Розроблення та дослідження захисних властивостей композиційних матеріалів для екранування електромагнітних полів широкого частотного діапазону

Composites were shown to be the most promising materials for protection against electromagnetic fields. A technology of magnetic treatment of textile material with magnetic fluid and technology of ultrasonic treatment of a mixture of latex and iron ore concentrate has been developed. This has increased saturation of fibers of the textile material with magnetic fluid nanoparticles, dispersity of the iron ore concentrate, and isotropy of the liquid metal-polymer material. As a result of the use of this technology, the consumption of magnetic fluid for the treatment of the textile material decreased from 45‒50 g/m2 to 35 g/m2 with an improvement of shielding properties. It has been experimentally established that one layer of metal-textile material reduces the magnetic field of industrial frequency by 6 times and the electric field of industrial frequency by 1.5 times. Corresponding figures for the metal-polymer material were 3 and 2. It was found that an electromagnetic field with a frequency of 2.45 GHz is reduced 3.6 times by the single-layer metal-textile material and 5.7 times by the metal-polymer material. It was shown that the metal-textile material with such properties is suitable for the manufacture of personal protective means for personnel operating electrical and radio transmission equipment. Metal-polymeric material is suitable for the manufacture of collective protective means. A calculated evaluation of the effectiveness of protective materials was proposed. It is based on determining the shielding factors of structures of standard shapes. This enables the determination of electrophysical and magnetic properties of the material and their use in the development of protective materials with required shielding factors. The necessity of optimization of shielding factors under conditions of simultaneous influence of electromagnetic fields of heterogeneous sources was substantiatedПоказано, что наиболее перспективными материалами для защиты от электромагнитных полей являются композиты. Разработана технология магнитной обработки текстильного материала магнитной жидкостью и технология ультразвуковой обработки смеси латекса и железорудного концентрата. Это повысило насыщенность волокон текстильного материала наночастицами магнитной жидкости, дисперсность железорудного концентрата, а также изотропность жидкого металлополимера. В результате использования такой технологии расход магнитной жидкости на обработку ткани снизился с 45−50 г/м2 до 35 г/м2 с повышением экранирующих свойств. Экспериментально установлено, что один слой металлотекстильного материала снижает магнитное поле промышленной частоты в 6 раз, электрическое поле промышленной частоты – в 1,5 раза; металлополимерный материал имеет показатели соответственно 3 и 2. Определено, что электромагнитное поле частотой 2,45 ГГц снижается однослойным металлотекстильным материалом в 3,6 раза, металлополимерным – в 5,7 раза. Показано, что металлотекстильный материал с такими свойствами пригоден для изготовления средств индивидуальной защиты персонала по эксплуатации электротехнического и радиотехнического передающего оборудования. Металлополимерный материал пригоден для изготовления средств коллективной защиты. Предложена расчётная оценка эффективности защитных материалов. Она базируется на определении коэффициентов экранирования конструкций стандартной формы. Это предоставило возможность определения электрофизических и магнитных свойств материала и использования их для проектирования материалов с необходимыми коэффициентами экранирования. Обоснована необходимость оптимизации коэффициентов экранирования в условиях одновременного воздействия электромагнитных полей разнородных источниковПоказано що найбільш перспективними матеріалами для захисту від електромагнітних полів є композити. Розроблено технологію магнітної обробки текстильного матеріалу магнітною рідиною та технологію ультразвукової обробки суміші латексу та залізорудного концентрату. Це підвищило насиченість волокон текстильного матеріалу наночастинками магнітної рідини, дисперсність залізорудного концентрату, а також ізотропність рідкого металополімера. У результаті використання такої технології витрати магнітної рідини на оброблення тканини знизилися з 45−50 г/м2 до 35 г/м2 з підвищенням екрануючих властивостей. Експериментально встановлено, що один шар металотекстильного матеріалу знижує магнітне поле промислової частоти у 6 разів, електричне поле промислової частоти – у 1,5 рази; металополімерний матеріал має показники відповідно 3 і 2. Визначено, що електромагнітне поле частотою 2,45 ГГц знижується одношаровим металотекстильним матеріалом у 3,6 рази, металополімерним – у 5,7 рази. Показано, що металотекстильний матеріал з такими властивостями придатний для виготовлення засобів індивідуального захисту персоналу з експлуатації електротехнічного та радіотехнічного передавального обладнання. Металополімерний матеріал придатний для виготовлення засобів колективного захисту. Запропоновано розрахункове оцінювання ефективності захисних матеріалів. Воно базується на визначенні коефіцієнтів екранування конструкцій стандартної форми. Це надає можливість визначення електрофізичних та магнітних властивостей матеріалу і використання їх у проектуванні захисних матеріалів з необхідними коефіцієнтами екранування. Обґрунтована необхідність оптимізації коефіцієнтів екранування в умовах одночасного впливу електромагнітних полів різнорідних джере

