RU2535276C1

RU2535276C1 - Electrochemical protection method for textile products against static electricity

Info

Publication number: RU2535276C1
Application number: RU2013146136/12A
Authority: RU
Inventors: Иван Юрьевич Бринк; Нина Владимировна Смирнова; Дарья Викторовна Леонтьева
Priority date: 2013-10-15
Filing date: 2013-10-15
Publication date: 2014-12-10

Abstract

FIELD: electricity.

SUBSTANCE: result is obtained due to the continuous removal of static electricity charges from a person to electrodes of an element of the electrochemical protection, which represents a sealed package with two electrodes made of a carbon cloth with an active layer composed of nickel oxide/hydroxide, a polymer electrolyte and a separator and applied to the cloth surface.

EFFECT: invention allows increasing the efficiency of personal protection for employees at modern electrostatic and explosive hazardous facilities with using protective textile goods.

Description

Изобретение относится к области охраны труда и технике безопасности и предназначено для индивидуальной защиты от воздействия электростатического поля. Изобретение позволяет обеспечить повышение эффективности индивидуальной защиты работников современных электростатических и взрывоопасных производств при эксплуатации защитных текстильных изделий (одежды).The invention relates to the field of labor protection and safety and is intended for personal protection from exposure to an electrostatic field. The invention allows to increase the efficiency of individual protection of workers of modern electrostatic and explosive industries during the operation of protective textile products (clothing).

Возникновение электростатической опасности на производстве обуславливается процессами накопления электростатических зарядов на поверхностях материалов из окружающей среды или в результате трения кожных покровов и текстильных изделий между собой и с рабочими поверхностями. Энергия накопленного электрического заряда может оказаться достаточно большой для образования искрового разряда в атмосфере рабочей зоны с последующим воспламенением присутствующей горючей или взрывоопасной паровоздушной смеси. Поэтому весьма актуальна разработка и усовершенствование способов защиты текстильных изделий от статического электричества, повышающих эффективность индивидуальной защиты работников.The occurrence of electrostatic hazards in production is caused by the processes of accumulation of electrostatic charges on the surfaces of materials from the environment or as a result of friction of skin integuments and textiles with each other and with working surfaces. The energy of the accumulated electric charge may turn out to be large enough for the formation of a spark discharge in the atmosphere of the working zone with the subsequent ignition of the present combustible or explosive vapor-air mixture. Therefore, the development and improvement of ways to protect textiles from static electricity, which increase the effectiveness of individual protection of workers, is highly relevant.

Известна антистатическая защитная одежда (DE 4402578 А1, 03.08.1995), изготовленная из ткани с углеродными нитями.Known antistatic protective clothing (DE 4402578 A1, 08/03/1995) made of fabric with carbon threads.

Недостатком этого способа является то, что данная защитная одежда не предназначена для эксплуатации в помещениях с неэлектропроводящими полами или на открытом воздухе в зимнее время, когда затруднен отвод накопленного статического электричества в землю.The disadvantage of this method is that this protective clothing is not intended for use in rooms with non-conductive floors or outdoors in winter, when it is difficult to drain the accumulated static electricity into the ground.

Известен антиэлектростатический костюм (RU 2355266, A41D 13/008, 2008.12.10), изготовленный из ткани с вложением антиэлектростатической нити, обеспечивающей необходимое удельное сопротивление изделия. В данном костюме предусмотрена система автономных датчиков с функцией непрерывного контроля напряженности электростатического поля, позволяющая повысить уровень индивидуальной защиты.Known anti-electrostatic suit (RU 2355266, A41D 13/008, 2008.12.10), made of fabric with an attachment of anti-electrostatic filament, providing the necessary specific resistance of the product. This suit provides a system of autonomous sensors with the function of continuous monitoring of the electrostatic field strength, which allows to increase the level of personal protection.

Недостатком данного способа является то, что датчики, закрепленные на антиэлектростатическом костюме, только диагностируют превышение критического значения напряженности электростатического поля, но не обеспечивают повышения электростатической безопасности, так как не уменьшают накопленный электростатический заряд.The disadvantage of this method is that the sensors mounted on the anti-electrostatic suit, only diagnose exceeding the critical value of the electrostatic field, but do not provide increased electrostatic safety, as they do not reduce the accumulated electrostatic charge.

