Проводящее моноволокно и ткань

Проводящее моноволокно и ткань

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ПЕРЕКРЕСТНЫЕ ССЫЛКИ НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ Настоящей заявкой заявлен приоритет согласно предварительной заявке на патент США "Conductive Monofilament and Fabric" ("Проводящее моноволокно и ткань") (60/993158, дата подачи: 10 сентября 2007 года) и предварительной заявке на патент США "Conductive Monofilament and Fabric" ("Проводящее моноволокно и ткань") (60/933548, дата подачи: 7 июня 2007), которые следует считать включенными в настоящую заявку.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к проводящей нити и тканой структуре, рассеивающей статический заряд, в частности к такой, которая эффективно рассеивает статический заряд и в то же время имеет необходимые физические свойства.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Известные проводящие ткани, пригодные, например, для рассеивания статического электричества, имеют в своем составе моноволокна с высоким содержанием проводящих материалов, таких как частицы технического углерода или металла. Как правило, эти проводящие материалы диспергированы в основном полимере, таком как полиэтилентерефталат и полиамид, или включены в состав полимерных покрытий, нанесенных поверх ориентированных моноволокон.

Указанным известным способам свойственно несколько недостатков. Во-первых, проводимость таких моноволокон находится в ограниченном диапазоне 10^-4-10^-7 См/см, являющимся минимально необходимым для эффективного рассеивания статического заряда. К сожалению, этот недостаток ограничивает возможности по конструированию ткани, а также ухудшает ее рабочие характеристики. Вторым недостатком является то, что максимальное содержание в моноволокне проводящего наполнителя ведет к ухудшению физических свойств моноволокна, таких как модуль упругости, прочность и относительное удлинение. Это является следствием высокого уровня примесного загрязнения, вызванного содержаниями примесей в количестве, превышающем 20% от содержания проводящего наполнителя. Указанная потеря физических свойств тоже ограничивает возможности по конструированию ткани и отрицательно влияет на ее рабочие характеристики.

Другие известные проводящие ткани содержат проводящие покрытия, структуры с металлическими проволоками либо комплексные конструкции, объединяющие металлические волокна с некоторой синтетической структурой. Однако эти ткани также имеют недостатки. Например, хотя указанные известные технические решения позволяют рассеивать статический заряд, отмечается сложность изготовления структур с металлическими проволоками. Еще одним недостатком является то, что ткани на металлической основе легко повреждаются, в частности на них во время эксплуатации легко образуются нежелательные вмятины и сгибы. С другой стороны, известные ткани с покрытиями недостаточно износоустойчивы, а само покрытие может привести к уменьшению проницаемости открытых ячеистых структур.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Таким образом, главной задачей изобретения является создание нитей для использования в промышленных тканях, таких как технические ткани, используемые, например, в аэродинамическом производстве, аэродинамическом производстве из расплава, фильерном производстве из расплава, и сушильных тканях, используемых для изготовления бумаги, и других промышленных тканях, для которых обязательным или желательным является рассеивание статического заряда и в которых устранены упомянутые выше недостатки.

Еще одной задачей изобретения является создание рассеивающих статический заряд нитей для использования в структуре силовых кабелей, таких как, например, используемых в нефтяных скважинах, высоковольтных линиях электропередач, в качестве заземляющего средства при производстве кабеля для предотвращения образования электрического заряда, разряд которого может привести к повреждению оборудования, серьезным травмам и/или чьей-либо гибели.

Еще одной задачей изобретения является создание рассеивающих статический заряд нитей для использования в структуре трубчатых оплеток, содержащей различные термопластичные моноволокна, для предохранения, заземления и экранирования от электромагнитных помех пучков многоцелевых электропроводов, проложенных в камерах между конструкционными элементами, в аэрокосмической технике, например для элементов управления самолетом, освещения, и развлекательных задач, и в автомобильной технике.

Еще одной задачей изобретения является создание нитей, рассеивающих статический заряд, для использования в трикотажных и/или текстильных тканях для уборки помещений.

