Экранирующая ткань своими руками

Добавил пользователь Alex
Обновлено: 18.09.2024

НАНОПОКРЫТИЯ / ЭКРАНИРУЮЩИЙ ЭФФЕКТ / ЛЬНОСОДЕРЖАЩАЯ / ЭЛЕКТРОПРОВОДЯЩАЯ НИТЬ / НАНОРАЗМЕР ПОР / ПЛЕНКА МЕДИ / ТИТАНА И ХРОМА / АНТИСТАТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА / NANOCOVERING / SHIELDING EFFECT / LINENCONTAINING WEFT / ELECTROCONDUCTIVE YARN / NANOSIZED PORES / COPPER FOIL / COPPER / TITANIUM AND CHROMIUM COATING / ANTISTATIC PROPERTIE

Аннотация научной статьи по промышленным биотехнологиям, автор научной работы — Бондарева Татьяна Петровна, Замостоцкий Евгений Геннадьевич, Невских Виктория Владимировна

Разработана структура и исследованы свойства ткани для нанесения нанопокрытия и создания экранирующего эффекта . В утке использована льносодержащая электропроводящая нить линейной плотности 50 текс. Вафельное переплетение ткани позволяет создать экранирующий эффект с заданными наноразмерами пор . Экранирующий эффект на ткани достигается нанесением наноструктурированных пленок меди, титана и хрома . Ткань может использоваться для широкого ассортимента текстильных изделий с антистатическими свойствами и высокой степенью ослабления и отражения электромагнитного излучения.

Development of the fabric with screening effect and research of its properties

The structure is developed and properties of the fabric for nanocovering application and creation of shielding effect are investigated. In the weft the electroconductive linen thread of line density 50 tex is used. The towel weave of the fabric allows to to create a shielding effect with prescribed nanoscale pores. The shielding effect on the fabric is reached by application of the nano structured films of copper, titan and chrome. The fabric can be used for the wide range of textile products with antistatic properties and high degree of attenuation and reflection of electromagnetic radiation.

РАЗРАБОТКА ТКАНИ С ЭКРАНИРУЮЩИМ ЭФФЕКТОМ И ИССЛЕДОВАНИЕ ЕЁ СВОЙСТВ

Т.П. Бондарева, Е.Г. Замостоцкий, В.В. Невских УДК 677.074

НАНОПОКРЫТИЯ, ЭКРАНИРУЮЩИЙ ЭФФЕКТ, ЛЬНОСОДЕРЖАЩАЯ, ЭЛЕК-ТРОПРОВОДЯЩАЯ

НИТЬ, НАНОРАЗМЕР ПОР, ПЛЕНКА МЕДИ, ТИТАНА И ХРОМА, АНТИСТАТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

Разработана структура и исследованы свойства ткани для нанесения нанопокрытия и создания экранирующего эффекта. В утке использована льносодержащая электропроводящая нить линейной плотности 50 текс. Вафельное переплетение ткани позволяет создать экранирующий эффект с заданными наноразмерами пор. Экранирующий эффект на ткани достигается нанесением наноструктурированных пленок меди, титана и хрома. Ткань может использоваться для широкого ассортимента текстильных изделий с антистатическими свойствами и высокой степенью ослабления и отражения электромагнитного излучения.

NANOCOVERING, SHIELDING EFFECT, LINENCON-TAINING WEFT, ELECTROCONDUCTIVE YARN, NANOSIZED PORES, COPPER FOIL, COPPER, TITANIUM AND CHROMIUM COATING, ANTISTATIC PROPERTIE

В наши дни, когда практически каждый ребенок пользуется собственным мобильным телефоном, ежедневно смотрит телевизор и много времени проводит перед компьютером, очень важно максимально защитить детей от негативных последствий воздействия электромагнитных волн.

