RU2479681C2 - Method of metallization flat materials - Google Patents
Method of metallization flat materials Download PDFInfo
- Publication number
- RU2479681C2 RU2479681C2 RU2011112555/04A RU2011112555A RU2479681C2 RU 2479681 C2 RU2479681 C2 RU 2479681C2 RU 2011112555/04 A RU2011112555/04 A RU 2011112555/04A RU 2011112555 A RU2011112555 A RU 2011112555A RU 2479681 C2 RU2479681 C2 RU 2479681C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- wire
- metal
- metallization
- volume
- fabric
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Coating By Spraying Or Casting (AREA)
- Chemical Or Physical Treatment Of Fibers (AREA)
Abstract
Description
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.The invention relates to metallization technologies of natural and synthetic fabrics, and can also be used for metallization of materials from felt, thin leather, knitted, plastic and other non-fireproof materials subject to the damaging effects of high temperatures.
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.Various methods for metallizing materials are widely known. Metallized fabric is used in the creation, mainly, of shielding electromagnetic radiation and fire retardant coatings and for imparting antibacterial and antiviral activity to tissues, while leather products are metallized to improve performance.
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.A known method of manufacturing a shielding electromagnetic radiation and flame retardant material "Nanotex" (RU 2338021, IPC
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.A known method of metallization of sanitary napkins (RU 2314834, IPC
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.Known chemical method of metallization of cellulose tissues by copper to give them fungicidal and bactericidal properties / RU 2398599, IPC А61L 15/18, 2009). According to this method, linen, cotton or cellulose hydrated fabrics are first bleached and then impregnated with copper sulfate and a solution of hydrosine sulfate initiate the reduction of micro- and copper nanoparticles in the structure of the material in strictly specified proportions. However, when organizing the production of fabric metallized in this way, the transfer of the technological cycle to other metallization modes is unacceptable due to the loss of quality of the source material, and due to the lack of the possibility of operational control and adjustment of the ongoing chemical reactions, their slight violation leads to the loss of all the source material loaded into metallizer capacities. In addition, for the preparation of the necessary chemicals, additional material and energy costs are required.
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.Methods of metallization are also known by introducing metal particles into the structure of matter by activating their thermal and kinetic energy. In the prototype method (article by Professor Gusev et al., Kostroma, “Study of the properties of sheepskin with a metallized surface”, Izv. VUZov // Technology of light industry, No. 2, 2008, pp. 29-32), metallization of the skin tissue is carried out by continuous electric arc melting the substance of two wires converging with a given gap, while on the outer surface of the drum-type metallizer, a sample of leather tissue is fixed, and the orthogonal is continuously fed to the center of the rotating metallizer with a given gap blown by compressed air To the outer surface of the sample, the two ends of the wire, continuously influencing them by electric arc voltage and simultaneously changing the speed of the metallizer, the wire feed speed, the pressure of compressed air, the gap between the wires, the electric arc voltage, and other parameters, are metallized by a spray containing drops of molten metal, samples of leather tissue with different densities, structures and thicknesses of coatings, protecting them from the damaging effects of high temperatures by the formed air Anenia spray. The leather fabric metallized in this way has greater elasticity, better shape stability and water-repellent ability. However, this method is technically complicated and not applicable for metallization of natural and synthetic fabrics, materials from felt, thin leather, knitted, plastic and other non-fire-resistant materials due to the destructive effect of high temperatures of continuously melting wire.
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.The technical result to which the claimed invention is directed is to simplify the technology of introducing metal into the structure of the indicated materials, preserving their initial operational properties due to metallization in the aquatic environment and providing specified shielding indicators and sanitary and hygienic properties by continuously monitoring and controlling the metallization process according to the indicator of scattering of electromagnetic radiation by the processed material.
