Радиопоглощающий материал для верхней одежды

РАДИОПОГЛОЩАЮЩИЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ ВЕРХНЕЙ ОДЕЖДЫ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт механики металлополимерных систем им. В.А.Белого Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Банный Виктор Анатольевич Пинчук Леонид Семенович Макаревич Анна Владимировна(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт механики металлополимерных систем им. В.А. Белого Национальной академии наук Беларуси(57) 1. Радиопоглощающий материал для верхней одежды, защищающей человека от воздействия электромагнитного излучения СВЧ-диапазона, выполненный из волокон на основе синтетического материала, содержащего ферромагнитный наполнитель, отличающийся тем, что он выполнен из волокон на основе термопластов, наполненных порошковым магнитно-мягким ферритом в количестве 38-40 мас. , и имеет структуру нетканого волокнистого - полотна толщиной 9-11 мм. 2. Радиопоглощающий материал по п. 1, отличающийся тем, что содержание магнитномягкого феррита в волокнах возрастает по толщине листового материала от 10 до 50 мас.в направлении распространения электромагнитного излучения. Изобретение относится к области создания верхней одежды, обладающей свойством защищать человека и другие биологические объекты от электромагнитного излучения(ЭМИ) СВЧ-диапазона. В настоящее время в связи с интенсивным развитием радио- и электронной техники к естественному фоновому ЭМИ добавились новые мощные источники электромагнитного загрязнения техногенного происхождения. Актуальной стала проблема обеспечения электромагнитной безопасности человека и живой природы. Биологическое воздействие радиоволн происходит по нескольким механизмам и определяется интенсивностью, длительностью,частотным диапазоном, модуляционно-временными характеристиками ЭМИ. Оно имеет наиболее серьезные последствия в диапазоне микроволн деци-, санти- и миллиметровой 7364 1 2005.09.30 длины. Длительное и регулярное воздействие на человека СВЧ-излучения, генерируемого современными бытовыми приборами и приборами связи, оказывает отрицательное влияние на мозг, зрение, сердечно-сосудистую и лимфатическую системы, провоцирует образование опухолей. Радиопоглощающие материалы (РПМ) являются эффективным средством решения проблем электромагнитной безопасности и экологии. Перспективы развития РПМ в значительной мере связаны с применением полимерных композиционных материалов и новых высокопроизводительных технологий их получения. Такие материалы находят применение как основа или отдельные элементы защитной верхней одежды, поглощающей энергию ЭМИ СВЧ-диапазона. Существуют различные устройства и материалы, защищающие биологические объекты от воздействия ЭМИ. Устройства для защиты от ЭМИ 1 располагаются в верхней одежде и содержат низкоомные проводники, состоящие из трех последовательно соединенных между собой звеньев и разъемных элементов. На звеньях проводников размещены по две пары последовательно соединенных резисторов. Работа этих и подобных устройств основана только на омических потерях энергии ЭМИ, что обусловливает низкий эффект радиопоглощения. Волокнистые материалы защитной одежды 2, 3 являются электромагнитными экранами отражающего типа, т.е. выполнены из металлизированных нитей или с применением металлических электропроводящих сеток или волокон, вплетенных в несущую ткань. Чем больше диаметр волокон и чем меньше размеры ячеек металлических сеток, тем выше экранирующая (отражающая) способность материала. Так материал 2, выполненный из нескольких несущих механическую нагрузку слоев, содержит радиоотражающий лист металлической фольги. Специальная ткань отражающего типа с высоким экранирующим эффектом используется для обеспечения максимальной защиты от микроволн беременной женщины и ребенка 3. Недостатки этих материалов значительный вес и металлоемкость изделия, низкая технологичность производства материалов, неудобства в ношении изготовленной из них одежды, возможность быстрого коррозионного повреждения, возрастание уровня электромагнитного загрязнения окружающего пространства в результате интерференции ЭМИ, отраженного от поверхности таких материалов. Более совершенным средством индивидуальной защиты людей от облучения ЭМИ является радиозащитная одежда, внешняя сторона которой выполнена из радиоотражающего текстильного материала, а внутренняя - из материала, который поглощает электромагнитную энергию или рассеивает падающие на нее радиоволны в разных направлениях 4. К сожалению, и этот материал не лишен указанных