Разработка текстильных материалов с металлическими покрытиями для использования в качестве высокоэффективных гибких электромагнитных экранов и поглотителей электромагнитного излучения в Х-диапазоне (Х-Ьапс1) является актуальной научной задачей современности.

Интенсивное развитие имеет производство синтетических волокон, наполненных наночастицами оксидов металлов: ТІОг А1203, ЯпО, МдО. Такие волокна приобретают особые свойства: фотокаталитическую активность; УФ-защиту; антимикробные свойства; электро-проводность; грязеотталкивающие свойства; фотоокислитель-ную способность в различных химических и

биологических условиях [1].

В производстве нановолокон интересным направлением является придание волокнам ячеистой, пористой структуры с определенными наноразмерами пор. При этом достигается резкое снижение удельной массы (получение легких материалов), хорошая теплоизоляция, устойчивость к растрескиванию, биологическая защита [2].

Цель работы - подбор оптимального вида переплетения для выработки ткани с антистатическими свойствами, служащей основой для последующего нанесения нанопокрытия и создания экранирующего эффекта, позволяющего создать на ткани наилучший отражающий эффект электромагнитного излучения (ЭМИ).

Для выполнения поставленной цели были решены следующие задачи:

- выбран сырьевой состав нитей основы и утка;

- подобран вид переплетения и разработана структура ткани;

- наработана ткань, на которую нанесены на-ноструктурированные пленки из меди, титана и хрома;

- исследованы экранирующие свойства ткани с нанопокрытием из пленок меди, титана и хрома, создающих экранирующий эффект.

Для выработки опытной ткани была использована хлопчатобумажная пряжа линейной

плотности 25 текс * 2 в основе и комбинированная льносодержащая электропроводящая нить линейной плотности 50 текс с медной проволокой в утке. Сырьевой состав и основные физико-механические показатели нитей, использованных для разрабатываемой ткани, приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Показатели физико-механических свойств нитей

Наименование показателя Значение

Состав сырья 100% хлопок лен, полиэфир, медь

Линейная плотность, текс гч X ш гч 50

Допускаемое отклонение кондиционной линейной плотности от номинальной, % +1,5 -2,5 4,6

Разрывная нагрузка, сН 675 1285

Величина крутки, кр/м 650

Коэффициент крутки, не более 47,4

Относительное разрывное удлинение, % 6,7 10

Коэффициент вариации по разрывной нагрузке, % 11,2 3,8

Жесткость, сН 9930

Показатель качества, не менее 1,23 1

В результате исследований опытной суровой ткани определены показатели основных физико-механических свойств, установлено, что разрывная нагрузка, воздухопроницаемость, поверхностная плотность опытной ткани выше, чем

у ткани базового образца, в основе и утке которой используется крученая хлопчатобумажная пряжа линейной плотности 25 текс * 2. Результаты исследований базового и опытного образца тканей приведены в таблице 2.

Таблица 2 - Физико-механические свойства суровой ткани

Наименование показателя Размерность Значение

Базовый образец Опытный образец

Ширина суровой ткани см 88 88

Плотность ткани по основе по утку нит/10см 212 188 212 190

Разрывная нагрузка полоски ткани

размером 50*200 мм по основе Н 183 213

по утку 246,2 1587,5

Разрывное удлинение по основе 31 29

по утку 24,2 30,5

Поверхностная плотность ткани г/м2 218,2 215,5

Уработка нитей основы % 6,19 2,9

Воздухопроницаемость дм3/м2-с 877 652

Нанесение наноструктурированных пленок меди, титана и хрома на опытный образец ткани осуществлялось вакуумно-дуговым осаждением в вакууме и среде углекислого газа (С02) при следующих параметрах: остаточное давление 3*10-3 Па, давление газа 1,5*10-1 Па, ток катодной дуги 55 А. Время осаждения от 5 до 20 мин. Толщина покрытия 0,1-1,5 мкм (на образ-цах-свидетелях - 0,4 мкм).

