Радиопоглощающий материал
Владельцы патента RU 2410777:
Российская Федерация в лице Министерства промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) (RU)
Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") (RU)
Изобретение относится к области получения радиопоглощающих материалов (РПМ), обеспечивающих снижение уровня вторичного излучения, электромагнитную совместимость бортовой аппаратуры, коррекцию диаграмм направленности бортовых антенных систем при длительной эксплуатации и воздействии агрессивных сред. Сущность изобретения: радиопоглощающий материал, включающий диэлектрическое связующее - пенополиуретан и поглощающий электромагнитное излучение электропроводный наполнитель, при этом материал дополнительно содержит защитное покрытие на основе полиуретана. В качестве поглощающего электромагнитное излучение электропроводного наполнителя материал содержит углеродное волокно в количестве 0,0003÷0,005 объемных % или науглероженное волокно в количестве 0,003÷0,05 объемных %. Техническим результатом изобретения являются повышенные радиотехнические характеристики, стойкость к влаге, агрессивным средам, увеличение срока эксплуатации при низкой плотности материала. 2 табл.
Изобретение относится к области получения радиопоглощающих материалов (РПМ), обеспечивающих снижение уровня вторичного излучения, электромагнитную совместимость бортовой аппаратуры, коррекцию диаграмм направленности бортовых антенных систем при длительной эксплуатации и воздействии агрессивных сред.
Известен ряд поглощающих электромагнитное излучение материалов на основе магнитного наполнителя с защитной оболочкой частиц. Например, в полимерную матрицу вводится наполнитель в виде ферромагнитных частиц (железо, карбонильное железо, силициды железа, кобальта, никеля), покрытых защитной силиконовой оболочкой, введение которых обеспечивает стойкость РПМ к коррозии при воздействии агрессивных сред (патенты США №№ 5866273, 6486822).
Недостатками известных решений являются большая удельная плотность РПМ - 2,5-4,0 г/см3, а также технически сложная технология нанесения защитной оболочки на частицы магнитного наполнителя, требующая специального оборудования.
Известен радиопоглощающий материал, содержащий смесь частиц измельченного пеноматериала с отрезками нитей в качестве поглощающих элементов, пропитанных отверждающим клеем (патент США № 6043769).
Известен радиопоглощающий материал на основе сложных полиимидных пен с равномерной плотностью, включающий равномерно распределенные в нем радиопоглощающие компоненты (частицы железа, феррита, углерода) (патент США № 5135959).
Недостатком вышеперечисленных технических решений является невысокая стойкость к влаге и агрессивным средам, что приводит к изменению свойств материала и сокращению сроков эксплуатации.
Наиболее близким аналогом, взятым за прототип, является радиопоглощающий материал, содержащий наполнитель - частицы углерода технического и полимерную основу - пенополиуретан при следующем соотношении компонентов, вес.%: пенополиуретан - 82,23-88,47, углерод технический - остальное (патент РФ № 2275719).
Недостатками материала прототипа являются невысокие радиотехнические характеристики, низкая стойкость к воздействию влаги и агрессивных сред. Кроме того, наличие технического углерода приводит к повышенной горючести материала.
Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение радиотехнических характеристик в интервале частот 8-13 ГГц, увеличение стойкости к воздействию влаги и агрессивных сред, а также увеличение сроков эксплуатации радиопоглощающего материала при сохранении плотности на уровне прототипа.
Для решения поставленной технической задачи предложен радиопоглощающий материал, включающий диэлектрическое связующее - пенополиуретан и поглощающий электромагнитное излучение электропроводный наполнитель, при этом материал дополнительно содержит защитное покрытие на основе полиуретана.
В качестве поглощающего электромагнитное излучение электропроводного наполнителя материал содержит углеродное волокно в количестве 0,0003÷0,005 объемных % или науглероженное волокно в количестве 0,003÷0,05 объемных %.
Заявляемый радиопоглощающий материал получают методом горячего прессования в закрытой пресс-форме. На извлеченный из формы элемент РПМ кистью или напылением наносят 1-2 слоя защитного полиуретанового покрытия толщиной 100-200 мкм.
Наилучший технический результат заявляемого изобретения достигается при использовании в качестве компонентов для получения пенополиуретана полиэфира П-2200 (ТУ 6-05-167-79) и полиизоционата Б-207 (ТУ 113-03-29-18-83), взятых в соотношении 1:(0,7-1), а также триэтаноламина (ТУ-6-2609-48-91) и эмульгатора Пента-483 (ТУ 2257-008-40245042-99).
В зависимости от радиотехнических требований - уровня поглощения и частотного диапазона - выбирают тип наполнителя и его количество. В качестве наполнителя могут применяться различные углеродсодержащие волокна, но наиболее целесообразно в заявляемом изобретении использовать углеродное волокно УКН-5000 (ГОСТ 2603) или науглероженное волокно Углен (ТУ 1-595-19-1022-2007).
