ЭЛЕКТРОПРОВОДЯЩИЙ ЛИСТ ИЗ ЦЕЛЛЮЛОЗНЫХ ВОЛОКОН И КОМПОЗИЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ ИЗ НИХ Российский патент 2003 года по МПК H01B1/24 B32B29/00 

Изобретение относится к очень тонкому электропроводящему слою из целлюлозных волокон. Слой содержит 95-100% углеродных волокон и целлюлозных волокон в расчете по абсолютно сухому весу, причем доля углеродных волокон диаметром 1-15 мкм и длиной 1-20 мм составляет от 4 до 20% по абсолютно сухому весу, а доля целлюлозных волокон составляет от 75 до 96% по абсолютно сухому весу. Слой обладает высокой электропроводностью и высокой способностью к электромагнитному экранированию при отличной проницаемости для водяных паров.

Известно, что электрический кабель с переменным низкочастотным током создает электрическое поле с радиальной протяженностью от кабеля и магнитные поля с концентрической протяженностью от кабеля. При возникновении электромагнитного поля от высокочастотного устройства, такого как радиоприемник, телевизор, мобильный телефон или радиолокатор, электрическое и магнитное поля сливаются в волну. Напряженность электромагнитных полей уменьшается по мере увеличения расстояния от источника. Электрическое и/или электромагнитное поле может быть ослаблено или устранено с помощью простых технических средств. Так, например, внутренние помещения можно экранировать от высоких частот с помощью размещения на полах, стенах и потолках электропроводящих материалов, таких как фольга, проволочная сетка, ткани и текстильные материалы, покрытые металлосодержащим составом, и строительные растворы, содержащие углеродные волокна. Для экранирования от низких частот можно использовать перечисленные выше материалы, а также графитосодержащие красители, при условии их заземления.

Известно большое количество публикаций, описывающих различные электропроводящие материалы, обладающие способностью ослаблять электромагнитные поля. Так, например, в патенте DE-А-19543877 описано нанесение покрытия толщиной не более 2 мм из гипсового раствора, предпочтительно содержащего 1,5-3 вес. % углеродных волокон. Благодаря наличию гипсовых волокон раствор обнаруживает превосходную способность к экранированию электрических и электромагнитных полей. В Дервенте в реферате патента 92-224143 описан лист из проводящего волокна, состоящий из целлюлозы и равномерно распределенных в целлюлозе углеродных волокон. Лист, например, имеет толщину 0,5 мм и поверхностное сопротивление 1,5 Ом/см². В Дервенте в реферате патента 90-048000 относится к плите из вулканизированного волокна, полученной путем погружения листа бумаги, содержащего проводящие волокна, такие как углеродные волокна, в концентрированный водный раствор ZnCl₂. Волокнистый лист имеет толщину 0,2-3 мм. В Дервенте в реферате патента 91-290618 описан обеспечивающий экранирование от электромагнитных волн лист, содержащий волокна нержавеющей стали, волокна целлюлозы, полиамидный эпихлоргидрин и поливинилиденхлорид. В Дервенте в реферате патента 90-227036 описан электропроводящий термопластический материал, содержащий электропроводящие волокна, изготовленные предпочтительно из стекла, нейлона или полиэфира, и покрытие в два слоя Cu и Ag. В Дервенте в реферате патента 88-047415 описан электропроводящий лист, выполненный из смеси углеродных волокон с металлическим покрытием, на которые нанесен растворимый в воде высокомолекулярный полимер, и других типов волокон.

Задачей настоящего изобретения является создание материала, обладающего высокой способностью к экранированию электрических и электромагнитных полей, а также удобного и дешевого в производстве. Другой задачей является создание материала, пригодного для применения с другими материалами или комбинирования с ними без придания этому материалу нежелательных свойств. Еще одной задачей является получение материала, обладающего высокой проницаемостью для водяного пара для обеспечения хорошей вентиляции сквозь материал, не допуская, таким образом, включения в него воды или позволяя его использовать при изготовлении гипсовых плит. Таким образом несколько производственных операций, таких как сборка, грунтовка, окрашивание или крепление экранирующих материалов, могут быть сведены к одной операции, а именно - установке штукатурной плиты.

