Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Изучение свойств технических тканей и методов их модификации
1.1 Ассортимент современных технических тканей и области их использования
1.2 Особенности состава, строения и функциональных характеристик технических тканей
1.3 Способы регулирования адгезионной способности технических тканей к полимерным связующим
1.4 Методы модификации материалов из натуральных, синтетических и комбинированных волокон
1.5 Задачи диссертации 61
Глава 2. Объекты исследования, оборудование и методика их модификации неравновесной низкотемпературной плазмой, методы исследования свойств .
2.1 Выбор объектов исследования
2.2 Описание экспериментальной ВЧЕ - плазменной установки
2.3 Методики исследования физических, физико-механических характеристик технических тканей и их адгезионной способности к резинам
2.4 Оборудование и методики исследования химического состава, структурных и термических характеристик технических тканей
2.5 Статистические методы обработки экспериментальных исследований
Глава 3. Экспериментальное исследование влияния потока плазмы ВЧЕ разряда пониженного давления на свойства технических 2 тканей
3.1 Влияние состава ткани на поверхностные и адгезионные свойства технических тканей
3.2 Исследование влияния ННТП обработки на свойства технических тканей
3.2.1 Изменение поверхностных и физико-механических свойств технических тканей
3.2.2 Влияние ННТП на адгезионную способность технических тканей к резинам
3.2.3 Влияние ННТП на физико-механические свойства технических тканей
3.2.4 Устойчивость эффекта действия ННТП обработки на свойства технических тканей во времени
3.3 Исследование изменений химического состава и структуры технических тканей под действием ННТП
3.4 Физико-химическая модель взаимодействия технических тканей с ВЧ плазмой пониженного давления
Глава 4. Разработка ресурсосберегающих технологий регулирования адгезионной способности технических тканей
4.1 Технология получения технических тканей с повышенными адгезионными свойствами
4.2 Технология получения технических тканей с антиадгезионными свойствами
4.3 Технология регулирования адгезионных свойств кордных, армирующих и прокладочных технических тканей в процессах получения готовой продукции на их основе
Выводы
Список литературных источников Приложения
- Способы регулирования адгезионной способности технических тканей к полимерным связующим
- Описание экспериментальной ВЧЕ - плазменной установки
- Влияние ННТП на адгезионную способность технических тканей к резинам
- Технология получения технических тканей с антиадгезионными свойствами
Введение к работе
Актуальность темы. Потребность производителей резино-технических изделий (РТИ) в текстильных материалах технического назначения ежегодно растет. Мировой выпуск полиэфирных (ПЭФ) волокон и нитей в 2011 г. относительно 2010 г. вырос на 16,7%, полиамидных (ПА) – на 15,4%, целлюлозных – на 13,4%. Однако, в России рост закупок технических тканей по импорту происходит более высокими темпами, чем наращивание объемов собственного производства. Одной из главных задач, ставящихся предприятиями РТИ и шинной промышленности перед российскими производителями технических тканей, является повышение их конкурентоспособности за счет улучшения качественных характеристик, посредством внедрения принципиально новых технологий.
В связи с разнообразием конструктивных и эксплуатационных особенностей различных РТИ ассортимент технических тканей, применяемых в производстве этих изделий, обширен и специфичен. Можно выделить следующие группы тканей технического назначения: армирующие ткани (ткани для производства конвейерных лент, клиновых, приводных ремней, рукавного производства), кордные ткани (ткани для шинной промышленности), прокладочные ткани (изолирующие ткани между металлокордом и резиной).
Для первых двух групп технических тканей необходимым остается получение прочного соединения в системе «ткань-резина». Для улучшения адгезии к резине ткани пропитывают различными синтетическими смолами, либо вводят в резиновую смесь адгезионные вещества, способные вступать во взаимодействие с волокнообразующим полимером. Для прокладочных тканей необходимо придание антиадгезионных свойств с сохранением комплекса физико-механических характеристик. Для снижения адгезии к резине прокладочные ткани подвергаются пропитке, дублируются с пленочным материалом, покрываются различными эмульсиями на основе полимеров низкомолекулярных каучуков. Технологический процесс пропитки технических тканей является трудоемким и материалоемким.
В связи с этим для регулирования адгезионной способности, физико-механических характеристик, а также удешевления технических тканей для РТИ актуальной является разработка новых составов технических тканей или модификация их поверхности.
В последнее время в связи с ограниченными возможностями модификации текстильных материалов традиционными способами (механическим, термическим, химическим, электрохимическим) эффективным способом модификации является использование плазменных технологий. Анализ результатов научных исследований показал преимущество применения высокочастотной плазмы пониженного давления. Плазменная технология относится к сухим, экологически чистым процессам, не требующим использования химических реагентов и отвода вредных веществ.
