Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ современного состояния проблемы повышения качества и эксплуатационной надежности одежды из меха 11
1.1 Теоретические аспекты износа изделий из меха 11
1.2 Теоретические предпосылки модификации материалов легкой промышленности - как эффективного способа комплексного улучшения свойств изделий 33
1.2.1 Сравнительная характеристика традиционных методов обработки материалов легкой промышленности и электрофизических методов активации 33
1.2.2 Анализ процессов взаимодействия низкотемпературной плазмы ВЧЕ-разряда пониженного давления с материалами легкой промышленности 39
1.2.3 Анализ технологических процессов модификации изделий легкой промышленности с помощью плазменной обработки 50
1.3 Анализ работ по прогнозированию свойств материалов легкой промышленности 52
Выводы 61
Глава 2. Теоретические и эксперимерггалъные исследования по обоснованию целесообразности и возможности комплексного улучшения свойств мехового полуфабриката с помощью низкотемпературной плазмы ВЧЕ-разряда пониженного давления 63
2.1 Объекты исследования. Методы и средства определения свойств мехового полуфабриката 64
2.2 Исследование влияния низкотемпературной плазмы ВЧЕ-разряда пониженного давления на изменение физико- механических свойств кожевой ткани и показателей износостойкости волосяного покрова мехового полуфабриката 70
2.2.1 Исследование изменения физико-механических свойств поверхности мехового полуфабриката 70
2.2.2 Исследование влияния плазменной обработки на изменение показателей износостойкости волосяного покрова меха нутрии 76
2.2.3 Исследование воздействия потока плазмы ВЧЕ-разряда пониженного давления на изменение показателей износостойкости мехового полуфабриката кролика 91
2.3 Изучение плазмофизического аспекта воздействия потока низкотемпературной плазмы ВЧЕ-разряда пониженного давления на структуру мехового полуфабриката 95
Выводы 104
Глава 3. Разработка и исследование способа повышения износостойкости одежды из меха с повышенной теклостью волоса 106
3.1 Разработка условий формирования требуемых свойств поверхности мехового полуфабриката 106
3.2 Выбор оптимальных параметров плазменной обработки для повышения износостойкости одежды из меха 109
3.3 Разработка способа повышения износостойкости меховых изделий с использованием низкотемпературной плазмы ВЧЕ-разряда пониженного давления 116
Выводы 119
Глава 4. Разработка и исследование расчетных методов прогнозирования эксплуатационных свойств изделий из меха 120
4.1 Исследование устойчивости эффекта модификации мехового полуфабриката 120
4.2 Исследование влияния технологических факторов плазменной обработки на изменение эксплуатационных свойств меха кролика 124
4.3 Разработка расчетного метода определения оптимальных параметров плазменной обработки изделий из различных видов меха 129
4.4 Прогнозирование эксплуатационных свойств меховых изделий 136
Выводы 142
Глава 5. Разработка технологического процесса модификации и изготовления изделий из меха с помощью высокочастотной плазменной обработки 143
5.1 Исследование влияния плазменной обработки на устойчивость меха к светостарению 143
5.2 Разработка технологических процессов модификации и изготовления меховых изделий 152
5.3 Промышленная апробация нового метода плазменной обработки мехового полуфабриката 162
5.4 Расчет экономической эффективности от внедрения метода плазменной обработки мехового полуфабриката при изготовлении одежды из меха 165
Выводы 170
Заключение 171
Список литературы 173
Приложения 188
- Сравнительная характеристика традиционных методов обработки материалов легкой промышленности и электрофизических методов активации
- Исследование влияния низкотемпературной плазмы ВЧЕ-разряда пониженного давления на изменение физико- механических свойств кожевой ткани и показателей износостойкости волосяного покрова мехового полуфабриката
- Выбор оптимальных параметров плазменной обработки для повышения износостойкости одежды из меха
- Исследование влияния технологических факторов плазменной обработки на изменение эксплуатационных свойств меха кролика
Введение к работе
Одной из основных задач мехового производства является повышение качества и конкурентоспособности продукции за счет увеличения эксплуатационной надежности (срока службы), улучшения эстетических показателей и других потребительских свойств одежды из меха. Решение этой задачи тесно связано с совершенствованием технологии обработки мехового полуфабриката и, в частности, с созданием требуемых показателей качества поверхностных слоев, так как именно они в процессе эксплуатации изделия подвергаются внешним воздействиям и определяют его срок службы.