Исследование структуры наноразмерных покрытий и экранирующей способности (экранирующих характеристик - коэффициентов ослабления и отражения ЭМИ) ткани, выработанной с использованием комбинированной льносодержащей электропроводящей нити в утке, проводилось там же на растровом электронном микроскопе. Измерения экранирующих характеристик ткани с нанопокрытием проводили с помощью анализатора цепей и волнового измерителя в диапазоне 8 - 12 ГГц.

На рисунке 1 приведена фотокопия фактурной поверхности экранирующей ткани, сделанная с помощью микроскопа (коэффициент увеличения 63).

Значения коэффициентов ослабления и от- нанопокрытием титана (77) - на рисунке 3, с на-

ражения опытной экранирующей ткани с нано- нопокрытием хрома (Сг) - на рисунке 4.

покрытием меди (Си) показаны на рисунке 2, с

Рисунок 2 - Экранирующие характеристики ткани с покрытием из Си: а - значения коэффициентов ослабления; б - значения коэффициентов отражения

Рисунок 3 - Экранирующие характеристики тканей, покрытых Ті: а - значения коэффициентов ослабления; б - значения коэффициентов отражения

7,5 8,0 8,5 9,0 9,5 10,0 10,5 11,0 11,5 12,0 -7,6 і—■ '—■—'—■—' ■—'—■—'—■ ' ■—'—■—' ■

7,5 8,0 8,5 9,0 9,5 10,0 10,5 11,0 11,5 12,0

Рисунок 4 - Экранирующие характеристики тканей, покрытых Сг: а - значения коэффициентов ослабления; б - значения коэффициентов отражения \________________________________________________________________________________________________________/

Коэффициенты ослабления ЭМИ образцов текстильных материалов, покрытых медью, имеют значения до 5 дБ, покрытых титаном - до 10 дБ, покрытых хромом - до 6 дБ, а для углеродной ткани, покрытой медью, - от 21 до 26,5 дБ.

Коэффициенты отражения ЭМИ образцов текстильных материалов, покрытых медью, изменяются в диапазоне от 3 до 11,5 дБ, покрытых титаном - от 3,5 до 10,5 дБ, покрытых хромом

- от 5,6 до 7,4 дБ, а для образцов углеродной ткани, покрытой медью - от 0,4 до 1,6 дБ.

Также была изучена закономерность изменения экранирующих характеристик в диапазоне 0,01 - 18 ГГц.

Измерения проводили с помощью панорамного измерителя коэффициентов передачи и

отражения, содержащего коаксиальный СВЧ измерительный тракт сечением 7/3,04 мм. Полосы качания частоты измерителя с количеством частотных точек равны 256.

Закономерности изменения значений коэффициентов ослабления и отражения ЭМИ ткани, покрытой медью, в диапазонах 0,7 - 3 ГГц и 2 -18 ГГц, показаны на рисунках 5 - 8.

Коэффициенты ослабления ЭМИ образцов хлопкольнополиэфирной ткани, покрытых медью, варьируются около 0 дБ, а коэффициенты отражения име-ют значения 5 - 10 дБ в диапазоне 0,7 - 18 ГГц.

Проведенные исследования показали перспективность использования гибких электромагнитных экранов и поглотителей электро-

магнитного излучения на основе текстильных материалов с металлическими покрытиями и их высокую эффективность в Х-диапазоне (Х-Ьапс1), то есть диапазоне, применяемом для наземной и спутниковой радиосвязи.

Основные преимущества тонкопленочных радиопоглощающих покрытий на основе нано-структурированных пленок меди, титана и хрома:

- использование одного вида покрытий с высокими значениями коэффициентов отражения в диапазоне частот 0,7-18 ГГц;

- высокие механическая прочность и термостойкость;

- экологически чистая и безотходная технология получения.

Технология может быть использована при создании на текстильной основе легких, прочных, долговечных и декоративно привлекательных радио экранирующих материалов, а также радиопоглощающих материалов, обладающих маскирующими свойствами в СВЧ-диапазоне.

