Исследование экранирующей способности ткани специального назначения

В результате прогресса науки и техники люди широко используют электрическое оборудование, которое воздействует на них электромагнитными волнами различных частот.

Когда электромагнитная волна воздействует на организм, она создаёт вибрацию молекул, в результате которой выделяется тепло. Таким же образом, когда электромагнитная волна проникает в человеческое тело, она затрудняет регенерацию клеток ДНК и РНК. Кроме того, она вызывает неправильные химические реакции, начинают развиваться раковые клетки, увеличивается возможность лейкемии и других раковых образований.

На данный момент в мире проблема воздействия электромагнитного излучения на биологические организмы мало изучена и не создан ассортимент защитных материалов, способных эффективно защищать от неблагоприятного воздействия электромагнитных волн [1].

Целью данной работы являлось исследование экранирования (отражения) тканью специального назначения электромагнитных волн различных диапазонов. Наработка ткани осуществлялась при использовании в основе и в утке комбинированной электропроводящей пряжи линейной плотности 50 текс, полученной в лаборатории кафедры ПНХВ УО «ВГТУ» на модернизированной прядильно-крутильной машине ПК-100МЗ.

Электропроводящая пряжа состоит из сердечника в виде полиэфирной комплексной нити и электропроводящего элемента, покрывающего элемента в виде полиэфирного волокна и закрепляющего компонента в виде полиэфирной комплексной нити.

Процентное содержание компонентов комбинированной электропроводящей пряжи линейной плотности 50 текс представлено в таблице 1.

Таблица 1  – Процентное содержание компонентов комбинированной электропроводящей пряжи линейной плотности 50 текс

Показатель	Медная микропроволока	Комплексная полиэфирная нить	Комплексная полиэфирная нить	Полиэфирная мычка
Линейная плотность, текс	18	5,2	5,2	21,6
Процентное содержание, %	36	10,4	10,4	43,2

Физико-механические показатели комбинированной электропроводящей пряжи, полученной по разработанной технологии, представлены в таблице 2.

Таблица    2    -    Физико-механические    показатели    комбинированной электропроводящей пряжи линейной плотности 50 текс

Наименование показателя	Значение
Коэффициент вариации по линейной плотности, %	3
Абсолютная разрывная нагрузка, сН	700
Коэффициент вариации по разрывной нагрузке, %	4
Разрывное удлинение, %	14-16
Коэффициент вариации по разрывному удлинению	6,25
Диаметр пряжи, мм	0,5

На ткацком станке СТБ2-180 была наработана ткань переплетением саржа 4/1.

Физико-механические показатели ткани представлены в таблице 3.

Таблица 3-Физико-механические свойства экранирующей ткани

Показатели	Размерность	Значения
Воздухопроницаемость	дм3/м2∙с	600
Коэффициент вариации	%	5,29
Поверхностная плотность	г/м2	216,36
Разрывная нагрузка полоски ткани 50х200 мм по основе	Н	400
Разрывное удлинение полоски ткани 50х200 мм по основе	%	20
Плотность готовой ткани по основе по утку	нит/дм	170,0 230,0

В условиях аккредитованной лаборатории РУПП «БелГИМ» (г.Минск) на поверенной испытательной установке, схема которой представлена на рисунке 1, наработанная ткань исследовалась на способность экранировать (отражать) электромагнитные волны.

1 – генератор сигналов высокочастотный; 2 – направленный ответвитель; 3 – антенна, передающая П6-23М; 4 – рамка с исследуемой тканью; 5 – антенна эталонной установки П1-9; 6 – измеритель мощности М3-22А.

Рисунок 1 - Схема экспериментальной установки

Ослабление электромагнитного излучения, вносимое образцом, D, дБ, определялось в соответствии с формулой [3]:

D = 101gППм- ,                       (i)

где П э – эталонная плотность потока энергии, мкВт/см²;

П изм – измеренная плотность потока энергии, мкВт/см².

Ослабление электромагнитного излучения, вносимое образцом, σ, %, определялось с помощью формулы:

P -P о = -э-----им -100 ,                     (2)

Рэ где Рэ – эталонный уровень мощности электромагнитного поля, мкВт;

Р изм – измеренный уровень мощности электромагнитного поля, мкВт.

Результаты измерения электромагнитного поля, вносимого образцом ткани, представлены в таблице 3.

Таблица 3 – Результаты измерения электромагнитного поля, вносимого образцом ткани

Частота, ГГц	Эталонное электромагнитное поле		Электромагнитное поле за образцом
	Уровень мощности Р э , мкВт	Плотность потока энергии П э , мкВт/см2	Уровень мощности Р изм , мкВт	Плотность потока энергии П изм , мкВт/см2
1,2	8860	33,18	7,6	0,03
2	7670	42,05	10,95	0,06
4	6460	48,03	2,4	0,02
5,64	467	8,65	0,4	0,007
8	1280	23,1	0,93	0,02
11,5	703	14,26	0,47	0,01

На рисунке 2 представлена графическая зависимость экранирования образца ткани в % в зависимости от частоты электромагнитных волн в гигагерцах, построенная на основании формулы 2.

Рисунок 2 - Диаграмма измерения ослабления электромагнитного излучения тканью, %

Анализируя зависимость экранирования электромагнитного излучения от частоты электромагнитных волн, можно отметить, что образец экранирует электромагнитное излучение различных диапазонов частот, не пропуская более 99% электромагнитных волн.

На рисунке 3 представлена графическая зависимость ослабления электромагнитного излучения, вносимого образцом ткани в дБ, построенная на основании формулы 1.

Рисунок 3 - Зависимость ослабления электромагнитного излучения, вносимого образцом ткани

При анализе графической зависимости рисунка 3 установлено, что ослабление электромагнитного излучения, вносимое образцом ткани из электропроводящей пряжи, полученной на машине ПК-100М3, на всех диапазонах превышает допустимое значение 25 дБ.

Максимальное значение ослабления электромагнитного излучения образец ткани показал на частотах 4 ГГц, 5,64 ГГц и 11,5 ГГц. Эталонный уровень мощности

(Рэ) на частоте 2,0 ГГц составляет 7670 мкВт, а уровень мощности за образцом (Р) – 10,95 мкВт, следовательно, ослабление уровня мощности (Р) данного образца на исследуемых диапазонах частот составило 700 раз, а на частоте 4,0 ГГц - 2692 раза.

Много устройств излучает электромагнитные волны: сотовые телефоны с частотами 0,9 и 1,8 ГГц, микроволновые печи 2,450 ГГц, радарные системы коммуникаций от 0,001 до 10 ГГц. Наиболее широко распространено использование сотовых телефонов [2].

После проведённых исследований установлено, что ткань, состоящая из электропроводящей пряжи, защищает от электромагнитного излучения, не пропуская более 99% электромагнитных волн на диапазонах частот от 1,2 ГГц до 11,5 ГГц. Разработанный ассортимент тканей может использоваться при производстве карманных вставок для мобильного телефона в школьной форме, мужских и женских костюмах, спецодежды, защищающей от электромагнитного излучения, экранирования физиотерапевтических кабин [4]. В настоящее время экранирующие ткани нашли применение даже при создании космических антенн.