Несмотря на существенные изменения в технологии мехового
производства, произошедшие за последние десятилетия, оно все еще остается
энергоемким, трудоемким и экологически вредным. Более того,
существенным недостатком традиционных методов обработки является то,
1 что изменение в заданную сторону одного свойства сопровождается, как
в правило, ухудшением других параметров материала, поэтому эффективность
этих методов относительно невысока.
Из многообразия существующих методов модификации материалов легкой промышленности в последние годы все шире применяются электрофизические методы как наиболее эффективные и экономичные, а в некоторых случаях и единственно возможные способы обработки поверхности. В частности, наиболее широкое практическое применение нашла неравновесная низкотемпературная плазма (ННТП) ВЧЕ-разряда пониженного давления. Отличительной особенностью этого метода является возможность обработки материалов различной природы с любыми свойствами без изменения их химического состава.
Применение неравновесной низкотемпературной плазмы пониженного
» давления позволит добиться комплексного улучшения и регулирования
эксплуатационных свойств меха, что даст возможность получить меховой
полуфабрикат с качественно новыми свойствами, а также обеспечит
изготовление изделий с повышенной эксплуатационной надежностью и увеличенным сроком службы при одновременной экономии дефицитного и дорогостоящего сырья. Однако отсутствие разработок в области физической модификации поверхности мехового полуфабриката, а также недостаточный объем теоретических исследований закономерностей изменения комплекса свойств одежды из меха в зависимости от технологических параметров плазмы сдерживает внедрение плазменной технологии в производство меховой продукции.
Проведение научных исследований по разработке перспективного способа повышения износостойкости мехового полуфабриката с применением низкотемпературной плазмы ВЧЕ-разряда позволит перейти к созданию ресурсосберегающей, экологически чистой технологии производства высококачественных меховых изделий повышенной эксплуатационной надежности.
Целью работы является разработка и исследование эффективного, экологически чистого метода плазменной обработки мехового полуфабриката для комплексного улучшения и регулирования его свойств, позволяющего существенно повысить качество и эксплуатационную надежность изделий из меха.
Для достижения поставленной цели в работе решены следующие задачи:
обоснование принципиальной возможности модификации и комплексного улучшения свойств меха с помощью потока плазмы ВЧЕ-разряда пониженного давления с целью повышения срока службы и сохранения первоначального внешнего вида одежды из меха;
исследование механизма и динамики изменения свойств меха при его взаимодействии с низкотемпературной плазмой пониженного давления;
теоретические исследования закономерностей формирования основных параметров процесса модификации; установление оптимальных режимов плазменной обработки;
разработка метода плазменной обработки для повышения износостойкости меховой одежды, обладающей повышенной теклостью волосяного покрова;
разработка расчетного метода прогнозирования изменения свойств разных видов меха в зависимости от параметров плазменного воздействия;
разработка перспективных технологических процессов модификации и изготовления изделий с применением плазменной обработки меховых скроев;
промышленная апробация основных результатов работы и расчет экономической эффективности.
Методы исследований. В диссертационной работе для решения поставленных задач использованы современные и стандартные методики.
С целью установления влияния высокочастотной плазмы пониженного давления на характеристики модифицированного мехового полуфабриката использовались лабораторные методы исследования структуры и физико-механических свойств натурального меха, а также гостированные методы испытаний. Для установления закономерностей шменения характеристик структуры кожевой ткани и волосяного покрова мехового полуфабриката использован рентгеноструктурный анализ (РГСА). Исследования микроструктуры поверхности меха проводились с помощью методов электронной и оптической микроскопии.
