способ металлизации плоских материалов

Классы МПК:D06M10/06 неорганическими соединениями или элементами
D06M11/83 металлами; металлообразующими соединениями, например карбонилами металлов; восстановление соединений металлов на текстильных изделиях
D06M23/00 Способы обработки волокон, нитей, пряжи, тканей или волокнистых изделий, изготовленных из этих материалов
D06M23/16 способы обеспечения неравномерного действия обрабатывающих агентов, например односторонняя обработка; дифференцированная обработка
Автор(ы):, , ,
Патентообладатель(и):Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный университет технологии и дизайна" (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2011-04-01
публикация патента:

Изобретение относится к технологиям металлизации тканей, изделий из кожи, из войлока, трикотажных и других материалов с низкой термостойкостью. Технология осуществима в любых средах, в том числе в жидких, полотна обладают экранирующими свойствами, антибактериальной, антивирусной, каталитической активностями. Способ металлизации тканых материалов заключается в плавлении металлических проволочек электровоздействием, а также в распылении микрочастиц расплавленного металла на плоскость материала, движущегося ортогонально к направлению распыла с заданной скоростью подачи и защищенного средой распространения распыла от разрушающего воздействия высоких температур. Производят взрывное расплавление вещества проволочки за счет высоковольтного электровоздействия между концами неразомкнутой проволочки, дискретно подаваемой в металлизатор в водной среде и образуют облако ионизированных частиц испарившегося металла, а металлизацию осуществляют за счет кумуляции энергии теплового взрыва W и электромагнитной фокусировки траекторий движения ионизированных частиц до заданного показателя металлизации, причем скорость подачи Fп обрабатываемого материала регулируют в такт с частотой следования псл электровоздействий, а также изменяют объем V пр взрываемой проволочки, среду распространения распыла, напряжение Uco и частоту следования nсл электровоздействий, сформированных разрядным релаксационным контуром Lкб, при этом показатели металлизации задают и контролируют в процессе металлизации по значению коэффициента рассеяния Кр электромагнитных излучений, характеризующегося формулой:

способ металлизации плоских материалов, патент № 2479681

где Uco - напряжение электровоздействия, взрывающего проволочку; способ металлизации плоских материалов, патент № 2479681 м,способ металлизации плоских материалов, патент № 2479681 ш - диэлектрическая проницаемость материала полотна и металлических частиц соответственно; способ металлизации плоских материалов, патент № 2479681 - поперечные размеры частиц;

W - энергия, выделенная при электровзрыве проволочки, заданного объема V пр; ZB - волновое сопротивление разрядного контура, формирующего частоту следования nсл электровоздействий; способ металлизации плоских материалов, патент № 2479681 м,способ металлизации плоских материалов, патент № 2479681 п,способ металлизации плоских материалов, патент № 2479681 пл,способ металлизации плоских материалов, патент № 2479681 исп - плотность, удельная электропроводность, теплота плавления и теплота испарения материала проволочки в заданной среде; Lk - индуктивность контура; С б - емкость конденсаторной батареи; N=nT дспособ металлизации плоских материалов, патент № 2479681 VпpKп эмф - число взрывов проволочки при обработке участка ткани объемом Vтк, необходимое для обеспечения заданного показателя металлизации, гарантированного экспериментально обоснованной зависимостью количества металла, вносимого в ткань от объема взрывающейся проволочки Vпр с учетом поправок на коэффициент потерь Кп эмф при электромагнитной фокусировке траекторий движения ионизированных частиц; Тд - период дискретизации времени подачи участка плоскости металлизируемой поверхности; d - толщина ткани; способ металлизации плоских материалов, патент № 2479681 - длина волны электромагнитного излучения в вакууме; при этом значение показателя металлизации Кр задают и контролируют используя физическое явление рассеяния электромагнитных волн в инфракрасном диапазоне, а напряжение электровоздействия Uco, взрывающее проволочку длиной 40 мм, диаметром от 0,6 до 1 мм, регулируют в пределах от 2 до 4 киловольт при значениях емкости Сб конденсаторной батареи от 150 до 200 мкФ и значениях индуктивности разрядного контура L k от 30 до 40 мкГн, обеспечивая при этом минимальные потери металла от 30% до 40% при электромагнитной фокусировке траекторий движения ионизированных частиц. 6 табл., 6 ил.

