Статьи

image010.jpg

В настоящее время все  более актуальной становится необходимость производства и использования металлизированных текстильных материалов. На сегодняшний день такие материалы востребованы и в ближайшем будущем спрос на них будет расти.  Это связано, прежде всего, с  ростом  количества источников электромагнитного «загрязнения» окружающей среды, вызванного   появлением  сотовой связи, персональных компьютеров и других источников ВЧ - и СВЧ- излучения.

Изготовление одежды, экранирующей от электромагнитных полей, ИК-излучения, получение текстильных материалов с антистатическими, бактерицидными, электропроводящими, радиоотражающими, теплоотражающими и другими специальными свойствами требует использования металлизированных текстильных материалов. Металлизированные ткани и нетканые материалы по своим свойствам более универсальны, чем металлизированные пленки, производство которых налажено, но которые не пригодны для изготовления одежды и других изделий.  Другое дело - металлизированный текстильный материал. Ткани, как известно,  пропускают через себя водяные пары и воздух, они хорошо драпируются,   прекрасно облегают любые выступы и впадины покрываемых поверхностей, устойчивы к физико-механическим воздействиям и, наконец, они намного  долговечней пленок.

Существующие методы металлизации текстильных материалов из растворов электролитов  экологически вредны т.к. при их производстве  используются агрессивные и токсичные вещества, требующие утилизации.  Текстильные материалы, металлизированные электрохимическим методом, имеют плохой товарный вид, жесткий гриф, покрытие обладает недостаточной адгезией к субстрату.  Кроме того, данный способ не позволяет с достаточной точностью контролировать электропроводность ткани и другие ее свойства, имеющие большое значение для дальнейшего применения.

Существует также возможность металлизации текстильных материалов методом вакуум-термического испарения. Однако этот способ ограничивается возможностью напыления на текстильные материалы только тонких пленок алюминия, что существенно ограничивает его применение. Кроме того, процесс с трудом поддается контролю и получение тонких пленок алюминия заданной толщины (сопротивления) весьма проблематично.

Нами предлагается использовать для металлизации текстильных материалов метод магнетронного распыления, получивший широкое применение в микроэлектронике, однако до сих пор практически не применявшийся в текстильной  промышленности. Метод основан на использовании аномального тлеющего разряда в инертном газе  с наложением на него кольцеобразной зоны скрещенных неоднородных электрического и магнитного полей, локализующих и стабилизирующих газоразрядную плазму в прикатодной области.  Положительные ионы, образующиеся в разряде, ускоряются в направлении катода, бомбардируют его поверхность в зоне эрозии, выбивая  из нее частицы материала. Покидающие поверхность мишени частицы осаждаются в виде пленки на подложке (ткани). Высокая кинетическая энергия частиц обеспечивает хороший уровень адгезии образующейся пленки к подложке.

Метод магнетронного распыления реализуется в достаточно глубоком вакууме (порядка 5х10-5 мм рт.ст.) и позволяет наносить на ткани тонкие пленки меди, алюминия, титана, латуни, серебра, нержавеющей стали, бронзы и других металлов и их сплавов. Способ позволяет наносить на текстильные материалы также соединения некоторых металлов с кислородом или азотом. Например, можно наносить на поверхность тканей нитрид титана, получая ткань, окрашенную «под золото» или ткани с перламутровым эффектом.

Особенно необходимо отметить тот факт, что данный способ практически не загрязняет окружающую среду.  Отсутствует необходимость в использовании каких-либо химических материалов, а значит – в очистке сточных вод, что должно скомпенсировать затраты, связанные с повышенным энергопотреблением оборудования в связи с необходимостью достаточно глубокого вакуумирования и использованием магнетрона. Установка оборудования не требует наличия специальных инженерных коммуникаций: станций очистки сточных вод,  парогенераторов и паропроводов, химстанций и т.п.  Это позволяет использовать данное оборудование даже в условиях т.н. малых предприятий.

