Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время доля отечественных товаров на внутреннем рынке составляет менее 19%, что значительно ниже пороговых значений, обеспечивающих экономическую безопасность государства, а высокая доля импорта в оборотах розничной торговли оказывает негативное влияние на формирование баланса ресурсов с точки зрения высокой степени зависимости рынка товаров легкой промышленности от внешнеэкономической конъюктуры.
Около 70 процентов технологического оборудования полностью изношено. Коэффициент обновления основных фондов составляет 2,3 %.
Вместе с этим даже полная замена технологического оборудования на импортное, высокопроизводительное не решит проблем отрасли, поскольку на российский рынок всегда будет поступать действующие, а не перспективные технологии. Учитывая временной фактор (доставка, наладка оборудования, обучение персонала, освоение технологии и т.д.), российские предприятия по-прежнему будут проигрывать, поскольку именно в этой отрасли мировые технологии сегодня развиваются наиболее высокими темпами.
Сегодня легкая промышленность России включена в число приоритетных отраслей промышленного комплекса страны. Это заключение сделано по итогам заседания президиума Государственного совета РФ 20 июня 2008 г., утвержденного перечня поручений Президента РФ (№ Пр-1369 от 03 июля 2008 г.) и Правительства РФ (№ ВП-П9-4244 от 15 июля 2008г.). Поэтому в условиях рыночных отношений проблемы повышения качества отечественной продукции являются весьма актуальными, что обусловлено ситуацией, сложившейся в последнее время на внутреннем рынке.
Требования к качеству изделий легкой промышленности включают не только прочность, красивый внешний вид, но и сохранение ее формы и размеров в процессе носки. Поэтому материалы, применяемые для изготовления изделий, должны обладать хорошей формовочной способностью, хорошо деформироваться при растяжении, чтобы придать форму при изготовлении и быть пластичными, чтобы сохранить форму изделия во время носки. В тоже время материалы должны быть упругими и способными к восприятию циклических нагрузок.
Повысить качество изделий легкой промышленности возможно несколькими путями, например: изменив конструкцию изделия, применив новое оборудование, что требует изменения технологии обработки деталей и сборки конструктивно-технологических узлов, создав новые материалы или придав используемым материалам новые, заданные свойства за счет их модификации.
Одним из перспективных направлений совершенствования производства материалов для легкой, а в частности меховой промышленности является обработка низкотемпературной неравновесной плазмой, создаваемой с помощью высокочастотного разряда пониженного давления (ВЧ разряд). Преимуществом этого метода является то, что он позволяет изменять физико-механические свойства материалов за счет модификации структуры поверхностных и глубинных слоев высокомолекулярных материалов. Такая разновидность плазменной обработки является одной из ключевых технологий, позволяющей создавать материалы с заданными характеристиками.
Диссертационная работа направлена на решение актуальной проблемы создания новых комплексных материалов на основе натурального меха с повышенными эксплуатационными и технологическими характеристиками с применением неравновесной низкотемпературной плазмы пониженного давления.
В диссертации изложены результаты работы автора за период 2000-2011 г. по комплексному экспериментальному и теоретическому исследованию процессов объемной обработки неравновесной низкотемпературной плазмой материалов, применяемых в меховой промышленности.
Работа выполнена в Казанском национальном исследовательском технологическом университете в рамках научно-исследовательской работы по Федеральной целевой программе «Исследование и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2012 гг.» по теме «Развитие цента коллективного пользования научным оборудованием в области получения и исследования наночастиц оксидов металлов, металлов и полимеров с заданными химическим составом и формой» (2008-2009 гг.), а также по теме «Проведение поисковых научно-исследовательских работ в области модификации композитных материалов с использованием электрофизических, электрохимических, сверхкритических флюидных методов в центре коллективного пользования научным оборудованием «Наноматериалов и нанотехнологий»»(2009-2010 гг.).
Цель и задачи исследования. Целью работы является создание новых комплексных материалов меховой промышленности с повышенной формовочной способностью, позволяющих улучшить эксплуатационные и технологические характеристики изделий из меха путем обработки их неравновесной низкотемпературной плазмой.