способ металлизации плоских материалов, патент № 2479681 способ металлизации плоских материалов, патент № 2479681 способ металлизации плоских материалов, патент № 2479681 способ металлизации плоских материалов, патент № 2479681 способ металлизации плоских материалов, патент № 2479681 способ металлизации плоских материалов, патент № 2479681

Формула изобретения

Способ металлизации тканых материалов, заключающийся в плавлении металлических проволочек электровоздействием, а также в распылении микрочастиц расплавленного металла на плоскость материала, движущегося ортогонально к направлению распыла с заданной скоростью подачи и защищенного средой распространения распыла от разрушающего воздействия высоких температур, отличающийся тем, что производят взрывное расплавление вещества проволочки за счет высоковольтного электровоздействия между концами неразомкнутой проволочки, дискретно подаваемой в металлизатор в водной среде, и образуют облако ионизированных частиц испарившегося металла, а металлизацию осуществляют за счет кумуляции энергии теплового взрыва W и электромагнитной фокусировки траекторий движения ионизированных частиц до заданного показателя металлизации, причем скорость подачи Fп обрабатываемого материала регулируют в такт с частотой следования nсл электровоздействий, а также изменяют объем V пр взрываемой проволочки, среду распространения распыла, напряжение Uco и частоту следования nсл электровоздействий, сформированных разрядным релаксационным контуром Lк-Cб, при этом показатели металлизации задают и контролируют в процессе металлизации по значению коэффициента рассеяния Кр электромагнитных излучений, характеризующегося формулой:

способ металлизации плоских материалов, патент № 2479681

где Uco - напряжение электровоздействия, взрывающего проволочку; способ металлизации плоских материалов, патент № 2479681 м, способ металлизации плоских материалов, патент № 2479681 ш - диэлектрическая проницаемость материала полотна и металлических частиц соответственно; a - поперечные размеры частиц; W - энергия, выделенная при электровзрыве проволочки, заданного объема Vпр; Zв - волновое сопротивление разрядного контура, формирующего частоту следования nсл электровоздействий; способ металлизации плоских материалов, патент № 2479681 м, способ металлизации плоских материалов, патент № 2479681 п, способ металлизации плоских материалов, патент № 2479681 пл, способ металлизации плоских материалов, патент № 2479681 исп - плотность, удельная электропроводность, теплота плавления и теплота испарения материала проволочки в заданной среде; Lк - индуктивность контура; С б - емкость конденсаторной батареи; N=nслТ дспособ металлизации плоских материалов, патент № 2479681 VпрКп эмф - число взрывов проволочки при обработке участка ткани объемом Vтк, необходимое для обеспечения заданного показателя металлизации, гарантированного экспериментально обоснованной зависимостью количества металла, вносимого в ткань от объема взрывающейся проволочки Vпp с учетом поправок на коэффициент потерь Кп эмф при электромагнитной фокусировке траекторий движения ионизированных частиц; Тд - период дискретизации времени подачи участка плоскости металлизируемой поверхности; d - толщина ткани; способ металлизации плоских материалов, патент № 2479681 - длина волны электромагнитного излучения в вакууме; при этом значение показателя металлизации Кр задают и контролируют, используя физическое явление рассеяния электромагнитных волн в инфракрасном диапазоне, а напряжение электровоздействия Uco, взрывающее проволочку длиной 40 мм, диаметром от 0,6 до 1 мм, регулируют в пределах от 2 до 4 кВ при значениях емкости Cб конденсаторной батареи от 150 до 200 мкФ и значениях индуктивности разрядного контура Lк от 30 до 40 мкГн, обеспечивая при этом минимальные потери металла от 30% до 40% при электромагнитной фокусировке траекторий движения ионизированных частиц.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технологиям металлизации натуральных и синтетических тканей, а также может быть использовано для металлизации материалов из войлока, из тонкой кожи, трикотажных, пластичных и других не огнестойких материалов, подверженных разрушающему воздействию высоких температур.

Широко известны различные способы металлизации материалов. Металлизированную ткань используют при создании, преимущественно, экранирующих электромагнитные излучения и огнезащитных покрытий и для придания тканям антибактериальной и антивирусной активности, а изделия из кожи металлизируют, для улучшения эксплуатационных свойств.