Известен антиэлектростатический костюм (US 4596053, A41D 13/04, 24.06.1986), изготовленный из ткани, содержащей электропроводные нити. Для отвода электростатического заряда с кожных покровов работника предусмотрен браслет, который надевается на запястье и соединяется с костюмом с помощью кнопки. Далее стекающий по проводящим нитям костюма заряд отводится по прикрепленному к поясу проводу, который крепится с помощью штекера к заземленному оборудованию.Known anti-electrostatic suit (US 4596053, A41D 13/04, 06/24/1986) made of fabric containing electrically conductive filaments. To remove the electrostatic charge from the skin of the employee, a bracelet is provided that is worn on the wrist and connected to the suit with a button. Next, the charge flowing along the conductive threads of the suit is discharged through a wire attached to the belt, which is attached using a plug to grounded equipment.

Недостатком такого способа отвода электростатического заряда является то, что работник становится менее мобильным при перемещении по своему рабочему месту, а также при переходе с одного рабочего места на другое, т.к. ему приходится постоянно отсоединять и присоединять защитный костюм к заземляющему оборудованию.The disadvantage of this method of removing electrostatic charge is that the employee becomes less mobile when moving around his workplace, as well as when moving from one workplace to another, because he has to constantly disconnect and attach the protective suit to the grounding equipment.

Известно устройство нейтрализации статического электричества (US 20080192403, A1, 14.08.2008), представляющее собой портативный прибор в виде брелока, выполненного из непроводящего материала, на одном конце которого расположен зонд из высокопроводящего материала, при контакте зонда с поверхностью объекта, накопившего электростатический заряд, происходит отвод этого заряда внутрь устройства. Внутри устройства находится преобразователь, осуществляющий переход энергии электростатического заряда в световую и тепловую энергию с помощью активации встроенного светодиода.A device for neutralizing static electricity (US 20080192403, A1, 08/14/2008) is known, which is a portable device in the form of a key fob made of non-conductive material, at one end of which there is a probe of highly conductive material, when the probe contacts the surface of an object that has accumulated electrostatic charge, this charge is diverted into the device. Inside the device there is a converter that transfers the energy of the electrostatic charge into light and thermal energy by activating the built-in LED.

Недостатком такого устройства является то, что для эффективного отвода электростатического заряда с поверхности заряженного объекта необходимо обеспечить хороший контакт зонда с объектом за счет непосредственного прикладывания зонда самим работником, что требует постоянной его сосредоточенности на проблеме отвода накапливающегося электростатического заряда, что отвлекает от выполнения непосредственных обязанностей.The disadvantage of this device is that for the effective removal of the electrostatic charge from the surface of a charged object, it is necessary to ensure good contact between the probe and the object due to the direct attachment of the probe by the worker himself, which requires constant focus on the problem of removal of the accumulating electrostatic charge, which distracts from performing immediate duties.

В качестве прототипа выбрано не заземляющееся устройство для защиты человека от электростатического заряда и электромагнитных волн (WO 2008014793, А2, 7.02.2008), представляющее собой металлический браслет, который надевается на запястье. Браслет имеет встроенный конденсатор, накапливающий электростатический заряд, и индукционную катушку с острым металлическим стержнем, выполненным из золота (коронирующим электродом), на острие которого происходит коронный разряд и ионизация воздуха. Рабочая часть устройства закрыта металлической сеткой.As a prototype, a non-grounding device for protecting a person from electrostatic charge and electromagnetic waves (WO 2008014793, A2, February 7, 2008) was chosen, which is a metal bracelet that is worn on the wrist. The bracelet has a built-in capacitor that accumulates an electrostatic charge, and an induction coil with a sharp metal rod made of gold (corona electrode), on the tip of which there is a corona discharge and air ionization. The working part of the device is closed with a metal mesh.

К недостаткам прототипа следует отнести неудобства, связанные с эксплуатацией данного устройства работником, а именно при выполнении им различных манипуляций металлический браслет может зацепиться за что-либо, что может привести к получению травмы.The disadvantages of the prototype include the inconvenience associated with the operation of this device by an employee, namely, when performing various manipulations, a metal bracelet can catch on something that could lead to personal injury.

Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение эффективности индивидуальной защиты работников современных электростатических и взрывоопасных производств за счет непрерывного отвода зарядов статического электричества с человека на электроды элемента электрохимической защиты, внутри которого происходит накопление этого заряда во время эксплуатации изделия, который представляет собой герметичный пакет с двумя электродами, выполненными из углеродной ткани с нанесенным на ее поверхность активным слоем и расположенными между электродами электролитом и сепаратором.The technical task of the invention is to increase the effectiveness of individual protection of workers of modern electrostatic and explosive industries due to the continuous removal of charges of static electricity from a person to the electrodes of the electrochemical protection element, inside which this charge accumulates during operation of the product, which is a sealed bag with two electrodes, made of carbon fabric with an active layer deposited on its surface and positioned between electrodes by electrolyte and separator.

