Магнитомягкая ткань

Магнитомягкая ткань

Реферат

Изобретение относится к текстильным материалам и может быть использовано в различных отраслях техники и технологии для изготовления магнитных систем, а также для экранирования электромагнитного излучения.

Известен электромагнитный материал [1], содержащий (80-95)% ферромагнитного порошка, (5-20)% термореактивной смолы в виде порошка и (0,1-1,0)% желатообразователя для металла. Изделиям из указанной смеси характерны высокая механическая прочность и большое значение начальной магнитной проницаемости. Однако данный материал имеет и недостатки: его начальная и максимальная магнитные проницаемости уступают соответствующим характеристикам современных магнитомягких материалов, например альсиферу (сплав Fe-Si-Al); из него невозможно изготовить изделия методами деформирования и швейной технологии, т.к. он не обладает достаточной гибкостью, его неупругая деформация перед разрушением незначительна.

Наиболее близким к предлагаемому материалу является эластичный композиционный материал на основе каучука [2]. В состав данного материала входит натуральный или синтетический каучук (30-75) частей по массе, порошок железа, его магнитный оксид или феррит (10-40) частей по массе, а остальное пластификатор, смешивающий агент и другие примеси. Материал обладает способностью закономерно изменять размеры и форму под воздействием магнитного поля. Недостатки этого материала следующие: низкое значение начальной и максимальной магнитной проницаемости, а также намагниченности и остаточной индукции, наличие микроструктурных, а также фазовых неоднородностей и, как следствие, неоднородности по свойствам в различных микрозонах, обуславливающих рассеяние магнитного поля.

Технический результат, обусловленный использованием предлагаемого изобретения, состоит в получении гибкого магнитомягкого материала с повышенными магнитными характеристиками и возможностью управления этими характеристиками материала посредством внешнего магнитного поля, обусловив, например, экранирование внешнего сверхвысокочастотного электромагнитного излучения в режиме ферромагнитного резонанса.

Данный технический результат достигается за счет того, что магнитомягкая ткань, содержащая полимерную основу и порошок магнитомягкого материала, согласно изобретению образована смесью порошков из магнитомягкого сплава альсифер с размером частиц 5...10 мкм и магнитомягкого феррита с размером частиц 50...100 мкм, а основа выполнена из нитей лавсана, при следующем соотношении компонентов ткани, мас.%:

нити лавсана	30...20
связующий полимер	15...20
порошок магнитомягкого феррита	15...20
порошок сплава альсифер	30...50

Сплав альсифер обладает высоким значением магнитной проницаемости, например максимальное значение μ_max у этого сплава с оптимальным содержанием кремния, алюминия и железа может достигать уникально большого значения - 3800000. Начальная магнитная проницаемость μ этого сплава равна 35000. Повышенное значение μ. обуславливает более высокие экранирующие способности материала. Удельное электрическое сопротивление ρ сплава альсифер примерно в 1,5 раза выше по сравнению с ρ электротехнических сталей и пермаллоев, а это значит, что наличие порошка этого сплава способствует возрастанию глубины проникновения электромагнитного поля в материал и объема материала, участвующего в поглощении излучения. Магнитомягким ферритам, например марганцево-цинковому, тоже характерны большие значения магнитной проницаемости. Наряду с высокими характеристиками магнитных свойств ферриты являются полупроводниками по электропроводности, их удельное электрическое сопротивление примерно на четыре порядка превышает ρ таких магнитомягких материалов, как электротехнические стали и пермаллои. В зонах расположения частиц феррита падающее электромагнитное излучение проникает на сравнительно большую глубину в материал. При этом в процесс поглощения и рассеяния внешнего излучения вовлекаются частички альсифера не только на поверхности, но и во внутренних зонах материала. Глубина же проникновения сверхвысокочастотных излучений в материал, со значением ρ характерных для всех магнитомягких материалов, кроме ферритов, составляет менее 1 мкм. Изменяя величину и направление внутреннего магнитного поля путем использования порошка с разным размером частиц, а также путем формирования анизотропной структуры и варьируя величину, а также направление внешнего постоянного магнитного поля, можно изменять частоту и ширину спектра поглощения внешнего излучения в феррорезонансном режиме. В отличие от большинства магнитомягких материалов альсифер и магнитомягкие ферриты при комнатной температуре находятся в хрупком состоянии поэтому из них легко можно получить порошок, который в комплексе с полимером технологически просто наносится на поверхность ткани. Размер частиц сплава альсифер составляет (5-10) мкм, что эффективно экранирует внешнее излучение, например, за счет появления вихревых токов и феррорезонансного поглощения. Размер же частиц феррита равен (100-300) мкм, что обуславливает проникновение излучения во внутреннюю зону материала и вовлечение в процесс экранирования излучения практически всего объема предлагаемой магнитомягкой ткани. Отличие размеров частиц альсифера и феррита позволяет сформировать на поверхности ткани плотный слой магнитомягкого ферромагнитного материала