Настоящее изобретение решает перечисленные и другие задачи и обеспечивает перечисленные и другие преимущества. В этой связи настоящее изобретение относится к износоустойчивому, имеющему высокую проводимость полимерному моноволокну или износоустойчивой, имеющей высокую проводимость полимерной крученой моноволоконной нити, используемому или используемой в тканой структуре. Предпочтительный вариант реализации изобретения включает использование функциональных моноволокон или крученых моноволокон, имеющих покрытие или пленку из проводящего материала, содержащего металлические частицы и связующее вещество. В одном варианте реализации моноволоконо содержит по меньшей мере одну продольную канавку, в которой по существу расположено указанное покрытие или расположена указанная пленка. При износе нитей или моноволокон проводящий материал остается в этой канавке и защищен от износа. В результате, ткани обладают свойствами по рассеиванию статического заряда, которыми раньше обладали только ткани на металлической основе, и при этом по физическим и термическим свойствам они сравнимы с традиционными промышленными тканями. Таким образом, предлагаемая тканая структура устойчива к образованию вмятин и сгибов как ткани на металлической основе, но при этом обеспечивает хорошее рассеивание статического заряда. Качество рассеивания статического заряда, однако, зависит от толщины покрытия, уровня проводимости материала, используемого для покрытия, области покрытия в структуре (поверхностная, внутренняя и т.п.), промежутков моноволоконной решетки и некоторых других факторов, которые были приняты во внимание в настоящем изобретении.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Для лучшего уяснения задач и преимуществ настоящего изобретения его описание следует изучать совместно с прилагаемыми чертежами, на которых:

фиг.1 представляет вид в поперечном сечении моноволокна согласно настоящему изобретению;

фиг.2 - вид сверху ткани согласно одному аспекту изобретения;

фиг.3а - сечение моноволокна согласно одному аспекту настоящего изобретения;

фиг.3b - сечение моноволокна согласно еще одному аспекту настоящего изобретения;

фиг.4 - схема способа нанесения покрытия с помощью головки для нанесения покрытия.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Предпочтительный вариант реализации настоящего изобретения описан в контексте технических тканей, таких как ткани, используемые при изготовлении нетканого текстиля аэродинамическим способом, аэродинамическим способом из расплава и/или фильерным способом из расплава, причем высвобождение нетканого изделия, сформированного на этой ткани, оказывается улучшено за счет устранения образования статического заряда. Тем не менее, необходимо отметить, что изобретение может быть применено для других промышленных тканей, таких как сушильные ткани, используемые в бумажном производстве, и других тканях, используемых в любых "сухих" областях, для которых требуется рассеивание статического электричества например, через тканые среды. Кроме того, поскольку электропроводящий материал является также хорошим проводником тепла, настоящее изобретение может быть применено там, где требуется качество теплопроводности. Например, предлагаемые проводящие или рассеивающие статическое электричество нити могут быть использованы в структуре силовых кабелей, например, используемых в нефтяных скважинах, высоковольтных линиях электропередач, в качестве заземляющего средства, при производстве кабеля для предотвращения образования электрического заряда, разряд которого может привести к повреждению оборудования, серьезным травмам и/или чьей-либо гибели. Еще одним примером является использование в структуре трубчатых оплеток, содержащей различные термопластичные моноволокна, для предохранения, заземления и экранирования от электромагнитных помех пучков многоцелевых электропроводов, проложенных в промежутках между конструкционными элементами, для использования в аэрокосмической отрасли, например для элементов управления самолетом, освещения, и обеспечения развлечений, и в автомобильной отрасли. Также предлагаемые рассеивающие статический заряд нити могут быть использованы в трикотажных и/или текстильных тканях, применяемых для уборки помещений. Тканые структуры могут содержать текстильные ткани, массивы нитей, ориентированных в машинном направлении или поперек движения ткани в машине, трикотажные ткани, комплекты со спиральными связями, пленочные структуры или структуры наподобие пленки, экструдированные ячейки и спирально закрученные полосы материала вышеуказанной структуры. Необходимо отметить, что эти промышленные ткани относительно велики и нередко находятся под воздействием очень агрессивных сред. Эти ткани могут содержать синтетические нити на основе моноволокна, крученого моноволокна, комплексного волокна или крученого комплексного волокна, и могут быть однослойными или многослойными, многослойноткаными или слоистыми.

Как показано на фиг.1, настоящим изобретением предлагаются ткани, содержащие функциональное моноволоконо или функциональную нить 10 (сечение), которое или которая содержит электропроводящий материал 12. Поскольку проводящий материал может быть не достаточно прочен для формирования из него моноволокон 10, способных выдерживать нагрузку, в предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения материал 12 расположен по существу в канавках 14, проходящих вдоль моноволокна 10. Ткани, содержащие моноволокна 10, предпочтительно обладают свойствами по рассеиванию статического заряда, которыми раньше обладали только ткани на металлической основе, и при этом по физическим свойствам обработки эквивалентны традиционным промышленным тканям. Кроме того, ткани с моноволокнами 10 устойчивы к образованию вмятин и сгибов как известные ткани с металлическими волокнами.