Известен способ изготовления экранирующего электромагнитные излучения и огнезащитного материла «Нанотекс» (RU 2338021, МПК D06М 11/83, 2009). По этому способу металлизацию осуществляют магнетронным напылением в вакууме, создавая на одной стороне ткани или с обеих сторон тонкие поверхностные пленки металла и на ткацком станке изготавливают материал для изделий специального назначения. При этом при увеличении экранирующих показателей в большую сторону не удается изготавливать материал на ткацком станке, а изменение характеристик в меньшую сторону приводит к получению нестабильной, легко сдвигаемой структуры материала и к потере экранирующих свойств.

Известен способ металлизации санитарно-гигиенических салфеток (RU 2314834, МПК A61L 15/18,2008). По этому способу металл также наносят на поверхность салфеток магнетронным напылением в вакуумной камере. Однако металл выносится из салфетки после первой стирки. Кроме того, для работы магнетрона и для поддержания вакуума требуются большие материальные и энергозатраты.

Известен химический способ металлизации медью целлюлозных тканей для придания им фунгицидных и бактериоцидных свойств /RU 2398599, МПК А61L 15/18, 2009). По этому способу льняные, хлопчатобумажные или гидратцеллюлозные ткани вначале отбеливают, а затем пропитывают сульфатом меди и раствором сульфата гидрозина возбуждают реакцию восстановления микро- и наночастиц меди в структуре материала в строго заданных пропорциях. Однако при организации производства металлизированной этим способом ткани перевод технологического цикла на другие режимы металлизации недопустим из-за потери качества исходного материала, а из-за отсутствия возможности оперативного контроля и корректировки протекающих химических реакций, их незначительное нарушение приводит к потерям всего исходного материала, загруженного в емкости металлизатора. Кроме того, для приготовления необходимых химреактивов требуются дополнительные материальные и энергозатраты.

Известны также способы металлизации путем внедрения в структуру вещества металлических частиц за счет активации их тепловой и кинетической энергии. В способе-прототипе (статья профессора Гусева и др. г.Кострома «Исследование свойств овчин с металлизированной поверхностью», изв. ВУЗов // Технология легкой промышленности, № 2, 2008, стр.29-32) металлизацию кожевой ткани осуществляют путем непрерывного электродугового плавления вещества двух сходящихся с заданным зазором проволочек, при этом на внешней поверхности металлизатора барабанного типа закрепляют образец кожевой ткани, а в центр вращающегося металлизатора непрерывно подают с заданным зазором, обдуваемым сжатым воздухом ортогонально к внешней поверхности образца, два конца проволочки, непрерывно воздействуя на них электродуговым напряжением и синхронно изменяя скорость вращения металлизатора, скорость подачи проволочек, давление сжатого воздуха, зазор между проволочками, электродуговое напряжение, и другие параметры, металлизируют распылом, содержащим капли расплавленного металла, образцы кожевой ткани с различной плотностью, структурой и толщиной покрытий, защищая их от разрушающего воздействия высоких температур сформированной воздушной средой распространения распыла. Металлизированная этим способом кожевая ткань обладает большей упругостью, лучшей формоустойчивостью и водоотталкивающей способностью. Однако этот способ технически сложен и неприменим для металлизации натуральных и синтетических тканей, материалов из войлока, тонкой кожи, трикотажных, пластических и других не огнестойких материалов из-за разрушающего воздействия высоких температур непрерывно плавящейся проволочки.

Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, заключается в упрощении технологии внесения металла в структуру обозначенных материалов, сохраняя их исходные эксплуатационные свойства за счет металлизации в водной среде и обеспечивая заданные экранирующие показатели и санитарно-гигиенические свойства путем постоянного контроля и управления процессом металлизации по показателю рассеяния электромагнитных излучений обработанным материалом.

Для достижения данного технического результата в предлагаемом способе металлизации тканных материалов, заключающемся в плавлении металлических проволочек электровоздействием, а также в распылении микрочастиц расплавленного металла на плоскость материала, движущегося ортогонально к направлению распыла с заданной скоростью подачи и защищенного средой распространения распыла от разрушающего воздействия высоких температур, производят взрывное расплавление вещества проволочки за счет высоковольтного электровоздействия между концами неразомкнутой проволочки, дискретно подаваемой в металлизатор в водной среде, и образуют облако ионизированных частиц испарившегося металла, а металлизацию осуществляют за счет кумуляции энергии теплового взрыва W и электромагнитной фокусировки траекторий движения ионизированных частиц до заданного показателя металлизации, причем скорость подачи Fп обрабатываемого материала регулируют в такт с частотой следования nсл электровоздействий, а также изменяют объем V пp взрываемой проволочки, среду распространения распыла, напряжение Uco и частоту следования nсл электровоздействий, сформированных разрядным релаксационным контуром Lкб, при этом показатели металлизации задают и контролируют в процессе металлизации по значению коэффициента рассеяния Кр электромагнитных излучений, характеризующегося формулой:

