eng
Выпуск #3-4/2019
О.В.Бойправ, Л.М.Лыньков, Т.Н.Кудрявцева
Модифицированная хлопкополиэфирная ткань с наноструктурированным ферромагнитным микропроводом, характеризующаяся низкой горючестью
Модифицированная хлопкополиэфирная ткань с наноструктурированным ферромагнитным микропроводом, характеризующаяся низкой горючестью
Просмотры: 2776
Выполнено рентгенодифракционное исследование хлопкополиэфирной ткани с наноструктурированным ферромагнитным микропроводом, химический состав которой модифицирован пропиткой водным раствором хлористого кальция. Такая ткань обладает низкой горючестью, перспективна для применения в заграждающих конструкциях помещений, подлежащих экранированию от электромагнитных воздействий.
Теги: calcium chloride diffractogram fabric with a nanostructured ferromagnetic microwire flammability горючесть ткань с наноструктурированным ферромагнитным микропроводом хлористый кальций
О.В.Бойправ1, к.т.н., доцент, (ORCID: 0000-0002-9987-8109), Л.М.Лыньков1, д.т.н., профессор, (ORCID: 0000-0001-6578-7113), Т.Н.Кудрявцева, к.т.н., (ORCID: 0000-0002-9646-6205), заведующая лабораторией / boiprav@tut.by
O.V.Boiprav1, Cand. of Sc. (Engineering), Docent, L.M.Lynkou1, Doctor of Sc. (Engineering), Prof., T.N.Kudryavtseva2, Cand. of Sc. (Engineering), Head of the Laboratory
DOI: 10.22184/1993-8578.2019.12.3-4.206.211
Получено: 19.03.2019 г.
Выполнено рентгенодифракционное исследование хлопкополиэфирной ткани с наноструктурированным ферромагнитным микропроводом, химический состав которой модифицирован методом пропитки водным раствором соли хлористого кальция. На основе результатов выполненного исследования обосновано, что такая ткань характеризуется низкой горючестью, что обуславливает перспективность ее применения в качестве элементов заграждающих конструкций помещений, подлежащих экранированию от электромагнитных воздействий.
X-ray diffraction study of cotton polyester fabric with a nanostructured ferromagnetic microwire, which chemical composition was modified by impregnating it with an aqueous solution of calcium chloride salt was performed. According to the results of the performed study, it was justified that such fabric was characterized by low flammability, which determines the prospects of using it as elements of barrier structures of rooms to be shielded against electromagnetic impact.
В работе [1] представлены результаты исследования характеристик отражения и передачи электромагнитного излучения отделочных панелей на основе хлопкополиэфирной ткани с наноструктурированным ферромагнитным микропроводом (НФМП), предназначенных для экранирования помещений. Показана возможность снижения горючести этих панелей путем пропитывания указанной ткани водным раствором соли хлористого кальция (CaCl2), что является немаловажным аспектом, так как к материалам, используемым для отделки заграждающих конструкций помещений, предъявляются требования пожаробезопасности. В настоящее время выполнение этих требований обеспечивается, как правило, путем добавления антипиренов к таким материалам, что негативно сказывается на механических свойствах последних. Указанный недостаток не характерен для материалов, пропитанных водными растворами CaCl2 [2].
Цель настоящей работы заключалась в экспериментальном обосновании снижения горючести хлопкополиэфирной ткани с НФМП при ее модифицировании путем пропитывания водным раствором CaCl2. Для достижения указанной цели было проведено рентгенодифракционное исследование образцов немодифицированной и модифицированной методом пропитки водным раствором CaCl2 ткани c НФМП.
На рис.1 приведены результаты испытания горючести хлопкополиэфирной ткани с НФМП. Показано, что образец из данного материала размером 2 × 8 см сгорает полностью в течение 6 с. После пропитки 50%-ным (равновесным) водным раствором CaCl2 образцы такого материала обладают огнезащитным эффектом (рис.2).