Рисунок 5 - Значения коэффициентов ослабления ЭМИ в диапазоне 0,7-3 ГГц: а - покрытия, осажденные в вакууме; б - покрытия, осажденные в среде С02

Рисунок 6-Значения коэффициентов отражения в диапазоне 0,7-3 ГГц: а- покрытия, осажденные в вакууме; б - покрытия, осажденные в среде С02

-----Раїрпопі оі "і лі оаіаі_в

і 9 їй 1ї І* 1* 1Є !С Ч ! • О й іф і> і* іб і| ![

чигтп-я. ГГц ч?ргді*. ГГц

Рисунок 7 - Значения коэффициентов ослабления ЭМИ в диапазоне 2-18 ГГц: а - покрытия, осажденные в вакууме; б - покрытия, осажденные в среде С02

Рисунок 8 - Значения коэффициентов отражения ЭМИ в диапазоне 2-18 ГГц: а - покрытия, осажденные в вакууме; б - покрытия, осажденные в среде С02

Проведение испытаний и оценка качества работы радиоустройств — то ещё веселье. Для таких лабораторных исследований порой требуется специфическое оснащение, которое стоит больших денег. В том числе — безэховые экранированные боксы.

Меня зовут Андрей, я работаю в команде разработки аппаратных решений Яндекса. Сегодня я поделюсь личным опытом и расскажу, как собрать экранированный бокс в несколько раз дешевле аналогов.

Многие современные высокотехнологичные устройства уже давно оснащаются средствами беспроводной связи. Чтобы обеспечить нормальное функционирование радиочасти таких устройств, нужно детально исследовать все радиопараметры и провести качественно-количественную оценку характеристик. Особенно в ситуации, когда радио является основным связующим звеном устройства с внешним миром.

В профильных комьюнити ходит выражение, которое показывает, что точность измерения любых качественных или количественных характеристик зависит от огромного количества условий: в любых испытаниях, связанных с ВЧ и радио, всё зависит от всего. Чтобы провести хоть сколько-нибудь вменяемые и репрезентативные исследования радиоустройства, важно снизить влияние внешних факторов по максимуму.

При всех прочих обстоятельствах можно выделить три основных врага любого инженера, который проводит испытания и измерения параметров радиоустройств:

Помехи от других источников электромагнитных сигналов.
Отражённые радиоволны самого источника.
Кондуктивные (распространяющиеся по проводникам) помехи.

Такие камеры обладают свойствами экранирования для отделения внешней электромагнитной обстановки от внутренней. Это также подразумевает защиту от электромагнитных помех и излучений различной природы. Помимо общего контура экранирования, внутри камер размещается специализированное радиопоглощающее покрытие, которое забирает часть мощности электромагнитных волн в заданном диапазоне частот, чтобы снизить степень отражения собственного излучения.

Часто такие помещения занимают значительную площадь и стоят очень больших денег. Поэтому в качестве альтернативы большим безэховым камерам могут применяться настольные боксы.

Принцип действия в них примерно такой же, как и в их больших вариантах: он основывается на фундаментальных механизмах взаимодействия электромагнитного поля и вещества. Вокруг тестируемого устройства организуют полностью замкнутый электромагнитный экран с нужным коэффициентом экранирования, а по внутреннему периметру экрана размещают радиопоглощающее покрытие, которое позволяет снизить отражение собственных излучений устройства.

Если оборудование для таких исследований требуется срочно (а время поставки экранированных боксов часто исчисляется неделями и месяцами) и с минимумом затрат, на помощь приходят прямота рук, теоретическая база и самое главное — опыт, накопленный в ходе работы.

За время, пока профессиональный набор для подобных исследований дойдёт от поставщика, можно успеть сделать боксы своими руками! Это мне и довелось проделать, поэтому сегодня я поделюсь опытом с вами.

