электропроводящие наполнители - металлы. Исследование трибоэлектрических свойств волосяного покрова меха проводилось по показателям диэлектрической проницаемости, напряженности электростатического поля, поверхностной плотности электрических зарядов. Установлено, что стекание зарядов статического электричества с обработанного волосяного покрова шубного полуфабриката происходит быстрее, чем с исходного образца в связи с увеличением электропроводных свойств (таблица 1).

Таблица 1 – Изменение параметров электрических свойств шубной овчины до и после обработки плазмой ВЧИ разряда (Wp=0,7 кВт, GAr=0,06 г/с, Р=26,6 Па, t=3 мин, DЦПХ=0,01 г/с)

Образцы

п/ф шубной овчины

Е, В/см

Знак

заряда

Q, Кл/м2

?`

до

трения

после

трения

до

трения

после

трения

до

трения

после

трения

Опытный образец

0

0

-

0

0

1,84

1,85

Контрольный

8

26

+

7

15

1,85

2,92

Выявлено, что модификация шубного полуфабриката потоком ВЧИ плазмы пониженного давления с применением антистатика ЦПХ в режиме Wp=0,7 кВт, GAr=0,06 г/с, Р=26,6 Па, t=3 мин, DЦПХ=0,01 г/с, позволяет достичь более интенсивного стекания электрических зарядов с поверхности волосяного покрова, что благоприятно сказывается на дальнейшей эксплуатации мехового изделия.

В результате обработки шубного полуфабриката плазмой ВЧИ разряда пониженного давления с применением антистатика ЦПХ, приводит к равномерному расположению чешуек, восстанавливается плотность их прилегания друг к другу, что позволяет создать на его поверхности электропроводящее покрытие. Это повышает потребительскую ценность меховых изделий, а также обеспечивает наилучшие товарные характеристики меха: волосяной покров становится рассыпчатым, более упругим, эластичным и менее подверженным внешним воздействиям.

Таким образом, анализируя проведенные исследования, можно сделать вывод, что:

- обработка шубного сырья плазмой ВЧЕ разряда пониженного давления повышает реакционную способность волоса и кожевой ткани, что позволяет более качественно провести процессы осветления и крашения;

- ВЧИ плазменная обработка позволяет придать волосяному покрову шубного полуфабриката антистатические свойства.

Таким образом, целесообразно внедрение плазменной обработки в технологический процесс мехового производства для получения шубного полуфабриката светлых тонов с антистатическими и улучшенными эксплуатационными свойствами.

Четвертая глава посвящена разработке технологии выделки шубного полуфабриката, включающая плазменную модификацию ВЧЕ разряда пониженного давления шубного сырья перед процессом осветления в режиме Wр=0,9 кВт, GAr=0,04 г/с, Р=26,6 Па, t=3 мин и ВЧИ разряда пониженного давления с применением антистатика ЦПХ в отделочных операциях в режиме Wр=0,7 кВт, GAr=0,06 г/с, Р=26,6 Па, t=3 мин, DЦПХ=0,01 г/с. Предложена технологическая схема получения полуфабриката шубной овчины с применением ВЧЕ и ВЧИ плазменной модификации (рисунок 9).

Подготовительные процессы

и операции

Ў

Модификация шубного сырья плазмой ВЧЕ разряда пониженного давления в режиме:

Wр=0,9 кВт, GAr=0,04 г/с, Р=26,6 Па, t=3 мин

Ў

Процесс осветления

Ў

Восстановление

Ў

Пикелевание

Ў

Дубильные процессы

и операция

Ў

Красильно-жировальные

процессы и операции

Ў

Модификация шубного п/ф плазмой ВЧИ разряда пониженного давления в режиме: Wр=0,7 кВт, GAr=0,06 г/с, Р=26,6 Па, t=3 мин, DЦПХ=0,01 г/с

Ў

Отделочные операции

Рисунок 9 - Схема производства шубного полуфабриката с применением плазмы ВЧИ и ВЧЕ разрядов пониженного давления

Производство шубного полуфабриката по разработанной технологии позволяет расширить ассортимент выпускаемой продукции, улучшить эксплуатационные свойства и избежать негативного влияния статического электричества на здоровье человека во время эксплуатации меховых изделий.

