Основные требования, предъявляемые к экранирующим полотнам
КУРСОВАЯ РАБОТА
на тему: "Экранирующие трикотажные материалы. Область применения, ассортимент и основные требования, предъявляемые к трикотажу данного назначения"
Выполнила: Иванова Ц.В. гр.МАГ ТТ-719, 1 курс
Проверил: Николаева Е.В.
Москва 2020 г.
Содержание
Введение
Экранирующие трикотажные материалы. Ассортимент экранирующих нитей
Область применения
Основные требования, предъявляемые к экранирующим полотнам
Выводы
Список литературы
Введение
Естественный электромагнитный фон, обусловленный влиянием в первую очередь электромагнитного поля Земли и излучениями космических объектов, наиболее значимым из которых является Солнце, присутствовал на протяжении долгих лет развития человека. В результате человеческий организм, являющийся сложной адаптивной системой, выработал собственные механизмы защиты, которые, однако, зачастую недостаточны при одновременном воздействии естественного и искусственного фона и сложной экологической обстановки. Несмотря на то что излучение космических объектов в значительной степени ослабляется атмосферой, наблюдается негативное воздействие интенсивного солнечного излучения, например, в ультрафиолетовой области длин волн при больших углах падения, отмечается повышенная чувствительность некоторых групп людей к возмущениям электромагнитного поля Земли и солнечным бурям. Активное использование электромагнитного ресурса, связанное с развитием радиосвязи и различных систем передачи и дистанционной обработки информации, телевидения, мобильной связи, радилокации и радионавигации, приводит к появлению дополнительного электромагнитного фона. Электромагнитные поля (ЭМП) различной частоты используются в качестве приемо-передающего, управляющего или энергетического канала, разделенного во времени и по частоте с помощью радиотехнических устройств, и локализованного в пространстве с помощью антенных устройств и экранов.
|
|
|
Электромагнитное излучение радиочастотного диапазона, формируемое радиоэлектронными средствами, отличается от естественного фона по своим частотным и мощностным характеристикам и вносит дополнительный вклад в реакцию биологических объектов. Зачастую реакции биообъектов трудно предсказуемы и носят комплексный характер. При этом особо актуальной проблемой является подавление нежелательных (паразитных) электромагнитных излучений, возникающих из-за несовершенства конструкций излучающих блоков, оказывающих наиболее сильное влияние на человеческий организм вследствие незначительного удаления от источников излучения и образующих дополнительный электромагнитный канал утечки информации. Актуальность разработки высокоэффективных, широкополосных, технологичных и удобных в эксплуатации экранирующих материалов обусловливается не только проблемами биологического воздействия электромагнитных излучений (ЭМИ), а также и высокой потребностью в таких материалах при разработке и усовершенствовании конструкций изделий радиоэлектроники, устройств защиты информации и военной техники.
|
|
|
Экранирующие трикотажные материалы. Ассортимент экранирующих металлических нитей
С развитием приборостроения возникла необходимость создания экранирующих материалов и конструкций, которые защищают комнату, персонал и аппаратуру от электромагнитного излучения в разном диапазоне частот. Выбор материала зависит от сферы его применения, особенностей помещения и т.д.
Одним из видов защиты от ЭМИ является экранирование, в качестве которого может выступать специальная защитная одежда. В последнее время производители тканей, реагируя на изменение спроса на рынке, повышенное внимание уделяют защите от ЭМИ. В результате расширяется ассортимент тканей, появляются новые варианты защиты. Одним из наиболее распространенных вариантов является ткань с решеткой из металлизированной нити.
|
|
|
В основе создания средств индивидуальной защиты от ЭМИ лежат принципы сквозного затухания. Экранирующие свойства тканей определяются удельным содержанием металлизированных нитей в основе и утке. Характер взаимного расположения нитей в виде решетки обусловливает способность ткани защищать от ЭМИ различных поляризаций.
До настоящего времени у нас в стране было разработано два типа защитной ткани - с открытой и скрытой металлизацией. Ткань первого типа изготовляется из хлопчатобумажных нитей, на которые накручивается металлическая фольга. Сплетенная из таких нитей ткань имеет металлический блеск. Хотя некоторые ткани имеют достаточные экранирующие свойства, они не нашли широкого применения, так как костюмы из них, с одной стороны, производят нежелательное психологическое воздействие на окружающих, с другой стороны, человек в этом костюме ощущает в электрических полях легкое покалывание током, вызывающее неприятные ощущения. К тому же возрастает опасность электрических травм.