способ металлизации плоских материалов, патент № 2479681

где Uco - напряжение электровоздействия, взрывающего проволочку;

способ металлизации плоских материалов, патент № 2479681 м,способ металлизации плоских материалов, патент № 2479681 ш - диэлектрическая проницаемость материала ткани и шарообразных металлических частиц соответственно; способ металлизации плоских материалов, патент № 2479681 - поперечные размеры частиц; W - энергия, выделенная при электровзрыве проволочки, заданного объема Vпp;

ZB - волновое сопротивление разрядного контура, формирующего частоту следования nсл электровоздействий; способ металлизации плоских материалов, патент № 2479681 м,способ металлизации плоских материалов, патент № 2479681 п,способ металлизации плоских материалов, патент № 2479681 пл,способ металлизации плоских материалов, патент № 2479681 исп - плотность, удельная электропроводность, теплота плавления и теплота испарения материала проволочки в заданной среде; Lк - индуктивность контура; С б - емкость конденсаторной батареи; N=nслТ дспособ металлизации плоских материалов, патент № 2479681 VпpКп эмф - число взрывов проволочки при обработке участка ткани объемом Vтк, необходимое для обеспечения заданного показателя металлизации, гарантированного экспериментально обоснованной зависимостью количества металла, вносимого в ткань от объема взрывающейся проволочки Vпp с учетом поправок на коэффициент потерь Кп эмф при электромагнитной фокусировке траекторий движения ионизированных частиц; Тд - период дискретизации времени подачи участка металлизируемой ткани; d - толщина ткани; способ металлизации плоских материалов, патент № 2479681 - длина волны электромагнитного излучения в вакууме; при этом значение показателя металлизации Kр задают и контролируют используя физическое явление рассеяния электромагнитных волн в инфракрасном диапазоне, а напряжение электровоздействия Uco, взрывающее проволочку длиной 40 мм, диаметром от 0,6 до 1 мм, регулируют в пределах от 2 до 4 киловольт при значениях емкости Сб конденсаторной батареи от 150 до 200 мкФ и значениях индуктивности разрядного контура L к от 30 до 40 мкГн, обеспечивая минимальные потери металла от 30% до 40% при электромагнитной фокусировке траекторий движения ионизированных частиц.

Введение в предлагаемый способ операции теплового электровзрыва проволочек в совокупности с предложенными действиями для его практического использования позволяет получить новые свойства технологического цикла металлизации и решать поставленные задачи за счет:

1) управления энергетической активностью металлических частиц, внедряемых в обрабатываемый материал;

2) расширения диапазона размерности внедряемых частиц от микро- до нанометров за счет мгновенного испарения металла и создания управляемых траекторий движения ионизированных частиц.

3) сокращения электромеханических операций настройки до двух, а именно: пошаговая подача проволочки после осуществления теплового взрыва и пошаговая подача материала в зону распыла частиц, что особенно важно при использовании цифрового программного управления технологическим циклом металлизации;

4) возможности регулировать суммарную массу металла, осуществляющего процесс металлизации, изменением объема взрываемой проволочки, а также изменением энергии кумуляции частиц в результате вариаций энергией и частотой электровоздействий;

5) возможности оптимизировать процесс металлизации по энергозатратам и по потерям исходного материала за счет использования электроэнергии в импульсных режимах и непрерывного контроля показателей металлизации обработанного материала;

6) возможности осуществлять электровзрывы проволочек в любых средах, в том числе и в жидкостях, что особенно важно при металлизации натуральных и синтетических тканей для автоматического регулирования теплового режима, не прожигающего ткань;

7) высокой бактерицидности процесса металлизации за счет интенсивной гибели бактериальной и вирусной флоры под действием ультразвуковых и ультрафиолетовых излучений плазмы электроразряда, что особенно важно при создании раневых покрытий и санитарно-гигиенических тканей.

