RO138270A2 - Structură grid funcţionalizată prin ultrasonare pentru ecranare electromagnetică - Google Patents

Abstract

Invenţia se referă la două compoziţii de dispersii polimerice D1 şi D2, la un procedeu de obţinere a acestora şi la două compozite textile B1 sau B2 cu proprietăţi electroconductive destinate realizării ecranelor pentru atenuare electromagnetică pentru aplicaţii tehnice în electrotehnică, respectiv inginerie mecanică. Compoziţiile dispersiilor polimerice conform invenţiei sunt obţinute din 96...97,5% apă distilată, 1...0,5% polivinilpirolidonă, 2...3% grafit şi 3500...4500 μl soluţie de alcool polivinilic pentru compoziţia D1 sau 3500...4500 μl soluţie de polietilenglicol pentru compoziţia D2. Procedeul de obţinere a dispersiilor conform invenţiei constă în amestecarea mecanică a apei distilate cu polivinilpirolidona (PVP) şi grafit, timp de 3...5 min., urmat de introducerea în timpul amestecării a soluţiei de PVA pentru obţinerea dispersiei D1 sau a polietilenglicolului pentru obţinerea dispersiei D2, urmând ca dispersia să se supună ultrasonării la puterea de 280 W, timp de 25...30 min. la o temperatură cuprinsă între 60...75°C. Compozitele textile B1 sau B2 conform invenţiei sunt funcţionalizate prin imersarea ţesăturii A în dispersia polimerică D1 sau D2 pe bază de grafit, la o temperatură cuprinsă între 70...80°C timp de 80...120 min., urmată de fixare prin uscare liberă la o temperatură cuprinsă între16...20°C timp de 24 ore şi/sau uscare controlată utilizând un sistem de încălzire pe bază de rezistenţe electrice, la o temperatură cuprinsă între 160...175°C timp de 3...5 min.

Description

Structura grid funcționalizată prin ultrasonare pentru ecranare electromagnetică

Invenția se referă la un procedeu de funcționalizare a țesăturii A, de realizare a compozitelor (Bl și B2) cu proprietăți electroconductive și compozițiile chimice ale unor dispersii polimerice Dl și D2 pe bază matrice polimerică polivinilpirolidonă/alcool polivinilic, respectiv polivinilpirolidonă/polietileglicol și grafit destinate realizării ecranelor pentru atenuare electromagnetică pentru aplicații tehnice în electrotehnică, respectiv inginerie electrică. Materialul compozit (Bl sau B2) este obținut prin funcționalizare în baie de ultrasonare a țesăturii A și pe baza unor dispersii polimerice Dl sau D2 (pe bază de matrice polimerică PVP/PVA, respectiv PVP/PEG și grafit) în care țesătura A din bumbac 100% este imersată și supusă ultrasonării. Astfel, pe suprafața țesăturii A se depune prin imersare, dispersia polimerică Dl sau D2 conținând matricea polimerică (polivinilpirolidonă/alcool polivinilic, respectiv polivinilpirolidonă/polietilenglicol), și grafit, urmată de uscare liberă la 16...20° C timp de 24 de ore și/sau uscare controlată la o temperatură de 160...175° C timp de 3...5 minute, ulterior pregătirii, constând în funcționalizare prin ultrasonare.

La nivel mondial există brevetele CN102061545B, CN102122534A, CN106149162A,

US8410461B2, US20200149150A1 care prezintă invenții ale unor materiale pe bază de fibre de poliester si poliamida utilizate pentru ecrane [1, 2], fire din otel sau argint [3] inserate pe direcția urzelii sau bătăturii [4] sau materiale textile in care fibrele izolatoare sunt alternate cu fibrele conductive [5] in structuri textile pentru confecționare produselor de îmbrăcăminte si încălțăminte [5],

Conform CN100507081C, ecranul electromagnetic este realizat prin depunere in vid a unui film subțire de metal prin tehnicile PVD sau CVD [6,7, 8, 9].

