ДВОЙНОЙ ЮБИЛЕЙ ЛАБОРАТОРИИ ИОННО-ПЛАЗМЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ: 40 ЛЕТ, ИЗ КОТОРЫХ 15 – В ИГХТУ

1 августа 2018 года исполнилось 40 лет лаборатории ионно-плазменных технологических процессов нашего университета. Лаборатория «родилась» еще в Ивановском научно-исследовательском экспериментально-конструкторском машиностроительном институте (НИЭКМИ), который разрабатывал оборудование для предприятий текстильной и легкой промышленности Советского Союза.

В конце 70-х годов прошлого века группа исследователей НИЭКМИ, анализируя новые тенденции в обработке текстильных материалов, обратила внимание на тот факт, что в западноевропейской и американской научно-технической литературе существенно увеличилось количество публикаций, посвященных обработке текстиля в низкотемпературной плазме. На одном из научно-технических советов было решено и самим заняться этим перспективным направлением. Специалистов в области вакуумной техники, а тем более плазмохимиков, в институте не было, поэтому заведующий отделом поисковых исследований О.А. Бунин и заведующий сектором В.М. Спицин обратились к заведующему кафедрой ХТЭВМ ИХТИ д.х.н. А.И. Максимову с просьбой помочь с организацией работ. На кафедре к тому времени был накоплен некоторый опыт работы в применении плазмы для модификации поверхности различных полимерных материалов. В августе 1978 года я, выпускник кафедры ХТЭВМ ИХТИ, занимавшийся проблемой плазменной обработки полимерных материалов со второго курса института и имевший за плечами полугодовой опыт работы над дипломом в лаборатории физической кинетики очень известного по тем временам Научно-исследовательского физико-химического института им. Л.Я. Карпова (г. Москва), начал работать в НИЭКМИ.

Формально лаборатория была создана. Перед ней была поставлена задача: в течение нескольких лет разработать технологию и создать отечественное оборудование для модификации текстильных материалов в низкотемпературной плазме тлеющего разряда. Однако все понимали, что реализация такой амбициозной задачи – дело весьма сложное, поскольку плазмохимическая технология была на тот момент принципиально новой для текстильной отрасли, а создание крупномасштабного вакуумного оборудования, да к тому же с большим объемом равномерно распределенной плазмы внутри – всё это было очень сложной и неизведанной инженерной задачей.

Финансирование проектов в те времена осуществлялось государством только под гарантии, что заявленная технология будет успешно внедрена в производство. Поэтому работа в НИЭКМИ проходила в несколько этапов. Вначале была создана лабораторная плазмохимическая установка, выполненная из стекла. На ней можно было обрабатывать образцы тканей размером 5х20 см. После этого была разработана экспериментальная макетная установка УПО-25, позволяющая обрабатывать в плазме текстильные полотна шириной до 25 см. А в 1985–1986 гг. усилиями ученых и конструкторов лаборатории была разработана и изготовлена пилотная промышленная плазмохимическая установка УПХ-140, предназначенная для отработки технологических процессов. Большая заслуга в этом нашего старшего товарища и учителя, заведующего отделом перспективных исследований, к.т.н. Ю.Р. Зельдина.

В конце 80-х – начале 90-х полученный опыт пригодился при разработке и создании оборудования для плазмохимической обработки шерстяных платочных тканей для Павлово-Посадской платочной фабрики. Традиционная технология подготовки под печать шерстяных тканей – очень «грязный» процесс, предполагающий обработку таких тканей в растворе гипохлорита натрия. На фабрике раствор гипохлорита натрия готовили путем барботирования газообразного хлора через раствор щелочи. Кроме того, что хлор ядовит, он вызывал коррозию оборудования. С указанной проблемой фабрика обратилась в НИЭКМИ, и в 1988-1989 гг. специально для фабрики была разработана плазмохимическая установка ЛПХ180Ш для подготовки под печать шерстяных платочных тканей взамен хлорирования. Затем для этой фабрики были разработаны, изготовлены и запущены в эксплуатацию три еще более современные однокамерные плазмохимические установки КПР-180-1, позволившие полностью исключить хлорирование из технологического процесса. За указанный цикл работ сотрудники лаборатории к.т.н. Б.Л. Горберг и к.ф.-м.н. А.А. Иванов, а также директор НИЭКМИ В.В. Сахаров были удостоены премии Правительства Российской Федерации в области науки и техники за 2000 г.

С 1994 года лаборатория принимает участие в международном сотрудничестве в области применения плазмы для текстиля. В 1995-1996 гг. совместно с итальянской машиностроительной фирмой INTES S.r.l.была разработана и запущена в эксплуатацию плазмохимическая установка KPR-270 для фирмы SAATI S.p.A. (Италия). Установка работает и в настоящее время и используется для улучшения адгезионных свойств полиэфирных тканей, предназначенных для изготовления печатных шаблонов. Совместно с итальянскими машиностроителями было изготовлено еще несколько установок для фирм Китая и Южной Кореи.

С конца 2000 года группа начала заниматься совершенно новым направлением исследований: модификацией текстильных материалов методом ионно-плазменного (магнетронного) распыления. Сам метод не нов - он известен еще с конца 70-х годов прошлого века, однако никогда не применялся для модифицирования поверхности текстильных материалов по причине слишком больших газовыделений из текстильных материалов, что создает колоссальные трудности при их вакууммировании. Необходимая глубина вакууммирования при этом составляет 5х10-5 мм.рт.ст. Однако, имея за плечами большой опыт, накопленный при создании крупномасштабного вакуумного оборудования, группа решилась на создание экспериментального промышленного оборудования магнетронного напыления металлов и их соединений на текстильные материалы. В условиях, когда бюджетное финансирование работ прекратилось, необходимо было найти инвестора проекта. И он был найден. Новой разработкой заинтересовалось ООО «Ивтехномаш» (г. Иваново), который выделил площадку для размещения оборудования, а также оказал помощь в изготовлении деталей и узлов экспериментальной установки.