Защитная ткань второго типа имеет скрытую металлизацию. В этом случае тонкая прочная микропроволока вплетается внутрь хлопчатобумажной нити. Изготовленная из таких нитей ткань не имеет недостатков, присущих ткани с открытой металлизацией, и по внешнему виду она не отличается от обычной.
|
|
|
Металлизированные ткани, пришедшие на замену металлическим листам и сеткам, являются наиболее удобными как средство защиты человека и приборов от ЭМИ. Они нашли широкое применение в России и за рубежом вследствие высокой эффективности экранирования и технологичности применения, т. к. у многих видов сохраняются текстильные свойства. Однако их различные защитные свойства зависят от способа изготовления. Есть ткани, сотканные из синтетических нитей, в которые вплетены металлические медные или медные посеребренные нити. Есть ткани из полиэфира или полиамида, на которые в вакууме проводят напыление медного или никелевого слоя. Такие покрытия являются тонкопленочными и не обеспечивают высокой эффективности экранирования от ЭМИ. Есть также ткани, на которые химическим осаждением нанесены никелевые или медные покрытия. Этот метод с применением драгоценных металлов является малопроизводительным и дорогостоящим.
Сегодня все ведущие производители металлизированных тканей используют в качестве металлического покрытия никель. Этот металл является ферромагнетиком, поэтому хорошо отражает магнитную составляющую ЭМИ. Кроме того, он достаточно хороший проводник электрического тока и обладает высокими антикоррозионными свойствами. Существует также производство тканей, основанное на применении гальванической технологии, которая обеспечивает сплошное двухстороннее никелевое или никелево-медное покрытие толщиной до 12 мкм материала-основы. Технология отличается высокой экономичностью и стабильностью.
Металлизированные ткани производятся на различной основе: полиэфирной, полиамидной, параамидной, стеклянной, базальтовой, кремнеземной, хлопковой, комбинированной (например, хлопок с полиэфиром или полиамидом). Кроме того, производятся металлизированные сетки на капроновой основе, обладающие высоким светопро- пусканием; ткани в зависимости от назначения - с высокой электропроводимостью (от 0,003 до 0,4 Ом/кВ) или низкой (до 1 500 Ом/кВ). Ткани с высокой отражательной способностью обеспечивают экранирование ЭМИ в широком диапазоне частот с защитным эффектом свыше 99,99 %. Высокие теплоизоляционные свойства тканей (на уровне асбеста) за счет теплового отражения, имеют коэффициент экранирования инфракрасного излучения 0,4 - 0,6 в диапазоне длин волн от 2 до 14 мкм. Это расширяет возможности использования таких тканей (для защиты или сохранения тепла) при изготовлении спецодежды для тех, кто работает в экстремальных температурных режимах. Металлические свойства электропроводящих тканей позволяют применять их также для снятия статического электричества, а наряду с металлическими свойствами тканям присущи и высокие текстильные характеристики: гибкость, легкость, воздухопроницаемость.
Также может быть различной и ткань-основа - с плотным и редким плетением нитей разной жесткости и химической природы: полимерной горючей, полимерной негорючей (не поддерживает горение) и негорючей (на основе стекла, кремнезема, базальта). Нанесение металлического покрытия возможно на угле-графитные ткани. В качестве электрически подогреваемых могут быть использованы ткани с заданным электрическим сопротивлением.
Недавно был разработан метод магнетронного распыления, получивший широкое применение в микроэлектронике. Это еще один метод металлизации тканей, который до сих пор практически не применялся в текстильной промышленности. Метод основан на использовании аномального тлеющего разряда в инертном газе с наложением на него кольцеобразной зоны скрещенных неоднородных электрического и магнитного полей, локализующих и стабилизирующих газоразрядную плазму в прикатодной области. Положительные ионы, образующиеся в разряде, ускоряются в направлении катода, бомбардируют его поверхность в зоне эрозии, выбивая из нее частицы материала. Покидающие поверхность мишени частицы осаждаются в виде пленки на подложке (ткани). Высокая кинетическая энергия частиц обеспечивает хороший уровень адгезии образующейся пленки к подложке.
Метод магнетронного распыления реализуется в достаточно глубоком вакууме (порядка 5x105 мм рт. ст.) и позволяет наносить на ткани тонкие пленки меди, алюминия, титана, латуни, серебра, нержавеющей стали, бронзы и других металлов и их сплавов. Способ позволяет наносить на текстильные материалы также соединения некоторых металлов с кислородом или азотом. Например, если нанести нитрид титана, можно получить ткань, окрашенную «под золото» или ткань с эффектом перламутра.
