АНТИСТАТИЧЕСКАЯ ТКАНЬ
ANTISTATIC FABRIC

Изобретение относится к текстильной промышленности, в частности к производству тканей, вырабатываемых на ткацких станках, и может найти применение при выработке тканей для пошива защитной одежды, снижающей воздействие электромагнитного излучения, для пошива экранирующих чехлов для аппаратуры, чувствительной к электромагнитным излучениям.
Текстильные материалы приобретают статический заряд в процессе выработки или эксплуатации. Основной причиной электризации текстильных материалов является их трение друг об друга. Если при контакте или трении на волокнистом материале возникает электрический заряд, то он может более или менее быстро стекать в окружающее пространство или же нейтрализоваться эквивалентными противоположными зарядами благодаря электропроводности волокна, которая складывается из поверхностной проводимости самого вещества и объемной проводимости. Электрическая проводимость волокнистых материалов отдельных видов различна. Это объясняется влиянием структуры волокон на их электрическую проводимость.
Введение в структуру ткани электропроводящих нитей обеспечивает низкое поверхностное сопротивление материала и его высокие антистатические свойства. В качестве базовых нитей по утку и основе можно использовать пряжу из любых природных и синтетических волокон. Использование при этом хлопчатобумажной пряжи позволяет получить антистатические ткани, близкие к хлопковым по своим гигиеническим свойствам. Такая антистатическая ткань может быть использована для изготовления специальной одежды, обуви, фильтровальных материалов, шахтных воздуховодов и многих других изделий, использующихся там, где есть возможность накопления статического электричества, при разряде которого возникает искра, что может привести к пожарам и взрывам.
Известна токопроводящая термостойкая ткань, содержащая переплетенные между собой основные и уточные полимерные электропроводные нити, выполненная просвечивающим переплетением с поверхностной пористостью 50 - 65%, плотностью по основе 16 - 20 нитей/см и по утку - 10 - 20 нитей/см, при этом каждая из основных и уточных нитей представляет собой комбинированную нить с круткой 350 - 400 кр/м и линейной плотностью 90 - 120 текс и содержит комплексную полиарамидную нить линейной плотности - 14,3 - 58 текс, круткой - 100 - 200 кр/м и медную проволоку, имеющую никелевое покрытие массового содержания не более 15%, диаметром - 70 - 120 мкм, причем массовое соотношение медной проволоки и комплексной нити находится в пределах 50 - 70 : 50 - 30 (RU №2054064 С1, D03D 15/00, А41D 13/02, 10.02.1996 г.).
Недостатками ткани является то, что указанная ткань имеет неудовлетворительные пошивочные и потребительские свойства, а также ограничения по структуре и дизайну ткани. Такая ткань не предназначена и не позволяет выполнить пошив одежды и других изделий сложной формы, а может быть использована только для накладок, нашиваемых на костюм. Структура ткани, выработанной просвечивающим переплетением, а также используемое полимерное волокно существенно сужают ассортимент вырабатываемых изделий.
Известна фехтовальная ткань, выполненная мелкоузорчатым переплетением и содержащая две системы основных и уточных нитей, каждая из которых включает в себя нити из химических волокон, образующих фон, и мишурные нити, образующие электропроводящую сетку, причем раппорт ткани по основе содержит 8-10 нитей, в том числе 2 мишурные, а раппорт ткани по утку содержит от 4 до 8 нитей, в том числе одиночных мишурных нитей 1 или 2, расположенных через каждые 2 или 3 фоновые уточные нити (RU №2228398 C1, D 03 D 15/00, 10.05.2004 г).
Аналоги подобного типа тканей также представлены в патентах SU №1656020 А1; RU №2085635 С1; FR №1557944 A; US №4606968A.
Основным недостатком указанных тканей является то, что наличие в структуре металлизированных нитей не допускает непосредственного контакта с человеческим телом. Кроме того, наличие металла в тканях, как в виде нитей, так и в виде покрытия, значительно повышает вес материала, удорожает процесс изготовления и, как следствие, повышает стоимость антистатической ткани и изделия в целом.