Было обнаружено, что все эти задачи можно достичь с помощью материала в виде тонкого целлюлозного слоя, содержащего электропроводящие углеродные волокна. Точнее, настоящее изобретение относится к целлюлозному слою, имеющему толщину от 30 до 80 мкм, предпочтительно от 35 до 70 мкм, и вес от 20 до 60 г/м², содержащему 95-100% углеродных волокон и целлюлозных волокон в расчете по абсолютно сухому весу, причем доля углеродных волокон диаметром от 1 до 15 мкм, предпочтительно от 4 до 10 мкм, и длиной от 1 до 20 мм, предпочтительно от 2 до 10 мм, составляет от 4 до 20 вес.%, предпочтительно от 8 до 15 вес.% в расчете по абсолютно сухому весу, а доля целлюлозных волокон составляет от 75 до 96 вес.%, предпочтительно от 80 до 92 вес.% в расчете по абсолютно сухому весу. Слой, являющийся предметом настоящего изобретения, демонстрирует чрезвычайно высокую способность к экранированию электромагнитных полей и низкое электрическое сопротивление относительно количества углеродных волокон в расчете на единицу площади листа. В дополнение к вышеизложенному слой обладает очень высокой проницаемостью для водяного пара. Вероятно, что такие характеристики зависят от размеров углеродных волокон и малой толщины слоя.

Слой может быть легко получен на обычной бумагоделательной машине с приготовлением сначала полупродукта путем смешивания целлюлозных волокон и углеродных волокон в нужных пропорциях в воде. Целлюлозные волокна, надлежащим образом применяемые для получения слоя, могут быть извлечены из обычной целлюлозной массы, такой как целлюлоза, древесно-целлюлозная масса и древесная масса. Для использования пригодны также целлюлозные волокна из вторичного сырья. Предпочтительно по меньшей мере 90 вес.% целлюлозных волокон обладают диаметром и длиной, находящимися в тех же пределах, что и у углеродных волокон. Кроме целлюлозных и углеродных волокон, в целлюлозную массу можно добавить обычные при производстве бумаги добавки, такие как влагозадерживающие реагенты, клеящие вещества, диспергаторы, средства, способствующие стоку, флокулянты, пеноудалители и красители. Обычно нет необходимости добавлять сухие упрочняющие вещества, поскольку количество гемицеллюлозы и смол, присутствующих в целлюлозной массе, достаточно для скрепления между собой волокон в слое. В готовый к использованию полупродукт должно входить по абсолютно сухому весу от 0,1 до 5 вес.% целлюлозной массы и предпочтительно от 0,1 до 0,5 вес.% целлюлозной массы при обезвоживании на сетке или между валками, а полученное бумажное полотно подвергают, при желании, каландрированию с получением слоя, который можно сматывать в рулон.

В одном варианте реализации настоящего изобретения описанный выше целлюлозный слой включают в картонный лист, получая таким образом электропроводящий картон. Такой картонный лист может быть изготовлен на картоноделательной машине посредством одного или нескольких координированных формовочных блоков, производящих целлюлозные слои, являющиеся предметом настоящего изобретения. На остальных формовочных блоках выпускают обычные слои целлюлозы, после чего эти слои объединяются с электропроводящим картоном, обладающим высокой способностью к экранированию электрических и электромагнитных полей. Этот картон, как и отдельный слой, можно легко включить в состав определенных видов изделий, таких как обычные материалы для полов, а также продукция для стен и потолков, включая линолеум, гипсовые плиты и бетонные плиты.

