Металлизированный материал "нанотекс"

Изобретение относится к технологии получения металлизированных материалов для экранирования от воздействия электромагнитных излучений в широком диапазоне. Металлизированный материал «Нанотекс» выполняется из синтетических монофиламентных нитей диаметром 30-50 мкм, с плотностью нитей 30-160 нит/см и поверхностной плотностью 10-50 г/м². Материал имеет отверстия между нитями основы и утка, размер которых находится в пределах 1d-9d, где d - диаметр нити. Материал позволяет наносить на него слои металла с заданным поверхностным сопротивлением, при этом выполняется как ткацким, так и трикотажным способом. Изобретение обеспечивает получение материала со стабильными эксплуатационными характеристиками, имеющего высокую экранирующую способность от различного рода излучений, в том числе от воздействия высокочастотных излучений от 300-16000 МГц. 2 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.

 

Металлизированный материал «Нанотекс» относится к текстильной промышленности и может быть использован для экранирования от воздействия электромагнитных излучений в широком диапазоне.

Практически экранирующая ткань может использоваться для изготовления:

- локального экранирования камер (помещений, офисов, объектов);

- защитной одежды;

- легких чехлов и накидок на оборудование и приборы;

- защитных устройств для предотвращения утечки информации из служебных помещений, военных объектов и т.д.;

- декоративных изделий.

В настоящее время при оснащении экранированных помещений для сертификации радиоэлектронных средств бытового и промышленного назначения, проведения радиотехнических измерений на соответствие нормам и требованиям электромагнитной совместимости и биологической защиты обслуживающего персонала от излучения СВЧ-источников необходимы материалы, способные эффективно функционировать в широком диапазоне длин волн.

Известна ткань для верха теплозащитного и теплоотражательного костюма для работников противопожарной службы в газовой, нефтяной промышленности, подвергающихся на производстве воздействию экстремальных факторов, таких как огонь, интенсивное излучение и т.д. Ткань имеет на лицевой стороне сплошное металлизированное покрытие (авт. св. №2104347).

Однако данная ткань не обеспечивает защиты от электромагнитного излучения. Кроме того, на металлизированном покрытии за счет жесткости в процессе эксплуатации образуются трещины, в результате чего происходят его отслаивание (авт. св. №2104347, DО3D 15/12) и осыпание.

Известна ткань для специальной одежды, выполненная на базе простого переплетения из образующих электропроводящую решетку с квадратными ячейками токопроводящих основных и уточных нитей, чередующихся соответственно с фоновыми синтетическими основными нитями и фоновыми уточными нитями, представляющими собой пряжу, содержащую хлопковое волокно, с расположением основных перекрытий на лицевой стороне ткани, а уточных перекрытий на изнаночной стороне, при этом токопроводящие нити образуют электропроводящую решетку и расположены с шагом, находящимся в интервале от 0,5×0,5 мм до 2×2 мм, а отношение токопроводящих и фоновых нитей находится в пределах (25-50: 75-50) вес.% (пат. России №2110628, 10.05.98. Бюл.№13).

Данная ткань имеет хорошие защитные свойства и хороший внешний вид. Однако данная ткань не обеспечивает защиты в диапазоне электромагнитных волн 40-60 дБ, за счет включения токопроводящих нитей имеет достаточно высокую поверхностную плотность и не может быть использована в случае, когда вес материала является определяющим для его функционального назначения.

Наиболее близким аналогом является материал для защиты от воздействия излучений, представляющих собой неметаллическую основу, в том числе и ткань с нанесенным на нее электропроводным покрытием, который состоит из слоев, причем первый от основы слой выполнен в виде композиции, состоящей из неметаллических электропроводных соединений и металлов, а остальные слои выполнены из электропроводных неметаллических соединений и/или металлов. Нанесение покрытия осуществляется гальваническим способом. Данный материал с толщиной покрытия от 2-15 мкм обеспечивает ослабление магнитного поля в диапазоне частот от 50 Гц - 30 МГц.

Однако данный материал мало эффективен для защиты от воздействия высокочастотных излучений от 300-16000 МГц.

Кроме того, многослойность материала не позволяет с достаточной точностью контролировать его электропроводность и другие его свойства, а также получать материал с заданной электропроводностью, что имеет большое значение для дальнейшего применения. Недостатком является также повышенная жесткость материала.

Процесс металлизации является многостадийным, осуществляется из растворов электролитов, содержащих агрессивные и токсичные вещества, требующие утилизации.

Технический результат, достигаемый в предлагаемом текстильном материале, заключается в обеспечении высоких экранирующих от электрических, электромагнитных, магнитных полей, инфракрасных излучений показателей наряду со стабильными эксплуатационными характеристиками за счет создания определенной структуры материала, позволяющей наносить тонкие слои наноразмерных частиц металла, обладающие высокой прочностью связи с субстратом.

Данный технический результат достигается за счет того, что материал под металлизацию выполняется из синтетических монофиламентных нитей диаметром 30-50 мкм с плотностью нитей 30-160 нит/см, поверхностной плотностью 10-50 г/м² с отверстиями между нитями основы и утка, размер которых находится в пределах от 1d-9d, где d - диаметр нити.

После выработки для получения электропроводности материал «Нанотекс» подвергается металлизации.