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 Vпp взрываемой проволочки, среду распространения распыла, напряжение Uco и частоту следования nсл электровоздействий, сформированных разрядным релаксационным контуром Lк-Сб, при этом показатели металлизации задают и контролируют в процессе металлизации по значению коэффициента рассеяния Кр электромагнитных излучений, характеризующегося формулой:To achieve this technical result in the proposed method of metallization of woven materials, which consists in the melting of metal wires by electric action, as well as in the spraying of microparticles of molten metal onto the plane of the material moving orthogonally to the direction of the spray with a given feed rate and protected by the distribution medium of the spray from the damaging effects of high temperatures, produce explosive melting of the substance of the wire due to high-voltage electrical action between the end mi open circuit, discretely fed into the metallizer in an aqueous medium, and form a cloud of ionized particles of the evaporated metal, and metallization is carried out by cumulation of the energy of the thermal explosion W and electromagnetic focusing of the trajectories of the ionized particles to a given metallization rate, and the feed rate F p of the processed material is regulated to a beat with a repetition rate of n sl of electric actions , and also change the volume Vp of the exploding wire, the distribution medium of the spray, the voltage U co and the repetition rate n SL of electrical effects generated by the relaxation relaxation circuit L to -C b , while the metallization indices are set and monitored during metallization by the value of the scattering coefficient K p of electromagnetic radiation, characterized by the formula:
где Uco - напряжение электровоздействия, взрывающего проволочку;where U co is the voltage of the electric impact that explodes the wire;
εм,εш - диэлектрическая проницаемость материала ткани и шарообразных металлических частиц соответственно; α - поперечные размеры частиц; W - энергия, выделенная при электровзрыве проволочки, заданного объема Vпp;ε m , ε W - dielectric constant of the fabric material and spherical metal particles, respectively; α — transverse particle sizes; W is the energy released during electric explosion of a wire of a given volume V p ;
ZB - волновое сопротивление разрядного контура, формирующего частоту следования nсл электровоздействий; ρм,χп,λпл,λисп - плотность, удельная электропроводность, теплота плавления и теплота испарения материала проволочки в заданной среде; Lк - индуктивность контура; Сб - емкость конденсаторной батареи; N=nслТд⇔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; λ - 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 Lк от 30 до 40 мкГн, обеспечивая минимальные потери металла от 30% до 40% при электромагнитной фокусировке траекторий движения ионизированных частиц.Z B is the wave impedance of the discharge circuit, forming the repetition rate n SL of electrical effects; ρ m , χ p , λ PL , λ isp - density, electrical conductivity, heat of fusion and heat of vaporization of the wire material in a given medium; L to - circuit inductance; C b - capacitance of the capacitor bank; N = n d cl T ⇔V prosp EMF K n - number of explosions when handling a wire portion of tissue volume V tc, required to provide a given index metallization guaranteed experimentally substantiated amount of metal-dependent insertion into the tissue of the volume V exploding wire prosp amended the loss coefficient K p emph with electromagnetic focusing of the trajectories of motion of ionized particles; T d - the sampling period of the feed time of the plot metallized fabric; d is the thickness of the fabric; λ is the wavelength of electromagnetic radiation in vacuum; wherein the value of the metallization index K p is set and controlled using the physical phenomenon of scattering of electromagnetic waves in the infrared range, and the electrical voltage U co blasting a wire 40 mm long, with a diameter of 0.6 to 1 mm, is regulated in the range from 2 to 4 kilovolts at values of capacitance C b of a capacitor bank from 150 to 200 μF and values of the inductance of the discharge circuit L k from 30 to 40 μH, providing minimal metal loss from 30% to 40% with electromagnetic focusing of the trajectories of the ionized parts c.
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:Introduction to the proposed method of operation of thermal electric explosion of wires in conjunction with the proposed actions for its practical use allows you to get new properties of the metallization technological cycle and solve the problems due to:
1) управления энергетической активностью металлических частиц, внедряемых в обрабатываемый материал;1) control the energy activity of metal particles embedded in the processed material;
2) расширения диапазона размерности внедряемых частиц от микро- до нанометров за счет мгновенного испарения металла и создания управляемых траекторий движения ионизированных частиц.2) expanding the range of dimensionality of embedded particles from micro- to nanometers due to the instantaneous evaporation of the metal and the creation of controlled trajectories of ionized particles.