Известна антистатическая ткань, которая содержит системы образующих фон основных и уточных нитей на основе химических и/или натуральных волокон и электропроводящую сетку, образованную комплексными электропроводящими полимерными нитями структуры оболочка-ядро. Комплексные электропроводящие полимерные нити структуры оболочка-ядро выполнены на основе капроновых нитей, покрытых непрерывной токопроводящей композицией на основе сополимера тетрафторэтилена с винилиденфторидом, наполненного техническим углеродом в массовом соотношении от 1:0,6 до 1:0,8 при общей линейной плотности комплексной электропроводящей полимерной нити 52-58 текс. (RU №2289642 С1, D03D 15/00, 20.12.2006 г.). Указанный патент взят в качестве ближайшего аналога.
К недостаткам известной антистатической ткани относится использование в качестве электропроводящих нитей углерода,  которые по своим свойствам являются хрупкими, что приводит к возникновению некоторых проблем в процессе ткачества на текстильном оборудовании (обрывность, осыпаемость и т.д.). Кроме того наличие хрупких нитей в ткани резко ухудшают потребительские свойства ткани, усложняя процесс пошива, носки, стирки, ограничивая тем самым область ее использования.
Проблемой изобретения является разработка антистатической ткани, с широким спектром ее использования, обеспечивающим возможность прилеганию ткани к телу человека, с сохранением пошивочных и эксплуатационных характеристик.
Техническим результатом настоящего изобретения является повышение эксплуатационных характеристик ткани, за счет придания ткани стабильных антистатических свойств.
Поставленная проблема и указанный технический результат достигаются тем, что антистатическая ткань содержит системы образующих фон основных и уточных нитей, выполненных на основе синтетических и/или натуральных волокон, и электропроводящую сетку, выполненную основными и уточными нитями из комбинированной пряжи на основе полимерных нитей, состоящих из электропроводной и электроизоляционной компоненты. Согласно изобретению в качестве электроизоляционного компонента комбинированной пряжи выбран хлопок в количестве 60%, а в качестве электропроводящего компонента синтетическая полимерная нить – полиакрилнитрил в количестве 40%. Комбинированная пряжа выполнена линейной плотностью 50±2 текс с числом кручений 608 кр/м. Ячейки электропроводящей сетки выполнены размером от 5 до 30 мм,
Кроме того фон основных и уточных нитей выполнен, преимущественно, полотняным переплетением.
Использование в электропроводящей сетке комбинированной пряжи, где в качестве электроизоляционного компонента используют хлопок в количестве 60%, а в качестве электропроводящего компонента синтетическую полимерную нить – полиакрилнитрил в количестве 40%  значительно снижает электризуемость текстильных материалов за счет поверхностной компенсации зарядов. При этом компоненты подобраны таким образом, что при трении материала на поверхности волокон образовывались заряды противоположных знаков, в результате чего происходит их взаимная нейтрализация. Если соотношение хлопка с синтетической нитью нарушится, то нейтрализация зарядов на поверхности материала не произойдет. На электропроводящую характеристику сетки также влияет выбор синтетического материала, наилучшим результатом обладает полиакрилнитрил.
На эксплуатационные и антистатические характеристики ткани также влияет линейная плотность и число кручения комбинированной пряжи. Увеличение или уменьшение указанных характеристик повлияет на свойства ткани, ухудшив характеристики материала для пошива швейных изделий и его эксплуатации, в том числе стирки, а также ухудшаются антистатические свойства материала. При выбранном соотношении линейной плотности и числа кручения комбинированная пряжа выдерживает удельную разрывную нагрузку до 9,0 сН/текс; разрывное удлинение до 14,0 % и погонное электрическое сопротивление до 35 кОм/м, что обеспечивает высокие эксплуатационные и антистатические характеристики ткани.
