МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ПЛАНИРОВАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТА И СТАТИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ

В главе проведен анализ метода модификация образцов тканей для спецодежды за счет воздействия потока «холодной» плазмы для создания композиционного текстильного материала. Рассматриваются теоретические исследования получения «холодной» плазмы для модификации текстильных материалов с управляемой микроструктурой. Представлено описание процессов, происходящих в потоке «холодной» плазмы пониженного давления.

Модификация потоком «холодной» плазмы

Создать конкурентоспособный новый композиционный материал (для спецодежды, спецобуви) возможно путями: применив новое оборудование, технологии обработки текстильных материалов, а также путями обработки химическими реагентами с целью придания им новых заданных свойств.

Как показали ранее проведенные исследования, эффективным современным инструментарием для решения указанной проблемы является модификация «холодной» плазмой. От газа в обычном смысле этого слова «холодная» плазма отличается тем, что часть ее атомов и молекул ионизирована, то есть газ, в котором значительная часть атомов или молекул ионизирована, называется плазмой.

Модифицирование в потоке «холодной» плазмы пониженного давления необходимо как для очистки поверхности экспериментальных образцов текстильных материалов от этих примесей, так и изменения поверхностных свойств текстильных материалов с целью создания КТМ.

Схема очистки потоком «холодной» плазмы поверхности экспериментальных образцов текстильных материалов, представлена на рис. 4.1.

Рис. 4.1. Очистка поверхности экспериментальных образцов текстильных материалов потоком «холодной» плазмы

В процессе модифицирования и химической реакции плазмообразующих газов с поверхности экспериментальных образцов текстильных материалов удаляются органические загрязнения. После модифицирования экспериментальных образцов потоком «холодной» плазмы, текстильные материалы становятся полностью чистыми от пуха, клея, земли и шлихтующих веществ.

Кроме того, данный вид воздействия, позволяет изменить поверхностные свойства материалов, не изменяя их объемных характеристик, что способствует улучшению их гидрофильности к пропиточным растворам, накрашиваемости, повышению адгезии к различным покрытиям (рис. 4.2).

Рис. 4.2. Плазменная активация поверхности образцов текстильных материалов потоком «холодной» плазмы

Таким образом, за счет плазменной активации поверхности потоком «холодной» плазмы появляется возможность получать образцы модифицированных тканей с принципиально новыми физико-химическими и физикомеханическими характеристиками.

Процесс плазменной полимеризации потоком «холодной» плазмы, схема которой представлена на рис. 4.3, происходит после стадии полной очистки поверхности экспериментальных образцов текстильных материалов и служит для получения наноповерхностей, которые остаются более или менее стабильными длительное время, при этом сохраняют гидрофобные свойствая. Это становится возможным благодаря модифицированию экспериментальных образцов текстильных материалов потоком «холодной» плазмы пониженного давления, происходящему в структуре новой поверхности, в которой увеличивается плотность поперечных сшивок и изменяется поверхностная энергия.

Рис.4.3. Плазменная полимеризация поверхности

экспериментальных образцов текстильных материалов потоком «холодной» плазмы для повышения гидрофобных свойств

Модифицирование потоком «холодной» плазмы пониженного давления образцов текстильных материалов специального назначения с повышенными гидрофобными и гигиеническими свойствами осуществлялось с использованием плазменной установки "ВАТТ 1500 Р/Р ПЛАЗМА 3". Данная установка предназначена для обработки рулонных тканей из натуральных и смесовых тканей в условиях вакуума. Она является однокамерной установкой периодического действия. Питание установки осуществлялось от сети переменного тока напряжением 380/220 В ± 5% , частотой 50 Гц (рис. 4.4).

Плазменная установка состоит из следующих основных частей: вакуумная камера с внутренней оснасткой 1, размещенная на едином рамном основании 2; откатная дверь с тележкой 3, на которой базируется машина для перемотки тканей 4; система вакуумной откачки 5; система охлаждения на базе ВМТ-20; высокочастотный генератор (ВЧ генератор); пульт управления (на рисунке не показаны).

