ПЛАЗМА КАК ИНСТРУМЕНТ В ПРОЦЕССАХ ТЕКСТИЛЬНОГО И ШВЕЙНОГО ПРОИЗВОДСТВ
УДК 687.01
И.А.Гришанова, А.Ф.Гайсин, Д.А. Лукъянова
Казанский национальный исследовательский технологический университет
Назначение и условия эксплуатации изделий определяют материалы, из которых они изготовлены. На мировом рынке представлен широкий ассортимент натуральных и синтетических тканей с различными потребительскими свойствами, технического и специального назначения, например, геотекстиль, нанотекстиль и т.п.
В области производства волокнистых материалов в современной действительности произошли значительные структурные изменения, которые расширяют возможности их использования в различных отраслях промышленности. Многие виды тканей являются смесовыми, то есть содержат натуральные и синтетические волокна. Подобной комбинацией удается совместить преимущества тех и других материалов и компенсировать их недостатки, например, такие как гидрофобность, пиллингуемость, высокая осыпаемость, электролизуемость и др.
В научной технической литературе имеется большое количество публикаций, посвященных плазменной модификации поверхности текстильного материала с использованием плазмы, физико-химическим процессам, происходящим на их поверхности [1,2]. Так плазменные технологии могут использоваться для десорбции примесей (очистки поверхностей), поверхностной активации (активные частицы плазмы воздействуют на ткань на уровне волокон и, как следствие наблюдается глубокая модификация поверхности), травления (с целью придания шереховатости), нанесения покрытий(гидрофильных, гидрофобных/олеофобных).
В литературе к настоящему моменту имеется большое количество публикаций, посвященных плазменной модификации текстиля с использованием холодной плазмы. [35]. Установлено, что плазменная модификация приводит к различным видам функционализации поверхности (улучшению смачиваемости, способности к окрашиванию, огнестойкости, водооталкиванию, несминаемости, антисволачиваемости и д.р ). Получение того или иного эффекта зависит от природы волокна, плазмаобразующей среды, параметров и длительности обработки.[3] Плазменная модификация в среде неполимеризующихся газов предотвращает образованию побочных продуктов и осаждение макромолекул на поверхности текстиля. Успешно осуществляется привитая полимеризация в вакууме. Например, хлопчатобумажная пряжа с привитым полимером 2-гидроксиэтилметакрилат имеет более высокую прочность на разрыв, чем исходная.[5].Напыление из газовой фазы плазмы ультратонких слоев может придать материалу гидрофильно/гидрофобные свойства в зависимости от мономера[6].
Плазменная вакуумная модификация в среде неполимеризующихся газов предотвращает образованию побочных продуктов и осаждение макромолекул на поверхности текстиля. Успешно осуществляется привитая полимеризация вакууме. Например, хлопчатобумажная пряжа с привитым полимером 2-гидроксиэтилметакрилат имеет более высокую прочность на разрыв[4]. Напыление из газовой фазы плазмы ультратонких слоев может придать материалу гидрофильно/гидрофобные свойства в зависимости от мономера[5]. Получение того или иного эффекта зависит от природы волокна, плазмаобразующей среды, параметров и длительности обработки.
Модифицированные волокна применяются как для получения однокомпонентных текстильных материалов, так и могут входить в состав смесовых, при этом путем модифицирования достигают требуемых свойств, а плазменная технология способствует замене жидкостных способов обработки ткани на сухие и полусухие способы.
С помощью плазмы низкого давления удается получить эффекты, не достижимые при традиционных технологиях и достичь более продолжительного срока действия полученных эффектов, снизить затраты на производственный процесс, уменьшить загрязнение окружающей среды и энергозатраты [3,5].
Плазменная обработка текстильного материала может проводиться при различных давлениях (от высокого вакуума до атмосферного), однако при увеличении давления плазма изменяется от холодного нетермического разряда до горячего термического разряда [2]. В связи с этим плазменные технологии пониженного давления является наиболее распространенными в тех областях, где плазма является основным инструментом производства. В текстильной отрасли так же желательно проводить процесс ниже температуры T=100 °C. Более того, вакуумная обработка может проводиться в различных плазмообразующих газах (от инертных до кислородосодержащих и их смесей), котрыми легче управлять, нежели системой атмосферного давления. Вместе с тем большие эксплуатационные и капитальные затраты на вакуумное оборудования, несовместимость этой технологии до последнего времени с поточной обработкой тканей ограничивают её использование в текстильной промышленности.
Значительно больший интерес для текстильщиков представляет использование ионизированных газов при атмосферном давлении. При этом с текстилем совместимы три типа плазмы: коронной, диэлектрический барьерный и тлеющие разряды,. в то время как в режиме низкого давления совместимости один вид плазмы – тлеющий разряд [6].
Все текстильные материалы (натуральные, синтетические) могут быть модифицированы в плазме атмосферного давления. Однако обработка в атмосфере воздуха коронным разрядом является наименее эффективной для улучшения смачиваемости и адгезии, более того эффект плазменной обработки снижется со временем.
При осуществлении модификации с регулируемым составом газа возможности плазмы атмосферного давления возрастают. Выбор плазмы атмосферного давления будет определяться требуемым видом функционализации поверхности, технологии и коммерческими показателями.
В наши дни значительно больший интерес представляют электрические разряды при атмосферном давлении между твердым и жидким электродами. Анализ литературы свидетельствует, что электрические разряды между струйным электролитическим катодом и твердым анодом практически не изучены. В этой связи проведены исследования на экспериментальной установке по изучению влияния электрического разряда на гидрофильность сверхмодульных полиэтиленовых волокон (производство Китай). Полученные данные свидетельствуют, что при режимах обработки: напряжение U=2 кВ, длительность обработки t=1с, объем электролита V=10 л, капиллярность волокон изменяется от 0 до 72 мм. Эти данные позволяют сделать заключение о перспективности модификации материалов при рассмотренном способе обработке в условиях атмосферного давления.
