Регулирование свойств синтетических волокон, нитей, тканей и композиционных материалов на их основе с помощью неравновесной низкотемпературной плазмы (11.10.2010)

Автор: Сергеева Екатерина Александровна

Модификация ПП нити по той же схеме в плазмообразующем газе аргон-азот (режим Uа = 4,5 кВ; Jа = 0,3 А; Р = 26,6 Па; G = 0,04г/с; ? = 180 сек) повышает смачиваемость нити в 4 раза, что позволяет достигать устойчивого окрашивания поверхности ПП текстильной мешкотары.

Рис. 6. Схема технологии получения ПП пленочной нити с использованием ВЧ плазмы пониженного давления.

Аналогичная технологическая схема непрерывного процесса (рис. 6) предложена для получения плазмоактивированных ПП, ПЭФ и СВМПЭ волокон и ПА нитей.

Для увеличения адгезии кордных ПЭФ волокон и ПА нитей к резине рекомендуется применение ВЧЕ-плазменной обработки для ПЭФ режим: Jа = 0,5 А, Uа = 2 кВ, P = 26,6 Па, GAr = 0,04 г/с, ? = 3 мин; для ПА режим: Jа = 0,5 А, Uа = 2 кВ, P = 26,6 Па, GN2 = 0,04 г/с, ? = 3 мин, что приводит в случае ПЭФ к росту величины адгезионной прочности бесклеевой связи резины с кордом на 225 %, в случае ПА на 50 %.

В производстве СВМПЭ волокон предлагается производить обработку ВЧЕ разрядом в режиме Ua = 5 кВт, Ja = 0,7 А, Р = 26,6 Па, GAr = 0,04 г/с, ? = 180 с, с целью их модификации для улучшения адгезии волокон к полимерной матрице и получения высокопрочных КМ. Такая обработка позволяет повысить прочность соединения СВМПЭ волокон и тканей с матрицей до 3 раз.

В качестве альтернативной технологии плазменная обработка предложена в качестве финишной обработки, после намотки готовых волокон и нитей на бобины. В производстве СВМПЭ тканей предлагается производить обработку готовых тканей, раскроенных под изделие заказчика, ВЧЕ разрядом в режиме Ua = 5 кВт, Ja = 0,7 А, Р = 26,6 Па, GАr = 0,04 г/с, ? = 180 с.

Разработана полупромышленная установка ВЧЕ-разряда, позволяющая модифицировать синтетические волокна, нити и ткани. Характеристики плазменной установки: объем вакуумной камеры - 4м3, рабочее давление в камере - 10 – 100 Па, скорость откачки до рабочего давления - 7мин, размеры электродов - 1500х700 мм, высокочастотный генератор ВЧГ8-60/13, колебательная мощность - 60 ± 6 кВт, рабочая частота - 13,56 ± 0,13МГц, производительность установки (по ткани) - 100м2/сут.

Разработана методика модификации ПП волокон наночастицами серебра с применением ННТП пониженного давления:

Обработка ПП волокон аргоновой плазмой в Ua = 3,5 кВ; Ja = 0,4 А; Р = 26,6 Па; G = 0,04 г/с; ? = 240 с, плазмообразующий газ аргон;

Пропитка плазмоактивированных волокон коллоидным раствором наночастиц серебра «Бион-2» концентрации 10 г/л;

Сушка волокон в сушильном шкафу при 80?С в течении 60 с.

Повторная обработка ПП волокон в гидрофильном режиме.

Данная методика позволяет устойчиво закреплять на поверхности ПП волокна наночастицы серебра, не допуская их агрегации, что необходимо для использования данных видов волокон при производстве фильтров с антисептическими свойствами.