Рентгенодифракционное исследование образцов хлопкополиэфирной ткани с НФМП проводилось на автоматизированном дифрактометре ДРОН-3 в монохроматизированном CuKα-излучении (длина волны l = 1,5417737 Å).
На рис.3 представлена структурная схема указанного дифрактометра. Измерения проводились в соответствии со следующим алгоритмом:
1. Установка образца на дифрактометрическую стойку.
2. Установка счетного комплекса дифрактометра в требуемое положение.
3. Установка диаграммной ленты в самопишущее устройство.
4. Установка требуемых напряжения и тока рентгеновской трубки.
5. Включение самопишущего устройства и источника рентгеновского излучения.
6. Вращение образца вокруг оси гониометра.
7. Выключение самопишущего устройства по окончании вращения образца.
8. Определение кристаллографического отклонения образца.
Запись рентгеновских дифракционных спектров проводилась по точкам с шагом 0,04° с экспозицией 2 с в каждой точке. Диапазон углов – 10°…90°, скорость записи – 1 000 имп/с [3, 4].
В работе [5] показано, что в состав хлопкополиэфирной ткани с НФМП входят оксиды кремния (SiO2, Si5O10), бруциты (D1,988MgO2, MgH2O2), а также ниобат железа (F6FeNb). На рис.4 представлена дифрактограмма хлопкополиэфирной ткани с НФМП после ее термообработки открытым пламенем, температура которого составляла не менее 1 400°С. Идентификация фаз максимумов дифрактограммы выполнялась с помощью программы Crystal Impact MATCH! v. 1.11. При этом идентифицируемые фазы максимумов сравнивались с фазами максимумов эталонных дифрактограмм, занесенных в базу данных Crystallography Open Database. Из рис.4 следует, что основными компонентами остатка, образовавшегося после термообработки открытым пламенем ткани с НФМП, являются силикат кальция (Ca2O4Si) и тиллеулит (C2Ca5O13Si2).
На рис.5 представлена дифрактограмма хлопкополиэфирной ткани с НФМП, пропитанной 50%-ным водным раствором CaCl2, а на рис.6 – дифрактограмма материала, образовавшегося в результате термообработки открытым пламенем указанной ткани. Длительность обработки – 60 с, температура пламени – не менее 1 400°С.
На основе результатов рентгенодифракционного исследования установлено, что пропитка хлопкополиэфирной ткани водным раствором CaCl2 привело к встраиванию в межволоконное пространство комплекса различных минеральных осадков на основе Ca, Al, Fe, Mg, Zr. Термообработка открытым пламенем такого материала обусловила формирование силиката кальция (Ca2O4Si) (как и в случае термообработки открытым пламенем исходной ткани) и минералов везувианита (Al5,2Ca9,16Cl0,23F1,674
Fe0,62H2,6Mg0,516Na0,04O371Si8,915Ti0,64), пироксфероита (Ca0,94Fe6,06O21Si7) и тринатрийфосфатного дикалиевого трифосфидосиликата (K2Na3P2Si).
Таким образом, можно сделать вывод о том, что основной вклад в формирование вышеуказанных материалов при термообработке открытым пламенем вносит взаимодействие оксида кремния, содержащегося в стеклянной оболочке микропровода, в тканом основании, рентгеноаморфного кальция и углерода, содержащихся в органических нитях. Отсутствие открытого пламени при высокотемпературной обработке может быть в данном случае обосновано снижением температуры образца за счет испарения содержащейся в нем воды (до 120% веса сухого материала) и образовании керамических микровключений, отражающих инфракрасный высокотемпературный нагрев.
ЛИТЕРАТУРА / REFERENCE
Ахмед А.А., Насонова Н.В., Пулко Т.А., Лыньков Л.М. Отделочные панели для создания экранированных помещений на основе наноструктурированных композиционных материалов // Нанотехнологии в строительстве. 2015. Т. 7.
№ 5. С. 87–101. DOI: dx.doi.org/10.15828/2075-8545-2015-7-5-87-101.