Установлено, что использование защитного покрытия позволяет получить радиопоглощающий материал с высокими радиотехническими характеристиками со сроком эксплуатации до 15 лет и повысить стойкость к влаге и агрессивным средам в 1,7-2,4 раза при сохранении низкой плотности РПМ. Для получения защитного покрытия используют те же компоненты, что и для связующего (без эмульгатора), что значительно удешевляет технологический процесс и позволяет снизить энерго- и трудозатраты на его производство.
Примеры осуществления
Пример 1
В связующее, содержащее полиэфир и полиизоционат в соотношении 1:1, вводили углеродное волокно в количестве 0,0003 объемных %, длина волокна 5 мм, перемешивали до однородного состава, добавляли триэтаноламин, эмульгатор и заливали в подогретую пресс-форму. Отпрессованный элемент радиопоглощающего материала покрывали 1 слоем защитного покрытия толщиной 100 мкм кистевым методом.
Пример 2
В связующее, содержащее полиэфир и полиизоционат в соотношении 1:0,7, вводили углеродное волокно в количестве 0,0005 объемных %, длина волокна 3 мм, перемешивали до однородного состава, добавляли триэтаноламин, эмульгатор и заливали в подогретую пресс-форму. Отпрессованный элемент покрывали 2 слоями защитного покрытия толщиной 200 мкм методом напыления.
Пример 3
В связующее, содержащее полиэфир и полиизоционат в соотношении 1:1, вводили науглероженное волокно в количестве 0,003 объемных %, длина волокна 3 мм, перемешивали до однородного состава, добавляли триэтаноламин, эмульгатор и заливали в подогретую пресс-форму. Отпрессованный элемент покрывали 1 слоем защитного покрытия толщиной 200 мкм кистевым методом.
Пример 4
В связующее, содержащее полиэфир и полиизоционат в соотношении 1:1, вводили науглероженное волокно в количестве 0,004 объемных %, длина волокна 1 мм, перемешивали до однородного состава, добавляли триэтаноламин, эмульгатор и заливали в подогретую пресс-форму. Отпрессованный элемент покрывали 1 слоем защитного покрытия толщиной 150 мкм.
Количественные соотношения компонентов и свойства предлагаемого материала и прототипа приведены в таблицах 1 и 2.
| Таблица 1 | |||||
| Наименование компонентов | Состав, объемные % | Прототип, объемные % | |||
| 1 | 2 | 3 | 4 | ||
| Связующее | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 |
| Науглероженное волокно Углен |
- | - | 0,003 L=3 мм |
0,004 L=1 мм |
- |
| Углеродное волокно УКН-5000 | 0,0003 L=5 мм |
0,005 L=3 мм |
- | - | - |
| Технический углерод | - | - | - | - | 0,0001-0,005 |
| Таблица 2 | |||||
| Наименование свойств | Примеры по изобретению | Прототип | |||
| 1 | 2 | 3 | 4 | ||
| Минимальный коэффициент | -15 | -18 | -16 | -15 | -5 |
| отражения, дБ, не более | |||||
| Плотность, г/см3 | 0,35-0,4 | 0,35-0,4 | 0,35-0,4 | 0,35-0,4 | 0,4 |
| Срок эксплуатации, лет | 10-15 | 10-15 | 10-15 | 10-15 | 5 |
| Влагостойкость в течение 10 сут, % | 3,0 | 3,0 | 3,5 | 3,0 | 4,35 |
| Стойкость к агрессивным | |||||
| средам при выдержке в течение | |||||
| 30 сут, % набухания: | |||||
| топливо ТС-1 | 0,36 | 0,37 | 0,35 | 0,36 | 0,76 |
| топливо РТ | 0,34 | 0,34 | 0,35 | 0,34 | 0,72 |
| минеральное масло МС8П | 0,46 | 0,5 | 0,48 | 0,46 | 1,66 |
| синтетическое масло ИПМ-10 | 0,36 | 0,36 | 0,38 | 0,37 | 1,75 |
Из данных таблицы 2 видно, что предлагаемый материал имеет по сравнению с прототипом преимущество по радиотехническим характеристикам более чем в 3 раза, по стойкости к влаге - в 1,5 раза, агрессивным средам - в 2-5 раз и срокам эксплуатации - в 2-3 раза при том же уровне плотности материала.
Предлагаемый радиопоглощающий материал позволит обеспечить снижение уровня вторичного излучения, электромагнитную совместимость бортовой аппаратуры, коррекцию диаграмм направленности бортовых антенных систем при длительной эксплуатации и воздействии влаги и агрессивных сред при снижении энерго- и трудозатрат при его производстве.
Радиопоглощающий материал, включающий диэлектрическое связующее - пенополиуретан и поглощающий электромагнитное излучение электропроводный наполнитель, отличающийся тем, что материал дополнительно содержит защитное покрытие на основе полиуретана, причем в качестве поглощающего электромагнитное излучение электропроводного наполнителя он содержит углеродное волокно в количестве 0,0003÷0,005 об.% или науглероженное волокно в количестве 0,003÷0,05 об.%.