Суть изобретения состоит в том, что электростатический заряд, накапливающийся на работнике, отводится по проводящим нитям (например, углеродным, полимерным), входящим в состав материала, из которого выполнено текстильное изделие, внутрь элемента электрохимической защиты, который представляет собой герметичный пакет (например, из полиэтилена, полипропилена, поливинилхлорида) с двумя электродами, выполненными из углеродной ткани с нанесенным на ее поверхность оксидом/гидроксидом никеля (оксидно-никелевый электрод), электролитом и сепаратором (например, геотекстиль).The essence of the invention lies in the fact that the electrostatic charge accumulating on the worker is discharged along the conductive threads (for example, carbon, polymer) that are part of the material from which the textile product is made, inside the electrochemical protection element, which is a sealed bag (for example, made of polyethylene, polypropylene, polyvinyl chloride) with two electrodes made of carbon fabric coated with nickel oxide / hydroxide (nickel oxide electrode), an electrolyte and a separator Hur (e.g. geotextiles).

Электрохимическая защита текстильных изделий основана на отводе электростатических зарядов, накапливающихся на работниках, по проводящим нитям материала, из которого выполнено текстильное изделие, внутрь элемента электрохимической защиты, представляющего собой суперконденсатор, в котором происходит накопление отводимого электростатического заряда в процессе электрохимической реакции, проходящей на границе электрод/электролит, что позволяет использовать такое защитное текстильное изделие в условиях отсутствия возможности отвода электростатического заряда непосредственно в землю. Во время отсутствия эксплуатации текстильного изделия (нерабочее время) благодаря токам утечки происходит саморазряд электрохимического элемента и возобновление его рабочих характеристик.The electrochemical protection of textiles is based on the removal of electrostatic charges accumulated by workers, along the conductive threads of the material from which the textile product is made, into the element of the electrochemical protection, which is a supercapacitor in which the discharge of electrostatic charge accumulates during the electrochemical reaction taking place at the electrode boundary / electrolyte, which allows the use of such a protective textile product in the absence of the possibility of tap electrostatic charge directly to the ground. During the absence of operation of the textile product (non-working hours), due to leakage currents, the self-discharge of the electrochemical cell occurs and its performance resumes.

Пример 1.Example 1

Элемент электрохимической защиты текстильных изделий от статического электричества состоит из двух электродов, выполненных из углеродной ткани размером 6,3 см² с нанесенным на ее поверхность активным слоем, состоящим из 0,05 г композиционного материала NiO/C (40% NiO), полученного при электрохимическом окислении и разрушении никелевой фольги при одновременно осаждении образующегося оксида никеля на высокодисперсный углеродный носитель (патент РФ 2449426), 0,05 г поливинилового спирта, 0,1 г КОН и 0,1 г дистиллированной воды. Между электродами расположен сепаратор, представляющий собой пленку полимерного электролита (поливиниловый спирт, КОН, дистиллированная вода в том же соотношении) толщиной 1 мм. Электроды и сепаратор помещены в герметичный плотный пакет из полиэтилена, часть углеродной ткани выведена за пределы пакета для соединения с проводящими нитями текстильного изделия.The element of electrochemical protection of textiles from static electricity consists of two electrodes made of 6.3 cm ² carbon fabric with an active layer deposited on its surface consisting of 0.05 g of NiO / C composite material (40% NiO) obtained by electrochemical oxidation and destruction of nickel foil while precipitating the resulting nickel oxide on a highly dispersed carbon carrier (RF patent 2449426), 0.05 g of polyvinyl alcohol, 0.1 g of KOH and 0.1 g of distilled water. Between the electrodes is a separator, which is a polymer electrolyte film (polyvinyl alcohol, KOH, distilled water in the same ratio) with a thickness of 1 mm. The electrodes and the separator are placed in an airtight tight bag made of polyethylene, part of the carbon fabric is removed outside the bag for connection with the conductive threads of a textile product.

Емкость данного электрохимического элемента, рассчитанная из разрядных кривых, полученных в процессе проведения гальваностатических измерений при токе заряда 0,05 А/г, составила 0,125 Ф/см² _ячейки или 15,7 Ф/г_{активного вещества в электроде}.The capacity of this electrochemical cell, calculated from the discharge curves obtained during galvanostatic measurements at a charge current of 0.05 A / g, amounted to 0.125 F / cm ² _cells or 15.7 F / g of _{active substance in the electrode} .