Итак, мы должны сделать экранированный безэховый бокс, который бы изолировал тестируемое устройство от внешних электромагнитных сигналов и ослабил их приблизительно на 40–50 дБ в диапазоне от 2 до 6 ГГц. Кроме этого, важно, чтобы отражённый сигнал самого устройства ослаблялся в специальном материале и не влиял на результаты тестирования.

Зная общие принципы построения экранированных безэховых камер и боксов, мы можем прикинуть, что нам понадобится для его изготовления. Получается примерно следующий список:

Телекоммуникационный ящик, который будет использоваться в качестве основы нашего бокса.
Экранирующая ткань — материал для создания внешнего контура экранирования.
Радиопоглощающий материал для наклейки на внутренние плоскости ящика.
Клей для механического закрепления экрана и радиопоглотителя.
Токопроводящий клей для электрического соединения фрагментов обоев, наклеенных на ящик.
Инструменты: кисточки для нанесения клея, ножницы для резки поглотителя и экранирующих обоев, отвёртка для снятия дверок.

Количество материалов я рассчитывал для двух боксов: в одном из них находится тестируемое устройство, в другом — источник сигнала. Общая стоимость вышла такой:

Компонент	Кол-во	Цена/шт (руб.)	Всего (руб.)
Телекоммуникационный ящик	2 шт.	4162	8324
Экранирующие обои	5 кв. м	5042	25 210
Радиопоглощающий материал	3 кв. м	10 190	30 570
Токопроводящий клей	16 шт.	200	3200
Клей для механического соединения	3 банки	338	1014
Итого:	68 318

Получается, что на один экранированный бокс мы тратим 34 159 рублей. Предложения российских, западных и китайских поставщиков на ящики с таким же объёмом камеры и степенью экранирования начинаются от 1500 $ без учёта стоимости доставки.

После закупки всех материалов можно приступать к созданию наших безэховых боксов.

Первым делом снимаем дверцы и демонтируем с них замки и приваренное крепление, чтобы беспроблемно наклеить экран и поглотитель.

Затем отмеряем и нарезаем обои. Приклеиваем их по контуру ящика, полностью соединяя все стыки между частями.

После этого прикручиваем дверцу и проверяем наличие электрического контакта между составными частями ящика и частями обоев. Сопротивление должно быть меньше 1 Ом.

Далее отмеряем и нарезаем радиопоглотитель и приклеиваем его на все внутренние плоскости ящика.

Все работы настоятельно рекомендую проводить в перчатках: поглотитель производится на основе графита и оставляет следы, как от грифеля простого карандаша.

Итого на создание двух ящиков мне потребовалось около 6 часов с учётом времени на демонтаж замка, все необходимые замеры, расчёты и нарезку материала.

После того, как ящик собран, его нужно проветрить и дождаться полного высыхания клея. Клей сохнет достаточно быстро, и на следующий день ящиками уже можно пользоваться по их прямому назначению. Для экспресс-проверки кладём внутрь сотовый телефон, закрываем ящик, подключаем заземление и пытаемся дозвониться.

Как и ожидалось — звонок не проходит, связь с Bluetooth-гарнитурой разрывается, телефон отключается от Wi-Fi роутера. На основании этого можно предположить, что с поставленной задачей мы в какой-то степени справились.

Было бы здорово провести факультативное сравнение профессиональных ящиков с известными параметрами и тех, что получились у меня, в специализированной лаборатории — чтобы получить конкретные цифры и показатели по степени экранирования в рабочем частотном диапазоне и коэффициенту отражения. Но пока из-за ситуации с коронавирусом сделать это не выйдет. Как только появится возможность, проведу исследование и напишу о результатах в новой статье — надеюсь, это будет интересно читателям!

Наиболее распространенными материалами для экранирования являются металлические сетки, листы и краски. Для экранирования оконных проемов и дверных блоков, в целях защиты их от воздействия вредных излучений, применяют токопроводящие материалы: сетки, шторы и пленки.