В частности, в предлагаемом изобретении проводящий материал 12 находится в связующем веществе. Используемый материал представляет собой предпочтительно проводящую пасту или проводящий клей, например, от компании Engineered Conductive Materials, LLC или Engineered Material Systems, Inc., 132 Johnson Drive, Delaware, Ohio 43015. Эта компания предлагает широкий ассортимент таких паст и клеев. Наиболее эффективна паста, содержащая частицы серебра и связующее вещество, предпочтительно С1-1020. Для этой цели также могут быть пригодны другие проводящие пасты с другими металлами, такими как медь, никель, цинк, или их сочетаниями. Связующим веществом могут служить эпоксидная смола, акриловая смола, винилиденхлорид, сополимеры этих веществ либо любое другое связующее вещество, пригодное для данной цели.

Материал 12 проходит вдоль канавок 14 и не обязательно должен заполнять их полностью. Однако для того чтобы быть эффективным, материал 12 должен быть непрерывным в продольном направлении канавок 14. На фиг.3а показано полученное с помощью сканирующего электронного микроскопа изображение предпочтительного варианта реализации, в котором материал 12 нанесен на моноволоконо 10 в виде покрытия или пленки. Технологии включают, например, нанесение покрытия погружением или окунанием, напыление, впрыскивание или иные средства, пригодные для данной цели. Например, может быть использован показанный на фиг.4 способ нанесения покрытия с использованием головки для нанесения покрытия, при реализации которого материал 12 и связующее вещество дозированно подают для создания пленки на поверхности моноволокна, в частности в области канавки, причем внутренний периметр головки для нанесения покрытия приблизительно соответствует наружному периметру моноволокна. На фиг.4, в частности, показан пример устройства для нанесения проводящего покрытия, в котором моноволоконо, не имеющее покрытия, от подающей катушки 18 проходит через головку 16 для нанесения покрытия, при этом на моноволокно одновременно наносят слой материала 12, подаваемого из бака 22 для нанесения проводящего покрытия. Дозировку покрытия контролируют размером головки 16, а покрытие на моноволокне 10 затем высушивают в защитной среде 24 с контролируемым нагревом, размещенной в сушильной камере, с использованием нагнетателя 26 горячего воздуха. После этого моноволоконо 10 наматывают на выходную тару (на чертеже не показано). Хотя предпочтительными являются по существу круглые моноволокна с канавками, возможны иные формы, такие как плоские (например, прямоугольные), многоугольные или иные некруглые формы. Однако из них предпочтительными являются формованные моноволокна по меньшей мере с одной канавкой для размещения в ней покрытия.

В случае моноволокон с канавками проводящий материал со связующим веществом равномерно покрывает канавки 14, образуя в канавке 14 непрерывный канал проводящего покрытия или проводящей пленки. Может быть использована по меньшей мере одна канавка, на фиг.1 в качестве примера показаны три канавки.

Следует отметить, что для нанесения красителя головка имеет размер по размерам моноволокна. Благодаря этому уменьшается масса покрытия и затраты вследствие уменьшения расхода необходимого материала. Канавка 14 при этом защищает материал 12, поскольку последний находится ниже поверхности износа моноволокна, по которой может происходить истирание. В других случаях покрытие может находиться на наружной поверхности.

Таким образом, путем нанесения проводящего покрытия, надежно прикрепленного посредством связующего, прочного в отношении изгиба, тонкого, дешевого и защищенного, получают моноволоконо, электропроводимость которого эквивалентна электропроводимости металлических нитей. Такое моноволокно может быть использовано как есть или может быть подвергнуто трощению или кручению для формирования крученой моноволоконной структуры в соответствии с необходимым конечным использованием. На фиг.2 показана ткань 20 согласно одному варианту реализации изобретения, которая содержит моноволоконо 10, проходящую в направлении поперек движения ткани в машине.

Следует отметить, что эти моноволокна не обязательно должны содержаться во всех используемых нитях ткани, которые могут содержать предлагаемые моноволокна, формирующие ткань, только частично. Они могут быть использованы в машинном направлении и/или в направлении поперек движения ткани в машине и в любом ткацком рисунке при необходимости рассеивания статического электричества в конкретном варианте применения.

На фиг.3b показано полученное с помощью сканирующего электронного микроскопа изображение еще одного варианта реализации изобретения в отношении покрытия желобчатого моноволокна 10 проводящим материалом 12. Преимуществом этого варианта реализации является увеличенная проводимость моноволокна при сохранении его физических и функциональных свойств. Материал 12 прикреплен к поверхности моноволокна по его периметру, а также внутри по периметру по меньшей мере одной канавки. Такая компоновка нити с канавками служит для защиты проводящего материала 12 даже при износе моноволокна 10, и при этом экранирует и предохраняет проводящий материал 12. Указанное предохраняющее размещение проводящего материала 12 обеспечивает уменьшение потери проводимости с течением времени, в случае если покрытие имеет меньшую износостойкость, чем моноволоконо 10.