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;3) reduction of electromechanical adjustment operations to two, namely: step-by-step wire feed after a thermal explosion and step-by-step flow of material into the particle spray zone, which is especially important when using digital program control of the metallization technological cycle;
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;4) the ability to control the total mass of the metal performing the metallization process, by changing the volume of the exploding wire, as well as by changing the energy of cumulation of particles as a result of variations in the energy and frequency of electrical effects;
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;5) the ability to optimize the metallization process in terms of energy consumption and loss of source material through the use of electricity in pulsed modes and continuous monitoring of the metallization of the processed material;
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;6) the ability to carry out electrical explosions of wires in any medium, including liquids, which is especially important when metallizing natural and synthetic fabrics to automatically control the thermal regime that does not burn through the fabric;
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.7) the high bactericidal effect of the metallization process due to the intense death of the bacterial and viral flora under the influence of ultrasonic and ultraviolet radiation from an electric discharge plasma, which is especially important when creating wound coverings and sanitary tissue.
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.These properties make it possible to uniformly metallize various materials, mainly natural and synthetic tissues, and use these fabrics to scatter electromagnetic radiation and to impart antibacterial, antiviral and catalytic activity to materials used in the manufacture of wound coatings, in the treatment of electrophoresis, as well as in the manufacture of sanitary and hygiene products , in particular socks, stockings, handkerchiefs, insoles for shoes and other products, and the proposed in the method sequence of those ologicheskih operations allows to obtain a technical result, which is directed at achieving the claimed invention, and meets the criterion of significant differences from the prototype method.
Заявленный способ может быть реализован на основе полученных результатов экспериментальной проверки технической осуществимости операций предложенного цикла металлизации и практической оценки достигнутых показателей.The claimed method can be implemented on the basis of the results of an experimental verification of the technical feasibility of the operations of the proposed metallization cycle and a practical assessment of the achieved indicators.
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:To conduct experimental tests of the proposed metallization method, a model of a metallized textile fabric for protection against electromagnetic radiation was theoretically substantiated, using the principle of scattering of electromagnetic waves in the form of a single-layer or multilayer bicomplex medium in which scattering occurs on conductive metal particles located in its volume at many distances large linear particle size. In relation to this medium, with the expectation that the volume of metal particles that penetrated into the volume of the sheet after the explosion of the wire cannot be greater than the volume of the wire, the scattering coefficient K p is calculated:
где λ - длина волны электромагнитного излучения в вакууме; εм,εш - диэлектрическая проницаемость материала ткани и металлических шарообразных частиц соответственно; α - поперечные размеры частиц; Vпp - объем взрываемой проволочки; N - число взрывов проволочки при обработке полотна; d - толщина ткани; λ - длина волны электромагнитного излучения в вакууме; Vтк - объем металлизируемого участка ткани.where λ is the wavelength of electromagnetic radiation in vacuum; ε m , ε W - dielectric constant of the fabric material and metal spherical particles, respectively; α — transverse particle sizes; V p - the volume of the exploding wire; N is the number of wire explosions during web processing; d is the thickness of the fabric; λ is the wavelength of electromagnetic radiation in vacuum; V TC - the volume of metallized tissue.
Полученная формула была связана с параметрами установки и материалом проволочки:The resulting formula was associated with the installation parameters and the wire material:
где Uco - напряжение электровоздействия, взрывающего проволочку;where U co is the voltage of the electric impact that explodes the wire;
W - энергия теплового взрыва проволочки; ZB - волновое сопротивление разрядного контура; ρм,χп,λпл,λисп - плотность, удельная электропроводность, теплота плавления и теплота испарения материала проволочки соответственно; Lк - индуктивность контура; Сб - емкость конденсаторной батареи.W is the energy of the thermal explosion of the wire; Z B - wave impedance of the discharge circuit; ρ m , χ p , λ PL , λ isp - density, electrical conductivity, heat of fusion and heat of vaporization of the wire material, respectively; L to - circuit inductance; With b - the capacitance of the capacitor bank.
