RU2338021C1 - Metallised material ''nanotex'' - Google Patents

Abstract

FIELD: textile industry, paper industry.

SUBSTANCE: invention relates to the technology of metallised material production for shielding from electromagnetic radiation in a broad range. Metallised material ''Nanotex'' is made of synthetic monofilament thread with diameter of 30-50 micron, and a number of threads is 30-160 threads per cm and surface density is 10-50 g/m². Material has orifices between beam threads and shoots, size of which ranges within 1d-9d, where d is thread's diameter. Metal pads with predetermined surface resistance can be distributed over the material by weave or woven methods. The invention ensures production of the material with stable performances having high shielding capacity from different types of radiation including high-frequency radiation ranged from 300 to 16000 MHz.

EFFECT: production of the material with stable performance having high shielding capacity from different types of radiation.

3 cl, 2 dwg, 1 tbl, 5 ex

Description

Металлизированный материал «Нанотекс» относится к текстильной промышленности и может быть использован для экранирования от воздействия электромагнитных излучений в широком диапазоне.The metallized material Nanotex belongs to the textile industry and can be used for shielding from electromagnetic radiation in a wide range.

Практически экранирующая ткань может использоваться для изготовления:Practically shielding fabric can be used for the manufacture of:

- локального экранирования камер (помещений, офисов, объектов);- local shielding of cameras (rooms, offices, facilities);

- защитной одежды;- protective clothing;

- легких чехлов и накидок на оборудование и приборы;- light covers and capes for equipment and devices;

- защитных устройств для предотвращения утечки информации из служебных помещений, военных объектов и т.д.;- protective devices to prevent information leakage from office premises, military facilities, etc .;

- декоративных изделий.- decorative products.

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.Currently, when equipping shielded rooms for certification of electronic devices for domestic and industrial use, conducting radio engineering measurements for compliance with the standards and requirements of electromagnetic compatibility and biological protection of personnel from radiation from microwave sources, materials are needed that can function effectively in a wide range of wavelengths.

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).Known fabric for the top of a heat-shielding and heat-reflecting suit for employees of the fire service in the gas, oil industry, exposed to extreme factors such as fire, intense radiation, etc. The fabric has a continuous metallized coating on the front side (ed. St. No. 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.However, this fabric does not provide protection against electromagnetic radiation. In addition, cracks form on the metallized coating due to stiffness during operation, resulting in peeling (ed. St. No. 2104347, DO3D 15/12) and shedding.

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).Known fabric for special clothing, made on the basis of a simple weave of forming a conductive lattice with square cells of conductive warp and weft threads, alternating respectively with background synthetic warp threads and background weft threads, representing a yarn containing cotton fiber, with the location of the main floors on the front fabric side, and weft overlaps on the wrong side, while the conductive threads form an electrically conductive lattice and are arranged in steps, in the range from 0.5 × 0.5 mm to 2 × 2 mm, and the ratio of conductive and background threads is in the range (25-50: 75-50) wt.% (US Pat. No. 2110628, 05/10/98. Bull. No. 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.This fabric has good protective properties and good appearance. However, this fabric does not provide protection in the range of electromagnetic waves of 40-60 dB, due to the inclusion of conductive filaments, it has a sufficiently high surface density and cannot be used when the weight of the material is determining for its functional purpose.

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.The closest analogue is a material for protection from the effects of radiation, which is a non-metallic base, including fabric coated with an electrically conductive coating, which consists of layers, and the first layer from the base is made in the form of a composition consisting of non-metallic conductive compounds and metals and the remaining layers are made of conductive non-metallic compounds and / or metals. The coating is carried out galvanically. This material with a coating thickness of 2-15 microns provides a weakening of the magnetic field in the frequency range from 50 Hz to 30 MHz.

Однако данный материал мало эффективен для защиты от воздействия высокочастотных излучений от 300-16000 МГц.However, this material is not very effective for protection from exposure to high-frequency radiation from 300-16000 MHz.

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.In addition, the multilayer material does not allow with sufficient accuracy to control its electrical conductivity and its other properties, as well as to obtain a material with a given electrical conductivity, which is of great importance for further use. The disadvantage is the increased rigidity of the material.

Процесс металлизации является многостадийным, осуществляется из растворов электролитов, содержащих агрессивные и токсичные вещества, требующие утилизации.The metallization process is a multi-stage process, carried out from electrolyte solutions containing aggressive and toxic substances that require disposal.

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.The technical result achieved in the proposed textile material is to provide high shielding indicators from electric, electromagnetic, magnetic fields, infrared radiation, along with stable performance characteristics by creating a specific material structure that allows applying thin layers of nanosized metal particles with high bond strength substrate.

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.This technical result is achieved due to the fact that the material for metallization is made of synthetic monofilament threads with a diameter of 30-50 microns with a thread density of 30-160 nit / cm, a surface density of 10-50 g / m ² with holes between the warp and weft threads, size which ranges from 1d-9d, where d is the diameter of the thread.

После выработки для получения электропроводности материал «Нанотекс» подвергается металлизации.After working out to obtain electrical conductivity, the Nanotex material is metallized.

Металлизация материала «Нанотекс» осуществляется способом магнетронного напыления металла в вакууме с лицевой, изнаночной или с обеих его сторон.Metallization of the Nanotex material is carried out by the method of magnetron sputtering of metal in vacuum from the front, back, or both sides.

Метод магнетронного напыления позволяет получать нанотонкие пленки различных металлов заданной толщины и с заданным поверхностным сопротивлением, обладающих хорошим уровнем адгезии к субстрату.The method of magnetron sputtering allows one to obtain nanofine films of various metals of a given thickness and with a given surface resistance, which have a good level of adhesion to the substrate.

