способ электрохимической защиты текстильных изделий от статического электричества

Формула изобретения

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.

Описание изобретения к патенту

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).

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.

Известна антистатическая защитная одежда (DE 4402578 А1, 03.08.1995), изготовленная из ткани с углеродными нитями.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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).

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.

Пример 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.

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/см ² _ячейки или 15,7 Ф/г_{активного вещества в электроде}.

Пример 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.

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} .

Пример 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.

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.

Пример 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.

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}.