Число взрывов проволочки N при обработке участка поверхности полотна, необходимых для распыла заданного количества металла, рассчитывалось исходя из соотношений N=nслТд⇔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.The number of explosions N delays in the processing of the web surface area needed to spray a given amount of metal based on the calculated ratios N T = n d cl ⇔V prosp EMF K n, where n cl - repetition frequency electrostimulation; T d - the sampling period of the feed time of the plot of the plane of the metallized surface of the canvas; V pp - the volume of the sprayed metal, taking into account corrections for the loss coefficient K p emph with electromagnetic focusing of the trajectories of ionized particles.
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.According to the formulas obtained, calculations and experiments were carried out. When conducting experimental studies of the proposed metallization method, natural and polyester fabrics were used, the properties of which are shown in Table 1 and 2, respectively.
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.The experiment diagram is illustrated by positions 1-12, depicted in Figure 1: 1 - starting switch; 2 - charging resistance; 3 - high voltage transformer; 4 - high voltage rectifier; 5 - working capacitor; 6 - a working spark gap, air, with an adjustable gap or an electronically controlled high-voltage switch; 7 - contact sleeve of the positive electrode; 8 - working wire; 9 - negative electrode; 10 - wire feed mechanism; 11 - metallizer insulator with a reflector; 12 is a tissue sample. Electromagnetic elements of focusing the trajectories of the movement of ionized metal particles and elements of operational control of the scattering coefficients of the processed, metallized fabric are not indicated on the diagram.
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 Lк, приведенной к выходу трансформатора 3.To metallize a tissue sample,
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 Сб 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.According to the engineering calculations and during the experimental tests, it was found that the optimal copper metallization conditions for the selected fabrics are achieved at
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.When conducting studies of the properties of experimental samples of metallized fabrics, standard methods of textile material science were used. The metal content in the tissue was determined using a software-analytical complex based on the SPECTROSCAN portable X-ray fluorescence crystal diffraction scanning spectrometer. Thermogravimetric studies were performed on a MOM Q-1500D derivatograph (Hungary). Microbiological studies were carried out in a biological laboratory at the Center for Environmental Safety of the Russian Academy of Sciences. Electrical and radio measurements were carried out according to the methods recommended by specialists of the University of Telecommunications. prof. M.A. Bonch-Bruevich. The sizes of metal particles and the nature of their fixation in the volume of tissue material was studied using a scanning electron microscope.
Результаты исследований сведены в таблицы 3-6, а также иллюстрируются фотографиями и графиками, изображенными на Фиг.2-6.The research results are summarized in tables 3-6, and are also illustrated by photographs and graphs depicted in Fig.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.Figure 2 shows a photograph of an enlarged electron microscope fragment of the mechanical fastening of a metal particle in the volume of a polymer fiber, and Figure 3 is a fragment of fusion fixing in the surface of the fibers.
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.The graph depicted in FIG. 4 illustrates the distribution of the average mass fraction of copper M cu in mg / g, introduced during electric explosions of wires in the volume of 1.8 mm thick cotton fabric (sample No. 3, table 1) depending on the values of the high voltage voltage U co = 2, 3 and 4 kV.
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.The graph depicted in figure 5 illustrates the distribution in the frequency range of mobile radio communications of the values of the scattering coefficient of radio emissions by linen cloth with a thickness of 0.53 mm (sample No. 2, table 1), sequentially metallized by the proposed method, copper and stainless steel in the proportions of 15 mg / g and 10 mg / g, respectively.