Для обработки результатов исследований и измерений применены методы математической статистики, планіфования эксперимента, а также методы регрессионного анализа.
Научная новизна работы заключается в научно обоснованном подходе к решению вопросов повышения качества меховых изделий; в теоретическом обосновании возможности придания поверхности мехового полуфабриката новых, заранее заданных свойств, позволяющих повысить эксплуатационную надежность меховых изделий за счет использования современных электрофизических методов воздействия, а именно:
впервые установлено, что обработка поверхности мехового
» полуфабриката потоком плазмы ВЧ-разряда пониженного давления
приводит к существенному комплексному улучшению показателей его »
эксплуатационных свойств;
установлен механизм взаимодействия низкотемпературной плазмы с
поверхностью мехового полуфабриката, раскрывающий сущность и
закономерности формирования требуемых характеристик качества
меховых изделий;
получены аналитические зависимости, адекватно описывающие процесс
взаимодействия ВЧ плазмы пониженного давления с меховым
полуфабрикатом; построены поверхности функций отклика и их сечения,
позволяющие установить оптимальные значения параметров обработки
для конкретных видов меха;
теоретически обоснован и разработан метод активации поверхности
* мехового полуфабриката для предания требуемых свойств и повышения
износостойкости меховой одежды из разных видов меха;
разработан расчетный метод прогнозирования эксплуатационных свойств мехового полуфабриката. Таким образом, получены новые результаты, определяющие в современных условиях основные направления производства конкурентоспособных изделий из меха с заданными характеристиками качества и эксплуатационной надежности при экономии дефицитного натурального сырья и интенсификации производственных процессов.
Практическая значимость. Результаты теоретических исследований позволили:
- определить оптимальные параметры потока ВЧЕ-разряда пониженного давления, обеспечивающие комплексное улучшение эксплуатационных
свойств меха; установить возможность регулирования свойств мехового
полуфабриката путем варьирования обобщенных характеристик НТП;
- разработать метода теоретического расчета и прогнозирования
> характеристик износостойкости меховой одежды в зависимости от
параметров плазмы;
предложить эффективные, экологически чистые технологические процессы модификации и изготовления изделий из текловолосого меха с повышенным сроком службы, создающие условия для экономии сырья, облегчения труда рабочих и интенсификации процессов производства;
разработать рекомендации для промышленного применения высокочастотной плазмы пониженного давления при производстве меховых изделий из разных видов меха;
получить образцы мехового полуфабриката с повышенными показателями износостойкости.
Связь работы с научными программами, планами, темами. Работа
выполнена в рамках НИР по единому заказ-наряду 64.33.13, 50.5: «Разработка
теоретических основ повышения эксплуатационной надежности одежды из
t натурального меха с использованием низкотемпературной плазменной
обработки» (2003-2004 гг.).
Апробация и реализация результатов работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и получили положительную оценку на всероссийской научно-технической конференции «Проблемы экономики и прогрессивные технологии в текстильной, легкой и полиграфической отраслях промышленности» (г. Санкт-Петербург, 2004 г.); на межвузовской научно-технической конференции «Современные проблемы текстильной и легкой промышленности» (г. Москва, 2004 г.).
Результаты и материалы исследований использованы в учебном
процессе МГУДТ при выполнении дипломных, магистровских и научно-
исследовательских работ студентов специальности 28.08.00 «Технология
» швейных изделий».
Промышленная апробация нового способа износоустойчивой обработки с использованием низкотемпературной плазмы ВЧЕ-разряда пониженного
давления проводилась на предприятиях ОАО «Мелита» (г. Казань), ООО ТПТ «Норд» (г. Слободской Кировской области).
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 5 печатных работ, получено положительное решение по заявке на изобретение №2004135889 от 8.12.2004 г.
Сравнительная характеристика традиционных методов обработки материалов легкой промышленности и электрофизических методов активации
Проблема повышения качества и эксплуатационной надежности одежды, в том числе и меховой, всегда будет оставаться актуальной в связи с появлением новых открытий, достижений, изменения требований к одежде. В настоящей работе поиск путей повышения качества меховой одежды связан, в первую очередь, с увеличением ее износостойкости (срока службы), в частности, со снижением теклости волосяного покрова и улучшением комплекса потребительских свойств.
Системный анализ технической литературы по данному вопросу позволил выделить этапы жизненного цикла мехового полуфабриката - от жизни зверька, его убоя, а также выделку шкурок, которые являются определяющими для возникновения и усугубления порока теклости волоса. С ними связаны и способы, решающие в той или иной мере эту проблему. Существующие в настоящее время способы повышения износостойкости меховых шкурок представлены на рисунке 1.7.
Как отмечалось ранее, шкуры ряда зверей обладают повышенной «теклостью» в силу природных особенностей строения волосяного покрова и кожевой ткани, в связи с этим, проводятся многочисленные исследования по определению оптимальной последовательности обработки шкур, установлению режимов технологических операций выделки, крашения и заключительной отделки /34, 38-46/. Коротко остановимся на наиболее интересных работах. Одним из направлений совершенствования технологии переработки текловолосых шкурок является полное или частичное восстановление прочности связи волос с кожным покровом путем использования формальдегидов, хлористого цинка, некоторых солей кремнефтористой кислоты, комплексонов и комплексонатов металлов и др. на различных этапах выделки /47/.
Способы повышения износостойкости меховых шкурок Рядом авторов /32, 38/ предлагается для повышения прочности закрепления волос в дерме, в действующую технологическую карту на обработку шкурок ондатры ввести условия отмоки с применением формалина, так как использование для этого серной, уксусной кислоты, поливинилового спирта и алюминиевых квасцов в растворе отмочной ванны и пикеля не создает условий для закрепления прочности связи волоса с дермой. После обработки шкурок металлическими солями повысилась прочность волоса на истирание, а в результате химического обезжиривания свойлачивание волосяного покрова меховых шкурок снизилось на 81%.
Зарубежные фирмы также проводят работы по повышению прочности связи волоса с дермой. Фирма Stockhauzen рекомендует проводить отмоку с бактерицидным действием Tetrapol MZ /48/. Предлагается совмещать процессы пикелевания и жирования, что даст возможность облегчить проведение последующего мездрения. Для обезжиривания фирма разработала препарат корректол WD и корректол L 352 и ферментный препарат фульгран АРС. Эти препараты позволяют достичь хорошей степени разволокнения кожевой ткани без опасения появления теклости.
Модификация волосяного покрова возможна путем прививки акриламида /49, 50/. Установление оптимальных условий прививки позволило разработать технологию обработки шкурок, обеспечивающую повышение прочности связи волоса с кожевой тканью на 40%, уменьшение истираемости волоса на 30%, сминаемости на 20%. За счет модификации кератина также повышена устойчивость волосяного покрова к фотохимическому воздействию.
Кроме выше перечисленных способов в литературе рассматривается возможность применения у-облучения меховых шкурок определенными дозами. Испытания проводились на шкурках кролика 1 сорта пресносухого консервирования на установке с радиоактивным источником. Проведенные исследования показали, что при дозах у-облучения 0,1-0,3 Мрад происходит значительное структурирование, которое проявляется в повышении химической устойчивости волоса, прочности связи волоса с кожевой тканью, увеличении нагрузки при разрыве волоса и некотором повышении предела прочности при растяжении /51, 52/. Однако использование этого метода осложняется вредным воздействием у-облучения на человека, а также наличием специального дорогого оборудования /53, 54/.
Практически все перечисленные способы имеют ограниченное применение и решают задачу повышения прочности связи волосяного покрова с дермой лишь на этапах выделки шкурок. В процессе обработки пушно-меховое сырье подвергается воздействию целого ряда химических материалов: кислот, дубителей, красителей, поверхностно-активных веществ, растворителей и пр. Применяемые реагенты могут значительно повысить эффективность переработки текловолосых мехов, но не решают проблему полностью.