Поставленная цель достигается решением следующих основных задач:
-
Анализ существующих способов повышения качества меховых материалов и обоснование предмета исследования.
-
Комплексные экспериментальные исследования параметров неравновесной низкотемпературной плазмы, создающей ионный поток на поверхность материалов с энергией ионов от 70 до 100 эВ и плотностью ионного тока 0,3-0,9 А/м2 в процессах обработки комплексных материалов из натурального меха.
-
Теоретические исследования процессов обработки материалов меховой промышленности на основе разработки физической и математической моделей взаимодействия неравновесной низкотемпературной плазмы с натуральными коллаген- и кератинсодержащими материалами.
-
Установление зависимостей изменения свойств материалов от характеристик ВЧ плазмы пониженного давления и закономерностей изменения формовочной способности комплексных материалов из натурального меха от режимов плазменной модификации.
-
Исследование процесса плазменного воздействия на основные материалы из натурального меха с целью интенсификации жидкостных процессов производства полуфабриката и повышения физико-механических показателей материалов и изделий из них.
-
Разработка новых, научно-обоснованных и высокоэффективных технологических процессов получения модифицированных материалов с заданными технологическими и эксплуатационными показателями на основе обработки их потоком плазмы ВЧ разряда и внедрение в меховую промышленность.
Методы исследований. В диссертационной работе для решения поставленных задач применен комплекс современных методик исследований. В качестве объектов исследования выбрана меховая и шубная овчина на разных стадиях производства: сухосоленое и мокросоленое сырье меховой овчины, полуфабрикат шубной овчины, облагороженная и необлагороженная меховая овчина. Для установления закономерностей влияния плазменной обработки на комплексные материалы, применяемые в производстве изделий из меха использовали следующие методы: ИК спектроскопия, рентгеноструктурный, рентгеноспектральный анализ, электронная микроскопия, электронно-парамагнитный резонанс (ЭПР), гравиметрический и комплекс стандартных методик оценки показателей мехового полуфабриката. Измерения показателей свойств материалов проводили в соответствии с существующей нормативно-технической документацией. Для исследования законов деформирования и формообразования мехового полуфабриката использовались современные методы механики деформируемого твердого тела.
Для решения поставленных задач по нахождению основных параметров потока плазмы, ответственных за модификацию свойств материалов использован измерительный комплекс, состоящий из калориметрической системы, образцового манометра и ротаметра типа РМ-3, компрессионного вакуумметра, электронносчетного частотомера ЧЗ-44, электростатического киловольтметра С-50, магнитного зонда, электрического зонда, пояса Роговского, анализатора энергии ионов, голографического интерферометра, модифицированной трубки Пито.
Результаты экспериментальных исследований обрабатывались с применением методов математической статистики. Теоретическое исследование процесса взаимодействия материалов меховой промышленности с низкотемпературной неравновесной плазмой проводилось путем математического моделирования. Погрешность результатов оценивалась с помощью методов статистической обработки экспериментальных данных при доверительной вероятности 0,95.
Научная новизна работы заключается в следующем:
-
Впервые разработаны научно-технологические основы создания новых комплексных материалов для производства изделий из меха с повышенной формовочной способностью за счет обработки их ВЧ плазмой пониженного давления.
-
Впервые разработаны физическая и математическая модели процесса обработки материалов меховой промышленности ВЧ плазмой пониженного давления, с помощью которых исследовано влияние волосяного покрова меха на основные факторы плазменного воздействия. Установлено, что модификация кожевой ткани происходит за счет обработки ее потоком ионов с энергией до 100 эВ, при этом 90% ионов плазмообразующего газа, поступающих из плазмы, достигают поверхности кожевой ткани без потери энергии и без задержки на волосяном покрове.
-
Впервые установлено, что за счет модификации структуры коллаген-, кератинсодержащего материала, приводящей к дополнительному упорядочению структурных элементов в результате воздействия ВЧ плазмы пониженного давления, повышается пластичность материалов из натурального меха, применяемых в производстве изделий из меха, что увеличивает их формовочную способность.
-
Установлено, что плазменная обработка позволяет улучшить микробиологическое состояние шкуры и повысить биостойкость полуфабриката, что способствует повышению эксплуатационных и технологических характеристик мехового полуфабриката.