В 2003 году НИЭКМИ, как и большинство ивановских отраслевых институтов и КБ, прекратил свое существование. Сотрудники лаборатории обратились к руководству ИГХТУ с просьбой о присоединении лаборатории к Ивановскому государственному химико-технологическому университету. Ректор ИГХТУ О.И. Койфман и проректор по научной работе В.А. Шарнин поддержали эту инициативу, и в октябре 2003 года лаборатория ионно-плазменных технологических процессов стала одним из научно-производственных подразделений ИГХТУ, работающих на принципах полного хозяйственного расчета. Лаборатория состояла (и сегодня состоит) всего из трех сотрудников – Б.Л. Горберг, А.А. Иванов и В.А. Стегнин.

Работа в составе ИГХТУ на начальном этапе в 2003–2005 гг. была особенно сложной. Сотрудникам лаборатории было необходимо спроектировать экспериментальную промышленную установку магнетронного распыления, сопровождать на производстве изготовление ее деталей и узлов, проводить моделирование некоторых процессов на лабораторном оборудовании и при этом выполнять хоздоговорные работы, позволяющие финансировать существование лаборатории. В мае 2005 года экспериментальная промышленная установка УМН-180 была запущена в работу на заводе ООО «Ивтехномаш». Ее испытания и наладка заняли много времени, однако к концу 2005 года мы (пожалуй, первыми в мире) имели промышленную установку магнетронного напыления металлов на рулонные материалы, полностью адаптированную для обработки текстильных материалов. Для текстильной промышленности это была (и остается до сих пор) принципиально новая технология. Неудивительно, что когда в июне 2007 года мы (совместно с ООО «Ивтехномаш») впервые продемонстрировали образцы наших тканей на всемирной выставке технического текстиля TECHTEXTIL’2007 во Франкфурте-на-Майне, это вызвало очень большой интерес посетителей нашего стенда. На этой выставке мы познакомились с представителями дома высокой моды “Nina Ricci”. Результатом такого знакомства стало наше участие в изготовлении тканей для коллекций модной одежды весна-лето 2008–2009 гг. В платье от Nina Ricci из металлизированной нами ткани блистали голливудские актрисы Сара Джессика Паркер и Линдси Лохан, а также известная модель Лаура Санто Доминго (http://www.spletnik.ru/blogs/moda/4361). Наши контакты с представителями индустрии высокой моды продолжаются и сейчас. Не так давно пресса освещала наше сотрудничество с домом высокой моды “Maison Margiela”(Париж) (https://ivgazeta.ru/read/20885).

Однако мы понимали, что придание текстильным материалам новых декоративных свойств – это не единственная возможность новой технологии, и продолжили поиск новых технологических применений. Вскоре стало понятно, что металлизация дает возможность получать материалы с антистатическми свойствами, а также существенно изменять их электропроводность, экранирующие и радиопоглощающие свойства. Металлизированные ткани имеют хорошие теплоотражающие свойства. Перечисленные материалы востребованы и в промышленности, и в оборонном комплексе страны. В настоящее время мы научились контролируемо наносить на рулонные материалы (ткани, нетканые полотна, полимерные пленки, фольга, бумага) тонкие пленки не только металлов или их сплавов, но и двуокись или нитрид титана и оксид алюминия. Процесс контролируется автоматикой по спектральным линиям опорного металла в плазме. На ООО «Ивтехномаш» реализована сложнейшая технология нанесения ITO (Indium-tin oxides) на полимерные пленки и ткани. Проведен большой цикл исследований по напылению на текстильные материалы тонких пленок серебра. Показано, что уже 10–15 нм пленка серебра придает материалам антимикробные свойства. По результатам исследований получено разрешение Росздравнадзора на выпуск медицинских салфеток, покрытых серебром. В настоящее время на предприятии ООО «Ивтехномаш» работают 3 промышленных установки ММ-180 и 1 промышленная установка УМН-180 собственного изготовления по производству радиопоглощающих, экранирующих, теплоотражающих материалов, материалов с антимикробными покрытиями и декоративных материалов.

В области поисков новых технологических применений лаборатория тесно сотрудничает с рядом ведущих предприятий и лабораторий страны. Это такие известные предприятия и учреждения, как ООО НПП «Экопортрет-М» (Москва), ООО НПП «Радиострим» (Москва), ОАО «Концерн «Вега» (Москва), ООО «Русбал» (Москва), НИЯУ «МИФИ» (экранирующие и радиопоглощающие материалы); Объединенный институт ядерных исследований, г. Дубна (модификация поверхности трековых мембран); Межотраслевой инжиниринговый центр «Композиты России» при МГТУ им. Н.Э. Баумана (упрочнение композиционных материалов на основе углеродных волокон); Центральный институт авиационного моторостроения, Москва (упрочнение металлкомпозитов) и другие.

Данная технология позволяет создавать прозрачные токопроводящие материалы как на основе пленок, так и на основе тканей, а это открывает большие перспективы для реализации многих направлений в области т.н. «умных» текстильных материалов, гибкой фотовольтаики. Планируем заниматься суперконденсаторами, трибоэлектрическими системами, созданием новых каталитических систем. У этой технологии большие перспективы и хорошее будущее.

Б. Горберг, к.т.н., зав. лабораторией ионно-плазменных технологических процессов ИГХТУ