Conform US20200149150A1, o perdea cu proprietăți de ecranare electromagnetica se poate obține daca pe suprafața unei tesaturi se pulverizează un metal (titan, argint) utilizând tehnica magnetron sputtering [10]. De asemenea, in literatura de specialitate sunt raportate cercetări privind utilizarea matricii polimerice PVA cu continui de titan, otel sau cupru [11, 12], pe baza de Mxene PVA [12] sau MWCNT si PVA [14] depuse pentru a realizat ecran multistrat pentru atenuare electromagnetica [11].

Suportul textil A se realizează, prin țesere pe mașini de țesut convenționale, și are în urzeală și bătătură fire cu densitatea de lungime 50x2 tex din 100% fibre de bumbac, desimea în urzeală 58...68 fîre/10 cm, iar în bătătură 68...78 fire/10 cm, cu legătura pânză. Masa pe unitatea de suprafață a țesăturii A este cuprinsă între 126 și 132 g/m².

Procedeul de realizare a materialului compozit Bl sau B2, conform invenției, se compune din operațiile de pregătire a suportului țesut A constând în tratare prin ultrasonare în baie de apă distilată, operația de imersare a țesăturii A în dispersia polimerică Dl pe bază de PVP, PVA și grafit, respectiv în în dispersia polimerică D2 pe bază de PVP, PEG și grafit la temperatura de 70...80° C timp de 80...120 minute, și operația de uscare liberă la 16.. .20° C timp de 24 de ore sau uscare controlată utilizând un sistem de încălzire pe bază de rezistențe electrice, la o temperatură de 160...175° C, timp de 3...5 minute.

Operațiile de funcționalizare prealabilă a țesăturii A constau în tratare prin ultrasonare pentru îmbunătățirea hidrofiliei și capacității de absorbție a substanțelor polimerice, astfel încât suportul textil să devină o suprafață de contact stabilă și curățată în profunzime, la care substanțele din dispersiile polimerice Dl sau D2 (de exemplu: PVP/PVA și grafit sau PVP/PEG și grafit) să adere în strat continuu și uniform la suprafața țesăturii, și să asigure un nivel al rezistenței de suprafață cuprinse între 10³...IO⁴ Ω pe suprafața țesăturii A.

Operațiile de realizare a materialelor compozite Bl sau B2 constau în: -funcționalizarea țesăturii crude A, pentru îmbunătățirea hidrofiliei suprafeței prin ultrasonare în apă distilată timp de 20...25 minute la temperatura 70...75° C, utilizând o putere de ultrasonare de 100% la o frecvență de 37 KHz.

- imersarea țesăturii A în dispersiile polimerice Dl sau D2 pe bază matrice polimerică PVP/PVA și grafit, respectiv PVP/PEG și grafit la temperatura de 70...80° C timp de 80...120 minute, urmată de fixare prin uscare liberă la temperatura de 16...20° C, timp de 24 de ore pentru obținerea unui compozit textil conductiv, având rezistența de suprafață 10³-10⁴ Ω.

Invenția prezintă următoarele avantaje:

- prin procedeele de imersare a suportului textil A în dispersiile polimerice Dl sau D2 pe bază de PVP/PVA, respectiv PVP/PEG și grafit se pot obține compozite cu proprietăți adecvate pentru utilizarea ca ecrane de atenuare electromagnetică;

- datorită funcționalizării prin ultrasonare în apă distilată, țesătura crudă nefinisată A, inițial hidrofobă, devine hidrofilă și permite aderarea substanțelor din dispersiile polimerice Dl sau D2 la suprafața textilă fără a mai fi necesare procedeele clasice de finisare textilă;

- datorită fixării termice, substanțele din dispersiile Dl sau D2 se fixează pe țesătură A și permit obținerea de suprafețe textile conductive având valori ale rezistentei de suprafață cuprinse între 10³ ...10⁴ Ω;

- datorită uscării libere, suprafața textilă A devine electroconductivă după uscarea liberă la temperatura de 16...20° C, timp de 24 de ore având valoarea rezistentei de suprafață 10³-lO⁴ Ω specifică materialelor conductive; ______

- datorită funcționalizării prin imersare în dispersiile polimerice Dl sau D2 pe bază grafit, materialul compozit poate fi utilizat la realizarea unor ecrane pentru atenuare electromagnetică.