Изобретение иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 представлен эскиз антистатической ткани; на фиг. 2 – влияние поверхностного электрического сопротивления от расстояния электропроводящей комбинированной пряжи, в мм; на фиг. 3 – представлена зависимость устойчивости электрофизических свойств ткани к многократным стиркам; на фиг. 4  -  зависимость электростатического потенциала от количества стирок на шести образцах; на фиг. 5 – зависимость электростатического потенциала синтетических тканей от количества стирок.
Сущность предлагаемого изобретения заключается в следующем.
Антистатическая ткань, представленная на фиг.1, содержит основной массив ткани, образованный путем переплетения основных нитей 1 и уточных нитей 2 из синтетических и/или натуральных волокон. Переплетение массива ткани выбрано полотняное, обеспечивающее задуманные дессинатором структуру и дизайн ткани. В массиве ткани размещена электропроводящая сетка также выполненная путем переплетения основных нитей 3 и уточных нитей 4 из комбинированной пряжи с образованием ячеек размером от 5 до 30 мм. В качестве электропроводящей компоненты комбинированной пряжи выбран хлопок в количестве 60%, а в качестве электропроводящей компоненты комбинированной пряжи выбрана синтетическая полимерная нить – полиакрилнитрил в количестве 40%. Комбинированная пряжа выполнена линейной плотностью 50±2 текс с числом кручений 608 кр/м. Благодаря электропроводящей сетке, образованной из электропроводящих основных 3 и уточных 4 нитей в структуре ткани, обеспечивается антистатической эффект, позволяющий исключить накапливание заряда на поверхности ткани за счет распределения его по электропроводящим нитям ткани, исключая причину возникновения любой искры. Кроме того статическое электричество оказывает на человека биологическое действие. У рабочих–текстильщиков, подверженных действию статического электричества с потенциалом до 4 кВ, отмечены изменения со стороны нервной и сердечнососудистой систем, а также более высокая заболеваемость гриппом и катарами верхних дыхательных путей, что свидетельствует о снижении у них сопротивляемости организма. При воздействии на человека зарядов с потенциалом до 90 кВ наблюдаются нарушения деятельности сердечнососудистой и кроветворной систем, понижение работоспособности. У лиц, длительное время подверженных воздействию статического электричества, снижается электросопротивление кожи, замедляются нервные реакции на свет и звук. У людей при ношении одежды, наэлектризованной свыше 250-500 В, снижаются чувствительность организма к адекватным раздражителям, тонус и реактивность симпатического отдела вегетативной нервной системы, скорость окислительно-восстановительных процессов в поверхностных слоях кожи.
Были выработаны образцы полиэфирных тканей с полотняным переплетением. В качестве массивов нитей основы и нитей утка использовались полиэфирные нити с линейной плотностью 10×2 и 9×3 текс соответственно. Плотность ткани по основе составляла 600±3 н/дм, по утку 160±3 н/дм.
В качестве электропроводящего компонента тканей была использована пряжа со следующими свойствами: состав – хлопковое волокно - 60%, в качестве электропроводящего волокна полиакрилнитрил - 40%; линейной плотностью - 50 текс. Удельная разрывная прочность волокна составляла - 9 г/текс, разрывное удлинение - 14%; линейное электрическое сопротивление - 18-20 кОм/м.
Были исследованы удельное поверхностное электрическое сопротивление и электростатический потенциал образцов. Удельное поверхностное электрическое сопротивление измерялось 4-х электродным потенциометрическим способом, величина электростатического потенциала оценивалась на приборе "Rotary Static Tester".  Модель: RS-101D согласно “B Method” of JIS L-1094 “Testing method for electrostatic propensity of woven and knitted fabrics”.
Образцы антистатической ткани получены путем введения в структуру полиэфирной ткани по основе и утку электропроводящей пряжи на различном расстоянии друг от друга. Расстояние между электропроводящей пряжей были следующие: образец № 1 - 5 мм, образец № 2 - 10 мм, образец №3 - 15 мм, образец №4 - 20 мм, образец № 5- 25 мм, образец № 6- 30 мм.