Работа направлена на решение актуальной проблемы получения технических тканей нового поколения с регулируемыми адгезионными и физико-механическими свойствами за счет замены традиционных х/б нитей на пневмотекстурированные ПЭФ нити в составе тканей, а также модификации технических тканей высокочастотной плазмой пониженного давления.
Работа выполнена в Казанском национальном исследовательском технологическом университете в рамках Федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009 – 2013 года» (ГК 02.740.11.0497), а также по плану аспирантской подготовки, на оборудовании центра коллективного пользования «Нанотехнологии и наноматериалы».
Цель работы. Целью работы является получение технических тканей нового поколения с регулируемой адгезионной способностью путем замены натуральных мононитей синтетическими пневмотекстурированными нитями и применения плазменной обработки.
Достижение цели осуществляется путем решения следующих задач:
1) Проведение анализа имеющихся литературных данных по назначению, составу, свойствам и методам модификации технических тканей.
2) Выбор материалов и методик исследования.
3) Получение экспериментальных зависимостей изменения эксплуатационных характеристик технических тканей, модифицированных неравновесной низкотемпературной плазмой (ННТП), разработка физико-химической модели плазменной модификации технических тканей.
4) Разработка схем технологических процессов получения технических тканей нового состава, а также рекомендаций по технологии плазменной модификации технических тканей, внедрение разработок по техническим тканям в производство.
Методы исследования. В качестве объектов исследования выбраны технические ткани производства ООО «Крез» (г. Елабуга) на основе как натуральных, так и химических волокон: армирующие ткани (Чефер, ТРК-2, ТРК-МА, БКНЛ-65-2), кордные ткани (ТЛ-100, ТК-80), прокладочная ткань (ЧЛХ).
Для установления влияния потока плазмы ВЧЕ разряда пониженного давления на свойства технических тканей использовали метод определения капиллярности (ГОСТ 29104.11-91), метод определения краевого угла смачиваемости (ГОСТ 7934.2-74), метод определения водопоглощения (ГОСТ 3816-81), метод определения разрывной нагрузки и удлинения при разрыве (ГОСТ 29104.4-91), метод определения прочности связи резина-корд (ГОСТ 14863-69).
Изучение структуры и химического состава модифицированных образцов технических тканей проводили с помощью: электронно-микроскопических исследований поверхности; методов ИК-спектроскопии; дифференциально-сканирующей калориметрии (ДСК); термогравиметрического анализа (ТГА). Измерения проводили в соответствии с нормативно-технической документацией.
Для исследования влияния плазменной обработки на поверхностные свойства технических тканей использовали метод многофакторного планирования эксперимента. Обработку результатов экспериментов осуществляли методом регрессионного анализа. Все расчеты производили в программе «Statistica 6.0». Погрешность результатов оценивали с помощью методов статистической обработки экспериментальных данных при доверительной вероятности 0,95.
Научная новизна работы.
1) Установлено, что замена натуральных х/б нитей в армирующих технических тканях на синтетические пневмотекстурированные ПЭФ нити позволяет повысить адгезионную способность тканей к резинам, улучшить физико-механические характеристики и снизить стоимость тканей.
2) Экспериментально доказано, что в зависимости от режима плазменного воздействия и вида плазмообразующего газа можно как повысить капиллярность и смачиваемость технических тканей, так и снизить их.
3) Получены уравнения регрессии, адекватно описывающие изменение капиллярности технических тканей, в зависимости от параметров плазменной обработки, что позволяет прогнозировать изменение адгезионной способности и устанавливать оптимальные режимы, в зависимости от сочетания параметров высокочастотной емкостной (ВЧЕ) обработки.
4) Экспериментально установлены режимы плазменного воздействия и вид плазмообразующего газа, позволяющие повысить адгезию технических тканей к резине или придать им антиадгезионные свойства.
5) Разработана физико-химическая модель взаимодействия технических тканей с ВЧЕ плазмой пониженного давления.
6) Разработаны рекомендации к технологии регулирования адгезионных свойств кордных, армирующих и прокладочных технических тканей в процессах их получения и в процессах получения готовой продукции на их основе.
Практическая значимость работы.
1) Разработаны новые составы технических тканей с повышенной адгезией к резинам и технические условия на них.
2) Получены оптимальные технологические параметры плазменного воздействия на армирующие, кордные и прокладочные технические ткани.