Следует отметить, что моноволоконо может быть изготовлено из любого подходящего для этой цели материала, в том числе полимеров, таких как полиэфир, полиамид или иных материалов, известных специалистам. Также необходимо отметить, что предлагаемый проводящий материал имеет проводимость, близкую или эквивалентную проводимости металлической нити, может быть подвергнут повторяющимся изгибаниям с сохранением необходимой проводимости (способности к рассеиванию статического заряда) и очень хорошо сцепляется с полимерами, такими как полиэфир, нейлон, полифениленсульфид, полиэфирэфиркетон и т.п.

Таким образом, в настоящем изобретении реализованы его задачи и преимущества, и хотя здесь подробно раскрыты и описаны предпочтительные варианты его реализации, объем и сущность настоящего изобретения ими не ограничены, а определены прилагаемой формулой.

1. Ткань, рассеивающая статический заряд, содержащая полимерные моноволокна, содержащие электропроводящий материал, содержащий металлические частицы и связующее вещество, присоединенный в виде непрерывного в продольном направлении покрытия указанных моноволокон или непрерывной в продольном направлении нанесенной на них пленки, причем указанные моноволокна обладают свойствами рассеивания статического заряда.

2. Ткань по п.1, в которой моноволокна содержат одну или более продольную канавку, в которой проводящий материал и связующее вещество размещены в виде непрерывного покрытия или непрерывной пленки.

3. Ткань по п.1, в которой связующее вещество представляет собой эпоксидную смолу, акриловую смолу, винилиденхлорид либо их сополимер.

4. Ткань по п.1, в которой металлические частицы являются серебряными, медными, никелевыми, цинковыми или сочетаниями указанных веществ.

5. Ткань по п.1, в которой моноволокна имеют круглую или не круглую форму.

6. Ткань по п.1, в которой проводящий материал и связующее вещество нанесены одним из следующих способов: погружение или окунание, напыление, впрыскивание или с помощью головки для нанесения покрытия.

7. Ткань по п.1, которая представляет собой текстильную ткань, массив нитей, ориентированных в машинном направлении или поперек движения ткани в машине, трикотажную ткань, комплект со спиральными связями, экструдированную ячейку или закрученные полосы вышеуказанных структур.

8. Ткань по п.1, в которой моноволокно изготовлено из полиэфира, полиамида, полифениленсульфида или полиэфирэфиркетона.

9. Ткань по п.1, которая представляет собой техническую ткань, используемую в изготовлении нетканого текстиля аэродинамическим способом, аэродинамическим способом из расплава или фильерным способом из расплава, или ткань для бумажного производства.

10. Ткань по п.1, которая является одно- или многослойной, многослойнотканой или слоистой.

11. Полимерное моноволокно, имеющее нанесенное на него в продольном направлении непрерывное покрытие или нанесенную на него в продольном направлении непрерывную пленку из проводящего материала, содержащего металлические частицы и связующее вещество и обладающего свойствами рассеивания статического заряда.

12. Моноволокно по п.11, содержащее одну или более продольную канавку, в которой проводящий материал и связующее вещество размещены в виде непрерывного покрытия или непрерывной пленки.

13. Моноволокно по п.11, в котором связующее вещество представляет собой эпоксидную смолу, акриловую смолу, винилиденхлорид либо их сополимер.

14. Моноволокно по п.11, в котором металлические частицы являются серебряными, медными, никелевыми, цинковыми или сочетаниями указанных веществ.

15. Моноволокно по п.11, в котором проводящий материал и связующее вещество нанесены одним из следующих способов: погружение или окунание, напыление, впрыскивание или с помощью головки для нанесения покрытия.

16. Моноволокно по п.11, которое имеет круглую или не круглую форму.

17. Моноволокно по п.11, которое изготовлено из полиэфира, полиамида, полифениленсульфида или полиэфирэфиркетона.

18. Моноволокно по п.11, используемое в изготовлении технической ткани, используемой в изготовлении нетканого текстиля аэродинамическим способом, аэродинамическим способом из расплава или фильерным способом из расплава, или ткани для бумажного производства.

19. Моноволокно по п.11, в отношении которого указанная ткань является одного или многослойной, многослойнотканой или слоистой.

20. Техническая ткань, содержащая:полимерные моноволокна, которые содержат электропроводящий материал и его связующее вещество,причем указанный электропроводящий материал нанесен в виде непрерывного в продольном направлении покрытия, содержащего металлические частицы, обладающие свойствами рассеивания статического заряда.

21. Моноволокно по п.11, используемое в изготовлении силовых кабелей, кабелей нефтяных скважин, высоковольтных линий электропередач, заземляющих средств, трубчатых оплеток, экранов от электромагнитных помех, камер между конструкционными элементами, в аэрокосмической технике, автомобильной технике или трикотажных или текстильных тканях для уборки помещений.