Ahmed A.A., Nasonova N.V., Pulko T.A., Lynkov L.M. Finishing panels for electromagnetic shielded premises on the basis of nanostructured composite material. Nanotehnologii v stroitel’stve = Nanotechnologies in Construction. 2015, Vol. 7, no. 5, pp. 87–101. DOI: dx.doi.org/10.15828/2075-8545-2015-7-5-87-101. (In Russian).
Пулко Т.А. Стабильность водосодержащих конструкций экранов электромагнитного излучения для защиты информации от утечки по техническим каналам: дисс. … канд. техн. наук. – Минск, 2011.
Pulko T.A. Stability of water-containing structures of electromagnetic radiation shields to protect information from leakage via technical channels [Stabil’nost’ vodosoderzhashhih konstrukcij jekranov jelektromagnitnogo izluchenija dlja zashhity informacii ot utechki po tehnicheskim kanalam]: PhD thesis. Minsk, 2011. (In Russian).
Бойправ О.В., Ахмед А.А., Лыньков Л.М. Влияние химического осаждения никеля из водных растворов на характеристики отражения и ослабления электромагнитного излучения полиэфирной экранирующей ткани с вложением наноструктурного ферромагнитного микропровода // Доклады БГУИР. 2014. № 7 (85). С. 44–47.
Boiprav O.V., Ahmed A.A., Lyn’kov L.M. Influence of chemical deposition of nickel from water solutions on the electromagnetic radiation reflection and attenuation characteristics of polyester screening fabric with the attachment of a nanostructured ferromagnetic microwire [Vlijanie himicheskogo osazhdenija nikelja iz vodnyh rastvorov na harakteristiki otrazhenija i oslablenija jelektromagnitnogo izluchenija polijefirnoj jekranirujushhej tkani s vlozheniem nanostrukturnogo ferromagnitnogo mikroprovoda] // Proc. BGUIR. 2014, № 7 (85), pp. 44–47. (In Russian).
Брытов И.А., Грязнов А.Ю., Потрахов Н.Н. Диагностика материалов и структур электронной техники. – СПб: СПбГЭТУ "ЛЭТИ", 2007. 40 c.
Brytov I.A., Grjaznov A.Ju., Potrahov N.N. Diagnostics of materials and structures of electronic equipment [Diagnostika materialov i struktur jelektronnoj tehniki]. SPb: SPbGJeTU "LJeTI", 2007, 40 p. (In Russian).
Вольдсет Р. Прикладная спектрометрия рентгеновского излучения. – М.: Атомиздат, 1977. 192 c.
Vol’dset R. Applied spectrometry of X-ray radiation [Prikladnaja spektrometrija rentgenovskogo izluchenija]. M.: Atomizdat, 1977. 192 p. (In Russian).
O.V.Boiprav1, Cand. of Sc. (Engineering), Docent, L.M.Lynkou1, Doctor of Sc. (Engineering), Prof., T.N.Kudryavtseva2, Cand. of Sc. (Engineering), Head of the Laboratory
DOI: 10.22184/1993-8578.2019.12.3-4.206.211
Получено: 19.03.2019 г.
Выполнено рентгенодифракционное исследование хлопкополиэфирной ткани с наноструктурированным ферромагнитным микропроводом, химический состав которой модифицирован методом пропитки водным раствором соли хлористого кальция. На основе результатов выполненного исследования обосновано, что такая ткань характеризуется низкой горючестью, что обуславливает перспективность ее применения в качестве элементов заграждающих конструкций помещений, подлежащих экранированию от электромагнитных воздействий.
X-ray diffraction study of cotton polyester fabric with a nanostructured ferromagnetic microwire, which chemical composition was modified by impregnating it with an aqueous solution of calcium chloride salt was performed. According to the results of the performed study, it was justified that such fabric was characterized by low flammability, which determines the prospects of using it as elements of barrier structures of rooms to be shielded against electromagnetic impact.