3) Установлены параметры плазменной обработки, позволяющие повысить адгезионную способность технических тканей с сохранением или повышением их физико-механических свойств. Обработка армирующих тканей ВЧЕ плазмой пониженного давления в режиме Wр=0,8 кВт, Р=26,6 Па, t=180 с, G=0,04 г/с, плазмообразующий газ аргон, позволяет увеличить капиллярность до 700%, повысить адгезию к резине на 42%. ВЧЕ обработка кордных тканей в том же режиме позволяет увеличить капиллярность на 36%, и повысить адгезию к резине на 38%.
4) Установлены параметры плазменной обработки, позволяющие придать антиадгезионные свойства техническим тканям с повышением их физико-механических свойств. Обработка прокладочных тканей ВЧЕ плазмой пониженного давления в режиме Wр=1,4 кВт, Р=26,6 Па, t=180 с, G=0,04 г/с, плазмообразующий газ аргон – пропан-бутан в соотношении 70/30, позволяет уменьшить капиллярность до 460%, и снизить адгезию к резине на 68%.
3) Получены технические ткани с заданной адгезионной способностью к резине за счет активации поверхности плазмой ВЧЕ разряда, что позволяет исключить пропитку специальными адгезивами и антиадгезивами.
4) Разработано перематывающее устройство, позволяющее проводить непрерывную ННТП обработку рулонов технических тканей внутри вакуумной камеры плазменной установки.
5) Разработаны рекомендации к ресурсо-, энергосберегающим технологиям получения: а) технических тканей с повышенными адгезионными свойствами; б) технических тканей с антиадгезионными свойствами.
Результаты диссертационной работы испытаны и внедрены на предприятиях ООО «Крез» (г. Елабуга), OOO «Химсервис-РТИ» (г. Нижнекамск), ООО «Текстор» (г. Казань), ЗАО «КВАРТ» (г. Казань). Экономический эффект при выпуске ООО «Крез» технических тканей как нового состава так и модифицированных по предлагаемой технологии составляет более 5 млн. руб. в год.
Основные положения, выносимые на защиту.
1) Результаты экспериментальных исследований воздействия ВЧЕ плазменной обработки на поверхностные свойства технических тканей, позволяющей увеличить капиллярность для армирующих тканей до 700%, для кордных тканей на 36%, и снизить капиллярность прокладочных тканей до 460%.
2) Результаты оптимизации параметров высокочастотной плазменной обработки технических тканей, устанавливающей режимы плазменного воздействия, при которых достигается увеличение капиллярности для армирующих и кордных тканей и ее снижение для прокладочных тканей.
3) Результаты экспериментальных исследований по оценке прочности связи «резина-ткань», устанавливающие повышение адгезионной прочности для армирующих и кордных тканей и снижение адгезии прокладочных тканей к резине.
4) Результаты экспериментальных исследований влияния потока плазмы ВЧЕ разряда пониженного давления на физико-механические свойства технических тканей, устанавливающие их сохранение или улучшение при плазменной модификации.
5) Физико-химическая модель взаимодействия технических тканей с ВЧЕ плазмой пониженного давления.
6) Рекомендации по регулированию адгезионных свойств армирующих, кордных и прокладочных технических тканей в процессах получения готовой продукции на их основе.
7) Технологические схемы изготовления технических тканей с применением ВЧЕ плазмы пониженного давления.
Личный вклад автора в опубликованных в соавторстве работах состоит: в выборе и обосновании методик экспериментов; непосредственном участии в проведении экспериментов; анализе и обобщении полученных экспериментальных результатов, в разработке нового состава тканей и технологического процесса с применением ВЧЕ плазмы пониженного давления, регулирующего адгезионную способность технических тканей.
Апробация результатов работы. Результаты работы докладывались и обсуждались на научных конференциях: Всерос. научн. школа для молодежи «Проведение научных исследований в области инноваций и высоких технологий нефтехимического комплекса» (Казань, 2010), Всеросс. конф. с элементами научной школы «Проведение научных исследований в области синтеза, свойств и переработки высокомолекулярных соединений, а также воздействия физических полей на протекание химических реакций» (Казань, 2010), «Научная сессия КГТУ» (Казань, 2010, 2011, 2012), I Всерос. науч.-практ. конф. с элементами научной школы «Наноматериалы, нанотехнологии, наноиндустрия» (Казань, 2010), межд. конф. «Физика высокочастотных разрядов» (Казань, 2011) VII Всерос.й студ. олимпиаде «Наноструктурные, волокнистые и композиционные материалы» (Санкт-Петербург, 2011), V , VI, VII межд.научно-практ. конф. студ.и молодых ученых «Новые технологии и материалы легкой промышленности» (Казань, 2010, 2011), науч. школа с международным участием «Актуальные проблемы науки о полимерах» (Казань, 2011), 7-я межд. научно-практ. конф. «Новости передовой науки» (София, 2011), Всерос. молод. конф. «Инновации в химии: достижения и перспективы» (Казань, 2011).