Сравнительные характеристики контрольных и опытных образцов шубного полуфабриката приведены в таблице 2.

Таблица 2 - Химические и физико-механические показатели шубной овчины, выделанной с применением плазменной модификации

Показатели

Норма по ГОСТ 1821-75

Контрольный образец

Опытный образец

Температура сваривания, 0С

не ниже 80

83,0

87,0

Массовая доля влаги, %

не более 14

12,6

12,2

Массовая доля оксида хрома, %

1,5-3,5

1,8

2,2

Массовая доля золы, %

не более 9,0

5,5

6,3

Массовая доля несвязанных жировых веществ в волосе, %,

не более 4,0

1,5

1,2

Удлинение полное при напряжении 9,8 МПа, %

не более 30

11,3

13,8

Устойчивость окраски к сухому трению волосяного покрова, баллы

не менее 4

4,0

5,0

Устойчивость окраски к сухому трению кожевой ткани, баллы

не менее 4

4,0

4,5

Сопоставление полученных данных свидетельствует о том, что шубный полуфабрикат, полученный по предлагаемой технологии, по всем показателям значительно превосходит полуфабрикат, выработанный по традиционной технологии. ВЧ плазменная модификация способствует приданию полуфабрикату шубной овчины равномерную окраску волосяного покрова и кожевой ткани, повысить прочность на 2,5 МПа и увеличить относительное удлинение на 6,9 %. Происходит снижение диэлектрической проницаемости на 36,6 %, а напряжённость электростатического поля и плотность электрических зарядов, возникающие на поверхности волосяного покрова равно нулю.

Экономический эффект от внедрения плазменной технологии в производство шубного полуфабриката составляет 970 тысяч рублей в год.

Выводы

1. В результате проведенных экспериментов установлено, что модификация шубной овчины плазмой ВЧЕ разряда перед процессом осветления и плазмой ВЧИ разряда пониженного давления в отделочных операциях, способствует достижению равномерного окраса светлых тонов депигментированного волосяного покрова и кожевой ткани, улучшению физико-механических характеристик волоса и кожевой ткани (повышается температура сваривания на 5 %, предел прочности кожевой ткани на 10 % и увеличивается предел прочности волоса на 17 %).

2. Установлено, что ВЧЕ плазменная модификация шубного сырья в режиме: Wр=0,9 кВт, GAr=0,04 г/с, Р=26,6 Па, t=3 мин обеспечивает увеличение показателя степени осветления волосяного покрова на 25,5 %.

3. Определено, что обработка ВЧЕ плазмой пониженного давления сырья шубной овчины перед процессом осветления в режиме: Wр=0,9 кВт, GAr=0,04 г/с, Р=26,6 Па, t=3 мин, приводит к сокращению процесса крашения до 40 минут, способствует увеличению выбираемости красителя от 25-34 % и позволяет получить полуфабрикат шубной овчины с равномерной окраской светлых тонов.

4. Установлены параметры ВЧИ плазменной обработки (Wp=0,7 кВт, GAr=0,06 г/с, Р=26,6 Па, t=3 мин, DЦПХ=0,01 г/с), позволяющие создать на поверхности волосяного покрова меха электропроводящее покрытие, которое способствует снижению диэлектрической проницаемости на 36,6 % и увеличивает скорость стекания зарядов статического электричества, образующихся при трении.

5. Разработана физическая модель воздействия ВЧЕ плазмы пониженного давления на кератин волоса меха, устанавливающая, что увеличение показателя осветления, интенсификация процесса кислотного крашения и равномерность окраски достигается за счет модификации надмолекулярной структуры кератина в объеме волоса в результате рекомбинации ионов, возникающей при пробое капиллярного объема.

6. Разработана комплексная технология производства полуфабриката шубной овчины, включающая ВЧЕ и ВЧИ плазменные обработки на стадиях осветления и отделки, позволяющая получать готовую продукцию с равномерной окраской светлых тонов, отсутствием электризуемости волосяного покрова и улучшенными физико-механическими свойствами волосяного покрова и кожевой ткани.