В работе [1] представлены результаты исследования характеристик отражения и передачи электромагнитного излучения отделочных панелей на основе хлопкополиэфирной ткани с наноструктурированным ферромагнитным микропроводом (НФМП), предназначенных для экранирования помещений. Показана возможность снижения горючести этих панелей путем пропитывания указанной ткани водным раствором соли хлористого кальция (CaCl2), что является немаловажным аспектом, так как к материалам, используемым для отделки заграждающих конструкций помещений, предъявляются требования пожаробезопасности. В настоящее время выполнение этих требований обеспечивается, как правило, путем добавления антипиренов к таким материалам, что негативно сказывается на механических свойствах последних. Указанный недостаток не характерен для материалов, пропитанных водными растворами CaCl2 [2].
Цель настоящей работы заключалась в экспериментальном обосновании снижения горючести хлопкополиэфирной ткани с НФМП при ее модифицировании путем пропитывания водным раствором CaCl2. Для достижения указанной цели было проведено рентгенодифракционное исследование образцов немодифицированной и модифицированной методом пропитки водным раствором CaCl2 ткани c НФМП.
На рис.1 приведены результаты испытания горючести хлопкополиэфирной ткани с НФМП. Показано, что образец из данного материала размером 2 × 8 см сгорает полностью в течение 6 с. После пропитки 50%-ным (равновесным) водным раствором CaCl2 образцы такого материала обладают огнезащитным эффектом (рис.2).
Рентгенодифракционное исследование образцов хлопкополиэфирной ткани с НФМП проводилось на автоматизированном дифрактометре ДРОН-3 в монохроматизированном CuKα-излучении (длина волны l = 1,5417737 Å).
На рис.3 представлена структурная схема указанного дифрактометра. Измерения проводились в соответствии со следующим алгоритмом:
1. Установка образца на дифрактометрическую стойку.
2. Установка счетного комплекса дифрактометра в требуемое положение.
3. Установка диаграммной ленты в самопишущее устройство.
4. Установка требуемых напряжения и тока рентгеновской трубки.
5. Включение самопишущего устройства и источника рентгеновского излучения.
6. Вращение образца вокруг оси гониометра.
7. Выключение самопишущего устройства по окончании вращения образца.
8. Определение кристаллографического отклонения образца.
Запись рентгеновских дифракционных спектров проводилась по точкам с шагом 0,04° с экспозицией 2 с в каждой точке. Диапазон углов – 10°…90°, скорость записи – 1 000 имп/с [3, 4].
В работе [5] показано, что в состав хлопкополиэфирной ткани с НФМП входят оксиды кремния (SiO2, Si5O10), бруциты (D1,988MgO2, MgH2O2), а также ниобат железа (F6FeNb). На рис.4 представлена дифрактограмма хлопкополиэфирной ткани с НФМП после ее термообработки открытым пламенем, температура которого составляла не менее 1 400°С. Идентификация фаз максимумов дифрактограммы выполнялась с помощью программы Crystal Impact MATCH! v. 1.11. При этом идентифицируемые фазы максимумов сравнивались с фазами максимумов эталонных дифрактограмм, занесенных в базу данных Crystallography Open Database. Из рис.4 следует, что основными компонентами остатка, образовавшегося после термообработки открытым пламенем ткани с НФМП, являются силикат кальция (Ca2O4Si) и тиллеулит (C2Ca5O13Si2).
На рис.5 представлена дифрактограмма хлопкополиэфирной ткани с НФМП, пропитанной 50%-ным водным раствором CaCl2, а на рис.6 – дифрактограмма материала, образовавшегося в результате термообработки открытым пламенем указанной ткани. Длительность обработки – 60 с, температура пламени – не менее 1 400°С.
На основе результатов рентгенодифракционного исследования установлено, что пропитка хлопкополиэфирной ткани водным раствором CaCl2 привело к встраиванию в межволоконное пространство комплекса различных минеральных осадков на основе Ca, Al, Fe, Mg, Zr. Термообработка открытым пламенем такого материала обусловила формирование силиката кальция (Ca2O4Si) (как и в случае термообработки открытым пламенем исходной ткани) и минералов везувианита (Al5,2Ca9,16Cl0,23F1,674
Fe0,62H2,6Mg0,516Na0,04O371Si8,915Ti0,64), пироксфероита (Ca0,94Fe6,06O21Si7) и тринатрийфосфатного дикалиевого трифосфидосиликата (K2Na3P2Si).