Выводы:

1. Разработаны научные основы создания синтетических волокон и нитей с новыми свойствами, на базе физико-химической и математической моделей процессов, проходящих в поверхностном нанослое волокон и нитей при обработке ВЧЕ-разрядом пониженного давления. Установлено, что наибольший эффект в модификацию наружной поверхности волокнистых материалов вносит ионная бомбардировка, с образованием слоя захороненных атомов плазмообразующего газа. Это позволяет изменять конформацию волокнообразующего полимера, упорядочивать его наноструктуру, без конфигурационных изменений, удалять посторонние включения и изменять структуру поверхности, сглаживая, разрыхляя ее или формируя на ней функциональные группы, без деструкции обрабатываемых материалов.  

2. ВЧЕ плазменная обработка ПП пленочной нити позволяет регулировать поверхностные свойства и улучшать физико-механические показатели, за счет структурирования нити и образования поверхностной сетки. Смачиваемость поверхности ПП нити возрастает в 4 раза (плазмообразующий газ аргон-азот), что позволяет достигать устойчивого окрашивания поверхности ПП текстильной мешкотары. Прочность нити повышается на 15% (плазмообразующий газ - аргон-пропан-бутан), что позволяет понизить себестоимость или повысить качество ПП мешкотары, снижая обрывность нити при ткачестве.

3. Плазменная обработка позволяет осуществлять пропитку ПП волокон раствором наночастиц серебра за счет гидрофилизации поверхности, а повторная обработка в ВЧЕ разряде пониженного давления способствует их устойчивому закреплению без агрегации. Разработана методика модификации ПП волокон и получен новый фильтрующий материал с антисептическими свойствами.

4. Получены двух и трехфакторные уравнения регрессии, адекватно описывающие влияние параметров плазменной обработки на капиллярные свойства СВМПЭ волокон и тканей, которые позволяют прогнозировать значения капиллярности и устанавливать оптимальные режимы для получения заданных свойств.

5. Обработка СВМПЭ волокон в ВЧЕ разряде пониженного давления, плазмообразующий газ – аргон, способствует приданию поверхности гидрофильных свойств за счет формирования долгоживущих свободных радикалов и образования функциональных групп после обработки. Определено, что смачиваемость на воздухе эпоксидной матрицей возрастает на 86%, при этом прочность сцепления волокна с матрицей повышается как минимум в 2 раза. Получены образцы лёгкого (плотность не более 1,1 г/cм3), высокопрочного КМ, превосходящего по удельной прочности металлы в 6-7 раз, стеклопластики в 2 раза, а углепластики в 1,5 раза.

6. Определены параметры плазменной обработки, позволяющие улучшать термические характеристики СВМПЭ волокон. Температуры начала процесса интенсивной термодеструкции при обработке в оптимальном режиме, в смеси газов аргон - пропан-бутан, повышается на 600С. Температура начала потери массы при обработке в смеси газов аргон-азот возрастает на 300С. Это позволяет повысить температуру эксплуатации КМ на основе данных волокон.

7. Обработка ВЧЕ разрядом пониженного давления позволяет регулировать поверхностное натяжение шинных ПЭФ и ПА кордов, за счет образования новых полярных группировок на поверхности корда. Адгезионные показатели в бесклеевой системе резина – корд возрастают для ПЭ на 225 %, для ПА на 50 %, что позволяет исключить применение адгезивов и способствует повышению износостойкости шинной продукции.

8.  Разработана энерго- и ресурсосберегающая технология, методики и оборудование для плазменной обработки в процессах: а) получения ПП нитей с улучшенными поверхностными или физико-механическими свойствами, б) получения фильтрующих материалов на основе ПП волокон с антисептическими свойствами, в) модифицикации СВМПЭ волокон и тканей для создания сверхлегких высокопрочных КМ на их основе, г) получения новых текстильных ПЭФ и ПА кордов с повышенной адгезионной способностью к резине.

Выражаю благодарность д.т.н., профессору Л.А. Зенитовой за участие в обсуждении результатов, аспирантке Д.И. Фазыловой за помощь в проведении экспериментов по ПЭФ волокнам и ПА нитям.

Основное содержание работы изложено в следующих публикациях:

Статьи в ведущих рецензируемых научных журналах, рекомендуемых ВАК РФ, монография.

