Metody oceny właściwości elektrostatycznych i ekranujących płaskich wyrobów włókienniczych

Pełen tekst

(1)Stanislaw PJeifer K..... ra Towa,.J.nawdwa Pnetlly".w.go. Andrzej S. Gajewski Katedra M..... I.glI I Anallry. Inlłru_tttaln o,. Metody oceny właściwości elektrostatycznych i ekranujących płaskich wyrobów włókienniczych l.. Nłeko,xystne zławl ska. wyrobów. zwlqzane. li:. elektryzowaniem. si ę. włókienniczych. Obecnie obserw uj e się wzrost ud z ia ł u włókien che micznyc h wgolowych wyrobach w ł ókie nni czyc h . Z kolei wraz ze zwiększo n y m udziałe m w ł ókien che micznyc h. szczególnie syntetycznyc h, nasila się występowa ni e ni ekorzystnych zjaw isk zw ią za n yc h z e l ektryzacją. Nadmierne i potencja ln ie szkod liwe gromadzeni e się ł a dunków elektrycznych ma miejsce podczas róż n yc h ctapów procesów technologicznych. jak równ i eż podczas użytkowania. Do uje mnyc h zjawisk związa ny c h z e lektryzacjq, dOlyczljcych uż ytk owa nia zalicza się m.in . l2]: - e le ktrostatyczne brudzenie s i ę odzie ży, - przy kl ejanie się odzieży do c i ała użytkownika. - zjaw isko przeskok u ładunku e lektrycznego z cia ła u ży tk own ika , - przy legani e w ł ó ki e n obcych do od zieży podczas procesów che micznego czyszczenia w rozpuszcza lnikach o rgani cznych. Te ni ekorzystn e zjaw iska moż na wye l iminować przez nanoszenie na powierzchn i ę wyrobów preparacj i antystalycznyc h, ja k rów nie ż przez wprowadzan ie,jako dom ieszek. organicznych w ł ókie n e l e ktro prz ewodzącyc h . Stosowanie preparacji powierzchniowych daje jednak efekt krót ko tr wały. natomiast wy korzystanie w ł ók i e n e l ek tropr zcwodzącyc h powoduje. że m a t e r iały w sposób trwały uzyskują w ła śc i wości ant y statyczne..

(2) Stan;Jtaw Włókna elektroprzewodzące znajdują. obecnie coraz szersze zastosowanie. te są częśc ią s kładową włóknin filtra cyjnych. s ą stosowane w wojsku, w lotnictwie, a także coraz częśc iej w przemyś l e odzieżowym. Uważa s ię , że w ł ókna zawierające sole metali są najbardziej efektywne, biorąc pod u wagę koszty produk cji oraz rezultaty d ziałan ia . W Pol sce włókna elektroprzewo ~ dzące produkuje Instytut Włókiennictwa w Łodzi . Wymieni ć tu należy włókna akrylowe , poliestrowe , aramidowe czy polis iarczkowe l4]. Rozwój technologii produkcji w ł ókien e l ektroprzewodzących spowodowal, że pojawiły się nowe możliwośc i ich wykorzystania. Dotyczy to ochrony (ekra~ nowania) lud zi, urządzeń i pomieszczeli przed szkodliwym oddz iał ywa ni em pola elektromagnetycznego. Coraz częściej bowiem cz łow i ek jest narażony na oddzia lywanie pól pasma rad iowego (RF) i mikrofal (MF). Energia tych pó ł emitowan yc h do środow i s ka szybko wzrasta. Zjawisko jest wynikiem zw ięk ~ szającej s ię li czby i mocy wszelkiego typu nadajników fa l elek l romagnetycz~ nych oraz pow szec hnego używania urządzeń elektronicznych i radiokomuni· kacyjnych (w tym telefonów komórkowych). Coraz częściej mówi s ię o wprowadzeniu wysokoenergetycznych rai elektromagnetycznych do celów wojskowych, co - jak moż na prlewidzieć - spowoduje bardzo poważny wzrost ekspozycj i ludzi na poła RF i MF. PrLyczyny te sp rawiają , że zainteresowanie ekranowaniem ludzi przed działaniem pól elektromagnetycznych jest coraz większe. Wzrasta również zainteresowan ie ekranowan iem pomie szczeń. w któ· rych gromad zi się i przetwarza informacje pourne . Dotyczy to m.in. urzędów admin ist racj i publicznej, banków, mi litarnych systemów inrormatycznych . Istotne jest równi eż ekranowanie czułej aparatury naukowej i medycznej, coraz częśc i ej stosowanej w diagnostyce. taki ej jak NMR. EEG itp . Dlatego coraz większego znaczenia nabierają zarówno poszu kiwania rozwiązań dotyczących oc hrony przed oddziaływan i e m pól , jak równi eż metody badań mat er iałów . które mogą spe łnia ć funkcje ochronne. Celem prezentowanej pracy było przedstawienie melodyki badawczej oraz zaprezentowanie wy ników badań w ł aściwości elektrostatycznych i e kranują· cych płaskich wyrobów włókienniczych na przy kJadzie włókniny "Ma liwatt" . Włókna. 2 . Charakterystyka. materiału. badawczego. Prz yk łade m uzyskania trwalego efektu antystatycznego dla wyrobów wló· kienniczych są włókniny typu .,Maliwatt", które zostały opracowane w Instytucie W łókie nni ctwa w Łodzi. Włókniny przeszywane typu " Małiwall " m ogą być wytwarzane z włókie n odpornych termicznie i zawie ra ć e l ek lroprzewodzące włókna poliakrylowe {I]. Włókna po ł iakrylowe pos iadają na swej powierzchni siarczki miedzi w mieszanin ie z siarczkiem srebra, które są dobrymi przewod · nikami. Zw iązki te związane s ą z grupami nitrylowymi włókien. Wlókniny tego typu mogą by ć wykorzystane w specjalistycznej odzieżyan t yst atycznej jako niemetaliczny ekran pola elektrycznego. Wygląd zew nętrzny włók nin y "Mali-.