Картонные листы, содержащие по меньшей мере один слой, являющийся предметом настоящего изобретения, очень подходят для использования в качестве облицовки гипсовых плит. Сплошная облицовка применяется в качестве основания и формы для водяной взвеси полугидрата гипса, которая может также содержать крахмал в количестве от 0,05 до 0,5 вес.% от веса полугидрата гипса. Сразу же после добавления взвеси поверх гипсовой взвеси наносят вторую сплошную облицовку. Любая из двух облицовок или они обе содержат электропроводящий слой, являющийся предметом настоящего изобретения. Соответственно обычный целлюлозный слой в указанных облицовках располагается ближе всего к гипсовой взвеси. Сразу после контакта с водой гипс начинает затвердевать, одновременно образуя связь между гипсом и облицовками. Было обнаружено, что облицовки с электропроводящим слоем, являющимся предметом настоящего изобретения, обладают превосходной водопроницаемостью, допуская испарение в ходе обычной операции высушивания гипса, когда избыточные объемы воды, присутствующие в водяной взвеси, удаляются без разрушения облицовок и нарушения хрупких связей между облицовками и гипсом. На прочность гипсовой плиты в мокром и сухом состоянии, по существу, не оказывает влияния наличие слоя, содержащего углеродные волокна. В общем, в течение приблизительно 20 мин требуется удалить посредством испарения около 3-5 кг избыточной воды в расчете на 1 м² площади поверхности облицовки, при максимальной интенсивности испарения около 10-20 л пара в расчете на 1 м² площади поверхности облицовки в секунду. Хотя содержание электропроводящих углеродных волокон в расчете на 1 м² площади поверхности гипсовой плиты низко, экранирующий эффект значителен.

Далее настоящее изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1.

Измеряли воздействие гипсовой плиты, содержащей лист картона с электропроводящим слоем, являющимся предметом настоящего изобретения, на электрическое поле, образующееся при пропускании по трехжильному внутреннему кабелю электрического тока напряжением 230 В и частотой 50 Гц. С одной стороны гипсовой плиты располагается лист картона, состоящий из четырех слоев целлюлозы и одного электропроводящего слоя, являющегося предметом настоящего изобретения. Электропроводящий слой имеет толщину 65 мкм и содержит 10 вес.% углеродных волокон и 90 вес.% утилизированных целлюлозных волокон. Диаметр и длина углеродных волокон составляли 7-9 мкм и 4-10 мм соответственно, а волокон целлюлозы - 2-5 мкм и 1-3 мм. В дополнение к этому слою картонный лист содержит также 4 слоя, изготовленные из утилизированных целлюлозных волокон такого же типа, что и использованные в электропроводящем слое.

Гипсовые плиты (толщиной 12 мм) типа описанных выше (согласно изобретению) или обычные гипсовые плиты (контрольные) устанавливались в деревянных рамах и размещались таким образом, чтобы волокна были ориентированы вертикально относительно бетонного пола. Гипсовые плиты заземляли или не заземляли. Электрические поля измеряли на различных расстояниях от гипсовой плиты с помощью измерительного устройства FM 6Е фирмы Fauser Electrotechnic, Германия, заземленного и помещенного спереди и с электрическим кабелем позади.

Полученные результаты приведены в табл.1.

Полученные результаты показывают, что гипсовая плита, полученная согласно настоящему изобретению, обладает превосходной способностью к экранированию переменного электрического тока частотой 50 Гц.

Пример 2.

Следующим образом измеряли электросопротивление различных материалов. На обычном картоне (контрольный) и на картоне с наружным электропроводящим слоем, являющемся предметом настоящего изобретения (согласно изобретению), отметили два квадрата размерами 10х10 см. На двух противоположных сторонах квадратов нанесли полоски жидкого серебра шириной 4 мм. В одном квадрате линии серебра были перпендикулярными направленности волокон, а в другом - параллельны направленности волокон плиты. Жидкое серебро представляет собой превосходный электрический проводник по всей ширине испытываемого материала. Электросопротивление материалов измеряли по диагонали между двумя точками двух серебряных линий.

Полученные результаты приведены в табл.2.

Полученные результаты показывают, что электропроводность картона, полученного согласно настоящему изобретению, значительно выше, чем у обычного картона.

Пример 3.