Особенно необходимо отметить, что данный метод практически не загрязняет окружающую среду. Отсутствует необходимость в использовании каких-либо химических материалов, а значит - в очистке сточных вод, что должно скомпенсировать затраты, связанные с повышенным энергопотреблением оборудования в связи с необходимостью достаточно глубокого вакуумирования и использования магнетрона. Установка оборудования не требует наличия специальных инженерных коммуникаций: станций очистки сточных вод, парогенераторов и паропроводов, химических станций и т. п. Это позволяет использовать данное оборудование даже в условиях малых предприятий.
Поскольку обработка тканей происходит в мягких условиях так называемой низкотемпературной плазмы, ткань сохраняет мягкий гриф, воздухо- и влагопроницаемость, драпируемость и прочностные характеристики.
Напыление слоя металла приводит к появлению у ткани электрической проводимости. В отличие от других способов металлизации, способ магнетронного распыления позволяет достаточно тонко регулировать толщину металлического слоя, а значит и его сопротивление, что очень важно при создании структур с определенной проводимостью. Появление проводимости приводит к тому, что синтетические ткани или нетканые материалы приобретают антистатические свойства. Это весьма важно, например, для создания искробезопасных фильтров, использующихся на взрывоопасных производствах (угледобывающая, деревообрабатывающая и пищевая отрасли промышленности).
Никогда еще за всю историю человечества не было такого ускорения технического прогресса, который наблюдался за последние десятилетия, в том числе и в области производства тканей. Инновации, внедренные в процесс производства ткани, изменили образ жизни человека, его отношение к одежде, стилю жизни и заставили по-новому взглянуть на материалы с точки зрения их функциональности.
Производство тканей с эффектом защиты от ЭМИ, которые при этом не теряют своих эргономических свойств, будет приобретать все больший масштаб. С учетом роста количества приборов, оказывающих ЭМИ, данные ткани со временем, возможно, будут использоваться и при изготовлении не только специальной, но и повседневной одежды.
Одним из наиболее широко распространенных технологических решений создания гибких электромагнитных экранов и защитной одежды является использование в структуре полотен материалов, обладающих высокой проводимостью и эффективностью экранирования - металлов.
Металлические рисунки могут формироваться различными способами, такими, как использование металлических порошков, дисперсных металлосодержащих паст, красок и т. д., однако наиболее простой метод изготовления экранирующих материалов - формирование проводящих структур с помощью металлических проводников в виде комплексных нитей или микропровода.
Экранирующие свойства тканей определяются удельным содержанием металлизированных нитей в основе и утке. Характер взаимного расположения нитей в виде решетки обусловливает способность ткани защищать от ЭМИ различных поляризаций. До настоящего времени у нас в стране было разработано два типа защитной ткани: с открытой и скрытой металлизацией.
Ткань первого типа изготовляется из хлопчатобумажных нитей, на которые накручивается металлическая фольга. Сплетенная из таких нитей ткань имеет металлический блеск. Хотя некоторые ткани имеют достаточные экранирующие свойства, они не нашли широкого применения, так как костюмы из них, с одной стороны, производят нежелательное психологическое воздействие на окружающих, с другой стороны - человек в этом костюме ощущает в электрических полях легкое покалывание током, вызывающее неприятные ощущения. Увеличивается опасность электротравм. К этой группе относятся также ткани типа парчи и шоопированная ткань.
Защитная ткань второго типа имеет скрытую металлизацию. В этом случае тонкая прочная микропроволока вплетается внутрь хлопчатобумажной нити. Изготовленная из таких нитей ткань не имеет недостатков, присущих ткани с открытой металлизацией, и по внешнему виду не отличается от обычной (СТУ-36-12-199-63).
До последнего времени широко применялась ткань В-1. По основе она содержит на 10 см длины 320 нитей. Из них каждые 2 нити из 3 имеют внутри микропровод. По утку на 10 см содержится 210 нитей, каждая из которых имеет внутри микропровод. По основе данная ткань ослабляет сантиметровые волны на 23,5 дБ (в 225 раз), по утку - на 23,93 дБ (в 241 раз). При этом ослабление в диапазоне частот излучения 0,6-10 ГГц составляет 20-30 дБ. На более высокой частоте облучения степень защиты уменьшается, поэтому верхняя граница применения средств индивидуальной защиты из такого материала составляет насколько десятков ГГц, нижняя - 0,3-0,6 ГГц. Эти ограничения в ГГц-диапазоне связаны с тем, что не обеспечивается достаточный контакт между проводниками ткани, а в МГц-диапазоне - появлением резонансных изменений величины затухания при соизмеримости длины волны излучения с размерами одежды. В некоторых случаях с целью повышения эффективности защиты, места швов отдельных элементов одежды пропитывают электропроводящей массой или клеем. В последнее время разработана новая радио-экранирующая ткань типа «Восход» (ТУ РТ 17- GO 1-91) на основе полимерных волокон с покрытием из меди, никеля и других металлов.