Особым образом производят экранирование оборудования, приборов. В этих целях используют краску, обладающую специальными свойствами, которую накладывают на внутреннюю поверхность оборудования. Впоследствии такое оборудование заземляют. Другой способ – применение чехлов их металлизированной ткани.

В целях минимизации воздействия электромагнитного или радиационного излучения на работников особых профессий, а, также, защиты оборудования, применяется оборудование для экранировния от электромагнитных полей.

Ткани экранирующие

Основная задача таких тканей – создавать преграду электромагнитным волнам, разного диапазона частот.

Ткань подбирают исходя из типа помещения, места или оборудования, которое необходимо оградить от воздействия вредных факторов. Экранирование может осуществляться тюлем, сеткой, плотной тканью.

Наша компания реализует синтетические и натуральные экранирующие ткани от производителей Германии и Швейцарии.

Ткань в виде тюля

Экранирование помещения при помощи специального тюля обеспечивает полную защиту пространства от разного рода излучения. Размещать такую ткань можно на окнах в офисах и других помещениях, просто в квартирах, а, также, в виде балдахина над кроватью. Материал подобного качества способен подавлять излучение в пределах до 38дБ.

Экранирующая ткань плотной текстуры

Такой вид ткани имеет в составе волокон высокое содержание металла. Широкое применение этот материал получил в производстве специальной одежды, накидок и чехлов. Обладает способностью ослаблять излучение до 100дБ.

Ткань в виде сетки

Специфика данного вида ткани в том, что она выполнена в виде полотна с крупными ячейками и имеет жесткую поверхность. Это обусловлено тем, что в состав ткани включают полиэстер, сталь или полиамид. Такое экранирование устанавливают на этапе ремонтных работ в стеновые потолочные и половые покрытия помещений.

Возможности нашей компании позволяют производить экранированную одежду из любых типов специальной ткани по индивидуальным заказам.

Пленки экранирующие

Для защиты помещений от потоков, излучаемых антеннами спутниковой связи, на окна и двери помещений накладывают экранирующую пленку, способную блокировать такое излучение. Монтаж пленки происходит методом наклеивания (материал изготовлен на клеевой основе). Цветовое выражение пленок представлено серебристой, серой и медной гаммами.

Единственным ограничением для установки такого рода экранирования является нагревание защищаемой поверхности.

Поставка пленки осуществляется рулонами. Менеджеры нашей компании готовы дать консультации по всем интересующим вопросам.

Краска экранирующая

Краска, обладающая свойствами защищать поверхности и помещения от воздействия вредных излучений, - современное инновационное изобретение. Компоненты, входящие в состав материала: вода, графит и латексные элементы.

Краски обладают следующими качествами

морозостойкостью;
влагонепроницаемостью;
высокой экологичностью;
коэффициентом ослабления от 35 до 46 дБ.

Нанесенная на поверхность краска, после полного высыхания, приобретает темно серый или черный цвет. Этот экранирующий материал может применяться во всех типах помещений от промышленных цехов до детских комнат в жилых домах.

Заземление экранирующей краски

Этот вид экранирующего материала требует заземления, для которого применяют клейкую ленту на металлизированной основе, укладываемой под слой краски.

Мы реализуем все виды экранирующих материалов, в том числе и экранирующие краски, которые по стоимости наиболее выгодны. Поставляются краски в емкостях объемом от 1 до 20 литров.

Экранирующие материалы — средства, необходимые для защиты от электромагнитного излучения. Ассортимент нашего каталога включает различные средства для создания эффективного барьера от внешнего электромагнитного поля. Изделия, выполненные из современных материалов, отличаются высокими качественными и эксплуатационными показателями.

Экранирующие материалы: достоинства

Для экранирующих материалов нашего каталога характерны следующие преимущества:

Читайте также: