Способ изготовления противоосколочного экранирующего полотна Российский патент 2021 года по МПК F41H1/00 

Изобретение относится к области слоистых пулестойких материалов из баллистической ткани с экранирующими свойствами, и может быть использована при изготовлении средств массовой защиты.

Масса материала, в котором используются металлизированные арамидные волокна, существенно ниже, так как один слой является как противоосколочным, так и экранирующим.

Из уровня техники известны материалы, экранирующие от электромагнитных помех, например: Aaronia X-Dream – ткань экранирующая от электромагнитных помех (100 дБ) [http://el-kor.ru/bezehovye-kamery-i-ekrankamery-ekraniruyushchie-materialy/aaronia-x-dream-tkan-ekraniruyushchaya-ot-elektromagnitnyh-pomeh-100-db]. Данная ткань имеет частотный диапазон экранируемых сигналов 1 МГц - 30 ГГц, эффективность экранирования – 70 дБ; 99,999999 % при 20 ГГц. Материал ткани – смесь меди и никеля, подложка – полиэстер. Тип экранируемых сигналов – ВЧ и НЧ электрические поля. Доступный размер от 1 м² до 50 м². Через подобную ткань практически не проникают сигналы беспроводной связи стандартов: GSM и/или DECT, и/или BLUETOOTH, и/или WLAN и др. электромагнитные сигналы в диапазоне от 1 МГц до 30 ГГц.

Известна ЗАЩИТНАЯ СТРУКТУРА ПРОТИВООСКОЛОЧНОГО ПОКРЫВАЛА С НЕТКАНЫМ МАТЕРИАЛОМ (Патент РФ 2237846, опубликовано: 10.10.2004 Бюл. № 28), содержащая слои тканого и два наружных слоя нетканого баллистически стойких материалов, соединенных швейными строчками в двух взаимно перпендикулярных направлениях, при этом каждый из слоев нетканого материала выполнен составным, разделенным на части одиночными слоями тканого материала, части каждого слоя соединены между собой швейными строчками в двух взаимно перпендикулярных направлениях, расстояние между строчками составляет 0,25...0,5 расстояния между строчками, соединяющими всю защитную структуру, при этом поверхностная плотность нетканого материала составляет 35...55% от поверхностной плотности составных наружных слоев и 5...20% от поверхностной плотности всей защитной структуры.

К недостатку данного решения можно отнести многослойность конструкции и невозможность экранировать частоты возможного взрывного устройства (далее – ВУ), управляемого по радиоканалу.

В качестве наиболее близкого источника информации можно принять способ изготовления композитных материалов, содержащих проводящие нанонаполнители по патенту № 2611512 (опубликовано: 27.02.2017, бюл. № 6), включающий смешивание или диспергирование первой композиции, содержащей один или более проводящих нанонаполнителей и один или более полиарилэфирсульфоновых термопластичных полимеров (A), с или в одном или более предшественниках (P) неотвержденной термореактивной смолы и необязательно одном или более отверждающих агентах для указанной смолы. Также описан композит, содержащий указанную композицию и армирующие волокна, причем указанные волокна присутствуют в концентрации от 5 до 70 мас.%.

Техническая проблема настоящего изобретения заключается в необходимости создания прочного и легкого противоосколочного полотна, в тоже время, способного экранировать частоты возможного ВУ.

Технический результат заключается в обеспечении возможности изолирования взрывоопасных или подозрительных предметов путем предотвращения инициализации находящегося в них взрывного устройства, детонатор которого управляется по радиоканалу.

Противоосколочное полотно выполнено из арамидных волокон как наиболее прочного существующего материала.

Известно, что для дистанционного инициирования ВУ чаще всего используется диапазон частот от 100 МГц до 6000 МГц. Эффективность экранирования S_c, зависящую от частоты, материала, толщины и линейных размеров ячейки экранирующей сетки, можно, например, определить по следующей формуле:

S_c=λ/2s[ln(2πr/s)], (1)

где r – радиус проволоки сетки, s – шаг сетки, λ – длина волны излучения.

Пример. Для расчета экранирующей сетки для излучения 900 МГц осуществили расчет экранирующей сетки. Центральная частота f=900 МГц. Диаметр провода сетки d=1.5 мм. Допустимый уровень потерь на просачивание p=1 %. Максимальный размер ячейки экранирующей сетки b=4.6 мм. Потери сигнала за счет просачивания через сетку составили -0.04 dB.

Новизной заявленного изобретения является то, что сетку, позволяющую максимально удерживать осколки и не допускать инициацию радиоуправляемого взрывного устройства, изготовленную с расчетом на наиболее эффективное экранирование электро-магнитного излучения (далее – ЭМИ) в диапазоне от 20 МГц до 6 ГГц (например, используя выражение (1), выполняют по принципу клетки Фарадея из арамидных волокон, металлизированных тяжелыми металлами. Процесс металлизации арамидных волокон может быть осуществлен по одному из известных способов, например, по патенту РФ 2144965.

Наиболее подходящим металлом для экранирования является медь. Первой стадией металлизации в этом случае является предварительное протравливание – контактирование арамидных волокон с кислотой предварительной обработки (это может быть водная азотная кислота, или хлор-фторсульфоновая кислота в органической жидкости, не реагирующей с кислотами). Этот процесс проводят при температуре от 20 до 40 ֯С и по времени от 5 до 60 секунд, в зависимости от концентрации кислоты предварительной обработки (в пределах 75-95%), если волокна контактируют более 120 секунд при определенных случаях, то они разрушаются. Целью первой стадии является получение на поверхности волокна создать некие структурные изменения и микротрещины для облегчения дальнейшей лучшей адгезии металла к волокну.