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 Сб и высоковольтного напряжения Uco.The graph depicted in Fig.6 illustrates the dependence of the scattering coefficients of studies in the long wavelength part of the infrared range on the weight (in mg) of the volume of copper mass introduced into the structure of 1 g. flaxen linen with a thickness of 0.53 mm (sample No. 2, table 1) due to variations in the values of capacitance C b and high voltage voltage U co .
Таблица 3 иллюстрирует возможность металлизации предложенным способом натуральных и искусственных тканей, обозначенных в таблицах 1 и 2 без потери их исходных свойств.Table 3 illustrates the possibility of metallization of the proposed method of natural and artificial fabrics, indicated in tables 1 and 2 without loss of their original properties.
В таблице 4 представлены образцы металлизированных медью текстильных полотен, исследованных на грибостойкость.Table 4 presents samples of copper-plated textile fabrics examined for mushroom resistance.
В таблице 5 приведены результаты испытаний интенсивности развития грибков на поверхности металлизированных тканей.Table 5 shows the results of tests of the intensity of fungal development on the surface of metallized tissues.
Таблица 6 характеризует изменение содержания меди при многократных стирках полученных образцов металлизированных тканей.Table 6 characterizes the change in the copper content during repeated washing of the obtained samples of metallized fabrics.
В результате анализа экспериментальных результатов установлено:The analysis of experimental results established:
- 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.- The nature of the fixing of particles in the volume of fabric metallized by the proposed method is determined by their temperature at the time of collision with the fabric. If at the time of the collision the metal particle had cooled and its temperature was lower than the melting temperature of the polymer, then it gets stuck in the volume of the polymer fabric, as well as in the volume of natural fabric, purely mechanically (Figure 2). If the temperature is higher than the melting point, then it is fused into the surface of the fibers of the polymer fabric (Figure 3). In natural fabric, hotter, but non-burning fiber particles get stuck deeper in its volume. It is optimal to regulate this process by placing the metallizer in water, which is not feasible in the metallization method by the electric arc method. In addition, it is possible to change the nature of the distribution of metal particles in the thickness of the fabric, depending on the power of the electric impact on the exploding wire (Figure 4). In industrial implementation, this process is automated through the use of high-voltage switches of a new generation - dinistors.
- Исследование экранирующих свойств металлизированных полотен и возможностей их оперативного контроля и регулирования в процессе металлизации дали положительные результаты (Фиг.5, 6).- A study of the shielding properties of metallized paintings and the possibilities of their operational control and regulation in the metallization process yielded positive results (Figure 5, 6).
- Исследования образцов металлизированных полотен на стойкость к воздействию плесневых мицелярных грибов дали положительные результаты (образцы №№3-5 и №№8-10, таблица 5).- Studies of samples of metallized canvases on resistance to the effects of mold mycelium fungi gave positive results (samples No. 3-5 and No. 8-10, table 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.- The results of changes in the copper content in fabric samples metallized in an aqueous medium after repeated washing showed that about 35% of copper is washed out after the first wash (Table 6). Then, after the next washings, copper is practically not washed out, and after the fifth wash, copper losses increase again (up to 35%). After the first washing, those particles that are loosely fixed come out of the fabric, and after the fifth washing, the washing solution penetrates the boundaries between the particle and the fiber of the fabric and gradually destroys their bond, thereby stimulating copper loss during repeated washing. In order to increase the strength of particle fixation in the natural and synthetic fabrics metallized by the proposed method, it is necessary to introduce nanosized ionized metal particles formed as a result of thermal electric explosion of wires directly into the molecular structure of the tissue fiber substance and focus their trajectory.
- 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.- Metal wires: Pb-Zn-Sn-Al-NiCr-Cu-Fe-Ni when conducting experiments on the assembled installation showed its performance in the same calculated ranges of U co , L k , C b .
- Эксплуатационные показатели свойств исходных тканей после их металлизации предложенным способом не ухудшаются.- Performance indicators of the properties of the source tissue after metallization of the proposed method does not deteriorate.