Основные результаты работы изложены в 22 публикациях, в том числе 10 статей опубликованы в изданиях, рекомендованных ВАК России.
Структура и объем работы. Диссертация изложена на 140 страницах и состоит из введения, 4 глав, выводов и списка литературы, состоящего из 173 наименований, приложений. Работа иллюстрирована 40 рисунками и содержит 13 таблиц.
Выражаю глубокую благодарность д.т.н., профессору Абдуллину И.Ш. за помощь в определении направления исследования и обсуждении результатов работы.
Способы регулирования адгезионной способности технических тканей к полимерным связующим
Основным исходным сырьем для производства технических тканей являются натуральные и химические волокна. В связи с тем, что к техническим тканям в процессе эксплуатации предъявляются повышенные требования в части упругости, устойчивости к воздействию различных факторов и сред, т.е. требования к долговечности, выбор сырья для их производства играет немаловажную роль. Наряду с традиционным сырьем, таким как хлопок, лен, шерсть, натуральный шелк, широко применяются различные химические волокна. Применение химических волокон взамен натуральных позволяет получать технические ткани с более широким и гибким диапазоном свойств, создавать необходимые композиции этих свойств, оптимизируя одни и почти сводя на нет другие, не столь существенные. Такие преимущества химических волокон по сравнению с натуральными быстро выдвинули их на первый план и обеспечили широкое применение в производстве технических тканей [2].
Основные физические, физико-химические свойства волокон, нитей и тканей на их основе зависят от сложности и стабильности структуры полимеров (молекулярной и надмолекулярной). Степень ориентации и размер структурных элементов определяют механические свойства нитей, тканей (прочность, эластичность, усталостные свойства). Плотность этих образований число и размер пор определяют способность к набуханию, усадке, растворимости, крашению [12-17].
Физико-механические и химические свойства поверхностных слоев, подверженных воздействию атмосферных, технологических факторов, в ряде случаев отличаются от аналогичных свойств всего материала Это различие обусловлено избытком потенциальной энергии в поверхностных слоях -поверхностной энергией и некомпенсированными связями атомов (молекул, ионов), расположенных в этих слоях.
Особенно высокие требования предъявляются к нитям, используемым в качестве элементов кордного каркаса шин. Для оценки их свойств необходимо применять некоторые специальные методы испытаний. При наезде шины на препятствия в нитях возникают высокие деформации и напряжения. Поэтому необходимо определять пределы сопротивления корда различным однократным воздействиям. При эксплуатации на ровных участках дорог кордные нити претерпевают небольшие, по многократно повторяющиеся нагрузки, что обусловливает необходимость оценивать их усталостные характеристики. Для оценки изменения размеров шин при их эксплуатации (разнашивание шин) необходимо определять релаксационные характеристики кордных нитей, а также их ползучесть. При качении шины на границе резина-корд возникают деформации сдвига и сжатия, сопровождающиеся большим теплообразованием и могущие вызвать расслоение каркаса. Поэтому нужно оценивать адгезию корда к резине [18].
Повышение прочности волокон при разрыве обеспечивает улучшение эксплуатационных свойств получаемых из них изделий, улучшений условий переработки материалов. Максимально достижимая расчетная прочность волокон значительно выше реально достигаемой прочности [19], что объясняется особенностями структуры волокон. С помощъю этих показателей можно оценить однородность свойств нитей и тканей.
Механические свойства нитей оцениваются .величиной разрывной нагрузки Рн наибольшим усилием Н, выдерживаемым нитью к моменту разрыва, и величиной относительного разрывного удлинения еи. От прочности нитей зависят их усталостные свойства, определяемые величиной и продолжительностью действия переменной нагрузки. Свойства нитей и тканей находятся в прямой зависимости и от относительного разрывного удлинения. Этот показатель характеризует эластичность, работоспособность, модуль деформации, жесткость материала [20].
Важной характеристикой эксплуатационной ценности волокнистых материалов является величина и характер удлинения при приложении различных нагрузок: чем больше нагрузка, при которой происходят только обратимые удлинения, тем выше их эксплуатационная ценность. Суммарное удлинение гидрофильных волокнистых материалов в мокром состоянии на 4-5% выше, чем в сухом. Удлинение гидрофобных волокон не зависит от их влажности [19].