Пример 2.Example 2

Элемент электрохимической защиты текстильных изделий от статического электричества аналогичен приведенному в примере 1 и отличается тем, что площадь каждого электрода равна 4,3 см², активный слой электрода состоит из 0,01 г композиционного материала NiO/C (60% NiO), N-метилпирролидона и 2-ФМБ. Между электродами расположен сепаратор из геотекстиля, пропитанный 6 М КОН.The element of electrochemical protection of textiles from static electricity is similar to that shown in example 1 and differs in that the area of each electrode is 4.3 cm ² , the active layer of the electrode consists of 0.01 g of composite material NiO / C (60% NiO), N- methylpyrrolidone and 2-FMB. A geotextile separator impregnated with 6 M KOH is located between the electrodes.

Емкость данного электрохимического элемента, рассчитанная из разрядных кривых, полученных в процессе проведения гальваностатических измерений при токе заряда 1 А/г, составила 0,08 Ф/см² _ячейки или 33 Ф/г_{активного вещества в электроде}.The capacity of this electrochemical cell, calculated from the discharge curves obtained during galvanostatic measurements at a charge current of 1 A / g, was 0.08 F / cm ² _cell or 33 F / g of _{active substance in the electrode} .

Пример 3.Example 3

Элемент электрохимической защиты текстильных изделий от статического электричества аналогичен приведенному в примере 2 и отличается тем, что в состав активного слоя каждого электрода входит 0,03 г композиционного материала NiO/C, полученного при химическом осаждении Ni(OH)₂ с помощью раствора щелочи из суспензии, состоящей из раствора соли никеля (например, NiCl₂) и ацетиленовой сажи с последующей термической обработкой при 300°С.The element of electrochemical protection of textiles from static electricity is similar to that in Example 2 and differs in that the active layer of each electrode contains 0.03 g of NiO / C composite material obtained by chemical deposition of Ni (OH) ₂ using an alkali solution from a suspension consisting of a solution of a nickel salt (for example, NiCl ₂ ) and acetylene black, followed by heat treatment at 300 ° C.

Емкость данного электрохимического элемента, рассчитанная из разрядных кривых, полученных в процессе проведения гальваностатических измерений при токе заряда 1 А/г, составила 0,04 Ф/см² или 21 Ф/г.The capacity of this electrochemical cell, calculated from the discharge curves obtained during galvanostatic measurements at a charge current of 1 A / g, was 0.04 F / cm ² or 21 F / g.

Пример 4.Example 4

Элемент электрохимической защиты текстильных изделий от статического электричества аналогичен приведенному в примере 2 и отличается тем, что площадь каждого электрода равна 6,25 см², активный слой электрода состоит из 0,003 г композиционного материала NiO/C, N-метилпирролидона и 2-ФМБ. Между электродами расположен сепаратор из геотекстиля, пропитанный суспензией, состоящей из 6 М КОН и аэросила в качестве загустителя.The element of electrochemical protection of textiles from static electricity is similar to that shown in example 2 and differs in that the area of each electrode is 6.25 cm ² , the active layer of the electrode consists of 0.003 g of composite material NiO / C, N-methylpyrrolidone and 2-FMB. Between the electrodes is a geotextile separator impregnated with a suspension consisting of 6 M KOH and aerosil as a thickener.

Емкость данного электрохимического элемента, рассчитанная из разрядных кривых, полученных в процессе проведения гальваностатических измерений при токе заряда 0,5 А/г, составила 0,066 Ф/см² _ячейки или 117 Ф/г_{активного вещества в электроде}.The capacity of this electrochemical cell, calculated from the discharge curves obtained during galvanostatic measurements at a charge current of 0.5 A / g, was 0.066 F / cm ² _cells or 117 F / g of _{active substance in the electrode} .

Claims

Способ электрохимической защиты текстильных изделий от статического электричества, заключающийся в том, что электростатический заряд стекает по проводящим нитям, входящим в состав материала текстильного изделия в суперконденсатор, отличающийся тем, что проводящие нити соединены между собой и подведены к двум электродам суперконденсатора, выполненным из углеродной ткани с нанесенным на ее поверхность активным слоем, содержащим оксид/гидроксид никеля, между которыми помещен гелевый электролит и сепаратор, а электроды, электролит и сепаратор помещены в герметичный пакет, закрепленный на текстильном изделии. The method of electrochemical protection of textiles from static electricity, which consists in the fact that the electrostatic charge flows through the conductive threads included in the material of the textile product into a supercapacitor, characterized in that the conductive threads are interconnected and connected to two supercapacitor electrodes made of carbon fabric with an active layer deposited on its surface containing nickel oxide / hydroxide, between which a gel electrolyte and a separator are placed, and electrodes, an electrolyte and sep The arator is placed in a sealed bag attached to a textile product.