CC BY
49
УДК 547.495
Е. А. Панкова, И. Ш. Абдуллин, Л. А. Зенитова
СОЗДАНИЕ НАНОПОКРЫТИЙ МЕТАЛЛОВ И ИХ СОЕДИНЕНИЙ НА ПОВЕРХНОСТИ КЕРАТИНСОДЕРЖАЩИХ
ВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНЫХ МАТЕРИАЛОВ
Ключевые слова: установка ионно-плазменного напыления, мех норки, титан, улучшенные характеристики, прочность. installation ion-plazming evaporations, fur of the mink, titanium,
perfected features, toughness.
Исследовалась возможность нанесения нанопокрытий металлов и их соединений на поверхность кератинсодержащих высокомолекулярных материалов (ВММ) методом ионноплазменного напыления. Сделан вывод о целесообразности применения данного метода в технологии отделки шкурок норки. The possibility of the fixing covering was researched from metal on surface material containing keratin by method ion-plasma evaporations. conclusion is made about practicability of the using given method in technologies of the decorating of the sandpapers of the mink.
Введение
Номенклатура и ассортимент изделий вырабатываемых из меха, определяется климатическими особенностями, национальными традициями, составом населения по полу и возрасту, модой и наконец доходами населения [1]. Меховая одежда, как и любой товар, выполняет определенные функции, связанные с удовлетворением физиологических, социальных и эргономических потребностей человека, формирующих спрос. При этом качественные и количественные характеристики продукции выпускаемой предприятием, является результатом выбранной стратегии, удовлетворяют спрос определенной категории потребителей и находят отражение в материале, модели, конструкции, технологическом решении и цене изделия. Меховые изделия в процессе эксплуатации и хранения подвергаются различным воздействиям и под воздействием сложного комплекса механических, физико-химических и биологических факторов постепенно утрачивают исходные эстетические и утилитарные свойства, вызывая необратимые изменения в структуре волокон, а также в их химическом составе. Кроме того, натуральный мех обладает трибоэлектрическими свойствами и может долго удерживать заряд, что приводит к нежелательным явлениям: возникновению разрядов, негативно влияющих на здоровье человека и загрязнению пылью, которая оседает на мехе, и приводит с одной стороны к снижению блеска меха, а с другой является источником раздражающих и аллергических агентов.
Метод ионно-плазменного напыления получил широкое применение в микроэлектронике, однако до сих пор практически не применялся в меховой промышленности. Метод основан на электродуговом способе испарения материала. Испарение металла с поверхности катода происходит благодаря высокой концентрации энергии в катодном пятне. Подвижные катодные пятна удерживаются на поверхности катода электромагнитным полем катушек. Особенно необходимо отметить тот факт, что данный способ практически не загрязняет окружающую среду. Отсутствует необходимость в использовании каких-либо химических материалов, а значит - в очистке сточных вод, что должно скомпенсировать затраты, связанные с повышенным энергопотреблением оборудования. В отличие от других способов ионно-плазменное напыление позволяет достаточно тонко регулировать толщину напыляемого слоя, а значит и его сопротивление, что очень важно при создании структур с определенной проводимостью. Появление проводимости позволит материалам
приобрести антистатические свойства [2], повышенную биологическую устойчивость и прочностные характеристики.
Экспериментальная часть
Согласно опросу населения, проведенного НО «Союз Меховщиков», мех норки является наиболее популярным. Поэтому в работе представлены данные по исследованию влияния нанопокрытий на потребительские и эксплуатационные характеристики меха из шкурок норки. Для исключения случайных результатов группы опытных и контрольных образцов отбирались по методу ассиметричной бахромы. Для достижения наилучшего результата применялся комбинированный метод финишной отделки, включающий предварительную плазменную модификацию кератинсодержащих высокомолекулярных материалов (ВММ), ионно-плазменное напыление и повторную плазменную модификацию. Установлено, что предварительная обработка натуральных ВММ в режиме 0=0,04 г/с, Р=26,6Па, Wp= 1,2 кВт, т=3мин плазмообразующий газ - аргон, позволяет раскрыть кутикулу волоса что обеспечивает проникновение распыляемых частиц внутрь структуры, а последующая обработка в режиме 0=О,О4г/с, Р=26,6Па, Wp= 1,5 кВт, т=5мин плазмообразующий газ - аргон надежно их фиксирует, обеспечивая гладкость волосяного покрова и красивый внешний вид. На рис. 1 показана принципиальная схема установки ионно-плазменного напыления. На рис. 2 представлена схема приспособления для нанесения нанопокрытий на поверхность кератинсодержащих ВММ.