Caracterul de noutate al invenției constă în aceea că, dispersia polimerică (Dl sau D2) obținute în principal din polivinilpirolidonă, alcool polivinilic, polietilenglicol și grafit este uniformă, și conferă suportului textil A, după imersare timp de 80-120 minute la o temperatura între 70-80° C, proprietăți electroconductive prezentând valori ale rezistenței electrice de suprafață (IO³ -10⁴Ω) specifice materialelor conductive.

De asemenea, caracterul de noutate constă și în funcționalizarea țesăturii crude A în prealabil în baie de ultrasonare, pentru îmbunătățirea hidrofiliei și capacității de absorbție a substanțelor polimerice, dar și în realizarea materialelor compozite Bl sau B2 electroconductive prin imersarea țesăturii A în dispersiile polimerice Dl sau D2 pe bază de grafit.

Exemplu de realizare

Conform exemplului de realizare a invenției, suportul textil țesut (A) se realizează prin țesere pe mașini convenționale. Astfel, într-o urzeală alcătuită din fire din bumbac 100%, răsucite, cu densitatea de lungime 50x2 tex și desimea în urzeală 58...68 fire/10 cm se introduce bătătura, din fire filate din 100% bumbac cu densitatea de lungime 50x2 tex și desimea în bătătură 68...78 fire/10 cm. Se realizează o țesătură cu legătură pânză (A), având masa pe unitatea de suprafață a țesăturii 126 și 132 g/m2, grosime 0.8...0.9 mm și permeabilitatea la aer 3250...3300 l/m²/sec la presiune de 100 Pa.

Pentru tratarea țesăturii (A) se realizează o dispersie polimerică (Dl sau D2) pe bază de 96...97.5% apa distilata, 1...0.5% polivinilpirolidonă, 3...2% grafit și 3500...4500 μΐ soluție de alcool polivinilic sau polietilenglicol.

Procedeul de realizare a dispersiilor conductive (Dl sau D2) conform invenției constă în amestecarea pe baza procedeului mecanic a apei distilate cu polivinilpirolidonă (PVP) și grafit, timp de 3...5 minute, urmat de introducerea soluției de PVA sau PEG, în timp ce se amestecă. Dispersia se supune ultrasonării timp de 25...30 de minute la temperatura de 60.. .75° C și la puterea de 280 W. Țesătura realizată (A) se imersează în dispersia Dl sau D2 și este tratată prin ultrasonare cu ajutorul unui aparat model ELMA Elmasonic P300H la temperatura de 70...80° C timp de 80...120 minute, urmată uscare liberă timp de 24 de ore și/sau reticulare la 160...175° C, timp de 3...5 cu ajutorul unui aparat model TFO/S 500 mm Roaches.

Bibliografie

1. CN102061545B, Flexible apertured electromagnetic shielding textile and preparation method thereof,

2. Li, J., Wang, L., Luo, H., Gao, Q., Chen, Xiang, J., Yan, J. and Fan, H., 2022. Sandwich-like high-efficient EMI shielding materials based on 3D conductive network and porous microfiber skeleton. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 655, p.130163.

3. CN 102122534A, Strong electromagnetic radiation proiective clothing

4. CN 106149162A, A kind of Electromagnetically shielding fabrics with electric conductivity periodic structure and preparation method

5. Slinkard, M.D., Maupin, J.M. and Eastman, S.J., HUMAN ENERGY CONCEALMENT SYSTEMS LLC, 2013. Methods and apparel for attenuating electromagnetic fields emanating from a person in a human adversarial situation. U.S. Patent 8,410,461.

6. Maity, S., Singha, K., Debnath, P. and Singha, M., 2013. Textiles in electromagnetic radiation protection. Journal of Safety Engineering, 2(2), pp.l 1-19.

7. CN100507081C, Composite preparation method of vacuum sputtering coating and Chemical coating for electromagnetic wave screen fabric and product thereof

8. Rubeziene, V. and Vamaite-2uravliova, S., 2020. EMI shielding textile materials. In Materials for Potențial EMI Shielding Applications (pp. 357-378). Elsevier.