Эти свойства позволяют унифицированно металлизировать различные материалы, преимущественно натуральные и синтетические ткани и применять эти ткани для рассеяния электромагнитных излучений и для придания антибактериальной, антивирусной и каталитической активности материалам, используемым при изготовлении раневых покрытий, при лечении электрофорезом, а также при изготовлении санитарно-гигиенических изделий, в частности носков, чулок, носовых платков, стелек для обуви и других изделий, а предложенная в способе последовательность технологических операций позволяет получить технический результат, на достижение которого направленно заявляемое изобретение, и отвечает критерию существенных отличий от способа-прототипа.

Заявленный способ может быть реализован на основе полученных результатов экспериментальной проверки технической осуществимости операций предложенного цикла металлизации и практической оценки достигнутых показателей.

Для проведения экспериментальных испытаний предложенного способа металлизации была теоретически обоснована модель металлизированного текстильного полотна для защиты от электромагнитного излучения, использующая принцип рассеяния электромагнитных волн, в виде однослойной или многослойной бикомплексной среды, в которой рассеяние происходит на проводящих металлических частицах, расположенных в ее объеме на расстояниях много больших линейного размера частиц. Применительно к этой среде, с расчетом того, что объем частиц металла, проникших в объем полотна после взрыва проволочки, не может быть больше объема проволочки, рассчитан коэффициент рассеяния Кр:

способ металлизации плоских материалов, патент № 2479681

где способ металлизации плоских материалов, патент № 2479681 - длина волны электромагнитного излучения в вакууме; способ металлизации плоских материалов, патент № 2479681 м,способ металлизации плоских материалов, патент № 2479681 ш - диэлектрическая проницаемость материала ткани и металлических шарообразных частиц соответственно; способ металлизации плоских материалов, патент № 2479681 - поперечные размеры частиц; Vпp - объем взрываемой проволочки; N - число взрывов проволочки при обработке полотна; d - толщина ткани; способ металлизации плоских материалов, патент № 2479681 - длина волны электромагнитного излучения в вакууме; V тк - объем металлизируемого участка ткани.

Полученная формула была связана с параметрами установки и материалом проволочки:

способ металлизации плоских материалов, патент № 2479681

где Uco - напряжение электровоздействия, взрывающего проволочку;

W - энергия теплового взрыва проволочки; ZB - волновое сопротивление разрядного контура; способ металлизации плоских материалов, патент № 2479681 м,способ металлизации плоских материалов, патент № 2479681 п,способ металлизации плоских материалов, патент № 2479681 пл,способ металлизации плоских материалов, патент № 2479681 исп - плотность, удельная электропроводность, теплота плавления и теплота испарения материала проволочки соответственно; Lк - индуктивность контура; Сб - емкость конденсаторной батареи.

Число взрывов проволочки N при обработке участка поверхности полотна, необходимых для распыла заданного количества металла, рассчитывалось исходя из соотношений N=nслТдспособ металлизации плоских материалов, патент № 2479681 VпpКп эмф, где nсл - частота следования электровоздействий; Тд - период дискретизации времени подачи участка плоскости металлизируемой поверхности полотна; Vпp - объем распыляемого металла с учетом поправок на коэффициент потерь Кп эмф при электромагнитной фокусировке траекторий движения ионизированных частиц.

По полученным формулам были проведены расчеты и эксперименты. При проведении экспериментальных исследований предложенного способа металлизации использовали натуральные и полиэфирные ткани, свойства которых отражены в таблице 1 и 2 соответственно.

Таблица 1
Свойства исследованных натуральных тканей
Показатели свойств Исследованные ткани
1 образец 2 образец 3 образец
хлопко-льняная льняная хлоп. бумажная
по основепо утку по основе по уткуno основе по утку
Волокнистый состав нитей основы и утка100% хлопок70% хлопок, 30% котонин 100% лен 100% хлопок
Линейная плотность пряжи, текс 28,258,2 106,599 30,530
Коэффициент крутки пряжи, кр/м40 40 3535 3840
Вид переплетения полотняное
Толщина ткани, мм 0,48 0,53 0,36, 1,8
Поверхностная плотность ткани, г/м2 186 232 118
Поверхностное заполнение, % 76,3 75,2 69,7
Пористость, % 74,1 64,8 78,4
Плотность, нитей/10 см227 192 153113 230197
Разрывная нагрузка, кгс29,1 14380,5 64,336,6 36,6
Относительное разрывное удлиннение, % 5,45,9 18,616,2 17,217,7
Воздухопроницаемость, дм32с 350 457 733
Несминаемость, %36,3 37,829,8 34,836,3 37,8