Рис. 1 - Схема установки ионно-плазменного напыления: 1 - вакуумная камера с водяным охлаждением; 2 - дуговой испаритель; 3 - генератор постоянного тока; 4 - баллон с легирующим газом; 5 - насос форвакуумный - роторно-пластинчатый 2НВР-5ДМ; 6 - вентиль вакуумный; 7 - вентиль вакуумный с электромеханическим приводом; 8 - вакуумный затвор; 9 - насос высоковакуумный - диффузионный Н-250; 10 - натекатель; 11 - приспособление для нанесения нанопокрытий на меховой полуфабрикат
Рис. 2 - Приспособление для нанесения нанопокрытий на поверхность кератинсодержащих ВММ
Результаты и их обсуждение
В ходе экспериментов выявлено, что ионно-плазменное напыление позволяет нанести металл или его производные на поверхность кератиносодержащих ВММ в виде тонкой, ровной пленки, незначительно утолщая стержень волоса. Нанесение на поверхность кератинсодержащих ВММ нанослоев позволяет придать шкуркам оригинальную окраску «металлик», кроме того, обработанный волос отличается более гладкой и ровной поверхностью (рис. 3, 4).
Рис. 3 - Микрофотографии волоса Рис. 4 - Микрофотографии волоса норки
норки (увеличение х1500) волос без (увеличение х1500) волос с нанопокрыти-
нанопокрытия ем
Появление проводящего нанослоя у обработанного волосяного покрова приводит к более быстрому стеканию зарядов статического электричества. Для анализа трибоэлектрических свойств натуральных ВММ применяли метод электризации трением, измерение диэлектрической проницаемости и сопротивления. В результате обработки диэлектрическая проницаемость натуральных ВММ снижается на 52%, удельное поверхностное сопротивление кератиносодержащих ВММ уменьшается на 99,9%, а потенциал поверхности снижается на 35% и сохраняется постоянным независимо от внешних воздействий.
Обработка натуральных ВММ методом ионно-плазменного напыления позволяет повысить их физико-механические свойства. Предел прочности при растяжении (ар) увеличивается на 78,2%, относительное удлинение при разрыве (вр) увеличивается на 5%. С помощью синхронного термического анализа доказано, что в результате обработки не происходит деструкции материала, а наоборот происходит его упрочнение о чем свидетельствуют данные представленные в таблице 1.
Таблица l - Условная температура начала процесса разложения
Наименование показателя Результаты исследования проб
Контрольный образец без нанопокрытия Образец с нанопокрытием, (серебристый оттенок) Образец с нанопокрытием, (золотистый оттенок)
Температура, °С 245,77 246,26 249,29
Таким образом, применение комбинированного метода финишной отделки мехового полуфабриката из шкурок норки позволяет:
- придать шкуркам оригинальную окраску «металлик»;
- повысить устойчивость к биологическим воздействиям на 90%;
- повысить устойчивость окраски волосяного покрова шкурок к сухому трению на
33 %;
- повысить светостойкость окраски на 60%;
- повысить прочность и относительное удлинение на 78,2% и 5% соответственно; а также для покрытий их металлов:
- снизить диэлектрическую проницаемость на 52%,
- уменьшить удельное поверхностное сопротивление кератинсодержащих ВММ на
99,9%;
- понизить потенциал поверхности на 35% и обеспечить его постоянство во времени независимо от внешних воздействий.
Литература
1. Стефанович, И.П. Технология меха / И.П. Стефанович. - М.: Изд-во «Легкая инд-я», 1967, -
295 с.
2. Горберг, Б.Л. Использование магнетронного распыления для модификации поверхностных свойств промышленных партий текстильных материалов / Б. Л. Горберг [и др.] // V Межд. симпозиум по теоретической и прикладной плазмохимии: сборник трудов. - Иваново: Изд-во Ивановский гос. хим-технол .ун-та, 2008. - Т.2. - С.581.
© Е. А. Панкова - канд. техн. наук, доц. каф. каф. плазмохимических и нанотехнологий высокомолекулярных материалов КГТУ; И. Ш. Абдуллин - д-р техн. наук, проф., зав. каф. плазмохимических и нанотехнологий высокомолекулярных материалов КГТУ; Л. А. Зенитова - д-р техн. наук, проф. каф. технологии синтетического каучука КГТУ.
E-mail: [email protected]