Металлизация материала «Нанотекс» осуществляется способом магнетронного напыления металла в вакууме с лицевой, изнаночной или с обеих его сторон.

Метод магнетронного напыления позволяет получать нанотонкие пленки различных металлов заданной толщины и с заданным поверхностным сопротивлением, обладающих хорошим уровнем адгезии к субстрату.

Графические изображения зависимостей проводимости и поверхностного сопротивления от времени напыления металла на материал «Нанотекс» приведены на фиг.1 и 2.

Равномерная поверхностная структура ткани или трикотажа «Нанотекс», имеющая отверстия со стабильными размерами, обеспечивает даже при очень тонких покрытиях металла высокую проводимость в каждой точке материала и хорошие экранирующие свойства в широком диапазоне длин волн, при этом вес материала с покрытием составляет всего 10-50 г/м².

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1.

Материал «Нанотекс» из полиамидных монофиламентных нитей диаметром 30 мкм, плотностью нитей 30 нит/см, расстояние между нитями 9d и с поверхностной плотностью 10 г/м², металлизируют способом магнетронного напыления нержавеющей сталью по лицевой стороне материала при постоянном токе время напыления составило 80 сек, скорость напыления 240 А/ мин, толщина пленки металла 0,5 мкм.

Пример 2.

Материал «Нанотекс» из полиэфирных монофиламентных нитей диаметром 40 мкм, плотностью нитей 100 нит/см, расстоянием между нитями 1,5d и поверхностной плотностью 40 г/м² металлизируют алюминием, как в примере 1, с обеих сторон.

Пример 3.

Материал «Нанотекс» из полиамидных монофиламетных нитей диаметром 50 мкм, плотностью нитей 160 нит/см, расстоянием между нитями 1d и поверхностной плотностью 50 г/м² металлизируют медью, как в примере 1, с изнаночной стороны.

Пример 4.

Полотно трикотажное «Нанотекс» из полиэфирных монофиламентных нитей диаметром 40 мкм, плотностью нитей 100 нит/см, расстоянием между нитями 5d и поверхностной плотностью 40 г/м² металлизируют нержавеющей сталью, как в примере 1.

Пример 5 (аналог).

Тканевую основу последовательно обрабатывают сначала в аммиачном растворе солей (сульфид серебра, олова, хрома, графит и висмут) в отношении 70:30 до полного намокания, затем, последовательно, в воде, в растворе сульфида натрия, в воде, в тартратном растворе соли висмута и снова в воде. Второй металлический слой наносится гальваническим методом из электролита, содержащего сернокислый никель 200 г/л, хлористый кобальт 40 г/л, борную кислоту 30 г/л, сахарин 0,5 г/л при температуре 40°С и плотности тока 1 А/дм² толщиной 3 мкм. Третий слой наносится также гальваническим методом из раствора сульфида меди. Толщина слоя меди 1 мкм. Общая толщина покрытия составляет 4 мкм.

Данные таблицы показывают, что заявляемая структура материала «Нанотекс» позволяет получить экранирующую ткань, обладающую лучшими эксплуатационными свойствами, включающими существенно более высокую износостойкость, минимальную поверхностную плотность, меньшую жесткость при сохранении экранирующих свойств в широком диапазоне излучений.

Номер примера	Поверхностная плотность до металлизации, г/м2	Поверхностная плотность после металлизации, г/м2	Радиофизические характеристики тканей в СВЧ-диапазоне 10-16 ГГц	Жесткость, баллы	Истирание, циклы
Коэффициент отражения, дБ
Пример 1	10	11	76	5	9000
Пример 2	40	41	84	6	10500
Пример 3	50	51	90	7	11000
Пример 4	40	41	82	8	10700
Пример 5 (аналог)	55	79	63	23	7600

Изменение характеристик заявляемой материала «Нанотекс» в большую сторону не позволяет сформировать его на ткацком станке. Изменение характеристик в меньшую сторону приводит к получению нестабильной, легкосдвигаемой структуры материала и, следовательно, к потере электропроводящих и экранирующих свойств.

Полученный материал отличается:

- высокими экранирующими характеристиками от воздействия излучений сверхвысокочастотного диапазона;

- возможностью получения заданной электропроводности и поверхностного электрического сопротивления;

- высокой электропроводностью, позволяющей использование материала для решения проблем статического электричества;

- гибкостью, легкостью, драпируемостью, воздухопроницаемостью - необходимыми свойствами при использовании в различных защитных конструкциях, шторах, спецодежды;

- хорошими пошивочными свойствами, возможностью пайки и склеивания.

1. Материал на тканевой основе из синтетических монофиламентных нитей диаметром 30-50 мкм с плотностью нитей 30-160 нит/см и поверхностной плотностью 10-50 г/м² и с отверстиями между нитями основы и утка, размер которых находится в пределах 9d-1d, где d - диаметр нити, имеющий электропроводное металлизированное покрытие, в виде тонкого слоя наночастиц металла, нанесенного способом магнетронного напыления в вакууме.

2. Материал по п.1, отличающийся тем, что он содержит металлизированное покрытие с лицевой, изнаночной или с обеих его сторон с заданным поверхностным сопротивлением.

3. Материал по п.1, отличающийся тем, что тканевая основа выполнена ткацким или трикотажным способом.