Одним из путей улучшения качества мехового полуфабриката может быть применение в производстве пушно-меховых полуфабрикатов синтетических, пленкообразующих полимеров /55-57/.
Практическая ценность при введении полимеров в меховую шкуру -придание ей новых, заранее заданных свойств. Кожа и мех, выработанные с применением синтетических полимеров, обладают низкой водопроницаемостью, равномерной плотностью по топографическим участкам, повышенной устойчивостью к действию химических реагентов и микроорганизмов, высокой прочностью лицевого слоя, повышенной шлифуемостью, устойчивостью волосяного покрова к истиранию, к действию факторов «светопогоды» в процессе эксплуатации или хранения изделия /58-61/.
Исследование влияния низкотемпературной плазмы ВЧЕ-разряда пониженного давления на изменение физико- механических свойств кожевой ткани и показателей износостойкости волосяного покрова мехового полуфабриката
Качество мехового изделия зависит от многих показателей, среди которых физико-механические свойства кожевой ткани шкурок занимают одно из у первых мест, и определяют возможность превращения мехового полуфабриката % в изделие, экономное его использование, предъявляемые к нему гигиенические и эстетические требования /4,101/. В связи с этим, целью эксперимента являлось исследование влияния плазменной обработки на изменение основных показателей физико-механических свойств кожевой ткани мехового полуфабриката, определяющие его износостойкость. Это, прежде всего, толщина, температура сваривания, пористость, предел прочности и относительное удлинение кожевой ткани при разрыве.
Особенности структуры кожевой ткани меха обусловливают значительную изменчивость показателей физико-механических свойств различных топографических участков одной меховой шкурки, разных единиц полуфабриката или его партий. Поэтому для того, чтобы уменьшить разброс исследуемых показателей все испытания проводились на шкурках одной партии, отвечающих по показателям качества требованиям ГОСТ 12133-86 «Шкурки нутрий выделанные» /117/. Для испытаний были отобраны шкурки нутрии, из которых были вырублены (вырезаны) образцы, строго определенных форм и размеров в соответствии со стандартами на каждое конкретное испытание.
Основные экспериментальные результаты получены с помощью комплекса испытаний кожевой ткани мехового полуфабриката нутрии, прошедшего плазменную обработку по стандартным методикам /120, 122, 123/. Полученные результаты сопоставлялись с данными мехового полуфабриката не прошедшего плазменную обработку и представлены в таблице 2.1.
В результате плазменной обработки наблюдается как повышение (10-37%), так и снижение (5-21%) предела прочности кожевой ткани при растяжении относительно контрольного образца (рис. 2.1), что обусловлено степенью воздействия варьируемых параметров низкотемпературной плазмы на структурные изменения кожевой ткани.
Анализ результатов экспериментальных исследований показал, что наилучший результат достигается при 4 режиме обработки (1А = 0,60 A, G = 0,03 г/с, t = 5 мин); при 5 режиме (1А = 0,45 A, G = 0,03 г/с, t = 1 мин) - происходит значительное снижение исследуемого показателя относительно контрольного образца на 21%. Увеличение прочности кожевой ткани скорее всего связано с повышением жесткости структурных элементов дермы после воздействия НТП. Одновременно с изменением предела прочности кожевой ткани происходит изменение ее способности к деформации растяжения. В зависимости от параметров плазмы может происходить как увеличение (2-22%), так и уменьшение (22-29%) относительного удлинения кожевой ткани при растяжении (рис.2.1). Наибольшее повышение данного показателя происходит при 4 режиме (1А = 0,60 A, G = 0,03 г/с, t = 5 мин) плазменной обработки; ухудшение - при 2 режиме (1А = 0,60 A, G = 0,03 г/с, t = 1 мин).
Уменьшение значений относительного удлинения можно объяснить тем, что удлинение является результатом необратимых перемещений структурных элементов дермы относительно друг друга. При этом происходит распрямление отдельных участков пучков волокон. Под воздействием ВЧЕ-разряда плазмы пониженного давления структурные элементы кожи в определенной степени ориентируются, что способствует повышению прочности дермы, следовательно, дальнейшая их ориентация при растяжении должна уменьшится, что и соответствует данным эксперимента. Увеличение удлинения связано вероятнее всего с ослаблением межпучковых связей структурных элементов коллагена.