9. Safdar, F., Ashraf, M., Javid, A. and Iqbal, K., 2022. Polymeric textile-based electromagnetic interference shielding materials, their synthesis, mechanism and applications-A review. Journal of Industrial Textiles, 51 (5_suppl), pp.7293S-7358S.

10. Jiang, S.X.K., Xu, J., Dagang, M.I.A.O., Yan, Y. and Peng, Q., Hong Kong Research Institute of Textiles and Apparel Ltd, 2020. Funcțional curtain fabric with anhydrous coating layer and method for manufacturing same. U.S. Patent Application 16/495,982.

11. Jiang, S., Xu, J., Chen, Z., Guo, R., Miao, D., Peng, L., Wang, Y. and Shang, S., 2018. Enhanced electro-conductivity and multi-shielding performance with copper, stainless Steel and titanium coating onto PVA impregnated cotton fabric. Journal of Materials Science: Materials in Electronics, 29(7), pp.5624-5633.

12. Geetha, S., Satheesh Kumar, K.K., Rao, C.R., Vijayan, M. and Trivedi, D.C., 2009. EMI shielding: Methods and materials—A review. Journal of applied polymer Science, 112(4), pp.2073-2086.

13. Yao, Y., Jin, S., Wang, M., Gao, F., Xu, B., Lv, X. and Shu, Q., 2022. Mxene hybrid polyvinyl alcohol flexible composite films for electromagnetic interference shielding. Applied Surface Science, 578, p. 152007.

14. Yun, J., Im, J.S., Lee, Y.S. and Kim, H.I., 2010. Effect of oxyfluorination on electromagnetic interference shielding behavior of MWCNT/PVA/PAAc composite microcapsules. European Polymer Journal, 46(5), pp.900-909.

Claims (5)

1. REVENDICĂRI

   1. Compoziția dispersiei polimerice Dl se caracterizează prin aceea că este obținută din 96...97.5% apă distilată, 1...0.5% polivinilpirolidonă, 3...2% grafit și 3500...4500 μΐ soluție de alcool polivinilic.
2. 2. Compoziția dispersiei polimerice D2 se caracterizează prin aceea că este obținută din 96...97.5% apă distilată, 1...0.5% polivinilpirolidonă, 3...2% grafit și 3500...4500 μΐ soluție de polietilenglicol.
3. 3. Procedeul de obținere a dispersiei polimerice Dl cu conținut de grafit conform revendicării 1, constă în aceea că dispersia Dl este obținută pe baza amestecării mecanice a apei distilate cu polivinilpirolidonă (PVP) și grafit, timp de 3...5 minute, urmat de introducerea soluției de PVA, în timp ce se amestecă. Dispersia se supune ultrasonării timp de 25.. .30 de minute la temperatura de 60.. .75° C și la puterea de 280 W.
4. 4. Procedeul de obținere a dispersiei polimerice D2 cu conținut de grafit conform revendicării 2, constă în aceea că dispersia D2 este obținută pe baza amestecării mecanice a apei distilate cu polivinilpirolidonă (PVP) și grafit, timp de 3...5 minute, urmat de introducerea polietilenglicolului, în timp ce se amestecă. Dispersia se supune ultrasonării timp de 25...30 de minute la temperatura de 60.. .75° C și la puterea de 280 W.
5. 5. Compozitul textil (Bl sau B2) cu proprietăți electroconductive se caracterizează prin aceea că este funcționalizat prin imersarea țesăturii A în dispersia polimerică Dl sau D2 pe baza de grafit, având compozițiile conform revendicării 1, respectiv conform revendicării 2 și fiind obținute conform revendicării 3, respectiv conform revendicării 4 la temepratura de 70...80° C timp de 80...120 minute, urmată de fixare prin uscare liberă la 16...20° C timp de 24 de ore și/sau uscare controlată utilizând un sistem de încălzire pe bază de rezistențe electrice, la o temperatură de 160... 175° C, timp de 3...5 minute.