Модификация шерстяного сырья как метод улучшения физико-механических характеристик волокон Текст научной статьи по специальности «Прочие технологии»

УДК 677.312.3 Е. В. Слепнева

МОДИФИКАЦИЯ ШЕРСТЯНОГО СЫРЬЯ КАК МЕТОД УЛУЧШЕНИЯ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ВОЛОКОН

Ключевые слова: шерстяные волокна, модификация, прочность, водопоглощаемость.

В статье представлены результаты экспериментальных исследований по влиянию высокочастотной плазменной модификации на прочность и водопоглощаемость шератяных волокон в процессе их первичной обработки.

Keywords: wool fibers, modification, strength, water absorption.

The article presents the results of experimental studies on the effect of high-frequency plasma modification on strength and water absorption seetanah fibers during their initial processing.

Введение

На современном этапе развития производства текстильных материалов уверенно одним из направлений развития данной отрасли является получение шерстяных тканей и трикотажных полотен добавления в процесс отделки этапа валяния. За счет дополнительной операции, с одной стороны, появляется возможность создания эксклюзивных дорогостоящих тканей и трикотажных полотен. С другой стороны, дополнительное механическое воздействие требует от шерстяного сырья стабильных качественных характеристик. Отечественная шерсть, которая поступает на предприятия первичной обработки шерсти (ПОШ), обладает весьма низкими качественными характеристиками. В связи с этим перед предприятиями ставится очень важная задача - во-первых, сохранение природных свойств, во-вторых, переработать шерсть с минимальным ухудшением физико-механических и

технологических свойств волокон. Для решения поставленных задач необходимо внедрение технологий, которые позволили бы сохранить или улучшить набор свойств сырья, а также создать благоприятную экологическую технологию первичной обработки шерсти, которая на современном этапе является энергозатратной.

В связи с вышесказанным, целью данной работы являлось исследование физико-механических волокон шерсти, модифицированных в процессе первичной обработки шерсти.

Экспериментальная часть

Объекты исследования - это образцы шерсти мериноса, полутонкая шерсть и шерсть полугрубая, предоставленные предприятием ПОШ (г. Бор, Нижегородская обл.).

Модификация шерстяного сырья

осуществлялась на высокочастотной плазменной установке, которая разработана коллективом ученых Казанского национального технологического университета, принципиальная схема представлена на рис. 1. Технологические параметры потока плазмы высокочастотного емкостного разряда пониженного давления изменялись в следующих

пределах: мощность разряда Wp= 0,1-2,1кВт, расход газа О от безрасходного до 0,08 г/с, в плазмообразующего газа применялась смесь газов аргон-пропан-бутан в соотношнии 70/30^ давление в рабочей камере Р=26,6 Па, продолжительность плазменной обработки 1=1- 9 мин.

Рис. 1 - Плазменная установка: 1-плексигласовый барабан, 2 - ВЧ - электроды, 3 -крышка вакуумной камеры, 4 - консоль для открытия крышки вакуумной камеры, 5 -вакуумная камера, 6 - система подачи и регулировки плазмообразующего газа, 7 - ВЧ -генератор, 8 - вакуумный откачной пост

На первом этапе работы определяли прочность шерстяных волокон в соответствии с ГОСТ 20269 - 93 [1] на динамометре типа ДШ - 3М с максимальной нагрузкой 3сН. Динамометр оснащен механизмом автоматической регистрацией процесса разрыва пучка волокон длиной 25 мм и массой 3 - 4мг. Погрешность измерения разрывной нагрузки составила ±0,5%. Относительную разрывную нагрузку (Ро, сН/текс) определяли по формуле:

0,0245 -^Р

Ро =

I

m

где 1т - масса всех испытаний пучков, мг.

На втором этапе - водопоглощаемость (Пв,%), которая определялась путем полного

погружения образца в воду. Точность взвешивания -± 0,01г. Водопоглощаемость рассчитывали по формуле:

пв = Тв ~То >100, То

где: тв - масса пробы после замачивания, г.; т0 -первоначальная масса пробы, г.

Обсуждение результатов

Результаты исследования влияния плазменной модификации на прочностные показатели шерстяных волокон представлены на рисунке 2.

Рис. 2 - Зависимость прочности волокон от мощности разряда (Р = 26,6 Па, 1=6 мин, Оаргон-пропан-бутан=0,06г/с, 1 = 13,56 МГц)

Модификация сырья в среде смеси газов аргон-пропан-бутан (70/30%) приводит к увеличению показателя разрывной нагрузки волокон шерсти от 23 до 27% в зависимости от вида волокна. Оптимальными значения мощности разряда являются: Wp=2 кВт (меринос); Wp=1,9 кВт (полутонкая шерсть); Wp=1,7 кВт (полугрубая шерсть).

На изменение показателя прочности волокон в процессе плазменной модификации сырья существенное значение имеет время экспонирования опытных образцов. Результаты экспериментальных исследований представлены на рисунке 3.

Экспериментальные исследования позволяют утверждать о том, что плазменное воздействие на шерстяное сырье в течении 1=6 минут не зависимо от типа волокон приводит к значительному увеличению показателя прочности.

Показатели прочности волокон зависят от расхода плазмообразующего газа. На рис. 4 приведены результаты зависимости показателей прочности от расхода плазмообразующего газа.