Работы по теме диссертации

Статьи, опубликованные в ведущих рецензируемых научных

журналах, рекомендованных ВАК РФ

1. И.М. Нуриев. Исследование влияния плазмы ВЧИ разряда пониженного давления на процесс осветления меховой овчины / Ф.С. Шарифуллин, И. Ш. Абдуллин [и др.] // Кожевенно-обувная промышленность. – 2011. – № 1. – С. 39-40.

2. И.М. Нуриев. Использование плазмы ВЧ разряда пониженного давления в технологии производства шубной овчины из сырья с неравномерной окраской // Кожевенно-обувная промышленность. – 2011. – № 4. – С. 24-26.

3. Шарифуллин Ф.С. Влияние плазменной обработки на характеристики  кожевой ткани меховой овчины в подготовительных  процессах / Ф.С. Шарифуллин, И.М. Нуриев // Вестник Казанского технологического университета. – 2011. – №5. – С.274-277.

4. Нуриев И.М. Исследование влияния плазмы ВЧИ-разряда пониженного давления на физико-механические характеристики меховой овчины в процессе осветления / И.М. Нуриев, Ф.С. Шарифуллин [и др.] // Вестник Казанского технологического университета. – 2010. – №11. – С.579-582.

5. Шарифуллин Ф.С. Повышение качества обесцвечивания волосяного покрова шубных овчин с применением ВЧ-плазмы пониженного давления / Ф.С. Шарифуллин, И.М. Нуриев, // Вестник Казанского технологического университета. – 2011. – №11. – С.254-255.

6. Нуриев И.М. Изменение температуры сваривания кожевой ткани меховой овчины после обработки в плазме ВЧИ-разряда / И.М. Нуриев,  Ф.С. Шарифуллин [и др.] // Вестник Казанского технологического университета. – 2010. – №11. – С.582-584.

Материалы конференций, статьи

7. Абдуллин И.Ш. Изменения химических свойств меховой овчины после обработки ВЧИ плазмой пониженного давления / И.Ш. Абдуллин, Ф.С. Шарифуллин, И.М. Нуриев // Синтез, исследование свойств, модификация и переработка высокомолекулярных соединений - V Кирпичниковские чтения: сб. тезисов докладов XIII Междунар. конф. молодых ученых, студентов и аспирантов. – Казань: Изд-во КГТУ, 2009. - С. 41.

8. Абдуллин И.Ш. Улучшение эксплуатационных  и потребительских свойств меха с применением  ВЧ плазмы пониженного давления /

И.Ш. Абдуллин, Ф.С. Шарифуллин, И.М. Нуриев // Современные экологические безопасные технологии производства кожи и меха: сб. трудов III Междунар. науч.-практ. конф.- Киев: Изд-во КНУТД, 2010. – С.80-81.

9. Абдуллин И.Ш. Исследование влияния плазмы ВЧЕ разряда на трибоэлектрические свойства и на процесс осветления меховой овчины / И.Ш. Абдуллин, Ф.С. Шарифуллин, И.М. Нуриев // Новые технологии и материалы легкой промышленности: сб. статей  VI междунар. науч.-практ. конф. студентов и молодых ученых. - Казань: Изд-во КГТУ,  2010. – С. 325-328.

10. Абдуллин И.Ш. Воздействие ВЧЕ плазмы пониженного давления на депигментацию волосяного покрова шубной овчины / И.Ш. Абдуллин, Ф.С. Шарифуллин, И.М. Нуриев // Теоретические знания в практические дела: сб. статей  XI Всерос. науч.-инновац. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых с элементами научной школы. – Омск, 2010. – С. 40-41.

11. Абдуллин И.Ш. Воздействие ВЧЕ плазмы пониженного давления на процесс осветления меховой овчины / И.Ш. Абдуллин, Ф.С. Шарифуллин, И.М. Нуриев // Образование и наука - производству: сб. трудов Междунар. науч.-технич. и образовательной конф. – Наб. Челны: Изд-во Камская гос. инженер.-эконом. академия, 2010. – С.150-152.