После протравления волокна промывают либо водой для уменьшения концентрации кислоты на волокне, либо основанием или основной солью бикарбоната натрия для нейтрализации кислоты и выведения ее из волокна. Затем, желательно, но, не обязательно, волокна просушивают для лучшего удаления лишней влаги или кислоты, затем, в водный раствор меди добавляют соль с катионом палладия и олова в качестве катализатора и погружают в него протравленные кислотой и промытые волокна и перемешивают для обеспечения активности поверхности волокон для взаимодействия с медью. Затем, волокна удаляют из этого раствора, и при необходимости, погружают в ванну ускорителя с разбавленной минеральной кислотой для насыщения поверхности волокна минералами.

Далее начинают непосредственно стадию металлизации, для этого волокна помещают или пропускают через ванну металлизации, в которой находятся ионы меди в смеси с формальдегидом (катализатор), концентрация меди в данных случаях многообразна, но более предпочтительная концентрация меди 1-5 г/л, волокна в ванной умеренно перемешивают в течение 10-20 минут для активной металлизации, если вдруг скорость снижается, то в ванну добавляют еще формальдегид, рН-корректирующий щелочной раствор и раствор с ионами меди. Все это проводят в различных температурах от 10 до 60 ֯С, но более предпочтительно 20-40 ֯С, после чего убирают металлизированные волокна из ванны.

При металлизации серебром способ проводят в аналогичных условиях, только после протравления используют промывку раствора хлорида олова и соляной кислоты и в стадии металлизации используют смесь нитрата серебра и аммиака.

Аналогично металлизацию осуществляют и с никелем, и с кобальтом, и с другими металлами

Изобретение относится к области слоистых пулестойких материалов из баллистической ткани с экранирующими свойствами и может быть использовано при изготовлении средств массовой защиты. Для изготовления полотна предварительно подготавливают арамидные волокна путем протравливания в кислоте при температуре от 20 до 40°С и по времени от 5 до 60 секунд, в зависимости от концентрации кислоты. Промывают и металлизируют подготовленные таким образом волокна кислотой в водно-солевом растворе в присутствии катализатора для уменьшения концентрации кислоты на волокне. Просушивают для удаления лишней влаги или кислоты. Обеспечивают активность поверхности волокон для взаимодействия с медью, для чего в водный раствор меди добавляют соль с катионом палладия и олова в качестве катализатора и погружают в него протравленные кислотой и промытые волокна и перемешивают. Насыщают поверхность волокна минералами, для чего волокна погружают в ванну ускорителя с разбавленной минеральной кислотой. Осуществляют непосредственно металлизацию, для чего волокна помещают или пропускают через ванну металлизации, в которой находятся ионы меди в смеси с катализатором формальдегидом и предпочтительной концентрацией меди 1-5 г/л. Перемешивают в течение 10-20 минут для активной металлизации при температурах от 10 до 60°С. Убирают металлизированные волокна из ванны. При этом из металлизированных волокон изготавливают сетку по принципу клетки Фарадея из расчета наибольшего эффективного экранировании электромагнитного излучения в диапазоне от 20 МГц до 6 ГГц, Кроме того, волокна сетки изготавливают из арамидного волокна, металлизированного ионами тяжелых металлов. Обеспечивается создание прочного и легкого противоосколочного полотна, способного экранировать частоты возможного взрывного устройства, изолирование взрывоопасных или подозрительных предметов путем предотвращения инициализации находящихся в них взрывных устройств, детонаторы которых управляются по радиоканалам. 1 з.п. ф-лы.

1. Способ изготовления противоосколочного экранирующего полотна из пулестойкой, противоосколочной баллистической ткани, выполненной из арамидных волокон, с предварительной подготовкой арамидных волокон путем протравливания в кислоте при температуре от 20 до 40°C и по времени от 5 до 60 секунд, в зависимости от концентрации кислоты; последующем промывании волокон и металлизации подготовленных таким образом арамидных волокон кислоты в водно-солевом растворе в присутствии катализатора для уменьшения концентрации кислоты на волокне, потом просушивают для удаления лишней влаги или кислоты, обеспечивают активность поверхности волокон для взаимодействия с медью, для чего в водный раствор меди добавляют соль с катионом палладия и олова в качестве катализатора и погружают в него протравленные кислотой и промытые волокна и перемешивают; затем насыщают поверхность волокна минералами, для чего волокна погружают в ванну ускорителя с разбавленной минеральной кислотой; и осуществляют непосредственно металлизацию, для чего волокна помещают или пропускают через ванну металлизации, в которой находятся ионы меди в смеси с катализатором формальдегидом, при этом предпочтительная концентрация меди 1-5 г/л, перемешивают в течение 10-20 минут для активной металлизации, при температурах от 10 до 60°С, после чего убирают металлизированные волокна из ванны, отличающийся тем, что из металлизированных волокон изготавливают сетку по принципу клетки Фарадея из расчета наибольшего эффективного экранировании электромагнитного излучения в диапазоне от 20 МГц до 6 ГГц; кроме того, волокна сетки изготавливают из арамидного волокна, металлизированного ионами тяжелых металлов.

2. Способ изготовления противоосколочного экранирующего полотна по п.1, отличающийся тем, что эффективность экранирования можно вычислить по формуле, где S_c, зависящую от частоты, материала, толщины и линейных размеров ячейки экранирующей сетки, можно определить по следующей формуле S_c=λ/2s[ln(2πr/s)], где r – радиус проволоки сетки, s – шаг сетки, λ – длина волны излучения.