Следующим образом измеряли способность различных материалов экранировать высокочастотные электромагнитные поля. Предназначенные для испытаний материалы помещали согласно стандарту МIL-285 между передающей и приемной антеннами. Передаваемую частоту поляризовали и сканировали в диапазоне от 1 ГГц до 10 ГГц. В качестве испытываемых материалов использовали электромагнитно совместимые стеновые панели фирмы Marburger Tapetenfabrik, Германия; латексную краску с графитным порошком фирмы Biologa, Германия; обычный картон; картоны, полученные согласно настоящему изобретению, причем один из них содержит один слой, содержащий 10 вес.% углеродных волокон, а другой содержит два слоя с волокнами, ориентированными под прямым углом; и сборную стену, состоящую по направлению от наружной к внутренней поверхности из штукатурной плиты толщиной 6 мм + древесностружечной плиты толщиной 30 мм + слоя минеральной ваты толщиной 100 мм + лист полиэтилена + штукатурной плиты толщиной 9 мм с обычной облицовкой или облицовкой со слоем, содержащим 10 вес.% углеродных волокон и являющимся предметом настоящего изобретения.

Полученные результаты приведены в табл.3.

Полученные результаты показывают, что материалы, содержащие слой, являющийся предметом настоящего изобретения, обладают высокой способностью экранирования высокочастотных полей, значительно более высокой, чем у сопоставляемых с ними обычных материалов. Кроме того, слой, являющийся предметом изобретения, является более универсальным в применении, поскольку он может быть легко включен в состав многих видов изделий.

Предложен тонкий электропроводящий целлюлозный слой, обладающий способностью экранировать электрические и высокочастотные поля, т.е. экранирующий целлюлозный слой. Этот слой обладает толщиной от 30 до 80 мкм и весом от 20 до 60 г/м² и содержит 95-100% углеродных волокон и целлюлозных волокон в расчете по абсолютно сухому весу, причем доля углеродных волокон диаметром от 1 до 15 мкм и длиной от 1 до 29 мм составляет от 4 до 20 вес.% в расчете по абсолютно сухому весу, а доля целлюлозных волокон составляет от 75 до 96 вес.% в расчете по абсолютно сухому весу. Слой обладает высокой электропроводностью и высокой способностью к экранированию электромагнитных полей в сочетании с превосходной проницаемостью для водяного пара. Слой может быть легко включен в состав картона. Слой и лист картона пригодны для использования в таких видах изделий, как обычные материалы для полов, а также продукции для стен и потолков, включая линолеум, гипсовые и бетонные плиты. Изобретение позволяет создать материал, обладающий высокой способностью к экранированию электрических и электромагнитных полей, удобный и дешевый в производстве. 4 с. и 2 з.п. ф-лы, 3 табл.

1. Электропроводящий целлюлозный слой, обладающий способностью экранировать электрические и высокочастотные поля, отличающийся тем, что имеет толщину от 30 до 80 мкм и вес от 20 до 60 г/м² и содержит 95-100% углеродных волокон и целлюлозных волокон в расчете по абсолютно сухому весу, причем доля углеродных волокон диаметром от 1 до 15 мкм и длиной от 1 до 20 мм составляет от 4 до 20 вес.% в расчете по абсолютно сухому весу, а доля целлюлозных волокон составляет от 75 до 96 вес.% в расчете по абсолютно сухому весу. 2. Целлюлозный слой по п.1, отличающийся тем, что обладает толщиной от 35 до 70 мкм, а доля углеродных волокон диаметром от 2 до 10 мкм и длиной от 2 до 10 мм составляет от 8 до 15 вес.% в расчете по абсолютно сухому весу, а доля целлюлозных волокон составляет от 80 до 92 вес.% в расчете по абсолютно сухому весу. 3. Целлюлозный слой по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что целлюлозные волокна получены из утилизированных целлюлозных волокон. 4. Электропроводящий лист картона, обладающий способностью экранировать электрические и высокочастотные поля, отличающийся тем, что содержит электропроводящий целлюлозный слой по любому из пп.1-3. 5. Электропроводящий строительный материал, обладающий способностью экранировать электрические и высокочастотные поля, отличающийся тем, что содержит электропроводящий целлюлозный слой по любому из пп.1-3 или лист картона по п. 4. 6. Электропроводящая гипсовая плита, обладающая способностью экранировать электрические и высокочастотные поля, отличающаяся тем, что содержит в качестве облицовки лист картона по п.4.