CC BY
62
Б. Л. Журавлев, И. В. Красина, Ф. С. Шарифуллин ИЗМЕНЕНИЯ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ВОЛОСЯНОГО ПОКРОВА ПОЛУФАБРИКАТА МЕХОВОЙ ОВЧИНЫ И СЕВЕРНОГО ОЛЕНЯ С ПРИМЕНЕНИЕМ ВЫСОКОЧАСТОТНОЙ ПЛАЗМЫ ПОНИЖЕННОГО ДАВЛЕНИЯ
Приводятся исследования изменения физико-механических
характеристик волосяного покрова полуфабриката меховой овчины и северного оленя после обработки в плазме высокочастотного разряда пониженного давления. Выявлено, что плазменная обработка приводит к улучшению физико-механических свойств.
Проблема повышения конкурентоспособности изделий из меха имеет большое экономическое значение. Для улучшения свойств материалов, используемых для производства товаров из меха, необходимы научные исследования, которые охватывают значительное количество разделов в различных научных направлениях с целью разработки высокоэффективных методов обработки материалов, обеспечивающих модификацию их свойств.
Повысить качество меховой продукции возможно за счет принципиального изменения технологии производства и разработки новых материалов с улучшенными свойствами, однако традиционные методы не позволяют комплексно улучшить характеристики меха. Уменьшить остроту указанных проблем позволяет использование плазменной технологии.
Плазменная технология относится к сухим, экологически чистым процессам, не требующим использования растворов, поэтому исследование данного метода обработки для модификации натурального меха является актуальной задачей.
Целью работы являлось улучшение физико-механических характеристик волосяного покрова полуфабриката меховой овчины и северного оленя с применением высокочастотной плазмы пониженного давления.
Для изучения свойств волосяного покрова, с целью установления механизма воздействия потока плазмы ВЧЕ-разряда пониженного давления, применяли методы исследования физико-механических свойств. Температуру текучести волоса определяли с помощью прибора, схема которого представлена на рис. 1. Для определения прочности волоса на разрыв, использовалось устройство представленное на рис. 2. Для определения пористости волоса использовали пикнометрический метод [1].
Погрешность результатов оценивали с помощью методов статистической обработки экспериментальных данных при доверительной вероятности 0,95.
Поскольку большинство обработок волосяного покрова происходит в водной среде, то основным параметром влияния плазменной обработки на волос меховой овчины и северного оленя выбрали гигроскопичность (рис. 3 и рис.4).
Наибольшее увеличение гигроскопичности происходит при мощности разряда Wp=1,8 кВт, продолжительности обработки 5 мин, расхода плазмообразующего газа Оаргон=0,04 г/с и давления Р=26,6 Па. Таким образом, плазменная обработка мехового сырья в данном ре-
Рис. 1 - Прибор для измерения температуры текучести волоса: 1 - микроскоп; 2 -нихромовая спираль; 3 - фиксированный волос; 4 - прибор, показывающий температуру; 5 - блок питания; 6 - термопара; 7 - штатив
Рис. 2 - Устройство для измерения прочности волоса: 1 - микробюретка; 2 -фиксированный волос; 3 - сосуд для жидкости; 4 - штатив
Рис. 3 - Изменение гигроскопичности волосяного покрова сырья меховой овчины в зависимости от мощности разряда (Оаргон=0,04г/с, Р=26,6Па)
10 н------------------------------------------------------------------
0,4 0,8 1.2 1,6 2 кВт
—*— 3 н ин —■— 5 мин
Рис. 4 - Изменение гигроскопичности волосяного покрова сырья северного оленя в зависимости от мощности разряда (Оаргон=0,04г/с, Р=26,6Па)
жиме позволяет увеличить способность поглощения волосяным покровом растворов в жидкостных процессах получения мехового полуфабриката. Однако, определив режим, при котором происходит наибольшее поглощение, необходимо провести исследования для выяснения, как данная модификация окажет влияние на физико-механические характеристики волосяного покрова.
Гигроскопичность волосяного покрова контрольных образцов сырья меховой овчины и северного оленя составляет 25% и 42% соответственно.