способ металлизации плоских материалов, патент № 2479681

Схему эксперимента иллюстрируют позиции 1-12, изображенные на Фиг.1: 1 - пусковой включатель; 2 - зарядное сопротивление; 3 - высоковольтный трансформатор; 4 - высоковольтный выпрямитель; 5 - рабочий конденсатор; 6 - рабочий разрядник, воздушный, с регулируемым зазором или электронно-управляемый высоковольтный ключ; 7 - контактная втулка положительного электрода; 8 - рабочая проволочка; 9 - отрицательный электрод; 10 - механизм подачи проволочки; 11 - изолятор металлизатора с отражателем; 12 - образец ткани. Электромагнитные элементы фокусировки траекторий движения ионизированных частиц металла и элементы оперативного контроля значений коэффициентов рассеяния обработанной, металлизированной ткани на схеме не обозначены.

Для металлизации образца ткани замыкают включатель 1 и образуют периодический релаксационный процесс: переменный ток, ограниченный сопротивлением 2, наводит на выходе трансформатора 3 высоковольтное напряжение; под действием постоянной составляющей этого напряжения на выходе выпрямителя 4 заряжается емкость Сб конденсатора 5; после достижения заданного величиной воздушного промежутка разрядника 6 пробивного напряжения Uco по электрической цепи 6-9 осуществляется импульсный сброс электроэнергии, накопленной в конденсаторе 5; проволочка 8, заданного объема Vпp , взрывается и срабатывает механизм подачи проволоки 10; образованное облако ионизированных частиц испарившегося металла, за счет прямой и отраженной кумуляции энергии теплового взрыва в металлизаторе 11, пронизывает образец ткани 12; за время подачи очередного конца проволочки 8 конденсатор 5 заряжается, а при касании концом проволочки 8 контактной втулки положительного электрода 7 осуществляется очередной тепловой взрыв, периодичность которого задают значением емкости Сб конденсатора 5 с учетом индуктивности L к, приведенной к выходу трансформатора 3.

По проведенным инженерным расчетам и в ходе экспериментальных испытаний установлено, что оптимальные режимы металлизации медью выбранных тканей достигаются при напряжениях Uco пробоя воздушного разрядника 4 от 2 до 4 кВ, значениях емкости С б от 150 до 200 мкФ и индуктивности Lк - от 30 до 40 мкГн для образцов ткани, закрепленных на металлизаторе, погруженном в воду, и ограниченных размером между плоскостями экспериментального металлизатора 40 мм и, соответственно, длиной проволочки 40 мм, диаметром 0,6 мм до 1 мм, при этом обеспечиваются минимальные потери металла от 30 до 40% при электромагнитной фокусировке траекторий движения ионизированных частиц.

При проведении исследований свойств экспериментальных образцов металлизированных тканей использовали стандартные методы текстильного материаловедения. Определение содержания металла в ткани осуществляли с помощью программно-аналитического комплекса на основе портативного рентгенофлюоресцентного кристалл-дифракционного сканирующего спектрометра «СПЕКТРОСКАН». Термогравиметрические исследования проводили на дериватографе фирмы MOM Q-1500D (Венгрия). Микробиологические исследования проводили в биологической лаборатории при Центре экологической безопасности РАН РФ. Электрические и радиоизмерения проводили по методикам, рекомендованным специалистами Университета телекоммуникаций им. проф. М.А.Бонч-Бруевича. Размеры металлических частиц и характер их закрепления в объеме материала тканей изучали с помощью сканирующего электронного микроскопа.

Результаты исследований сведены в таблицы 3-6, а также иллюстрируются фотографиями и графиками, изображенными на Фиг.2-6.

На Фиг.2 изображен фотоснимок увеличенного электронным микроскопом фрагмента механического закрепления металлической частицы в объеме полимерного волокна, а на Фиг.3 - фрагмент закрепления вплавлением в поверхности волокон.