Экспериментальные испытания подтвердили состоятельность предложенного способа по практическому использованию достигнутого технического результата в различных отраслях текстильной промышленности.Experimental tests have confirmed the viability of the proposed method for the practical use of the achieved technical result in various sectors of the textile industry.
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.A comparative analysis of the proposed method with identified analogues of the prior art showed that it is unknown and clearly should not be for specialists in those industries that use metallized natural and synthetic fabrics, felt, leather, knitted, plastic and other materials, and the developed technological cycle of the proposed method of metallization of materials can be industrially implemented in an automated installation without the use of complex mechanical devices, that is, we can conclude The appropriate method patentability criteria.
Claims (1)
где Uco - напряжение электровоздействия, взрывающего проволочку; εм, εш - 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; ρм, χп, λпл, λисп - плотность, удельная электропроводность, теплота плавления и теплота испарения материала проволочки в заданной среде; Lк - индуктивность контура; Сб - емкость конденсаторной батареи; N=nслТд⇔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; λ - 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. The method of metallization of woven materials, which consists in the melting of metal wires by electric action, as well as in the spraying of microparticles of molten metal onto the plane of a material moving orthogonally to the spray direction with a given feed rate and protected by the spray propagation medium from the damaging effects of high temperatures, characterized in that they produce explosive melting substances of the wire due to high-voltage electrical action between the ends of the open wire, discretely which are deposited into the metallizer in an aqueous medium, and form a cloud of ionized particles of the evaporated metal, and metallization is carried out by cumulating the energy of the thermal explosion W and electromagnetic focusing of the trajectories of the ionized particles to a given metallization rate, and the feed rate F p of the processed material is regulated in tact with a repetition rate electroinfluence n cl, and the volume change V ave blasting delays, the propagation medium spray voltage U co repetition frequency and n cl elektrovozdeys Vij generated bit relaxation -C loop L to b, the plating parameters set and controlled in the process of metallization of the scattering coefficient value K p of electromagnetic radiation, characterized by the formula:
where U co is the voltage of the electric impact that explodes the wire; ε m , ε W - dielectric constant of the web material and metal particles, respectively; a - transverse particle sizes; W is the energy released during electric explosion of a wire of a given volume V CR ; Z in - wave impedance of the discharge circuit, forming a repetition rate n SL of electrical effects; ρ m , χ p , λ PL , λ isp - density, electrical conductivity, heat of fusion and heat of vaporization of the wire material in a given medium; L to - circuit inductance; C b - capacitance of the capacitor bank; N = n d cl T ⇔V etc. By EMF n - number of explosions when handling a wire portion of tissue volume V tc, required to provide a given index metallization guaranteed experimentally substantiated amount of metal-dependent insertion into the tissue of the volume V exploding wire prosp amended the loss coefficient K p emph with electromagnetic focusing of the trajectories of motion of ionized particles; T d - the sampling period of the feed time of the plot plane of the metallized surface; d is the thickness of the fabric; λ is the wavelength of electromagnetic radiation in vacuum; the value of the metallization index K p is set and controlled using the physical phenomenon of electromagnetic wave scattering in the infrared range, and the electrical voltage U co blasting a wire 40 mm long, with a diameter of 0.6 to 1 mm, is regulated in the range from 2 to 4 kV at values of capacitance C b of the capacitor bank 150 to 200 microfarads and discharge circuit inductance values L to from 30 to 40 microhenries, while ensuring the minimum metal loss from 30% to 40% when electromagnetic focusing trajectories ionized hour eggs.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011112555/04A RU2479681C2 (en) | 2011-04-01 | 2011-04-01 | Method of metallization flat materials |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011112555/04A RU2479681C2 (en) | 2011-04-01 | 2011-04-01 | Method of metallization flat materials |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2011112555A RU2011112555A (en) | 2012-10-10 |