Проектування рідинних композиційних матеріалів для екранування електромагнітних полів

This paper reports the principles of design and the examined protective properties of liquid materials for shielding the electric, magnetic, and electromagnetic fields over a wide frequency range. The materials were made on the basis of iron ore concentrate and a pigment additive, with water-dispersed and geopolymer paints used as a matrix. The tests of protective properties for the electrical and magnetic components of the electromagnetic field of industrial frequency showed that the electric field shielding coefficients at a concentration of the screening substance of 15−60 % (by weight) equaled 1.1−8.6; magnetic field – 1.2−5.3. The shielding coefficients of the material based on a water-dispersed paint are lower than those of a geopolymer one, which can be explained by the oxidation of an iron-containing component and a decrease in electrical conductivity. The shielding coefficients of the electromagnetic field with a frequency of 2.45 GHz are 1.2−7.9. The highest coefficients are inherent in the material with filler made of iron ore concentrate and titanium-containing pigment powder in a ratio of 1:1. To design materials with the required (predictable) protective properties, the relative magnetic, dielectric permeability of materials was calculated. It is shown that the obtained data are acceptably the same as the results from direct measurements of magnetic and dielectric permeability and could be used to calculate the wave resistance of the material and the predicted reflection coefficient of electromagnetic waves. Thus, there is reason to assert the need to build a database on the frequency dependence of effective magnetic and dielectric permeability in order to automate the design processes of composite materials with predefined protective properties.Разработаны основы проектирования и исследованы защитные свойства жидкостных материалов для экранирования электрических, магнитных и электромагнитных полей широкого частотного диапазона. Материалы изготовлены на основе концентрата железной руды и пигментной добавки, в качестве матрицы были использованы водно-дисперсионная и геополимерная краски. Испытания защитных свойств для электрических и магнитных составляющих электромагнитного поля промышленной частоты показали, что коэффициенты экранирования электрического поля при концентрации экранирующего вещества 15−60 % (по весу) − 1,1−8,6; магнитного поля − 1,2−5,3. Коэффициенты экранирования материала на основе водно-дисперсной краски ниже геополимерного, что можно объяснить окислением железосодержащего компоненты и снижение электрической проводимости. Коэффициенты экранирования электромагнитного поля частотой 2,45 ГГц составляют 1,2−7,9. Наибольшие коэффициенты присущи материалу с наполнителем из железорудного концентрата и титаносодержащего пигментного порошка в пропорции 1: 1. Для проектирования материалов с необходимыми (прогнозируемыми) защитными свойствами рассчитаны относительные магнитная, диэлектрическая проницаемости материалов. Показано, что полученные данные приемлемо совпадают с результатами прямых измерений магнитной и диэлектрической проницаемости и могут быть использованы для расчета волнового сопротивления материала и прогнозируемого коэффициента отражения электромагнитных волн. Таким образом, есть основания утверждать о необходимости формирования базы данных по частотной зависимости эффективных магнитной и диэлектрической проницаемости для автоматизации процессов проектирования композиционных материалов с заданными защитными свойствамиРозроблено засади проектування та досліджено захисні властивості рідинних матеріалів для екранування електричних, магнітних та електромагнітних полів широкого частотного діапазону. Матеріали виготовлялися на основі концентрату залізної руди та пігментної добавки, у якості матриці були використані водно-дисперсна та геополімерна фарби. Випробування захисних властивостей для електричних та магнітних складових електромагнітного поля промислової частоти показали, що коефіцієнти екранування електричного поля за концентрації екрануючої речовини 15−60 % (за вагою) − 1,1−8,6; магнітного поля − 1,2−5,3. Коефіцієнти екранування матеріалу на основі водно-дисперсної фарби нижчі за геополімерну, що можна пояснити окисленням залізовмісної компоненти і зниження електричної провідності. Коефіцієнти екранування електромагнітного поля частотою 2,45 ГГц складають 1,2−7,9. Найбільші коефіцієнти притаманні матеріалу з наповнювачем із залізорудного концентрату та титановмісного пігментного порошку в пропорції 1:1. Для проектування матеріалів з необхідними (прогнозованими) захисними властивостями було розраховано відносні магнітну, діелектричну проникності матеріалів. Показано, що отримані дані прийнятно збігаються з результатами прямих вимірювань магнітної та діелектричної проникностей і можуть бути використані для розрахунку  хвильового опору матеріалу та прогнозованого коефіцієнта відбиття електромагнітних хвиль. Таким чином, є підстави стверджувати про необхідність формування бази даних щодо частотної залежності ефективних магнітної та діелектричної проникностей для автоматизації процесів проектування композиційних матеріалів із заданими захисними властивостям

Розроблення та дослідження захисних властивостей композиційних матеріалів для екранування електромагнітних полів широкого частотного діапазону