Сергеева, Е.А. Наполнение литьевых полиуретанов твердыми отходами нефтехимических производств / Е.А. Сергеева [и др. ] // Журнал прикладной химии. - 2002. – Т. 75. – Вып. 6. - С. 1019-1023.

Сергеева, Е.А. Влияние высокочастотного разряда пониженного давления на свойства ВВПЭ волокон / Е.А. Сергеева, И.Ш. Абдуллин // Вестник Казанского технологического университета. – 2009. - №2. - С. 84-89.

Сергеева, Е.А. Повышение прочности соединения волокон ткани из сверхвысокомолекулярного полиэтилена с матрицей при получении композиционных материалов / Е.А. Сергеева, И.Ш. Абдуллин // Дизайн. Материалы. Технология. – 2009. - № 2 (9).- С 11-14.

Абдуллина, В.Х. Гидрофилизация полипропиленовой пленочной нити низкотемпературной плазмой пониженного давления / В.Х. Абдуллина [и др.] // Известия вузов. Технология текстильной промышленности. – 2009. – № 4С(319) – С. 129-131.

Сергеева, Е.А. Влияние термообработки на свойства высокопрочных высокомодульных полиэтиленовых волокон при создании композиционных материалов / Е.А. Сергеева, И.Ш. Абдуллин, К.Э. Разумеев // Швейная промышленность. – 2009. - №3. - С.48-49.

Абдуллина, В.Х. Влияние плазмоактивации на фиксацию наночастиц серебра на поверхности полипропиленового волокна / В.Х. Абдуллина [и др.] // Вестник Казанского технологического университета. – 2009. – № 3. – С. 53 - 56.

Сергеева, Е.А. Активация нанокристаллических полиэтиленовых волокон неравновесной низкотемпературной плазмой / Е.А. Сергеева, И.Ш. Абдуллин // Нанотехника. – 2009. - №2(18). - С. 12-15.

Сергеева, Е.А. Влияние плазменной обработки на структуру и свойства высокомодульных полиэтиленовых волокон / Е.А. Сергеева // Вопросы материаловедения. – 2010. - №2(62). – С.51-57.

Сергеева, Е.А. Регулирование свойств полиолефиновых волокон и нитей с помощью неравновесной низкотемпературной плазмы / Е.А. Сергеева // Химические волокна. – 2010. - №3. – С. 24-27.

Сергеева, Е.А. Повышение прочности полипропиленовой нити обработкой в ВЧЕ- разряде / Е.А. Сергеева // Известия вузов. Технология текстильной промышленности. – 2010. – № 4(325) – С. 123-126.

Сергеева, Е.А. Оптимизация режимов низкотемпературной плазменной обработки высокомодульных полиэтиленовых волокон / Е.А. Сергеева [и др.] // Вестник Казанского технологического университета. – 2010. - №7. - С. 94-98.

Сергеева, Е.А. Способ закрепления наночастиц серебра на поверхности полипропиленовых волокон / Е.А. Сергеева // Нанотехника. – 2010. - №2(22). - С. 97-100.

Сергеева, Е.А. Влияние плазмы ВЧЕ-разряда на физико-механические свойства волокон и композиционных материалов / Е.А. Сергеева, И.А. Гришанова, И.Ш. Абдуллин // Вестник Казанского технологического университета. – 2010. - №7. - С. 109-112.

Сергеева, Е.А. Изменение массы, деформационных и термических свойств плазмоактивированных полиэтиленовых волокон / Е.А. Сергеева, И.А. Гришанова // Дизайн. Материалы. Технология. – 2010. - № 3 (14).- С. 90-101.

Сергеева, Е.А. Физическая модель воздействия ВЧ плазмы пониженного давления на полиэтилен / Е.А. Сергеева, В.С. Желтухин, И.Ш. Абдуллин // Вестник Казанского технологического университета – 2010. - №7. - С. 113-116.


загрузка...