С величиной обратимого удлинения связано такое свойство материалов, как сминаемость [19, 21]. При образовании поперечных химических связей (сшивок) между макромолекулами снижается степень набухания и сминаемость гидрофильных материалов за счет затруднения взаимного перемещение сегментов цепи (уменьшается величина пластической деформации). Для образования таких связей гидратцеллюлозные волокна обрабатывают, например диацеталями и другими полифункциональными соединениями. Складки и морщины, образующиеся на ткани при смятии, не только ухудшают внешний вид изделия, но и способствуют его износу, так как по сгибам и складкам происходит наибольшее истирание и разрушение ткани, поэтому важной характеристикой ткани и является ее устойчивость к смятию [22].
Показателем, определяющим износостойкость получаемых изделий, является устойчивость материалов к истиранию. Высокой стойкостью к истиранию обладают материалы, имеющие большую прочность на разрыв и большую эластичность, но низкий модуль жесткости и малый коэффициент трения. Устойчивость волокон к истиранию определяется химической природой материала, структурой (в частности, степенью ориентации макромолекул), условиями последующей обработки волокна, материалов и характером применяемых реагентов. Критерием оценки служит число циклов действия истирающей нагрузки [23, 24].
Описание экспериментальной ВЧЕ - плазменной установки
Физическая модификация ответственна за направленное изменение надмолекулярного строения, формы и внешней поверхности нитей (без изменения химического состава). Ее проводят посредством термообработки в режимах отжига при каскадном (ступенчатом) и непрерывном нагреве и охлаждении образцов [88, 89]. Термическая обработка полимеров приводит к изменениям надмолекулярной структуры волокнистых соединений, вследствие чего увеличивается прочность. При физической модификации вводится ряд дополнительных операций (вытягивание, сдвиг, нагревание, охлаждение и др.) на стадии ориентирования волокон и нитей, что усложняет технологический, процесс и затрудняет экспериментальное обоснование влияния параметров физической модификации на структуру и свойства готовых волокон.
Физико-химическая модификация позволяет регулировать гидрофильность волокнистых материалов, однако, сопровождается снижением прочности, термостойкости [22,91].
Композитная модификация заключается в добавлении к основному волокнообразующему полимеру мелкодисперсных или растворимых компонентов — носителей новых свойств. Этот метод широко применяется при получении синтетических, а также вискозных волокон. В полимерный расплав (раствор) могут вводиться красящие пигменты, антипирены (замедлители горения), биологически активные вещества и другие добавки [92, 93]Л.
К недостаткам композитной модификации можно отнести: усложнение технологии производства волокон за счет применения дополнительного оборудования и технологических операций при введениц компонентов на стадии синтеза, дороговизна некоторых видов компонентов, что приводит к повышению себестоимости готовой продукции.
Электрофизические воздействия, приводящие к структурной модификации материалов подразделяются на: термическую обработку, радиационную обработку - УФ-у-облучение и пучок электронов, электромагнитную обработку, фотохимическую обработку (облучение), акустическую обработку действием звуковых и УФ колебаний [94, 95].
Термическая обработка проста, поэтому ее довольно часто используют для активации поверхности полимерных материалов, в том числе и химических волокон. В последнее время волокна после изготовления часто подвергают дополнительной термической обработке для модифицирования некоторых свойств. Таким путем волокна можно обрабатывать в виде несформированной массы нитей или текстильных изделий. Термическая обработка изменяет форму химических волокон и их механические свойства.
Недостатками термической обработки является то, что с повышением температуры и продолжительности теплового воздействия снижаются прочностные свойства многих синтетических волокон [96]. При нагревании выше температуры стеклования у химических волокон происходит необратимое снижение прочности, связанное с их разориентацией и химической деструкцией; снижаются менее интенсивно кратковременная прочность и модуль упругости [97].
В последние годы производители волокон, нитей, тканей все больше внимания обращают на воздействие плазмой газового разряда (ду1овой, тлеющий, барьерный и др.) [93], как на наиболее эффективный, экономичный и экологически безопасный способ модификации, который позволяет направленно изменять химический состав волокнообразующего полимера и физические свойства волокон и нитей с целью изменения физико-механических и эксплуатационных свойств материалов при возможном сохранении комплекса остальных характеристик [98-100].
По химическому составу плазму можно разделить на две основные категории [101]:
1. Плазма, не образующая полимеров; в нее обычно входят элементарные газы, такие, как кислород, водород, гелий, аргон, азот, а также воздух, галогены или газообразные химические соединения, не ведущие к образованию полимеров.
2. Полимерообразующая плазма, содержащая, по крайней мере, один тип мономера органического соединения, который может быть осажден в виде полимера.