RU2479681C2 true RU2479681C2 (en) | 2013-04-20 |
Family
ID=47079130
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2011112555/04A RU2479681C2 (en) | 2011-04-01 | 2011-04-01 | Method of metallization flat materials |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2479681C2 (en) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3837835C1 (en) * | 1988-11-08 | 1990-02-22 | Deutsche Automobilgesellschaft Mbh, 3000 Hannover, De | |
RU2338021C1 (en) * | 2006-12-28 | 2008-11-10 | Наталия Марковна Левакова | Metallised material ''nanotex'' |
RU2398599C1 (en) * | 2009-04-28 | 2010-09-10 | Учреждение Российской академии наук Институт высокомолекулярных соединений РАН (ИВС РАН) | Copper-bearing cellulose textile material |
-
2011
- 2011-04-01 RU RU2011112555/04A patent/RU2479681C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3837835C1 (en) * | 1988-11-08 | 1990-02-22 | Deutsche Automobilgesellschaft Mbh, 3000 Hannover, De | |
RU2338021C1 (en) * | 2006-12-28 | 2008-11-10 | Наталия Марковна Левакова | Metallised material ''nanotex'' |
RU2398599C1 (en) * | 2009-04-28 | 2010-09-10 | Учреждение Российской академии наук Институт высокомолекулярных соединений РАН (ИВС РАН) | Copper-bearing cellulose textile material |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Гусев В.А. и др. Исследование свойств овчин с металлизированной поверхностью. - Технология легкой промышленности, 2008, №2, с.29-32. * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2011112555A (en) | 2012-10-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Babaeva et al. | Reactive fluxes delivered by dielectric barrier discharge filaments to slightly wounded skin | |
Gorjanc et al. | Creating cellulose fibres with excellent UV protective properties using moist CF 4 plasma and ZnO nanoparticles | |
Babaeva et al. | Intracellular electric fields produced by dielectric barrier discharge treatment of skin | |
CZ20041180A3 (en) | Process and apparatus for treating textile materials | |
Hodak et al. | Enhancement of the hydrophobicity of silk fabrics by SF6 plasma | |
Esen et al. | Investigation of electromagnetic and ultraviolet properties of nano-metal-coated textile surfaces | |
US10273349B2 (en) | Fibers for use in fiber-reinforced resin, and production method thereof | |
Nema et al. | Plasma technologies for textile and apparel | |
Cheng et al. | Active species delivered by dielectric barrier discharge filaments to bacteria biofilms on the surface of apple | |
MX2008008214A (en) | Side-specific treatment of textiles using plasmas. | |
JP2016035131A (en) | Improved feathers and method for producing the same | |
Ma et al. | Influence of temperature on corona discharge treatment of cotton fibers | |
RU2479681C2 (en) | Method of metallization flat materials | |
Zhang et al. | Plasma jet array treatment to improve the hydrophobicity of contaminated HTV silicone rubber | |
Baymuratov et al. | Development of special fabrics protecting from electromagnetic radiation | |
KR101650657B1 (en) | Woven goods having interception functionelectromagnetic wave | |
Al-Yousef et al. | Effects of a modified argon glow plasma source on PET polymeric surface properties | |
Timoshina et al. | Modification of a surface of synthetic fibrous materials by silver nanoparticles with application of plasma processing | |
Chandwani et al. | Improving anti-felting characteristics of Merino wool fiber by 2.5 MHz atmosphere pressure air plasma | |
Kale et al. | A novel approach for functionalization of polyester and cotton textiles with continuous online deposition of plasma polymers | |
Thilagavathi et al. | Dual antimicrobial and blood repellent finishes for cotton hospital fabrics | |
Cheng et al. | Antimicrobial finishing of cotton fabric by atmospheric pressure plasma | |
RU2018110429A (en) | METHOD AND EQUIPMENT FOR MANUFACTURE OF CURRENTLY CONDUCTING FIBERS AND ELEMENTARY THREADS | |
US8632860B2 (en) | Method of preparation of multifunctional technical textile by plasma-treatment | |
Khandogina et al. | Protective shielding fabric materials on the base of ferromagnetic microwire |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20140402 |