Увеличение способности пучков волокон к определенной ориентации также связано с разрыхлением структуры и ростом ее пористости: чем больше разделены волокна коллагена, тем больше пористость дермы, о чем свидетельствуют экспериментальные данные (таблица 2.1).
Увеличение пористости дермы происходит при всех режимах плазменной обработки на 3 - 18% по отношению к контрольному образцу меха (рис. 2.2). Увеличение пористости и разрыхленности уменьшает компактность переплетения структурных элементов кожи (волокон и пучков волокон), увеличивает их подвижность и способность к перемещению под влиянием изгибающих сил, это делает кожу более мягкой и тягучей.
Исследуя влияние параметров плазмы на изменение показателей кожевой ткани, выявлено, что наиболее значимыми являются сила тока на аноде генераторной лампы и расход плазмообразующего газа плазмы ВЧЕ-разряда пониженного давления. При увеличении 1А И G происходит повышение предела прочности кожевой ткани и ее температуры сваривания, дерма становится более плотная, уменьшается ее пористость и относительное удлинение. Наиболее рациональный режим НТП, при котором происходит одновременное увеличение всех показателей кожевой ткани опытного образца относительно контрольного, является 6 (1А = 0,60 A, t = 1 мин, G = 0,05 г/с).
При уменьшении параметров плазмы поверхность опытных образцов разрыхляется, повышается пористость и относительное удлинение, но при этом незначительно уменьшается температура сваривания коллагена и предел прочности кожевой ткани (21%), что неблагоприятно может сказаться на формоустойчивости изделия и его товарном виде. Однако в настоящее время существует достаточно эффективный способ упрочнения деталей скроя мехового изделия при использовании хорошо зарекомендовавшие себя способы адгезионных методов соединения и перспективных клеевых прокладочных материалов /65/.
Таким образом, варьируя обобщенными параметрами плазменной обработки, можно существенно изменять в ту или иную сторону значения показателей свойств кожевой ткани в зависимости от вида меха, исходных требований к изделию и целей. В частности, при необходимости повышения прочности кожевой ткани некоторых низкозачетных видов меха (суслик, крот, кролик и т.д.) плазменная обработка способна повысить данное свойство и содержит потенциальную возможность для решения данной проблемы. Тем самым, расширяется сырьевая база меховой промышленности. Если необходимо повысить пластическое удлинение плотной, достаточно толстой кожевой ткани например, у овчины, каракуля, нутрии и т.д., использование плазмы позволяет добиться этого эффекта, тем самым увеличивая ее пластичность и выход полезной площади.
Выбор оптимальных параметров плазменной обработки для повышения износостойкости одежды из меха
Таким образом, для каждого показателя износостойкости волосяного покрова и физико-механических свойств кожевой ткани меховых шкурок нутрии существует оптимальный режим плазменной обработки. Установленные режимы НТП позволяют получить меховой полуфабрикат с улучшенными показателями эксплуатационных свойств.
На рисунке 3.1 показана зависимость истираемости волосяного покрова мехового полуфабриката нутрии после 13000 циклов трения после плазменной обработки при фиксированном значении расхода газа равном 0,05 г/с от времени воздействия плазмы и силы тока.
Другие изображения поверхностей отклика не отличаются принципиально от данной и не представляют особой ценности.
Полученные регрессионные модели позволяют исследовать влияние каждого параметра или нескольких параметров на показатели свойств мехового полуфабриката, а также, предсказать значения исследуемых свойств при любых значениях параметров плазменной обработки внутри заданных диапазонов. Как показывают результаты проведенных экспериментальных исследований, параметры установки достаточно тесно взаимосвязаны.