Таблица 3
Вид полотна № исх. обр. Поверхностная плотность ткани, г/м2 Средняя массовая доля меди MCu в образце, мг/г (V пр·способ металлизации плоских материалов, патент № 2479681 м/VTK·способ металлизации плоских материалов, патент № 2479681 TK)
Льняная ткань2 232 12,08
Хлопко-льняная 1 1867,03
Лавсановая (ПЭ) 4 1503,13
Лавсановая (ПЭ) 5 1753,65
Лавсановая (ПЭ) 6 1854,78

Таблица 4
Вид ткани № исх. обр. № метал. пробы Содержание меди, мг/г
Ткань лен (исх) 21 0
Ткань лен (мет)2 21,66
Ткань лен (мет) 2 33,38
Ткань лен (мет) 2 417,556
Ткань лен (мет) 2 523,484
Ткань х/б (исх) 3 60
Ткань х/б (мет) 37 0,98
Ткань х/б (мет)3 8 2,73
Ткань х/б (мет)3 9 13,67
Ткань х/б (мет)3 10 20,84

Таблиц 5
способ металлизации плоских материалов, патент № 2479681 Интенсивность развития грибов по шкале ГОСТ 9.048-89
№ образца5 суток инкубирования 11 суток инкубирования 28 суток инкубирования
15 55
2 15 5
3 0 25
4 01 5
5 0 15
6 45 5
7 0 25
8 01 5
9 0 15
10 01 5

Таблица 6
№ пробы для стирки ЛЕН Массовая доля меди в ткани, мг/г (Vпр·способ металлизации плоских материалов, патент № 2479681 м/VTK·способ металлизации плоских материалов, патент № 2479681 TK)
до стирки после стирок
1 стирка2 стирка 3 стирка 4 стирка5 стирка
1 3,392,76 2,382,34 2,351,43
2 5,613,01 3,181,98 2,611,35
3 7,35,48 3,984,66 4,382,87
4 2,51,51 1,740,45 0,470,44
5 5,12,58 3,492,65 2,051,59
Среднее значение 4,78 3,072,95 2,422,37 1,54

График, изображенный на Фиг.4, иллюстрирует распределение средней массовой доли меди Mcu в мг /г, внедренной при электровзрывах проволочек в объеме хлопчатобумажной ткани толщиной 1,8 мм (образец № 3, таблица 1) в зависимости от значений высоковольтного напряжения Uco=2, 3 и 4 кВ.

График, изображенный на фиг.5, иллюстрирует распределение в диапазоне частот мобильной радиосвязи значений коэффициента рассеяния радиоизлучений льняной тканью толщиной 0,53 мм (образец № 2, таблица 1), последовательно металлизированной предложенным способом медью и нержавеющей сталью в пропорциях 15 мг/г и 10 мг/г соответственно.

График, изображенный на фиг.6, иллюстрирует зависимость коэффициентов рассеяния изучений в длинноволновой части инфракрасного диапазона от веса (в мг) объема массы меди, внесенной в структуру 1 гр. льняного полотна толщиной 0,53 мм (образец № 2, таблица 1) за счет вариаций значениями емкости С б и высоковольтного напряжения Uco.

Таблица 3 иллюстрирует возможность металлизации предложенным способом натуральных и искусственных тканей, обозначенных в таблицах 1 и 2 без потери их исходных свойств.

В таблице 4 представлены образцы металлизированных медью текстильных полотен, исследованных на грибостойкость.

В таблице 5 приведены результаты испытаний интенсивности развития грибков на поверхности металлизированных тканей.

Таблица 6 характеризует изменение содержания меди при многократных стирках полученных образцов металлизированных тканей.

В результате анализа экспериментальных результатов установлено:

- Характер закрепления частиц в объеме ткани, металлизированной предложенным способом, определяется их температурой в момент соударения с тканью. Если к моменту столкновения частица металла успела остыть и ее температура меньше, чем температура плавления полимера, то она застревает в объеме полимерной ткани, также как и в объеме натуральной ткани, чисто механически (Фиг.2). Если температура больше, чем температура плавления, то происходит ее вплавление в поверхность волокон полимерной ткани (Фиг.3). В натуральной ткани более горячие, но не пережигающие волокна частицы застревают глубже в ее объеме. Оптимально регулировать этот процесс, необходимо размещая металлизатор в воде, что в способе металлизации электродуговым методом неосуществимо. Кроме того, возможно изменять характер распределения металлических частиц в толще ткани в зависимости от мощности электровоздействия на взрываемую проволочку (Фиг.4). При промышленном внедрении этот процесс автоматизируется за счет использования высоковольтных ключей нового поколения - динисторов.