выше недостатков. Прототипом изобретения является предмет одежды, защищающей от ЭМИ 5. Он выполнен из ткани, состоящей из синтетических волокон, наполненных ферромагнитными металлами. Одежда предназначена для защиты от ЭМИ имплантированных в тело человека электронных медицинских приборов. Недостатки прототипа материал защитной одежды относится к группе материалов отражающего типа, его защитные свойства реализуются благодаря омическим и интерференционным потерям энергии ЭМИ при изготовлении волокон использованы металлические порошки, значительно увеличивающие металло- и энергоемкость защитного материала, коррозия частиц наполнителя ухудшает радиофизические характеристики изделия технология изготовления материала содержит по крайней мере две операции, которые невозможно соединить в единый процесс. 2 7364 1 2005.09.30 Задачи, на решение которых направлено изобретение 1) создание материала для верхней одежды, защищающего человека от биологического воздействия ЭМИ (в частности, СВЧ-диапазона), который являлся бы электромагнитным экраном поглощающего типа и снижал уровень паразитных отражений ЭМИ от наружной поверхности одежды за счет максимального поглощения энергии излучения 2) придание материалу, защищающему биологические объекты от ЭМИ СВЧ- диапазона, специфических эксплуатационных характеристик текстильных материалов 3) обеспечение технологичности и повышение производительности процесса изготовления материала. Поставленные задачи решаются тем, что известному материалу для верхней одежды,который выполнен в виде ткани, состоящей из волокон на основе синтетического полимера, содержащего ферромагнитный наполнитель, приданы иные структура и состав. Предложенный материал имеет структуру нетканого волокнистого - полотна, которое состоит из полимерных термопластичных волокон, наполненных магнитно-мягким ферритом в количестве 38-40 мас. . Волокна адгезионно связаны в точках касания, образуя формоустойчивый листовой плоский или объемной конфигурации материал с толщиной полотна 9-11 мм. Вариант изобретения состоит в том, что содержание магнитно-мягкого феррита в волокнах возрастает по толщине нетканого полотна от 10 до 50 мас.в направлении распространения ЭМИ. Сущность изобретения состоит в регулируемом формировании структуры материала,поглощающего энергию ЭМИ СВЧ-диапазона, на двух уровнях. Первый уровень - волокнистая структура нетканого волокнистого полотна, получаемого по технологии , заключающейся в экструзии смеси полимера и дисперсного наполнителя с последующей вытяжкой волокон газовым потоком и осаждении волокнистой массы на формообразующей подложке. Второй уровень - регулирование содержания в волокнах наполнителя с высокой магнитной проницаемостью. Нетканое волокнистое - полотно имеет разветвленную пористую структуру. Это увеличивает активную поверхность рассеяния, а также способствует прохождению электромагнитной волны в глубь полотна и значительному поглощению ее энергии за счет электромагнитных потерь, обусловленных наличием ферритового наполнителя. Изобретение устанавливает оптимальную степень наполнения волокон функциональным дисперсным наполнителем (35-40 мас. ), при которой величина коэффициента отражения минимальна, а ослабление энергии ЭМИ - наибольшее. При стандартных режимахпроцесса, обеспечивающих плотность упаковки волокон 0,27 г/см 3, оптимальной по критерию защиты человека от СВЧ-излучения является толщина полотна 9-11 мм. Ей соответствует низкая материалоемкость и удовлетворительные физико-механические параметры материала. Процесс получения предложенного РПМ проходит в одну стадию,которой предшествует лишь смешение или грануляция термопласта и феррита. Вариант изобретения отличается градиентным распределением функционального наполнителя в полимерном волокне, что позволяет расширить частотный диапазон и повысить эффективность его использования. Ниже приведены примеры выполнения РПМ для верхней одежды. В качестве полимерного связующего использовали ПЭВД (ГОСТ 16337), наполнителя - магнитно-мягкий марганец-цинковый феррит (ММФ) марки 2500(ТУ 6-09-5111-84) с диаметром частиц менее 50 мкм. Смесь наполнителя и связующего после механического перемешивания гранулировали на экструзионно-грануляционной линии ЭК-75/1200. Нетканый РПМ изготавливали по - технологии. Наполненный магнитномягким ферритом полимерный гранулят перерабатывали в волокна с помощью экструдера. Расплавленные волокна выдавливались через отверстия фильеры экструзионной го 3 7364 1 2005.09.30 ловки и подхватывались потоками газа, истекающего из нее. Волокна