Зависимость истираемости волосяного покрова мехового полуфабриката нутрии при фиксированном значении расхода газа равном 0,05 г/с от времени воздействия плазмы и силы тока
На основании анализа элементарных процессов взаимодействия ВЧ плазмы с капиллярно-пористыми телами /86-101/, результатов экспериментальных и теоретических исследований установлено, что наиболее значимым фактором плазменной обработки является совмещенное действие расхода плазмообразующего газа и силы тока.
Эффективность плазменной обработки определяется потоком ионов - их концентрацией, а, следовательно, и степенью ионизации плазмы /83-85/. Диапазон концентрации ионов достаточно просто регулируется входными параметрами установки G и 1А. Поэтому существует оптимальный диапазон расхода плазмообразующего газа G = 0,03-0,12 г/с и силы тока анода IA = 0,3-0,8 А при которых степень ионизации максимальна, а распределение концентрации заряженных частиц наиболее однородно. Зависимость плазменного эффекта от расхода плазмообразующего газа обусловлена изменением концентрации и средней энергии частиц, а, следовательно, потенциала образца в потоке плазмы, обтекающем поверхность изделия.
Следовательно, наибольшее влияние на равномерность обработки поверхности мехового полуфабриката оказывают расход плазмообразующего газа и сила тока, что подтверждается результатами экспериментальных исследований.
Для решения задач оптимизации параметров плазменной обработки по критериям показателей износостойкости мехового полуфабриката (в случае их одновременного улучшения) использован метод Хука-Дживса /133/, позволяющий, по полученным на его основе геометрическим моделям процесса НТП, определять область, в которой показатели поверхности меха достигают своих оптимальных значений. Решение данной задачи сводиться к определению значимости каждого показателя износостойкости, обеспечивающего требуемые свойства мехового полуфабриката. Вычисляются модельные значения каждого параметра в центре масс такой системы.
Установленные оптимальные значения параметров плазменной обработки позволяют получить новое сочетание свойств: добиться повышения прочности связи волосяного покрова с кожевой тканью при одновременном повышении упругости, устойчивости меха к истиранию, к воздействиям изгибов и растяжения.
Таким образом, в результате плазменной обработки получены образцы мехового полуфабриката с повышенными показателями износостойкости, что позволит вплотную подойти к созданию эффективных, экологически чистых технологических процессов изготовления изделий из текловолосого меха на основании нового способа модификации поверхности мехового полуфабриката потоком плазмы высокочастотных струйных разрядов пониженного давления.
В настоящее время в меховом производстве остается актуальной проблема повышения качества выпускаемой продукции.
Традиционные методы (механической, физико-химической и химической модификации), используемые для решения конкретных технологических задач производства по улучшению качества исчерпали себя, так как часто при достижении необходимого эффекта происходит снижение ряда характеристик других свойств. Концентрированные потоки энергии, являясь современным инструментом направленного изменения параметров мехового полуфабриката, позволяют придать обрабатываемой поверхности уникальные свойств, недостижимые другими способами. Плазмешшй поток, являясь эффективным способом воздействия, позволяет решать задачи, охватывающие целый ряд проблем, возникающих при изготовлении и эксплуатации изделий.
В данном разделе предлагается способ повышения качества и срока службы мехового изделия на стадии изготовления за счет комплексного улучшения эксплуатационных свойств мехового полуфабриката обработкой потоком заряженных частиц (до 100 эВ) низкотемпературной плазмы высокочастотного емкостного разряда пониженного давления при установленных оптимальных значениях параметров воздействия: 1А = 0,45 A, t = 1 мин, G = 0,05 г/с. При этом давление в вакуумной камере составляет 25 Па, частота генератора 13,56 МГц. В качестве плазмообразующего газа используют аргон.
Исследование влияния технологических факторов плазменной обработки на изменение эксплуатационных свойств меха кролика
Для возможности прогнозирования эксплуатационных свойств меховых изделий из разных видов меха в качестве дополнительной экспериментальной точки использовались выделанные некрашеные меховые шкурки кролика.
