Радиопоглощающий материал холодного отверждения
Владельцы патента RU 2782419:
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н.Н. Семенова Российской академии наук (ФИЦ ХФ РАН) (RU)
Изобретение относится к негорючим, устойчивым к воздействию высоких температур радиопоглощающим материалам (РПМ), и может быть использовано в безэховых камерах. Предложен радиопоглощающий материал, содержащий диэлектрическое связующее и поглощающий электромагнитное излучение компонент, отличающийся тем, что в качестве диэлектрического связующего он содержит продукт отверждения олигомера метоксисилоксана октагидратом оксихлорида циркония (ОХЦ), в качестве поглощающего электромагнитное излучение компонента - сажу и дисперсное углеродное волокно, дополнительно содержит полые стеклянные микросферы, средний размер которых составляет 65 мкм, при следующем соотношении компонентов, мас.%: олигомер - 48,8-55,0; ОХЦ - 2,8-5,6; полые стеклянные микросферы - 30,0-40,2; сажа - 6,8-10,0; дисперсное углеродное волокно 0-2,2, и получен смешением олигомера с водным раствором ОХЦ при массовом соотношении олигомер/вода=1:0,40-0,45, последовательным введением в полученную эмульсию наполнителей и отверждением при комнатной температуре. Технический результат – предложенный РПМ отличается негорючестью, высокой термостойкостью, отсутствием продуктов деструкции при термическом воздействии, низкой плотностью, требуемыми радиотехническими характеристиками, а также простой, энергосберегающей технологией изготовления. 1 ил., 1 табл.
Изобретение относится к негорючим, устойчивым к воздействию высоких температур (≥1000°С) радиопоглощающим материалам (РПМ), и может быть использовано в безэховых камерах.
Обычно РПМ состоят из матрицы с низкой диэлектрической проницаемостью, в которой равномерно распределен дисперсный электропроводящий компонент, например, углерод технический, сажа, графит, карбонильное железо, ферриты.
Матрицы различаются по термостойкости (Тт), что позволяет условно разделить их на два типа: низкотемпературные, в которые входят матрицы на основе органических и элементорганических полимеров (Tpaзл<200°С) и высокотемпературные (термостойкие) - из неорганических материалов (Tразл>800°С).
В качестве матриц РПМ наиболее широко используются следующие органические полимеры: пенополиуретан (RU 2275719, RU 2410777), отвержденная эпоксидная смола (RU 2355081, RU 2417491, RU 2500704, RU 2570003), элементорганические соединения (RU 2273925, US 5764181). Существенными недостатками РПМ на основе матриц из органических и элементорганических полимеров являются горючесть, низкая термостойкость, вредные газообразные продукты, выделяющиеся при термическом воздействии, и высокий удельный вес, особенно при использовании порошковых магнитных наполнителей.
Известно использование для РПМ в качестве диэлектрического связующего неорганических материалов: пеностекла (RU 2375793, RU 2494507, RU 2707656, CN 1286474) или керамики (титанат марганца, оксид алюминия) (JP 19960090003, RU 2681330). Важным недостатком известных термостойких РПМ является необходимость использования в процессе изготовления материала высоких температур (выше 900°С), что требует больших энергозатрат, усложняет и удорожает их производство. Кроме того, известные материалы с неорганической матрицей имеют сравнительно высокий удельный вес.
Наиболее близким к предлагаемому РПМ является материал, получаемый холодным отверждением полисилоксановой композиции, содержащей до 75 мас. % карбонильного железа (RU 2493186, МПК C09D 5/32, C08L 83/04, С08K 3/08, H01Q 17/00, опубл. 20.09.2013) (прототип). Полимерная композиция для получения РПМ-прототипа содержит следующие компоненты (масс. ч.):
| Каучук низкомолекулярный диметилсилоксановый СКТН | 13-20; |
| Каучук высокомолекулярный СКТ | 2-3 |
| Жидкость полиметилсилоксановая | 2-3 |
| Тетраэтоксисилан или его производные | 2-3 |
| Железо карбонильное радиотехническое Р-10 | 78-90 |
| Катализатор холодного отверждения К-68 | 1,0-1,5 |
| Полиэтиленполиамин (регулятор скорости отверждения) | До 1,0 |
Высокое содержание карбонильного железа в композиции и ее многокомпонентность не позволяют получить РПМ-прототип простым смешиванием компонентов с последующим отверждением - неизбежно образование большого количества воздушных пузырей на границе раздела: железо-каучук и оседание порошка железа в процессе отверждения, что приводит к снижению однородности состава материала и ухудшению его радиотехнических характеристик.
Для устранения указанных недостатков получаемого материала авторам РПМ-прототипа пришлось существенно усложнить процесс его получения.
Сначала карбонильное железо смешивают с низкомолекулярным каучуком СКТН и с частью производных тетраэтоксисилана и полиметилсилоксана и выдерживают не менее 24 часов - получают компонент А. При этом практически все воздушные включения покидают объем смеси.
Каучук высокомолекулярный СКТ предварительно растворяют в части полиметилсилоксана и производных тетраэтоксисилана, полученный компонент Б выдерживают также не менее 24 часов.
Компоненты А и Б смешивают друг с другом для получения РПМ непосредственно перед внесением катализатора отверждения, предварительно смешанного с полиэтиленполиамином.
