Результат интеллектуальной деятельности: Способ получения электропроводящего металлизированного текстильного материала

Настоящее изобретение относится к технологии текстильных материалов и касается способа получения металлизированного текстильного материала, обладающего электропроводимостью и защищающего от действия электромагнитных излучений.

Один из подходов получения электропроводящих текстильных материалов заключается во включении в структуру полотна металлических волокон или электропроводных нитей.

Известна защитная экранирующая ткань, получаемая путем ткачества из полиамидных, арамидных и металлических волокон (патент RU 2654445, МПК D03D 15/00, A41D 31/0022, опубл. 17.05.2018). Металлические волокна должны составлять 44-70% от общего волокнистого состава материала и могут быть полностью выполнены из нержавеющей стали или иметь гальваническое покрытие. К недостаткам изобретения относится высокая металлоемкость и невозможность производства ткани различных видов переплетений, а также возможность перегрева металлической составляющей ткани в процессе эксплуатации, что может привести к деструкции остальных ее составляющих.

Известна токопроводящая ткань, содержащая переплетенные между собой основные и уточные комбинированные электропроводные нити, состоящие из электроизоляционной и электропроводной компоненты (патент RU 2354766, МПК D03D 15/00, опубл. 10.05.2009). В данном материале экранирующие свойства обеспечиваются сетчатой структурой, образованной металлосодержащими электропроводными основными и уточными нитями, что делает невозможным получение материалов с электропроводящими и экранирующими свойствами на основе трикотажных и нетканых полотен.

Другим подходом получения материалов с электропроводящими и экранирующими свойствами является металлизация их поверхности.

Известен способ модификации поверхности текстильного материала, включающий его обезгаживание при вакуумировании камеры с обрабатываемым материалом и последующее нанесение на его поверхность покрытия методом магнетронного распыления, при этом в процессе вакуумирования материал обрабатывают в низкотемпературной плазме тлеющего разряда неполимеризующегося газа (патент RU 2398045, МПК С23С 14/02, С23С 14/35, опубл. 27.08.2010). В качестве низкотемпературной плазмы неполимеризующегося газа может быть использована плазма воздуха, О₂, N₂, Ar, СО₂, NH₃, CF₄, Не, H₂, Н₂О. В качестве покрытия используют металлы, их сплавы и соединения металлов. В качестве материала могут быть использованы ткани, марля, трикотаж, тканевые полотна, нетканые материалы любого волокнистого состава.

Существенным недостатком является то, что данный способ не позволяет получить электрическую проводимость на текстильных материалах из мультифиламентных нитей из-за невозможности обеспечения стабильной электрической проводимости в местах пересечения волокон и нитей.

Поэтому для получения стабильных электропроводящих и экранирующих свойства текстильных материалов любой структуры, могут применяться металлизированные сплошным слоем пленочные покрытия.

Известен способ получения электропроводящего текстильного материала, включающий вакуумирование и нанесение тонкого металлического слоя методом магнетронного распыления на полимерную пленку, которую затем склеивают с текстильным материалом (патент RU 2505256, МПК A41D 13/00, D03D 15/00, С23С 14/35, С23С 14/20, опубл. 20.05.2013). Данный способ выбран в качестве прототипа.

Способ применим для получения экранирующих текстильных материалов любого волокнистого состава, но существенным недостатком является необходимость нанесения клеевых составов, что приводит к увеличению толщины и массы материалов, а наличие слоя сплошной пленки препятствует воздухо- и паропроницаемости.

Технической проблемой является получение электропроводящего металлизированного текстильного материала с сохранением пористой структуры материала с увеличением износостойкости металлического покрытия.

Техническая проблема решается способом получения электропроводящего металлизированного текстильного материала, который включает нанесение на текстильный материал перфорированной термопластичной пленки методом термопереноса, вакуумирование материала в камере с одновременной обработкой в плазме ВЧ разряда пониженного давления в неполимеризующемся газе и последующее нанесение металлического покрытия на поверхность перфорированной термопластичной пленки методом магнетронного распыления.

Технический результат заключается в том, что способ обеспечивает получение электропроводящих и экранирующих свойств у текстильного материала при сохранении газо- и паропроницаемости, что позволяет использовать материал для изготовления одежды с хорошими гигиеническими свойствами, и увеличить на 10-30% износостойкость металлического покрытия. Кроме того, уменьшается поверхностная плотность на 10-90%) и толщина получаемого материала на 10-50%), что позволяет изготавливать защитную экранирующую одежду и специальные изделия меньшей толщины и веса.

Сущность изобретения заключается в следующем.

В предлагаем способе в отличие от прототипа на текстильный материал любого волокнистого состава и структуры методом термопереноса наносят перфорированную пленку на основе термопластичных полимеров с отверстиями правильной геометрической и/или произвольной формы с процентом перфорации 5-95%. Нанесение перфорированной пленки методом термопереноса вместо нанесения сплошной пленки на клеевой слой, как в способе-прототипе, позволяет сохранить воздухо- и паропроницаемость материала и приводит к уменьшению поверхностной плотности и толщины материалов. Исключение клеевого слоя уменьшает количество границ раздела и сокращает внутренние напряжения в адгезионном соединении, что обеспечивает большую пластичность пакета и устойчивость к многократным деформациям.