На основе экспериментальных исследования прочности модифицированных шерстяных волокон установлено, что плазменная обработка шерстяных волокон способствует значительному увеличению показателя прочности. Мощность разряда составила для волокон мериносовой шерсти Wp=2 кВт,

полутонкой - Wp=1,9 кВт, полугрубой - Wp=1,7 кВт, расход плазмообразующего газа для всех типов

волокон - Саргон/пропан-бутан=0,06 г/с.

Рис. 3 - Зависимость прочности волокон от времени плазменной модификации (Р = 26,6 Па, ®аргон-пропан-бутан=0,06г/с, 1 = 13,56 МГц, меринос Wp=2 кВт; полутонкая Wp=1,9 кВт; полугрубая Wp=1,7 кВт)

Рис. 4 - Зависимость показателя прочности от расхода плазмообразующего газа (Р = 26,6 Па, 1=6 мин, \ = 13,56 МГц, меринос Wp=2,0кВт, полутонкая, Wp=1,9кВт, полугрубая Wp=1,7кВт)

Сопоставив экспериментальные данные с результатами оптимизации параметров плазменного воздействия (мощности разряда, расхода плазмообразующих газов) и времени обработки, установили, что наибольшее увеличение показателя разрывной нагрузки (Ро, сН/текс) волокон шерсти при модификации шерстяного сырья в смеси газов аргон/пропан-бутан в соотношении 70/30% достигается:

- у мериносового волокна в режиме

О

аргон/пропан-бутан

= 0,06 г/с, Р = 26,6 Па, Wp=2 кВт,

1=6 мин, Ро, сН/текс возрастает на 27,1%;

- у полутонкого волокна в режиме Оаргон-пропан-

бутан

= 0,06 г/с, Р = 26,6 Па, Wp=1,9 кВт, 1=6 мин Ро

сН/текс увеличивается на 26,51 %;

- у полугрубого в режиме Оаргон/пропан-бутан = 0,06 г/с, Р = 26,6 Па, Wp=1,7 кВт, 1=6 мин, увеличение Ро, сН/текс составило 23,06 %.

Исследование водопоглощаемости - важный этап изучения влияния плазменной модификации на

характеристики волокон, что оказывает существенное влияние на выбор технологического цикла первичной обработки. Экспериментальные данные влияния плазменной обработки в смеси газов аргон-пропан-бутан на водопоглощение шерстяных волокон представлены на рисунке 5.

Пв,°о

t, мин

О 1 2 3 4 5 6 7 S 9 —♦—мериносовая Wp=2kBt —■—полу тонкая Wp=l ,9кВт —4— полу грубая Wp=1.7kBt

Рис. 5 - Зависимость водопоглощаемости волокон от времени плазменного воздействия (ВЧЕ разряд: Р — 26,6 Па, t—6 мин, Оаргон-пропан-бутан= 0,06 г/с, f — 13,56 МГц)

На основе анализа кривых установлено, что плазменная обработка в течение 6 минут приводит к снижению показателя водопоглощаемости шерсти: мериносовой на 24,6%; полутонкой на 22,8% и полугрубой на 18,7%.

Уменьшение показателя водопоглащаемости связано с тем, что, во-первых, происходит увеличение плотности прилегания друг к другу чешуек кутикулы за счет притягивания к положительно заряженным активным группам аминокислот кератина, которые создают повышенный положительный заряд. Во-вторых, с образованием на поверхности волокна углеродсодержащего слоя. Данный слой обладает гидрофобизирующими свойствами.

Энергия электромагнитного поля и взаимодействие с ионами аргона в процессе

© Е. В. Слепнева - ст. преподаватель кафедры дизайна КНИТУ.

© E. V. Slepneva - senior lecturer, Department of Design, KNRTU,

плазменной обработки способствует разрушению молекул углеводорода с образованием радикалов, атомов и ионов углерода. За счет того, что на поверхности волокон локализуется отрицательный потенциал плазмы, создаются условия для ионной бомбардировки его поверхности. Ионный поток инертного газа (аргона) способствует активации поверхности волокна, на которую осаждается и фиксируется слой углерода посредством физической адсорбции. Углеводородные радикалы образуют с активными центрами кератина химические связи, инактивируют их. Это, в свою очередь, обеспечивает снижение показателей сорбционных свойств шерстяных волокон.

Заключение

Таким образом, результаты

экспериментальных исследований показали, что плазменная модификация шерстяного сырья позволяет значительно увеличить показатели прочности. Кроме того, использование в качестве плазмообразующего газа смеси арго-пропан-бутан в соотношении 70/30% приводит к существенному снижению показателей водопоглощаемости. Этот факт позволит исключить процесс карбонизации сильно засоренной шерсти, что существенно скажется на экологичности процесса ПОШ и сохранить природные свойства волокон.

Литература

1. Слепнева, Е.В. Влияние модификации шерстяного сырья на показатели разрывной нагрузки волокон [Текст] /Е.В. Слепнева, И.Ш. Абдуллин, В.В. Хамматова // Вестник Казанского технологического университета.-2014.- т.17, № 4 -С.96-98.

2. Слепнева Е.В. Исследование сорбционных свойств шерстяных волокон, модифицированных потоком плазмы ВЧЕ-разряда пониженного давления / Е.В. Слепнева, И. Ш. Абдуллин, В. В. Хамматова // Вестник Казанского технологического университета. - 2011.- № 16.- С.106- 110.

, [email protected]. [email protected].