L к Ml U

Рис. 4.4. Общий вид установки «ВАТТ 1500 Р/Р ПЛАЗМА 3»

• 1 - вакуумная камера с внутренней оснасткой,
• 2 - рамное основание,
• 3 - откатная дверь,
• 4 - машина для перемотки тканей,
• 5 - откачная система,
• 6 - изделие (ткань)

Далее производится предварительная откачка вакуумной камеры с помощью откачной системы 5. Затем в разрядную камеру напускается плазмообразующий газ через систему газоснабжения и измеритель - регулятор расхода газа. Устанавливается заданное давление, включается ВЧ генератор, который настраивается на емкостную нагрузку при разрешенной частоте 13,56 МГц. Потребляемая мощность генератора варьируется в диапазоне от 0,6 до 6,0 кВт.

Режим плазменного модифицирования регулировали путем изменения мощности разряда W_p, давления в разрядной камере Р, расхода газа G и длительности обработки т.

Основные технические характеристики установки приведены в табл.4.1.

Таблица 4.1. Технические характеристики установки «ВАТТ 1500 Р/Р ПЛАЗМА 3»

Загрузка экспериментальных образцов в вакуумную камеру осуществлялась через откатную дверцу 3 по рамному основанию 2. Внутри камеры предусматривалась машина для перемотки тканей 4 с целью перемещения изделий во внутрикамерном объеме. Основание вакуумной камеры смонтировано в виде рамы, сбоку установки размещена система вакуумной откачки -5, которая состоит из следующих элементов:

• - агрегат вакуумный Edwards GX S450/4200, предназначен для поддержания рабочего давления в вакуумной камере 10'¹-10’² мм рт.ст. при подаче рабочего газа;
• -затвор вакуумный пневматический ЗВП-160, предназначен для предотвращения попадания атмосферного воздуха в вакуумную камеру при аварийных ситуациях;
• - клапан вакуумный пневматический SMC XLAV-63, служит для напуска атмосферного воздуха после окончания цикла обработки изделий;
• - клапан вакуумный электромагнитный SMC XSA1-12V-5G служит для подачи рабочего газа в вакуумную камеру;
• - регулятор расхода газа РРГ-10;
• - датчик тепловой ПМТ-6-3;
• - затвор пневматический ЗВП-160.

Система охлаждения замкнутого типа служит для охлаждения агрегата вакуумного Edwards GX S450/4200, ВЧ электродов (в количестве 3 шт.), водоохлаждаемых экранов (4 шт.) и ВЧ генератора, базируется на холодильной установке ВМТ-20.

ВЧ генератор предназначен для питания технологических устройств ионизации газов (электродов), технические данные которого приведены в табл. 4.2.

Под действием электромагнитного поля от электродов происходит нагрев плазмообразующего газа до состояния плазмы. Для поддержания режима «холодной» плазмы на элементах установки создана система охлаждения. Вода поступала через системы контроля температуры на охлаждение генераторной лампы и электродов. Подвод воды к установке и отвод из нее осуществляли с помощью резиновых шлангов.

Таблица 4.2. Технические данные ВЧ генератора

Таким образом, использование потока «холодной» плазмы пониженного давления при модифицировании текстильных материалов на плазменной установке «ВАТТ 1500 Р/Р ПЛАЗМА 3» позволяет в комплексе решать многие производственные задачи:

• -интенсифицировать процесс пропитки;
• -уменьшить расход красителя;
• -увеличить выбираемость пропиточных растворов из отделочной ванны, что ведет к снижению его содержания в сточных водах;
• -получить текстильные материалы для одежды специального назначения с повышенными показателями качества.

Таким образом, разработанный метод модифицирования образцов заключался в том, что суровые ткани после ткачества подвергаются обработке потоком «холодной» плазмы за счет усовершенствования технологии получения материалов и регулирования режимов их обработки, которые непосредственно влияют на обеспечение комплекса гидрофобных и гигиенических свойств натуральных текстильных материалов.