После чего осуществляют вакуумирование с обработкой материала в плазме высокочастотного (ВЧ) разряда пониженного давления в неполимеризующемся газе для повышения адгезии к наносимому металлическому покрытию. При ВЧ плазменной обработке происходит очистка поверхности от загрязнений и аппретирующих составов, а также образование полярных функциональных групп, что обеспечивает увеличение адгезии металлического покрытия к текстильному материалу и увеличению износостойкости металлизированного текстильного материала.

Металлизацию осуществляют методом магнетронного распыления в плазмообразующем газе аргоне или другом инертном газе. Для нанесения металлического покрытия могут быть использованы такие металлы как медь, алюминий, титан, цинк, серебро, золото, вольфрам, а также такие сплавы, как бронза, латунь, нержавеющая сталь и иные диамагнитные металлы и сплавы.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами конкретного выполнения.

Пример 1.

На образец полиэфирного тканого материала полотняного переплетения методом термопереноса с нагревом на прижимных валах на скорости 15 м/мин наносили перфорированную полиэтиленовую пленку толщиной 15 мкм с отверстиями круглой формы диаметром 5 мм с процентом перфорации 30%. Далее на модульной установке для плазменной обработки и нанесения металлических покрытий методом магнетронного распыления PVS PlasmaModular осуществляли вакуумирование с ВЧ плазменной обработкой материала в плазме воздуха при мощности разряда 1,8-2,2 кВт, давлении в рабочей камере 20-30 Па, расходе плазмообразующего газа 0,01-0,04 г/с в течение 8-10 мин и металлизацию медью методом магнетронного распыления при давлении 0,05-1 Па, мощности магнетрона 1-10 кВт, в течение 3 минут.

Полученный текстильный материал обладает выраженным металлическим блеском с цветовым оттенком, соответствующим наносимому металлу, области перфорации демонстрируют переплетения волокон и нитей, а перфорированная пленка частично повторяет рельеф текстильной основы и незначительно отличается блеском. Изображение поверхности материала, полученное на конфокальном микроскопе, представлено на фигуре.

Пример 2. Для корректного сравнения предлагаемого способа и способа-прототипа также получали металлизированный текстильный материал по способу-прототипу.

Полиэтиленовую пленку толщиной 15 мкм вакуумировали и металлизировали медью методом магнетронного распыления в течение 3 минут, а затем склеивали с полиэфирной тканью полотняного переплетения металлическим слоем наружу методом нанесения жидкого клея на ткань и пропусканием сэндвича через прижимные валы.

Пример 3. Аналогичен примеру 1.

Использовали полиамидный тканый материал полотняного переплетения, перфорированную полиуретановую пленку толщиной 20 мкм с отверстиями ромбовидной формы с процентом перфорации 50%. ВЧ плазменную обработку материала проводили в плазме аргона при мощности разряда 1,6-2,0 кВт в течение 5-8 мин, металлизацию осуществляли алюминием в течение 3 минут.

Пример 4 (по способу-прототипу). Аналогичен примеру 2.

Использовали полиамидную ткань полотняного переплетения и полиуретановую пленку толщиной 20 мкм, металлизацию осуществляли алюминием в течение 3 минут.

Пример 5. Аналогичен примеру 1.

Использовали полиэфирный нетканый материал, перфорированную полиуретановую пленку толщиной 12 мкм с отверстиями квадратной формы с процентом перфорации 65%. ВЧ плазменную обработку материала проводили в плазме воздуха при мощности разряда 1,6-1,8 кВт в течение 5-8 мин, металлизацию осуществляли нержавеющей сталью в течение 4 минут.

Пример 6 (по способу-прототипу). Аналогичен примеру 2.

Использовали нетканый полиэфирный материал, полиуретановую пленку толщиной 12 мкм, металлизацию осуществляли нержавеющей сталью в течение 4 минут.

Электропроводящие свойства полученных металлизированных материалов оценивали по показателю поверхностного электрического сопротивления по ГОСТ Р 50499-93. Экранирующую способность материалов оценивали путем определения падения напряжения на сопротивлении 400 кОм от тока, протекающего через измерительный электрод испытательной установки, создающей однородное электрическое поле, в отсутствии и присутствии электропроводящей ткани, при частоте 5 кГц и напряжении 400 В.

Для оценки гигиенических свойств материалов определяли показатели газо- и паропроницаемости. Газопроницаемость определяли методом газожидкостной порометрии, в качестве газа использовался воздух.

Оценку износостойкости металлических покрытий определяли по устойчивости к разрушению при изгибе вокруг зажимов с постоянным радиусом кривизны на заданный угол в каждую сторону от вертикального положения образца (двойной перегиб), находящегося при постоянно действующей растягивающей нагрузке по ГОСТ 8978-2003.

Результаты сравнительных испытаний металлизированных материалов, полученных по заявляемому способу и способу-прототипу, представлены в таблице.

Табличные данные показывают, что заявляемый способ позволяет получать металлизированные текстильные материалы, обладающие электропроводящими и экранирующими свойствами при сохранении газо- и паропроницаемости, при этом уменьшить на 10-90% поверхностную плотность и на 10-50% толщину материала, увеличить на 10-30% износостойкость металлического покрытия. Полученный электропроводящий металлизированный текстильный материал может применяться для изготовления специальной защитной одежды и изделий с экранирующими свойствами.