Низкотемпературная газоразрядная плазма представляет собой слабоионизованный газ при давлениях 10"-10 Па со степенью ионизации 10"5-10"3, температура рабочего газа составляет примерно 300К. К внешним параметрам НТП относятся тип плазмообразующего газа, его давление и расход ток разряда (в случаях ВЧ и СВЧ разрядов - удельная мощность, вкладываемая в разряд), а также геометрия плазмохимического реактора и его конструкционные материалы, находящиеся в контакте с зоной разряда и после свечения [89].
Электрические разряды в газе подразделяются на самостоятельные и несамостоятельные. Несамостоятельным называется разряд, требующий для своего поддержания, кроме энергии внешнего электрического ПОЛЯ, независимого источника заряженных частиц (нагревание катода, облучение газа светом, рентгеновским или радиоактивным излучением).
Самостоятельным называется разряд, в котором генерация зарядов и их движение в разрядном промежутке осуществляется только за счет энергии внешнего электрического поля. Самостоятельный разряд подразделяется на несколько типов: - тлеющий разряд постоянного тока характеризуется большим катодным падением потенциала и своеобразным чередованием темных и светлых полос. Тлеющий разряд постоянного тока возникает при средних давлениях (0,1-10 Па) и при среднем внутреннем сопротивлении источника питания. - периодические разряды, возбуждаемые и поддерживаемые переменным электрическим полем. К ним относятся НЧ (частота от 50Гц), ВЧ (в основном, 13,56МГц) и СВЧ (обычно 2,45ГГц) разряды. Диапазон рабочих давлений периодических разрядов близок к диапазону давлений тлеющих разрядов постоянного тока. - емкостные разряды, в которых переменное напряжение, подается на электроды, которые могут находиться в непосредственном контакте с плазмой, либо быть изолированными от нее.
Влияние ННТП на адгезионную способность технических тканей к резинам
Для изучения плазменного воздействия на образцы технических тканей применяли микроскопические, ИК-спектроскопические методы, термические и рентгеноструктурные анализы. Использовалось оборудование Центра коллективного пользования «Наноматериалы и Нанотехнологии» КГТУ и Аналитико-Технологического Сертификационного Испытательного Центра ЦНИИгеолнеруд, г. Казань.
ИК-спектры снимали на ИК-Фурье спектрометре Tensor 27 (Bruker, Германия) с приставкой однократного нарушенного полного внутреннего отражения, с алмазным кристаллом в режиме съемки: ATR (НПВО), в области 400 - 4000 см- разрешение 4 см"1, скорость сканирования 10 КГц.
Также использовали ИК-Фурье спектрометр Infralum FT-801 (ГК «Люмекс», г. Санкт-Петербург) со специальной горизонтальной насадкой, который основан на регистрации спектров поглощения с использованием эффективного метода Фурье-преобразования и измеряет спектр на нескольких сотнях длин волн. Это значительно улучшает точность анализа за счет большего объема и высокой точности обрабатываемой информации. В основе анализа лежит связь инфракрасного спектра поглощения и состава образца. Местоположение полос в спектре поглощения несет информацию о качественном составе образцов, а интенсивность полос - о концентрации соответствующего компонента. Для количественного анализа образца необходимо знать зависимость между интенсивностью поглощения и концентрацией компонента или свойством образца. Результаты анализа выводятся на монитор компьютера, продолжительность анализа - 2-3 минуты. Отклонение линии 100% пропускания от номинального значения (среднее по интервалу ±100 см ) - 0,1 %. Предел допускаемого значения абсолютной погрешности измерений волновых чисел - 1,0 см (среднее по интервалу ±100 см"1). Спектры снимали в режиме пропускания в интервале частот 4000 - 150 см"1 с разрешением 4 см"1 при температуре 250С. Получаемые спектры интерпретировались по справочным данным.
Термический анализ проводился методом дифференциально-сканирующей калориметрии и термогравиметрического анализа. Дифференциальная сканирующая калориметрия (ДСК) позволяет измерять разность между тепловыми потоками, идущими от испытуемого образца и образца сравнения, как функции от температуры или времени. Различия тепловых потоков возникают вследствие поглощения или высвобождения теплоты в образце в результате таких тепловых эффектов, как плавление, кристаллизация, химические реакции, полиморфные превращения, испарение и другие. По разности тепловых потоков можно также определять удельную теплоемкость и изменение теплоемкости. Он позволяет получить ценную информацию о составе, термической и окислительной стабильности материалов, фазовых переходах, температурах протекания химических реакций [157, 158]. Для оценки термических характеристик применялся термоанализатор синхронный STA 409 PC Luxx фирмы Netzsch (Германия) - измерительный комплекс в котором сочетаются функции ДСК и высокочувствительных аналитических весов. Это позволяло проводить одновременно в одном эксперименте и на одном образце измерение калориметрических величин при различных термических переходах, определять температуры и энергии переходов и регистрировать изменение массы образца. Программа математической обработки позволяла проводить обработку аналитического сигнала и получать графическую интерпретацию расчетов. Анализ проводился в интервале температур нагрева от 30 - 1000 С, скорость нагрева 10 С/мин, тигли платиновые с крышками и без, среда - воздух.