12. Абдуллин И.Ш. Исследование влияния ВЧЕ плазменной обработки на электризуемость меховой овчины / И.Ш. Абдуллин, Ф.С. Шарифуллин, И.М. Нуриев // Проблемы дизайн-проектирования и оформления мусульманской одежды - II Международная научно-практическая конференция. КГТУ. – Казань, 2010. – С. 56-61.

13. Абдуллин И.Ш. Изменение физико-механических свойств меховой овчины после обработки ВЧЕ плазмой пониженного давления / И.Ш. Абдуллин, Ф.С. Шарифуллин, И.М. Нуриев // XXXVII Звенигородской конф. по физике плазмы и УТС: сб. тезисов докладов. – М.: Изд-во ЗАО НТЦ «ПЛАЗМАИОФАН», 2010.- С. 240.

14. Абдуллин И.Ш. Влияние плазмы ВЧ разряда пониженного давления и антистатика на процесс осветления и электризуемость шубной овчины / И.Ш. Абдуллин, Ф.С. Шарифуллин, И.М. Нуриев // Научная сессия КГТУ. – Казань, 2010. – С. 277.

15. Абдуллин И.Ш. Исследование влияния процесса осветления на свойства кожевой ткани шубной овчины / И.Ш. Абдуллин, Ф.С. Шарифуллин, И.М. Нуриев // Инновационность научных исследований в текстильной и легкой промышленности: сб. тезисов докладов междунар. науч.-технич. конф. – М.: Изд-во РосЗИТЛП,  2010. – С. 217-219.

16. Абдуллин И.Ш. Исследование влияния плазмы ВЧИ разряда на кожевую ткань меховой овчины после процесса осветления / И.Ш. Абдуллин, Ф.С. Шарифуллин, И.М. Нуриев // Неорганические соединения и функциональные материалы: сб. материалов Всероссийской конференции с элементами  научной школы для молодежи – Казань: Изд-во КГТУ, 2010. – С.80.

17. Нуриев И.М. Влияние плазмы ВЧ разряда на процесс осветления волосяного покрова шубной овчины / И.М. Нуриев, Ф.С. Шарифуллин, И.Ш. Абдуллин // Новые технологии и материалы легкой промышленности: сб.статей VII Междунар. науч.-практ. конф. студентов и молодых ученых.. - Казань: Изд-во КГТУ, 2011. – С.235-237.

18. Нуриев И.М. Влияние обработки ВЧИ плазмы пониженного давления на химические свойства волосяного покрова меховой овчины / И.М. Нуриев, Ф.С. Шарифуллин, И.Ш. Абдуллин // Физика высокочастотных разрядов: сб. материалов Междунар. конференции и школы молодых ученых и специалистов. – Казань: Изд-во Казан.гос.техн.ун-та, 2011. ? С. 348-349.

19. Нуриев И.М. Влияние плазмы ВЧЕ разряда на нано структуру коллагена кожевой ткани шубной овчины / И.М. Нуриев, Ф.С. Шарифуллин, И.Ш. Абдуллин // Наноматериалы, нантехнологии, наноиндустрия – I Всероссийская научно-практическая конференция с элементами научной школы. КГТУ. – Казань, 2011. – С. 103-105.

20. Абдуллин И.Ш. Влияние высокочастотной индукционной обработки на процесс осветления волосяного покрова меховой овчины / И.Ш. Абдуллин, Ф.С. Шарифуллин, И.М. Нуриев // XXXVIII Звенигородской конф. по физике плазмы и УТС: сб. тезисов докладов. – М.: Изд-во ЗАО НТЦ «ПЛАЗМАИОФАН»,2011 С. 256.

Приношу свою искреннюю благодарность за всестороннюю поддержку, ценные советы, понимание и помощь в работе д.т.н. Кулевцову Геннадию Николаевичу и д.т.н. Абдуллину Ильдару Шаукатовичу.

Соискатель                                                                          Нуриев И.М.

Заказ №                                                                                  Тираж 100 экз.

Офсетная лаборатория КНИТУ          420015  г. Казань, ул.К.Маркса,68

 

 
Авторефераты по темам  >>  Разные специальности - [часть 1]  [часть 2]



© 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.