На основании изложенного выше (пункт 3.2) метода нахождения оптимальных значений параметров плазменной обработки с помощью простейшей нелинейной модели (уравнение 3.2) находим оптимальные значения для эксплуатационных свойств мехового полуфабриката кролика.
Расчетная матрица и результаты экспериментальных исследований показателей износостойкости мехового полуфабриката кролика приведены в таблице. 4.3.
Введя весовые коэффициенты pi = 0,96, pt = 1, к- 2, 3,4, 5 по формуле (3.11) получим единые оптимальные значения параметров НТП для всех семи показателей износостойкости волосяного покрова мехового полуфабриката кролика: - сила тока на аноде генераторной лампы к = 0,45 A (Xi); - время воздействия плазмы t = 5 мин (Л5); - расход плазмообразующего газа G = 0,03 г/с (Хз). Оптимальные значения показателей износостойкости мехового полуфабриката кролика, обработанного при оптимальных условиях плазменной обработки, следующие: - прочность связи волосяного покрова с кожевой ткань Yi(Xt ) =25,97 Н; - истираемость волосяного покрова Уг(Л/ ) = 26,7%; - прочность волоса при растяжении Уз(Х, ) 0,740 Н; - устойчивость волоса к многократному изгибу YA{XI ) = 550 количество изгибов до обрыва волоса; - коэффициент упругости волосяного покрова Ys{Xi ) 0,790; - предел прочности кожевой ткани при разрыве 7б(Х ) = 17 МПа; - относительное удлинение кожевой ткани при растяжении Yi(X-, ) =119%.
Полученные аналитические зависимости влияния плазмы пониженного давления на характеристики мехового полуфабриката, а также установленные оптимальные значения параметров плазменной обработки будут использованы в качестве исходной информации при разработке расчетного метода определения оптимальных режимов плазменной обработки для разных видов меха.
Цель разработки данного метода заключается в установлении без проведения экспериментальных исследований параметров плазменной обработки для заданного вида меха, обеспечивающих существенное улучшение комплекса показателей его свойств для решения конкретной технологической задачи, например для повышения износостойкости волосяного покрова мехового полуфабриката. Под заданным видом меха в настоящей работе понимается конкретный вид пушно-мехового полуфабриката, имеющий известные и легко определяемые показатели физико-механических свойств кожевой ткани, являющиеся одними из основных свойств, характеризующих качество меховых изделий. К основным физико-механическим свойствам 1 кожевой ткани относятся толщина, температура сваривания, пористость, плотность, а также предел прочности и относительное удлинение кожевой ткани при растяжении. Кроме этих показателей, известным по исследуемым двум объектам (нутрия и кролик), исходными данными служат и установленные в работе аналитические зависимости между показателями износостойкости и режимами плазменной обработки.
Для осуществления поставленной цели воспользуемся положениями аналитической геометрии /137-139/. Обозначим совокупность показателей структуры и физико-механических свойств кожевой ткани определенного пушно-мехового полуфабриката через (V,Ji, где і - выбранные показатели структуры и физико-механические свойства кожевой ткани заданного вида меха: толщина кожевой ткани на хребте, мм; пористость, %; температура сваривания, С; предел прочности кожевой ткани при растяжении, МПа; относительное удлинение кожевой ткани при разрыве, %; п - заданный вид меха. Количественные значения перечисленных 130 показателей определяют положение заданного вида меха в пространстве (в нашем случае оно пятимерное). Рассмотрим в пространстве две различные материальные точки. Назовем точкой Vj совокупность показателей кожевой ткани мехового полуфабриката нутрии, а точкой V2 - мехового полуфабриката кролика.
Возьмем любую произвольную точку Уз, отличающуюся по совокупности показателей кожевой ткани от точек Vi и Уг, для которой необходимо определить расчетным путем параметры плазменной обработки и показатели износостойкости волосяного покрова по аналогичным показателям мехов Vi и V2. Для этого найдем условно положение точки Уз в пятимерном пространстве при условии, что она находится на прямой, проходящей через точки Vi и Уг (рис. 4.1).