Наиболее критичным параметром, определяющим экранирующие характеристики полотен с микропроводом, является технология формирования металлического рисунка.
Исследования экранов связаны с измерением эффективности экранирования, т. е. с измерением напряженности электрической и магнитной составляющей ЭМП в одной и той же точке экранируемого пространства до и после установки экрана. Установлено, что трикотажные полотна с микропроводом подавляют ЭМИ радиочастотного диапазона в основном за счет отражения электрической составляющей ЭМП.
Максимальное значение эффективности экранирования в радиочастотном диапазоне не превышает 30 дБ вне зависимости от материала используемого микропровода, а применение таких материалов ограничено достаточно узкой полосой рабочих частот, в которой характеристики достаточно стабильны.
Область применения
Гибкие электромагнитные экраны находят широкое применение не только для "классических" целей подавления нежелательных излучений электронной техники, а также актуальны и в других областях, таких, как экологическая защита живых организмов от вредного воздействия электромагнитного излучения, создание одежды и накидок специального назначения, подавление электромагнитного канала утечки информации и защита устройств обработки информации от электромагнитного воздействия.
Отдельным направлением является использование таких материалов в военном деле при конструировании и модернизации изделий электроники, а также для снижения заметности объектов и повышения их помехозащищенности. Особое внимание уделяется использованию радиопоглотителей в конструкциях авиационной техники, надводных и подводных кораблей, где большое количество электронной аппаратуры сконцентрировано на ограниченной площади судна.
Использование волокнистых материалов позволяет реализовать новые оригинальные устройства и конструкции, не имеющие аналогов в мировой практике.
Основные требования, предъявляемые к экранирующим полотнам
Основные требования, предъявляемые к экранирующим полотнам представленны в ГОСТ 12.4.172-2014 - "Система стандартов безопасности труда. Комплект индивидуальный экранирующий для защиты от электрических полей промышленной частоты. Общие технические требования и методы испытаний".
Для ткани из углеродной нити типа УН-2 - ТУ 88.086.030-95.
Выводы
Анализируя результаты экранирующих свойств трикотажных полотен с применением металлических и углеродных нитей можно сделать следующие выводы:
1. Коэффициент экранирования трикотажных полотен зависит от числа токопроводящих нитей в пучке, из которых изготавливается полотно.
2. Для изготовления полотен, состоящих из углеродных нитей, рекомендуют трикотажные машины 3 и 6 классов.
3. Разработанные материалы могут быть использованы для создания защитных экранов и устройств, обеспечивающих защиту от ЭМИ, изготовления защитной одежды персонала, работающего на линии электропередач.
Список литературы
1. П.А. Костин, Е.Г.Замостоцкий - "ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ СВОЙСТВ ТРИКОТАЖНЫХ ПОЛОТЕН С КОМБИНИРОВАННЫМИ ЭЛЕКТРОПРОВОДЯЩИМИ НИТЯМИ И ПРЯЖЕЙ "
2. Т.П. Бондарева, Е.Г. Замостоцкий, В.В. Невских - "РАЗРАБОТКА ТКАНИ С ЭКРАНИРУЮЩИМ ЭФФЕКТОМ И ИССЛЕДОВАНИЕ ЕЁ СВОЙСТВ"
3. Патент RU 97 205 U1 H 0 1 B 7/1 8 (2006.01) - "ЭКРАНИРУЮЩАЯ ВИТАЯ НИТЬ И ЭКРАНИРУЮЩАЯ ТКАНЬ,СПЛЕТЕННАЯ ИЗ ТАКИХ НИТЕЙ"
4. Патент RU 2 338 021 C1 D06M 11/83 (2006.01); D03D 15/12 (2006.01); D02G 3/38 (2006.01); C23C 14/35 (2006.01); B82B 3/00 (2006.01); A62B 17/00 (2006.01)
5. И. Н. Коханая, А. В. Мазная, В. А. Коханый, Е. М. Андриенко, О. П. Яременко, И. Н Ободеева - "ИССЛЕДОВАНИЕ ЭКРАНИРУЮЩИХ СВОЙСТВ ТРИКОТАЖНЫХ ПОЛОТЕН, СОДЕРЖАЩИХ МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ И УГЛЕРОДНЫЕ НИТИ"
6. Вестник технологического университета. 2015. Т.18, №15; УДК 677.024; 677.074; С. Д. Николаев, Е. В. Сильченко - "ЗАЩИТА ЧЕЛОВЕКА ОТ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ ПРИ ПОМОЩИ ТКАНЕЙ"
Дата добавления: 2021-01-21; просмотров: 98; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!