(3) właściwości. watt" przedstawiono na rys. I. Jasne nitki lO przędza przeszywająca (w ł ók na PES ), podłużne prążki to runo z udzia łe m e lektroprzewodzącyc h włókien poliakrylowych (w l6kna PAN).. Rys. \.. Włóknina. tr6d ł o:. badania whlsnc.. przeszywana typu .. Maliwall". Tabela 1. Charakterystyka badanej Rodzaj badanej cechy. włókniny. .. Maliwau" \Varto~. Masa powierzchniowa (glm!). 105.0. Grubość. 054. Skład. (mm). surowcowy (%):. włókna poł ics trowe. (PES) (PAN). włók na poliakryłowc. Zródło;. badania własne.. 22. ". Oc e nę. budowy o raz s kł adu surowcowego wykonano sloslIj::IC metody mikroskopowe oraz che mi czne . Oznaczono bud owę s trukturalną , g ru bość oraz sk ład surowcowy. Wyniki zestaw iono w tabeli 1.. 3. Pomiary. oporności. Pomiar opo rn ośc i włókniny " Maliwutt" wykonano w tzw. układ z i e dwupaskowy m l3]. Schemat układu pomiarowego przedstaw iono na rys. 2. Zmi eniając poł oien i e g ł owicy pomiarowej w postaci elektrody w ksztalci e dwóch metalowych , równol egł ych pasków wyznaczono wartość oporu elektrycznego R. Od l egłość międ zy paskami wynosi la I cm. Srednia wartość oporności.

(4) Sral1i.sl(l1V wynos iła 8 kn przy błędz i e pomiaru zestawiono w tabeli 2.. wynoszącym. I kQ . Wyniki pomiarów. omomierl głowica. badana. pomiarowa. włóknina. elektrody. Rys. 2 . Schemat. układu. do pomiam. rezys t yw n ośc i. powierzchniowej. t.ródlo: badania własne .. Tabela 2. Pomiary opornosci War10ść. opon! (O: . JOl). w ł ók n i n y .,Małiwatt". w. układzie. dwupaskowym. Srednia aryImetyczna Odchylenia od średniej (O:s) (Q - Q.• ). Kw adratyodchy ł eń. (Q- O:S)I. 8.0. O. O. 9.0. I . ICY'. 9.0. I . 101 I . 101. 9.0. I . JOJ. I . 1()6. 8.0. I . 10". O. O I . 10". 6.0. I · tO J 2 . JOl. 4 · )()6. 8.0. O. O. 8D. O. O. 8.0. O. 7.0. 8,0·IOJ. O. L_S · IlY'Ql Wyniki pomiaru: oporność. włókniny. R ,. (8 . 10 1 ± I . IOl) 11. Sredni bł ąd kwadratowy pomiaru wynosi 943 Q. tj . • JOJ Q Źródło: badania własne ..