Composites were shown to be the most promising materials for protection against electromagnetic fields. A technology of magnetic treatment of textile material with magnetic fluid and technology of ultrasonic treatment of a mixture of latex and iron ore concentrate has been developed. This has increased saturation of fibers of the textile material with magnetic fluid nanoparticles, dispersity of the iron ore concentrate, and isotropy of the liquid metal-polymer material. As a result of the use of this technology, the consumption of magnetic fluid for the treatment of the textile material decreased from 45‒50 g/m2 to 35 g/m2 with an improvement of shielding properties. It has been experimentally established that one layer of metal-textile material reduces the magnetic field of industrial frequency by 6 times and the electric field of industrial frequency by 1.5 times. Corresponding figures for the metal-polymer material were 3 and 2. It was found that an electromagnetic field with a frequency of 2.45 GHz is reduced 3.6 times by the single-layer metal-textile material and 5.7 times by the metal-polymer material. It was shown that the metal-textile material with such properties is suitable for the manufacture of personal protective means for personnel operating electrical and radio transmission equipment. Metal-polymeric material is suitable for the manufacture of collective protective means. A calculated evaluation of the effectiveness of protective materials was proposed. It is based on determining the shielding factors of structures of standard shapes. This enables the determination of electrophysical and magnetic properties of the material and their use in the development of protective materials with required shielding factors. The necessity of optimization of shielding factors under conditions of simultaneous influence of electromagnetic fields of heterogeneous sources was substantiatedПоказано, что наиболее перспективными материалами для защиты от электромагнитных полей являются композиты. Разработана технология магнитной обработки текстильного материала магнитной жидкостью и технология ультразвуковой обработки смеси латекса и железорудного концентрата. Это повысило насыщенность волокон текстильного материала наночастицами магнитной жидкости, дисперсность железорудного концентрата, а также изотропность жидкого металлополимера. В результате использования такой технологии расход магнитной жидкости на обработку ткани снизился с 45−50 г/м2 до 35 г/м2 с повышением экранирующих свойств. Экспериментально установлено, что один слой металлотекстильного материала снижает магнитное поле промышленной частоты в 6 раз, электрическое поле промышленной частоты – в 1,5 раза; металлополимерный материал имеет показатели соответственно 3 и 2. Определено, что электромагнитное поле частотой 2,45 ГГц снижается однослойным металлотекстильным материалом в 3,6 раза, металлополимерным – в 5,7 раза. Показано, что металлотекстильный материал с такими свойствами пригоден для изготовления средств индивидуальной защиты персонала по эксплуатации электротехнического и радиотехнического передающего оборудования. Металлополимерный материал пригоден для изготовления средств коллективной защиты. Предложена расчётная оценка эффективности защитных материалов. Она базируется на определении коэффициентов экранирования конструкций стандартной формы. Это предоставило возможность определения электрофизических и магнитных свойств материала и использования их для проектирования материалов с необходимыми коэффициентами экранирования. Обоснована необходимость оптимизации коэффициентов экранирования в условиях одновременного воздействия электромагнитных полей разнородных источниковПоказано що найбільш перспективними матеріалами для захисту від електромагнітних полів є композити. Розроблено технологію магнітної обробки текстильного матеріалу магнітною рідиною та технологію ультразвукової обробки суміші латексу та залізорудного концентрату. Це підвищило насиченість волокон текстильного матеріалу наночастинками магнітної рідини, дисперсність залізорудного концентрату, а також ізотропність рідкого металополімера. У результаті використання такої технології витрати магнітної рідини на оброблення тканини знизилися з 45−50 г/м2 до 35 г/м2 з підвищенням екрануючих властивостей. Експериментально встановлено, що один шар металотекстильного матеріалу знижує магнітне поле промислової частоти у 6 разів, електричне поле промислової частоти – у 1,5 рази; металополімерний матеріал має показники відповідно 3 і 2. Визначено, що електромагнітне поле частотою 2,45 ГГц знижується одношаровим металотекстильним матеріалом у 3,6 рази, металополімерним – у 5,7 рази. Показано, що металотекстильний матеріал з такими властивостями придатний для виготовлення засобів індивідуального захисту персоналу з експлуатації електротехнічного та радіотехнічного передавального обладнання. Металополімерний матеріал придатний для виготовлення засобів колективного захисту. Запропоновано розрахункове оцінювання ефективності захисних матеріалів. Воно базується на визначенні коефіцієнтів екранування конструкцій стандартної форми. Це надає можливість визначення електрофізичних та магнітних властивостей матеріалу і використання їх у проектуванні захисних матеріалів з необхідними коефіцієнтами екранування. Обґрунтована необхідність оптимізації коефіцієнтів екранування в умовах одночасного впливу електромагнітних полів різнорідних джере