Исследование структуры поверхности волокон, нитей и тканей на их основе осуществляли на растровом электронном микроскопе РЭМ-100У (Украина) с энергодисперсионной приставкой, оптическом микроскопе Axioplan 2 imaging (Carl Zeiss, Германия).
Растровый электронный микроскоп РЭМ-100У с энергодисперсионной приставкой. Принцип растровой электронной микроскопии (РЭМ) состоит в том, что изображение объекта формируется при сканирование его поверхности электронным зондом (диаметром до 5-Ю нм), а источником информации чаще всего служат отраженные и вторичные электроны. Это определяет основные методические особенности РЭМ, когда становится возможным непосредственное изучение структур поверхности в широком диапазоне изучений, от 10 до 30000 и более, с достаточно высоким разрешением - 10 нм.
Данный аспект сделал возможным проведение анализа дефектной структуры поверхности волокон и нити (от 10 до 25 нм). Получаемые РЭМ изображения, представляли собой проекции или сечения пространственной структуры и несли только первичную информацию о ней. Осуществлялся полностью автоматический анализ объектов и структурные составляющие распознавались по степени отражения светового потока, различного для дефектной и сплошной фазы. 2.5 Статистичестич иетоды обработки экспериментальных исследований
Для исследования влияния плазменной обработки на физические и механические свойства волокон и тканей использовали метод центрального композиционного рототабельного планирования (ЦКРП). Поскольку в начале эксперимента, неизвестно направление поверхности отклика, наиболее разумным является использование центральных композиционных планов, отвечающих требованию рототабельности, позволяющих получать модель, способную предсказывать значение параметра оптимизации с одинаковой точностью независимо от направления на равных расстояниях от центра плана
В этом случае план проведения эксперимента является симметричным относительно некоторой точки - центра плана, и получается добавлением определенных точек к плану полного или дробного эксперимента. Получающееся в результате планирования эксперимента уравнение регрессии имеет свойство рототабельности.
Методика оптимизации состоит в следующем: - выбирается математическая модель объекта (в данной работе поставлены двухфакторные задачи и математическая модель записывалась в виде полинома второй степени); - составляется матрица планирования эксперимента (в результате проведения эксперимента по матрице планирования получают соответствующие значения целевой функции); - рассчитываются коэффициенты регрессии уравнения (значимость которых проверяется с помощью 1-критерия Стьюдента); - проводится проверка адекватности уравнения по Р-критерию Фишера (суть сводится к сравнению двух дисперсий: дисперсии адекватности и дисперсии воспроизводимости).
Технология получения технических тканей с антиадгезионными свойствами
Снование - из ставки бобин получают партию сновальных валиков. Снование бывает партионное (из ставки конических бобин получают на выходе партию сновальных валиков), ленточное (из ставки конических бобин получают на выходе ткацкий навой) и секционное (из ставка конических бобин, получают партию секций);
Шлихтование - из партии сновальных валиков (сумма нитей на которых равна числу нитей на навое) получают ткацкий навой. Кроме того в процессе шлихтования пряжа пропитывается специальным составом -шлихтой, в результате чего приобретает тонкую наружную оболочку и становится стойкой к истиранию и более прочной на разрыв. Для шлихтования применяются машины: многобарабанные, камерные и специальной сушки. Входная паковка - партия сновальных валиков, выходная паковка - ткацкий навой; Проборка - нити основы пробирают в съёмные рабочие органы ткацкого станка и заменяют сработанный навой на ткацком станке. Проборка осуществляется на проборных станках (ручных или механизированных) или на проборных автоматах;
Привязка - замена ткацкого навоя вместо проработанного на ткацком станке. Осуществляется с помощью передвижных узловязальных машин. При этой операции нити основы отрезаются от старого навоя и их концы связываются с концами нитей от нового навоя. Затем эти узлы протаскиваются через съёмные рабочие органы ткацкого станка, после чего процесс ткачества продолжается.