-
Впервые показано, что наиболее эффективно использовать ВЧ плазменную обработку в технологических процессах мехового производства, скорость которых, в первую очередь, определяется диффузией реагентов (дубителя, красителя, воды и растворов солей, кислот и оснований) вглубь материала.
-
Установлено, что плазменная обработка не вызывает деструкции и конфигурационных изменений коллагена, а приводит к расщеплению пучков волокон коллагена и конформационным изменениям микроструктуры, которые выражаются в разрыве слабых межфибриллярных водородных связей в приповерхностных слоях, прилегающих к порам, и повышении химической активности за счет образования свободных групп.
-
Предложен новый метод повышения формовочной способности деталей одежды из натурального меха с использованием потока плазмы ВЧ разряда пониженного давления, обеспечивающего получение их заданной формы при сохранении эластичности материала.
-
Впервые установлено, что плазменная обработка пакета материалов, включающих меховой полуфабрикат и прокладочные материалы, позволяет увеличить формоустойчивость изделий в процессе хранения и эксплуатации.
Практическая значимость работы:
- в результате обработки ВЧ плазмой пониженного давления мехового полуфабриката и изделий из него повышается ее формоустойчивость, что удлиняет срок службы, причем эффект плазменной обработки в течение первых 12 недель уменьшается на 3–4 %, затем стабилизируется и не изменяется.
- установлены оптимальные параметры плазменной обработки, позволяющие в 1,5 – 2 раза интенсифицировать подготовительные жидкостные процессы мехового производства в 1,5 – 2 раза. После отмоки обводненность кожевой ткани, по сравнению с контрольным, повышается на 13%, бактериальность - снижается в 8 раз; после пикелевания обеспечивается наилучшее разрыхление кожевой ткани, характеризующееся снижением температуры сваривания - на 20С и увеличением количества поглощенной кислоты - на 10%.
- установлено, что при воздействии на волосяной покров овчины ВЧ – плазмой пониженного давления с последующим проведением процесса крашения различными классами красителей, остаточная концентрация ванны крашения по сравнению с остаточной концентрацией образцов не подверженных плазменному воздействию, меньше на 52 – 85 % у кислотных красителей, на 22 - 41% у активных красителей, остаточная относительная оптическая плотность раствора крашения у окисляемых красителей меньше на 26 - 53 % .
- установлено, что при воздействии на волосяной покров овчины ВЧ – плазмой пониженного давления перед проведением процесса крашения различными классами красителей улучшаются следующие эксплутационные свойства полуфабриката: устойчивость окраски к сухому трению увеличивается при крашении кислотными красителями на 0,5 – 1,5 балла, при крашении активными красителями на 0,5 балла, при крашении окисляемыми на 0,5 - 1, 0 балла; устойчивость окраски волосяного покрова к экстрагированию в растворителях увеличивается: в ацетоне на 1-50 %, 40 – 44 %, 13 – 45 %; в перхлорэтилене на 3 –14 %, на 17 – 40 %, 5 – 33 % соответственно при крашении кислотными, активными и окисляемыми красителями, при этом не происходит снижения прочности кожевой ткани на растяжение.
- усовершенствован метод определения деформационных характеристик мехового полуфабриката и пакета материалов для изделий из меха с использованием датчика линейных перемещений, обеспечивающий более точное прогнозирование формоустойчивости деталей из натурального меха.
- разработана опытно-промышленная ВЧ плазменная установка, позволяющая проводить обработку деталей из натурального меха с целью улучшения эксплуатационных и технологических характеристик готового изделия.
Таким образом, диссертационная работа представляет собой научно-обоснованные технологические разработки, обеспечивающие решение ряда важнейших прикладных задач меховой промышленности, имеющих большое народно-хозяйственное и социальное значение и заключающихся в создании новых материалов из натурального меха с новыми заданными свойствами с помощью потока плазмы ВЧ разряда пониженного давления для улучшения формовочной способности материалов и формоустойчивости изделий из них.
На защиту выносятся:
-
Научно-технологические основы разработки комплексных материалов меховой промышленности с повышенной формоустойчивостью и основные закономерности повышения формовочной способности материалов из натурального меха, применяемых в производстве изделий из меха, в результате воздействия на них потока плазмы ВЧ разряда пониженного давления.