Графические изображения зависимостей проводимости и поверхностного сопротивления от времени напыления металла на материал «Нанотекс» приведены на фиг.1 и 2.Graphic images of the dependences of conductivity and surface resistance on the time of deposition of metal on the material "Nanotex" are shown in figures 1 and 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.The uniform surface structure of the Nanotex fabric or knitwear, with holes with stable dimensions, provides even with very thin metal coatings high conductivity at each point of the material and good shielding properties in a wide range of wavelengths, while the weight of the coated material is only 10-50 g / m ² .

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.The invention is illustrated by the following examples.

Пример 1.Example 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.Nanotex material made of polyamide monofilament filaments with a diameter of 30 μm, a filament density of 30 nit / cm, the distance between filaments 9d and a surface density of 10 g / m ² was metallized by magnetron sputtering with stainless steel along the front side of the material at a constant current spraying time of 80 sec., spraying speed 240 A / min, metal film thickness 0.5 μm.

Пример 2.Example 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.The material "Nanotex" of polyester monofilament yarns with a diameter of 40 μm, a thread density of 100 nits / cm, a distance between the yarns of 1.5 d and a surface density of 40 g / m ^{2 is} metallized with aluminum, as in example 1, on both sides.

Пример 3.Example 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.Nanotex material made of polyamide monofilament yarns with a diameter of 50 μm, a thread density of 160 nit / cm, a distance between the 1d strands and a surface density of 50 g / m ^{2 is} metallized with copper, as in Example 1, from the wrong side.

Пример 4.Example 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.Knitted fabric "Nanotex" made of polyester monofilament yarns with a diameter of 40 μm, a thread density of 100 nits / cm, a distance between yarns 5d and a surface density of 40 g / m ^{2 are} metallized with stainless steel, as in example 1.

Пример 5 (аналог).Example 5 (analog).

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.The fabric base is sequentially treated first in an ammonia salt solution (silver, tin, chromium, graphite and bismuth sulfide) in the ratio of 70:30 until completely wet, then, sequentially, in water, in sodium sulfide solution, in water, in a tartrate solution of bismuth salt and again in the water. The second metal layer is electroplated from an electrolyte containing nickel sulfate 200 g / l, cobalt chloride 40 g / l, boric acid 30 g / l, saccharin 0.5 g / l at a temperature of 40 ° C and a current density of 1 A / dm ² 3 microns thick. The third layer is also plated from a solution of copper sulfide. The thickness of the copper layer is 1 μm. The total coating thickness is 4 μm.

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.These tables show that the claimed structure of the material "Nanotex" allows you to get a shielding fabric with better performance properties, including significantly higher wear resistance, minimum surface density, less rigidity while maintaining shielding properties in a wide range of radiation.

Номер примераExample Number Поверхностная плотность до металлизации, г/м² The surface density before metallization, g / m ² Поверхностная плотность после металлизации, г/м² The surface density after metallization, g / m ² Радиофизические характеристики тканей в СВЧ-диапазоне 10-16 ГГцRadiophysical characteristics of tissues in the microwave range 10-16 GHz Жесткость, баллыRigidity points Истирание, циклыAbrasion cycles Коэффициент отражения, дБReflection coefficient, dB Пример 1Example 1 1010 11eleven 7676 55 90009000 Пример 2Example 2 4040 4141 8484 66 1050010500 Пример 3Example 3 50fifty 5151 9090 77 1100011000 Пример 4Example 4 4040 4141 8282 88 1070010700 Пример 5 (аналог)Example 5 (analog) 5555 7979 6363 2323 76007600

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.Changing the characteristics of the claimed material "Nanotex" in a large direction does not allow to form it on a loom. Changing the characteristics in a smaller direction leads to an unstable, easily shifted material structure and, consequently, to the loss of conductive and shielding properties.

Полученный материал отличается:The resulting material is different:

- высокими экранирующими характеристиками от воздействия излучений сверхвысокочастотного диапазона;- high shielding characteristics from exposure to microwave radiation;

- возможностью получения заданной электропроводности и поверхностного электрического сопротивления;- the ability to obtain a given electrical conductivity and surface electrical resistance;

- высокой электропроводностью, позволяющей использование материала для решения проблем статического электричества;- high electrical conductivity, allowing the use of material to solve the problems of static electricity;

- гибкостью, легкостью, драпируемостью, воздухопроницаемостью - необходимыми свойствами при использовании в различных защитных конструкциях, шторах, спецодежды;- flexibility, lightness, drapability, breathability - necessary properties when used in various protective structures, curtains, workwear;

- хорошими пошивочными свойствами, возможностью пайки и склеивания.- good sewing properties, the possibility of soldering and gluing.

Claims (3)

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.1. A fabric-based material from synthetic monofilament yarns with a diameter of 30-50 microns with a thread density of 30-160 nit / cm and a surface density of 10-50 g / m ² and with holes between the warp and weft threads, the size of which is in the range 9d- 1d, where d is the diameter of the filament having an electrically conductive metallized coating, in the form of a thin layer of metal nanoparticles deposited by magnetron sputtering in vacuum. 2. Материал по п.1, отличающийся тем, что он содержит металлизированное покрытие с лицевой, изнаночной или с обеих его сторон с заданным поверхностным сопротивлением.2. The material according to claim 1, characterized in that it contains a metallized coating with a front, wrong side or on both sides with a given surface resistance. 3. Материал по п.1, отличающийся тем, что тканевая основа выполнена ткацким или трикотажным способом.3. The material according to claim 1, characterized in that the fabric base is made by weaving or knitting.

Images