Недавно нами запущена в работу экспериментальная промышленная установка УМН-180. Установка  имеет рабочую ширину 180 см и позволяет металлизировать ткани, нетканые полотна и пленки шириной до 170 см. При этом на поверхности материала осаждается тонкая пленка настоящего металла или сплава, придающая тканям  благородный и оригинальный оттенок, например, перламутровый,   или металлический блеск нержавеющей стали, титана, золота,  серебра, алюминия, бронзы и т.п. Указанные цвета и оттенки не достижимы ни одним из известных на сегодняшний день способов облагораживания текстильных материалов: гладкое крашение, пигментная печать, металлизация из растворов электролитов, вакуум-термическое испарение.

Поскольку обработка тканей происходит в мягких условиях так называемой низкотемпературной плазмы – ткань сохраняет мягкий гриф, воздухо - и влагопроницаемость, драпируемость, прочностные характеристики.

Напыление слоя металла приводит к появлению у ткани электрической проводимости (рис.1). В отличие от других способов металлизации, способ магнетронного распыления позволяет достаточно тонко регулировать толщину металлического слоя, а значит и его сопротивление, что очень важно при создании структур с определенной проводимостью. Появление проводимости приводит к тому,  что синтетические ткани или нетканые материалы приобретают антистатические свойства. Это весьма важно, например, для создания искробезопасных фильтров использующихся на взрывоопасных производствах (угледобывающая, деревообрабатывающая, пищевая промышленность).

Появление проводимости дает возможность получать  материалы,  экранирующие электромагнитные излучения. Это может быть использовано при создании легких,  прочных,  долговечных и декоративно привлекательных радиоэкранирующих и маскирующих  в широком диапазоне частот (от ИК  до СВЧ) материалов (рис.2).

 

Graph1.gif

Рис.1. Проводимость полиамидной ткани арт.5369-06

в зависимости от времени напыления

 

Graph2.gif

Рис.2. Коэффициент пропускания полиамидной ткани арт.52001,

металлизированной алюминием,  в диапазоне частот 1-1250 МГц

 

Цикл проведенных исследований позволил в 2006 году наработать экспериментальные партии экранирующих тканей и пленок, из которых были изготовлены и успешно испытаны экспериментальные партии маскирующих комплектов, применяющихся для маскировки военной техники и войсковых объектов на летнем растительном фоне от оптических и радиолокационных средств разведки (Рис.3).

 

image006.jpg

а)

image008.jpg

в)

Рис.3. Различные варианты (а,в) комплектов, маскирующих от средств визуальной и радиолокационной разведок, изготовленных на основе металлизированных тканей, произведенных ООО «Ивтехномаш»

 

Магнетронный способ напыления является  весьма экономичным. При определенных  параметрах обработки возможно нанесение  сверхмалых количеств металлов. Это  полезно при напылении дорогостоящих металлов и сплавов, например, серебра (Рис.4), небольшое количество которого, как известно, может придавать материалам бактерицидные свойства или металлов платиновой группы, используемых в качестве катализаторов.

image010.jpg

Рис.4. Полиэфирная ткань, металлизирована серебром

 

Предварительные исследования показали, что хлопчатобумажная марля, покрытая серебром, обладает бактерицидной активностью по отношению к стафилококку, посевов синегнойной палочки, Enterobacter cl., протей (Рис.5).

 

image012.jpg

Рис.5. Бактерицидные свойства марли, покрытой тонкой пленкой серебра

 

 

Получено предварительное заключение о том, что марля с напылением тонкой пленки серебра обладает бактерицидной эффективностью, достаточной для практического применения в медицине. Такая марля после стерилизации была использована для местного лечения поверхностных ожоговых ран. На участках, укрытых посеребренным материалом, раны заживали быстрее.

Предварительные оценки показывают, что цена перевязочных средств, изготовленных на основе металлизированной марли, должна быть существенно ниже цены импортных салфеток на основе специальных мазей. Кроме того, такие перевязочные средства будут иметь практически неограниченный срок годности, тогда, как срок годности вышеупомянутых салфеток составляет несколько лет.