Уточная пряжа:
Перематывание - переработка пряжу с прядильных початков на конические бобины (способную вместить большую длину пряжи, которая в процессе перематываний проходит еще и качественную проверку). Конические бобины используются в качестве уточных паковок на бесчелночных ткацких станках. Для челночных ткацких станков осуществляется вторая операция перематывания с конических бобин в уточные шпули, которые вставляются в челнок;
Увлажнение и эммульсирование - проводится с целью снять внутреннее напряжение в уточной пряже (чтобы она не образовывала сукрутин в моменты, когда челнок выстаивает, а уток провисает). Для этого применяются запарные камеры, эммульсирующие, увлажняющие установки, либо длительная выдержка в помещениях с повышенной влажностью.
Заключительная обработка тканей называется отделкой и относится к области химической технологии. Включает в себя (опционально): промывку, расшлихтование, варку, отбелку, мерсеризацию, крашение (периодическим или непрерывным способом), печать, стрижку, ворсование, тиснение.
При изготовлении технических тканей с повышенными адгезионными свойствами, ткани подвергаются пропитке. Технологический процесс состоит из следующих операций: 1) пропитка; 2) сушка; 3) термическая обработка; 4) промывка ткани. В зависимости от состава и назначения технических тканей, материал пропитывается различными смолами, растворами и т.п.
Для придания повышенной адгезии к резинам пропитку хлопчатобумажной ткани осуществляют раствором предконденсата термореактивной смолы в присутствии катализатора кислой природы. В состав раствора часто вводят смачиватель, мягчитель, пластификатор. Смачиватель интенсифицирует процесс пропитки, особенно для тканей с невысокой капиллярностью. Мягчитель устраняет нежелательный эффект жёсткости полотна. В качестве мягчителей используют препарат AM, алкамон ОС-2, аламин М, стеарокс, кремнийорганические соединения (алкамоны). Пластификатор повышает устойчивость ткани к истиранию и снижает потери её прочности на разрыв. С этой целью можно использовать эмульсии термопластичных полимеров, а также мочевину, которая воздействует на структуру волокна и связывает формальдегид. Совместное применение указанных веществ накладывает своеобразный отпечаток на протекающие в волокне химические реакции, придаёт тканям улучшенные потребительские свойства (гибкость, эластичность и др.) и повышает устойчивость отделки к кислотному и щелочному гидролизу. Процесс пропитки ткани растворами предконденсатов осуществляется при температуре не выше 30С, так как её повышение неизбежно приводит к преждевременной конденсации препарата с образованием нерастворимых продуктов.
Сушат ткани горячим воздухом. Изменение температуры сушки необходимо осуществлять таким образом, чтобы скорость проникновения молекул предконденсата с поверхности вглубь волокна превышала скорость его превращения в высокомолекулярную смолу. В этой связи процесс сушки осуществляют на игольчатых сушильно-ширильных машинах в условиях постепенного подъёма температуры по мере перемещения ткани. Одновременно происходит стабилизация размеров полотна по ширине.
Термическая обработка ткани осуществляется горячим воздухом в течение 2 - 5 минут при температуре 140 - 160С. Термообработка создаёт условия для «сшивки» макромолекул целлюлозы поперечными связями и заполнения пор волокна образующейся смолой.
Промывку ткани в мыльно-содовом растворе проводят с целью удаления остатков не прореагировавших веществ, формальдегида и других побочных продуктов реакции.
Технологический процесс пропитки тканей способом погружения, являясь гибким и универсальным, продолжает оставаться наименее экономичным и наиболее трудоемким при низких комфортных условиях работы.
В главе 3 показано, что плазменная обработка армирующих и кордных тканей в определенных режимах повышает поверхностные и адгезионные свойства. На основе полученых экспериментальных данных обработки технических тканей потоком плазмы ВЧЕ разряда пониженного давления рекомендуется включить ННТП обработку в режиме; Wp=0,8 кВт, Р=26,6 Па, 1=180 с, 0=0,04 г/с, аргон. Применение плазменной обработки позволит исключить стадии пропитки и сушки из технологического процесса получения технических тканей с повышенной адгезии (рисунок 4.2)[163].
Известно, что резиновые изделия с большей прочностью связи между технической тканью и резиной имеют более высокие эксплуатационные свойства. Определяющим фактором, обеспечивающим прочность связи, является межмолекулярное и химическое взаимодействие на границе раздела фаз. Как было показано выше, использование ННТП по предлагаемой технологии позволяет повысить прочность связи ткань-резина, исключить работу пропиточных линий и применение химических реагентов.
Похожие диссертации на Регулирование адгезионной способности технических тканей к резинам неравновесной низкотемпературной плазмой