- Исследование экранирующих свойств металлизированных полотен и возможностей их оперативного контроля и регулирования в процессе металлизации дали положительные результаты (Фиг.5, 6).

- Исследования образцов металлизированных полотен на стойкость к воздействию плесневых мицелярных грибов дали положительные результаты (образцы № № 3-5 и № № 8-10, таблица 5).

- Результаты изменения содержания меди в металлизированных в водной среде образцах ткани после их многократных стирок показали, что после первой стирки вымывается около 35% меди (Таблица 6). Затем, после следующих стирок медь практически не вымывается, а после пятой стирки потери меди вновь увеличиваются (до 35%). После первой стирки выходят из ткани те частицы, которые непрочно были закреплены, а после пятой стирки моющий раствор проникает на границы радела между частицей и волокном ткани и постепенно разрушает их связь, стимулируя этим потери меди при многократных стирках. Для повышения прочности закрепления частиц в металлизированных предложенным способом натуральных и синтетических тканях необходимо внедрять непосредственно в молекулярную структуру вещества волокон тканей наноразмерные ионизированные металлические частицы, образованных в результате теплового электровзрыва проволочек и фокусировать траекторию их движения.

- Проволочки из металлов: Pb-Zn-Sn-Al-NiCr-Cu-Fe-Ni при проведении экспериментов на собранной установке показали ее работоспособность в тех же рассчитанных диапазонах значений Uco, Lк, Сб.

- Эксплуатационные показатели свойств исходных тканей после их металлизации предложенным способом не ухудшаются.

Экспериментальные испытания подтвердили состоятельность предложенного способа по практическому использованию достигнутого технического результата в различных отраслях текстильной промышленности.

Сопоставительный анализ предложенного способа с выявленными аналогами уровня техники показал, что он неизвестен и явным образом не следует для специалистов в тех отраслях, где применяются металлизированные натуральные и синтетические ткани, изделия из войлока, кожи, трикотажные, пластичные и другие материалы, а разработанный технологический цикл предложенного способа металлизации материалов может быть промышленно реализован в автоматизированной установке без применения сложных механических устройств, то есть можно сделать вывод о соответствии способа критериям патентоспособности.

Скачать патент РФ Официальная публикация
патента РФ № 2479681

patent-2479681.pdf

Класс D06M10/06 неорганическими соединениями или элементами

способ обработки ткани -  патент 2412292 (20.02.2011)
способ расшлихтовки целлюлозосодержащего текстильного материала -  патент 2064024 (20.07.1996)
способ беления целлюлозосодержащего текстильного материала -  патент 2042001 (20.08.1995)

Класс D06M11/83 металлами; металлообразующими соединениями, например карбонилами металлов; восстановление соединений металлов на текстильных изделиях

Класс D06M23/00 Способы обработки волокон, нитей, пряжи, тканей или волокнистых изделий, изготовленных из этих материалов

способ получения антимикробного серебросодержащего целлюлозного материала -  патент 2525545 (20.08.2014)
способ получения антимикробного медьсодержащего целлюлозного материала -  патент 2523312 (20.07.2014)
модифицированные полимерные изделия на основе полиэтилентерефталата и способы их получения -  патент 2495057 (10.10.2013)
способ для уменьшения складок с применением композиции для ухода за тканью -  патент 2490320 (20.08.2013)
оказывающий благоприятное воздействие агент, содержащий доставляющие частицы -  патент 2462226 (27.09.2012)
способ изготовления текстильного покрытия и текстильное покрытие -  патент 2455410 (10.07.2012)
композитный материал, препятствующий загрязнению -  патент 2453441 (20.06.2012)
устройство для обработки срезов текстильных материалов и деталей швейных изделий -  патент 2441954 (10.02.2012)
способ получения металлизированного текстильного изделия плоской формы, металлизированное текстильное изделие плоской формы и его применение -  патент 2439230 (10.01.2012)
набивное полотно и способ его изготовления -  патент 2430206 (27.09.2011)

Класс D06M23/16 способы обеспечения неравномерного действия обрабатывающих агентов, например односторонняя обработка; дифференцированная обработка

Наверх