Таким образом, можно сделать вывод о том, что основной вклад в формирование вышеуказанных материалов при термообработке открытым пламенем вносит взаимодействие оксида кремния, содержащегося в стеклянной оболочке микропровода, в тканом основании, рентгеноаморфного кальция и углерода, содержащихся в органических нитях. Отсутствие открытого пламени при высокотемпературной обработке может быть в данном случае обосновано снижением температуры образца за счет испарения содержащейся в нем воды (до 120% веса сухого материала) и образовании керамических микровключений, отражающих инфракрасный высокотемпературный нагрев.
ЛИТЕРАТУРА / REFERENCE
Ахмед А.А., Насонова Н.В., Пулко Т.А., Лыньков Л.М. Отделочные панели для создания экранированных помещений на основе наноструктурированных композиционных материалов // Нанотехнологии в строительстве. 2015. Т. 7.
№ 5. С. 87–101. DOI: dx.doi.org/10.15828/2075-8545-2015-7-5-87-101.
Ahmed A.A., Nasonova N.V., Pulko T.A., Lynkov L.M. Finishing panels for electromagnetic shielded premises on the basis of nanostructured composite material. Nanotehnologii v stroitel’stve = Nanotechnologies in Construction. 2015, Vol. 7, no. 5, pp. 87–101. DOI: dx.doi.org/10.15828/2075-8545-2015-7-5-87-101. (In Russian).
Пулко Т.А. Стабильность водосодержащих конструкций экранов электромагнитного излучения для защиты информации от утечки по техническим каналам: дисс. … канд. техн. наук. – Минск, 2011.
Pulko T.A. Stability of water-containing structures of electromagnetic radiation shields to protect information from leakage via technical channels [Stabil’nost’ vodosoderzhashhih konstrukcij jekranov jelektromagnitnogo izluchenija dlja zashhity informacii ot utechki po tehnicheskim kanalam]: PhD thesis. Minsk, 2011. (In Russian).
Бойправ О.В., Ахмед А.А., Лыньков Л.М. Влияние химического осаждения никеля из водных растворов на характеристики отражения и ослабления электромагнитного излучения полиэфирной экранирующей ткани с вложением наноструктурного ферромагнитного микропровода // Доклады БГУИР. 2014. № 7 (85). С. 44–47.
Boiprav O.V., Ahmed A.A., Lyn’kov L.M. Influence of chemical deposition of nickel from water solutions on the electromagnetic radiation reflection and attenuation characteristics of polyester screening fabric with the attachment of a nanostructured ferromagnetic microwire [Vlijanie himicheskogo osazhdenija nikelja iz vodnyh rastvorov na harakteristiki otrazhenija i oslablenija jelektromagnitnogo izluchenija polijefirnoj jekranirujushhej tkani s vlozheniem nanostrukturnogo ferromagnitnogo mikroprovoda] // Proc. BGUIR. 2014, № 7 (85), pp. 44–47. (In Russian).
Брытов И.А., Грязнов А.Ю., Потрахов Н.Н. Диагностика материалов и структур электронной техники. – СПб: СПбГЭТУ "ЛЭТИ", 2007. 40 c.
Brytov I.A., Grjaznov A.Ju., Potrahov N.N. Diagnostics of materials and structures of electronic equipment [Diagnostika materialov i struktur jelektronnoj tehniki]. SPb: SPbGJeTU "LJeTI", 2007, 40 p. (In Russian).
Вольдсет Р. Прикладная спектрометрия рентгеновского излучения. – М.: Атомиздат, 1977. 192 c.
Vol’dset R. Applied spectrometry of X-ray radiation [Prikladnaja spektrometrija rentgenovskogo izluchenija]. M.: Atomizdat, 1977. 192 p. (In Russian).
Отзывы читателей