(5) MelOdy oceny. II'laścill'osci. elektrostatycVlYcI, .... I. Wyniki pomiarów zestawione w tabel i 2 wskazują, że badaną w ł ók n inę za m ateria ł p r zewod zący prąd e lektryczny, a tym sa mym posiadający w ł aściwości antyslatyczne i e kranujące. należy uznać. 4. Pomiary. osłabiania. pola elektrostatycznego. Wykonano pomiary w ł aściwości ekranujących włók nin y przed polem elektrostatycznym. W tym celu p ł aską fol i ę celul oi dow ą naelektryzowano metod'l ulotowi} i umieszczono po międ zy u z i e mi oną pł y t ą m et al ową (spe łniającą ro l ę przeciweleklrody) a miernik pola elektrostatycznego RMEL- 70 (rys. 3). Odl eg ł ości folii od uziemionej płyty oraz fo lii od miernika by ł y jednakowe i wynos iły po 10 c m. Miern ik wy k aza ł natężen i e pola wy n oszące - 11 00 V/cm (folia n aładowana by la ładunki e m ujem nym).. naelektryzowana folia włóknina. Rys . 3. Schemat Zródło :. układu. do pomiaru. os łab iania. pola elektrostatycznego. badania wlasne.. i mi ernik wprowadzono bada n ą " Maliwatt" . Włókni n a by ł a uziem iona i z n ajd owa ła się w od l eg łośc i 5 cm od źród ła pola e le ktrycznego. Zatem od l eg ł ości źród ł a pola (naelektryzowanej fo lii) od w ł ó knin y oraz włóknin y od miernika by ł y równe, wynos ił y po 5 c m. Po wstaw ie niu między folię i miernik badanej włókni n y, n a t ęże nie pola Następni e mi ędzy na e l e ktryzowaną folię. włókni n ę.

(6) s padło do w art ośc i , będącej na granicy możliwośc i pomiarow ych przy rządu (by ło. mniejsze od -50 Vle m) .. 5. Podsumowanie wyników. badań. Zaproponowana metodyka badawcza mo że b yć z powodzeniem wykorzystana do badania wła śc iwośc i eł e ktryc zn ych takich płaskich wyrobów w ł ó kien ni czych. jak: tkaniny, w łó knin y, dzianiny , przęct z in y oraz materiały laminowane. Poprzez pomiar oporności w układ z ie dwupaskowym oraz pomiar os ł ab iani a pol a ele ktrostatycznego według zaprezentowan ej metodyki m oż na okreś li ć właściwości przewod zące i e kranujące plaskich wyrobów. Wyniki przeprowadzonych badań ws kazują . że ocen ian ą w łókninę "Mali watt" ze wzg l ęd u na ni s ką opo rność na l eży u znać ma mat e riał elektroprzewodzący . Włóknina bardzo dobrze os ł abia pole elek tryczne. M oże być zatem wykorzystana w praktyce jako m ateria ł e l i minujący niekorzystne zjaw isko elek tryzowania s i ę wy robów, jak również jako ekran pola elektrycz nego . Należy jednak podkreślić, że włókn in a będ z i e posiadać zadowa l ające właści wośc i ekranuj ące tylko wówczas. gdy będ z i e w n a l cży ty sposób uziemiona . Lite ratura. Biuletyn UrLędu Patentowego 199 1. nr 12. Gajewski A.S., Eleklr)'cznoJć Jla/)'CZ/W - poznanie, pamiar.zapobieganie, eliminowanie, IWZZ, Warszawa 1987. 13J PN -92/E-05203. Ochrona przed e lektryczn ośc i ą st atyczną. Materialy i wyroby stosowane w obiektach oraz strefach zagrożonych wybuchem . Metody badań oporu elektrycznego właściwego i oporu wpływu. [4J Rakowski W .. Organicv!e wtókna elektroprzewo(/zqce - poziom rozwoju technologii. właściwości, problem)' i rozwiqzania (lltenwrywlle, IV Międzynarodowe Sympozjum EL-TEX 2000.26-27 paździe rn i k a, Łódż 2000. materialy konferencji .. [II 121. M e thods for Testing the Electrosłatic and Screening Prope rti es ot FIat Textil es. Eleetrostalic and sereening properties of tlat texli les were tested. A methodology for measuring resistanee was developed . To determine the sereening properties an eleetrostatie field meter, RM EL-70, was used. In the paper the results for quilled need1ed clOIh "Mali watt" , whieh servcd as an example, have been presented. The results show 1hal Ihe proposed methodology ean successfull y be used to test eleetric propcrties of suell fiat textiles as woven fabrie, nced łed c1oth, knitted fabrie , bonded cloth and laminaled fabric. Considering its low rcsistanee, the tesled needled cloth "Maliwatt" can be defined as an electric conductor. Needlcd c10th is a very good attenuator of the eleetric fie ld and can be used in praclice as a sercen for the e leclric field..

(7)