Исследования термостойкости волоса сырья меховой овчины и северного оленя показали, что проведение плазменной обработки в режиме Оаргон=0,04г/с, Р=26,6Па, Wp=1,8кВт, т=5 мин позволяет разрушить часть водородных связей и связей, обусловленных силами Ван-дер-Ваальса. Это способствует разволокнению структуры волоса, что сопровождается снижением температуры текучести у меховой овчины на 5,5%, а у северного оленя на 8%. Соответственно после процесса хромого дубления, происходит увеличение данного показателя у меховой овчины на 1,8%, а у северного оленя - 3,6%, это свидетельствует о том, что в процессе обработки ВЧЕ-плазмой пониженного давления увеличивается реакционноспособность кератина, результатом чего является повышение степени структурирования (табл.).
Еще одним показателем структурирования является повышение пористости волоса у образцов меховой овчины и северного оленя в случае плазменной обработки после процесса хромового дубления, соответственно на 5,2% и 2,8% (табл. 1). Увеличение пористости способствует повышению теплозащитных свойств меха и делает его более легким.
Результаты физико-механических испытаний, характеризующих целевое
назначение, надежность, долговечность, прочность меха, представлены в табл.
Анализируя данные таблицы, можно сделать вывод, что плазменная обработка сырья меховой овчины и северного оленя приводит к незначительному снижению прочности волоса на разрыв на 3,1 % и 5,2 % соответственно, что свидетельствует о разволокнении структуры волоса. Однако опытные образцы полуфабрикатов имеют значительно более высокие показатели прочности по сравнению с контрольными на 20 % и 27,1 % соответственно. Очевидно, что это произошло в результате более полного структу-
Таблица 1 - Изменение физико-механических характеристик волосяного покрова меховой овчины и северного оленя под действием плазменной обработки в процессах получения мехового полуфабриката
Образец Прочность волоса на разрыв, Н Пористость, % Температура 0/-1 текучести, С
Овчина
Сырье Контрольный 0,316 19,8 254
Опытный 0,306 21,2 240
Полуфабрикат Контрольный 0,68 29,1 275
Опытный 0,85 30,7 280
Северный олень
Сырье Контрольный 0,147 80,6 250
Опытный 0,139 82,4 230
Полуфабрикат Контрольный 0,35 88,2 268
Опытный 0,48 90,8 278
рирования кератина волоса в процессе дубления, упорядочения структуры и увеличения кристаллической фазы.
Заключение
Таким образом, применение ВЧЕ-плазменной обработки при получении полуфабриката меховой овчины и северного оленя способствует улучшению физикомеханических характеристик волосяного покрова, что приводит к повышению качества меховых изделий.
Экспериментальная часть
Объектом исследования выбран волосяной покров меховой овчины и северного оленя, как в виде сырья мокросоленого способа консервации, так и в виде полуфабриката, прошедшего различные стадии технологического процесса до крашения.
С целью установления закономерностей взаимодействия неравновесной низкотемпературной плазмы с волосяным покровом использовалась высокочастотная плазменная установка [2], состоящая из стандартных блоков и снабженная диагностической аппаратурой, позволяющей определять и контролировать параметры ВЧ разряда пониженного давления. Высокочастотный генератор, используемый в экспериментальных исследованиях, настроен на емкостную нагрузку.
Принцип работы ВЧ-плазменной установки основан на ВЧ-нагреве плазмообразующего газа до состояния плазмы. После подачи плазмообразующего газа в вакуумной камере устанавливается рабочее давление. Под действием ВЧ-электромагнитного поля зажигается ВЧ-разряд.
Входные параметры плазменной установки изменялись в следующих диапазонах: расход плазмообразующего газа в=0,0 - 0,06 г/с, мощность разряда Wp=0,4 - 2,2 кВт, частота генератора ^=13,56 МГц, давление Р=13 - 26,6 Па. В качестве плазмообразующего газа использовался аргон.
Литература
1. Данилкович А.Г., Чурсин В.И. Практикум по химии и технологии кожи и меха: Учеб. пособие для вузов. - М.: ЦНИИКП, 2000. - 413 с.
2. Абдуллин И.Ш., Желтухин В.С., Кашапов Н.Ф. Высокочастотная плазменно-струйная обработка материалов при пониженных давлениях. Теория и практика применения. - Казань: Изд-во КГУ, 2000. - 348 с.
© Б. Л. Журавлев - д-р техн. наук, проф. каф. технологии электрохимических производств ЮТУ; И. В. Красина - канд. техн. наук, докторант каф. технологии кожи и меха КГТУ; Ф. С. Шарифуллин - ассис. той же кафедры.