Примеры конкретного осуществления

Пример 1.

Получена ферромагнитная ткань, матрицей которой является ткань полотняного переплетения, изготовленная из лавсана по традиционной текстильной технологии. Линейная плотность нитей основы и утка составляла 40 текс. Плотность укладки основных и уточных нитей равна 1500 на один метр. В качестве магнитомягкого наполнителя выбрана смесь порошков сплава альсифер с размером частиц 5...10 мкм и марганцево-цинкового феррита с размером частиц 50...100 мкм.

Содержание компонентов ткани, мас.%:

нити лавсана	20
связующий полимер	15
порошок марганцево-цинкового феррита	15
порошок сплава альсифер	50

Полученная ткань превосходит прототип по значению (см. таблицу): начальной магнитной проницаемости в 8 раз, показателю экранирования электромагнитного излучения при частоте 10⁹...10¹⁰ Гц в 8,6 раз, сопротивления распространению трещины и гибкости в 2,2...2,4 раз.

Пример 2.

Изготовлена ткань, основа которой была изготовлена из нитей лавсана, как и в случае примера 1. Содержание компонентов было таким, мас.%: нити лавсана 30%; связующий полимер 20%; порошок Mn-Zn-феррита 20%, порошок сплава альсифер 40%. Как видно из таблицы, снижение содержания порошка сплава альсифер и сравнение с примером 1 не привело к существенным изменениям свойств полученной ткани.

Пример 3.

В этом варианте ткани, по сравнению с примером 2, более высокое содержание магнитомягких материалов при пониженном содержании лавсана и связующего полимера. Это обусловило снижение гибкости и прочности при наличии надрыва, но позволило повысить начальную магнитную проницаемость и показатель экранирования электромагнитного излучения (см. таблицу).

Содержание магнитомягких порошков выбирают в зависимости от функционального предназначения ткани. Количество связующего полимера выбирают таким, чтобы обеспечить сцепление порошка с тканью, долю нитей лавсана определяют, исходя из необходимости достижения соответствующей «емкости» ткани по количеству вводимого порошка.

Источники информации

1. ЕПВ 0225392, H 01 F 1/02, опубл. 16.06.87.

2. Патент Российской Федерации 2157013, 7 P 01 F 1/113, опубл. 27.09.2000.

Таблица
Характеристики испытанных магнитомягких материалов
Вариант	Содержание компонентов, мас.%	Прочность полоски шириной 50 мм, с надрезом 5 мм, Н	Начальное значение магнитной проницаемости	Относит. удлинение полоски шириной 50 мм перед разрушением, %	Показатель гибкости, отн.ед.	Показатель экранирования электромагнитного излучения
Нити лавсана	Связующий полиамид	Порошок Mn-Zn-феррита	Порошок сплава альсифер
Прототип					280	3600	7,9	1	1
Пример 1	20	15	15	50	610	29300	13,8	2,4	8,6
Пример 2	30	20	20	30	920	21400	16,2	3,9	8,1
Пример 3	25	15	20	40	705	28600	14,6	3,2	9,8

Магнитомягкая ткань, содержащая полимерную основу и порошок магнитомягкого материала, отличающаяся тем, что в качестве магнитомягкого материала используют смесь порошков из сплава альсифер с размером частиц 5÷10 мкм и магнитомягкого феррита с размером частиц 50÷100 мкм со связующим полимером, а основа выполнена из нитей лавсана, при этом соотношение компонентов ткани по массе следующее, %:

Нити лавсана	30÷20
Связующий полимер	15÷20
Порошок магнитомягкого феррита	15÷20
Порошок сплава альсифер	30÷50