-
Результаты экспериментальных исследований эксплуатационных и технологических характеристик натурального меха с применением обработки потоком плазмы ВЧ разряда пониженного давления на разных стадиях производства.
-
Результаты теоретических исследований, устанавливающие, что модификация кожевой ткани происходит за счет обработки ее потоком ионов с энергией до 100 эВ, при этом 90% ионов плазмообразующего газа, поступающих из плазмы, достигают поверхности кожевой ткани без задержки волосяным покровом меха и потерь энергии.
-
Результаты экспериментальных исследований, показывающие, что плазменная обработка не вызывает деструкции и конфигурационных изменений коллагена, а приводит к расщеплению пучков волокон коллагена и конформационным изменениям микроструктуры, которые выражаются в разрыве слабых межфибриллярных водородных связей в приповерхностных слоях, прилегающих к порам, и повышении химической активности за счет образования свободных групп.
-
Разработаны рекомендации для применения плазменной обработки в отделочных процессах производства основных материалов из натурального меха.
-
Разработаны технологические процессы нейтрализации, протравления и крашения волосяного покрова кислотными, активными и окисляемыми красителями с предварительной обработкой полуфабриката меховой и шубной овчины ВЧ – плазмой пониженного давления.
Достоверность проведенных исследований. Достоверность и обоснованность научных положений, результатов и выводов обеспечивается: использованием современных аттестационных измерительных средств и апробированных методик испытаний согласно ГОСТам; анализом точности измерений; согласованностью теоретических результатов с собственными экспериментальными данными и данными эксперимента и теоретического расчета из литературных источников; использованием апробированных базовых методов математического моделирования и допущений, основанных на фундаментальных законах, а также современных численных методов решения физических задач.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на Плехановских чтениях «Концепция развития экономической самостоятельности регионов и их производственных структурных формирований» (Москва 1990), «Рынок: проблемы становления и развития» (Москва 1992), «Развитие экономических реформ в России» (Москва 1994), «Экономическое возрождение России» (Москва 1995), «Структурная перестройка и экономический рост» (Москва 1997), Международной научно-практической конференции «Формование и формоустойчивость материалов и изделий легкой промышленности (Москва 1996), Международной научно-практической конференции «Коммерческое дело в России: история, современное состояние, будущее» (Москва 1999), 2 Международной конференции «Развитие меховой промышленности России» (Москва 2000), «Современные проблемы текстильной и легкой промышленности», Межвузовской научно-практической конференции (Москва 2000), Международной научной конференции «Projektowanie, mate riali, technologia skory, odziezy I obuwia» (Радом, Польша.2000), II Международной конференции «Легкая промышленность-хром в коже», (Радом 2003), Международной конференции «Развитие российского рынка товаров и услуг для государственных нужд» РЭА им. Г.В. Плеханова (Москва 2008), Международной конференции «Innovations in clothes and Footwear» (Польша, Радом 2010), Международной конференции «Innovations materials & technologies in made-up textile articles and Footwear» (Польша, Лодзь 2008), научно-практической конференции «Защита потребительского рынка от некачественных и фальсифицированных товаров» (Москва 2009), научно-практической конференции «Внешнеэкономическая стратегия России в условиях посткризисного развития мирового хозяйства» (Москва 2010).
Основные результаты изложены в 40 публикациях, в том числе в рецензируемых научных журналах, рекомендованных ВАК для опубликования результатов докторской диссертации – 13, 2 монографиях.
Личный вклад автора в опубликованных в соавторстве работах состоит в постановке цели и задач исследований, выборе методики эксперимента, непосредственном участии в их проведении, анализе и обобщении экспериментальных результатов, в разработке физической модели процессов обработки и формулировке выводов. Вклад автора является решающим на всех стадиях работы.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 6 глав, выводов, библиографии (282 наименования) и приложения. Изложена на 297 страницах машинописного текста, содержит 103 рисунка и 73 таблицы.
Похожие диссертации на Регулирование потребительских свойств материалов меховой промышленности с применением неравновесной низкотемпературной плазмы