Результаты изучения удельного поверхностного электрического сопротивления различных  образцов ткани приведены в таблице
№ образца
Поверхностное электрическое сопротивление ткани Rs, кОм
По утку
По основе
1
0,14
0,30
2
1,16
2,23
3
1,44
2,5
4
1,,52
2,6
5
1,73
2,7
6
2,6
4,3
s
образцы 2 и 3
4
Наиболее рационально использовать в качестве антистатических материалов образцы 2-3. Уменьшение количество электропроводящей пряжи  в единицу длины ткани приводит к увеличение электрического сопротивления ткани и антистатические ее свойства снижаются. После стократной стирки Rобразцов не превышает 30⋅10 Ом. Поэтому эти варианты рекомендуется к рациональному использованию. В свою очередь увеличение электропроводящей пряжи (ЭПП) на единицу длину ткани нецелесообразно.
7
s ,
s
Известно, что электростатические свойства материалов косвенно характеризуются величиной их электрического сопротивления. Материалы, поверхностное электрическое сопротивление которых меньше 10 Ом практически не накапливают статическое электричество и чем меньше R тем выше скорость стекания зарядов. Для характеристики антистатических свойств тканей, были выбраны удельное поверхностное электрическое сопротивление R и  величина электростатического потенциала V. Результаты иллюстрируются на фиг. 2. Из фиг.2 видно, что увеличение расстояния между электропроводящими нитями в ткани приводит к линейному возрастанию её Rs. При этом  установлено, что во всех случаях значения Rs измеренные по утку закономерно ниже, чем  Rs  измеренное по основе. Это можно объяснить тем, что натяжение  нитей основы больше чем уточных нитей и это приводит к некоторому нарушению электропроводящей структуры пряжи и увеличению её электрического сопротивления.
Также были проведены испытания, направленные на изучение влияния многократных водных обработок на электрофизические свойства полиэфирных тканей, содержащих в своем составе различные количества электропроводящих нитей. Стирку образцов производили в следующем режиме: 5 % раствор мыла, температура t=40 °C, время = 30 мин. Этот показатель является достаточно важным для использования тканей в быту и определяет условия и сроки эксплуатации антистатических изделий.
s
s
4
На фиг. 3 проиллюстрирована  зависимость R от количества стирок на 6 образцах тканей. Как видно из фиг.3, что даже после стократной стирки Rобразцов не превышает 30⋅10 Ом. Это косвенно  свидетельствует о том, что исследованные материалы обладают достаточно стабильными антистатическими свойствами. Это утверждение подтверждается также данными фиг. 4, где показана зависимость электростатического потенциала от количества стирок. Электростатический потенциал образцов (образцы 1-5) после 40-50 стирок практически перестаёт изменяться, и его значения  находятся в пределах 150-700 В. Все испытанные образцы при этом заряжались отрицательно.
Для сравнения на рисунке 5 приведена зависимость электростатического потенциала обычной ткани без электропроводящей сетки от количества стирок.   Электростатический потенциал нестиранного образца равен 175 В., однако после первой же стирки он возрастает до 3300 В., и материал начинает сильно электризоваться. Это объясняется удалением с волокна антистатических препаратов, нанесенных на полиэфирное волокно в процессе его получения.
Таким образом, введение в структуру тканей электропроводящей пряжи позволяет придать им стабильные антистатические свойства.
Использование предложенной структуры антистатической ткани позволяет проектировать ткань с различными потребительскими свойствами (толщина, цвет, рисунок и др.), одновременно решая задачу защиты от электромагнитного излучения людей или аппаратуры. Такая ткань может использоваться для пошива изделий различного назначения - как повседневной одежды, так и спецодежды для работы в условиях сильного электромагнитного поля.
Использование комбинированной пряжи по своим физико-механическим свойствам близко к текстильным натуральным волокнам, легко перерабатывается на традиционном текстильном оборудовании.