вытягивались и трансформировались в газо-полимерном потоке к формообразующей подложке, оседая на ней в виде волокнистой массы, представляющей собой РПМ. Структуру нетканого волокнистого полотна характеризуют следующие данные. По результатам электронно-микроскопического и рентгеноструктурного анализов, агрегаты частиц наполнителя закапсулированы в полимерных волокнах. Диаметр волокон составляет 100-200 мкм, приведенный диаметр сечения пор - 100-800 мкм. Диаметр волокон и размеры пор регулируются технологическими параметрами процесса -. Толщина листов волокнистого композиционного РПМ может быть также варьирована в широких пределах. Материал-прототип получали из волокон, сформированных из смеси ПЭВДпорошок карбонильного железа (38 мас. ). Волокна скрепляли иглопрошивным способом. Радиофизические характеристики (коэффициент отраженияи ослабление энергии ЭМИ ) образцов измеряли в волноводной линии при помощи измерителя коэффициента стоячей волны по напряжению (КСВн) и ослабления панорамного Р 2-61 в диапазоне частот 812 ГГц. Состав и толщина образцов, сформированных при 21 см (0,270,025 г/см 3) приведены в табл. 1, результаты их испытания - в табл. 2. Таблица 1 Номер образца 1 2 3 4 5 6 7 8 9 градиентный 10 прототип Степень наполнения ферритом С, мас.40 40 40 20 30 38 40 50 Изменяется от 10 до 50 Карбонильное железо - 38 Анализ таблиц приводит к следующим заключениям. 1. При концентрации ферритового наполнителя С 38-40 мас.образцы 2, 6 и 7 толщиной 9-11 мм превосходят прототип 10 по радиофизическим характеристикам. Отмечено, что такие полотна достаточно прочны, эластичны, легко сгибаются и сжимаются. 4 7364 1 2005.09.30 2. При С 20-30 мас.образцы 4 и 5 характеризуются недостаточным ослаблением энергии ЭМИ. 3. Увеличение С 50 мас.приводит к значительному росту . Одновременно вступает в действие конкурирующий процесс - увеличение коэффициента отражения от поверхности полотна из-за рассогласования волновых сопротивлений волокнистого экрана и атмосферы. Кроме этого, при 50 мас.степени наполнения ферритом материал волокон становится хрупким, жестким и процесс получения волокнистых композиционных РПМ вызывает технологические трудности. 4. Градиентный образец 9 обладает хорошими радиофизическими характеристиками,которые сочетаются с удовлетворительными деформационно- прочностными параметрами. Концентрация феррита в волокнах этого образца возрастает по толщине полотна от 10 до 50 мас.в направлении распространения ЭМИ. Это обеспечивает хорошее согласование волновых сопротивлений волокнистого экрана и атмосферы свободного пространства,в результате чего образец характеризуется минимальным отражением ЭМИ от поверхности полотна и высокими электромагнитными потерями энергии ЭМИ при прохождении волны в глубь материала. 5. Сравнение радиофизических характеристик образцов 1-3 свидетельствует, что при одинаковой плотности упаковки волокон полотно толщиной 9-11 мм (образец 2) имеет самые высокие параметры защитных свойств. Все измерения выполнены при нормальном падении электромагнитной волны, что соответствует самому жесткому облучению. В действительности электромагнитные волны падают на защищаемый объект под разными углами, что значительно снижает мощность облучения, в результате чего защитная функция предложенного РПМ будет более эффективной. Предложенный РПМ для верхней одежды представляет собой эластичные полотна,состоящие из хаотически переплетенных или структурно ориентированных полимерных волокон, которые содержат закапсулированные агрегаты магнитно-мягкого ферритового наполнителя. Материал получают по высокоэффективной промышленной технологии- производства волокнистых композитов, более производительной, чем традиционная технология ткачества. Листы нетканого волокнистого композиционного РПМ характеризуются большими потерями электромагнитной энергии при минимальной толщине и массе. Предложенный материал удовлетворяет комплексу экологических, радиотехнических, механических и технологических требований, гибок, обладает звукопоглощающими и теплозащитными свойствами и может быть применен для пошива верхней одежды в качестве прокладочного или облицовочного материала. Источники информации 1. Патент РФ 2022506, МПК А 41 13/00, 1994. 2. Патент Германии 3917631, МПК А 41 31/02, А 47 23/08, В 32 В 15/14,06 17/00,06 7/00,05 К 9/00, 1990. 3. Патент Китая 1287815, МПК А 41 1/20, А 41 31/00,21 3/02, 2001. 4. Патент РФ 2045922, МПК А 41 13/00, 1995. 5. Патент 0137286, МПК 03 15/00,21 3/02, 2001 (прототип). Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.