Как видно из вышеприведенного, РПМ-прототип отличается сложностью процесса получения из многокомпонентной композиции. Существенными недостатками РПМ-прототипа являются горючесть, низкая термостойкость, вредные газообразные продукты, выделяющиеся при термическом воздействии, и высокий удельный вес. При этом материал-прототип может быть использован только для нанесения слоев малой толщины.
Задачей предлагаемого изобретения является создание РПМ холодного отверждения, который будет отличаться негорючестью (класс НГ), высокой термостойкостью, отсутствием продуктов деструкции при термическом воздействии, низкой плотностью (не более 0,2-0,3 г/см3), требуемыми радиотехническими характеристиками, а также простой, энергосберегающей технологией изготовления.
Решение поставленной задачи достигается предлагаемым радиопоглощающим материалом, содержащим диэлектрическое связующее и поглощающий электромагнитное излучение компонент, который в качестве диэлектрического связующего содержит продукт отверждения олигомера метоксисилоксана октагидратом оксихлорида циркония (ОХЦ), в качестве поглощающего электромагнитное излучение компонента -сажу и дисперсное углеродное волокно и дополнительно содержит полые стеклянные микросферы при следующем соотношении компонентов, мас. %:
| олигомер | 48,8-55,0 |
| ОХЦ | 2,8-5,6 |
| полые стеклянные микросферы | 30,0-40,2 |
| сажа | 6,8-10,0 |
| дисперсное углеродное волокно | 0-2,2, |
и получен смешением олигомера с водным раствором ОХЦ при массовом соотношении олигомер/вода=1: 0.40-0.45, последовательным введением в полученную эмульсию наполнителей и отверждением при комнатной температуре.
Средний размер полых стеклянных микросфер составляет 65 мкм. Отличительной особенностью предлагаемого РПМ, помимо огнестойкости и высокой термостойкости, является низкая удельная плотность (0,20-0,27 г/см3), что повышает его эффективность. Снижение плотности РПМ достигается введением полых стеклянных микросфер и применением в процессе получения РПМ порообразователя - воды, которая испаряется, создавая микропоры. При отклонении количества воды от оптимальной концентрации наблюдается укрупнение пор, что ухудшает характеристики материала. Время, за которое достигается окончательная плотность РПМ, равная 0,2 - 0,3 г/см3, составляет около 2 суток (см. рис, на котором приведена зависимость плотности предлагаемого РПМ от времени выдержки: кривая 1 - пример 1 в таблице, кривая 2 - пример 2 в таблице).
При содержании полых стеклянных микросфер в составе предлагаемого РПМ выше 40,2 мас. % ухудшаются радиотехнические характеристики материала. Увеличение среднего диаметра микросфер выше 65 мкм также ухудшает свойства РПМ.
Для обеспечения необходимых радиотехнических характеристик содержание сажи в РПМ должно быть не менее 6,8 мас. %, повышение выше 10 мас. % приводит к увеличению удельной плотности материала.
Введение углеродного волокна упрочняет материал и благоприятно сказывается на радиотехнических свойствах.
Предлагаемый РПМ получают следующим образом. Олигомер метоксисилоксана при интенсивном перемешивании добавляют к раствору ОХЦ (ZrOCl2⋅8H2O) в воде при массовом соотношении олигомер/вода=1:0.40-0.45. В полученную суспензию, продолжая перемешивание, последовательно вводят сажу, полые стеклянные микросферы и углеродное волокно. Смесь выдерживают при комнатной температуре в течение двух суток. Состав и свойства полученных образцов РПМ приведены в таблице.
Заявляемый РПМ характеризуется огнестойкостью, высокой термической стойкостью и низкой плотностью (не более 0,27 г/см3). Материал экологически безопасен, подвергается механической обработке, поглощает электромагнитное излучение в рабочем диапазоне СВЧ волн современных радаров 8-12 ГГц. Уменьшение мощности излучения превышает стократное, коэффициент отражения не более -30 дБ.
Предлагаемый РПМ получают по простой, экологически чистой и энергосберегающей технологии с использованием отечественных материалов и оборудования.
Таблица. Состав и свойства образцов предлагаемого РПМ.
| № | Олигомер, мас.% | ОХЦ, мас.% | Полые стекл. микросферы, мас.% | Сажа, мас.% | Углеродное волокно, мас.% |
Плотность, г/см3 | Коэффициент отражения, дБ |
| 1 | 55,0 | 2,8 | 30,0 | 10,0 | 2,2 | 0,20 | - 30,0 |
| 2 | 50,4 | 5,6 | 35,0 | 9,0 | - | 0,24 | - 18,5 |
| 3 | 48,8 | 4,2 | 40,2 | 6,8 | - | 0,27 | - 22,0 |
Радиопоглощающий материал, содержащий диэлектрическое связующее и поглощающий электромагнитное излучение компонент, отличающийся тем, что в качестве диэлектрического связующего он содержит продукт отверждения олигомера метоксисилоксана октагидратом оксихлорида циркония (ОХЦ), в качестве поглощающего электромагнитное излучение компонента - сажу и дисперсное углеродное волокно, дополнительно содержит полые стеклянные микросферы, средний размер которых составляет 65 мкм, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| олигомер | 48,8-55,0 |
| ОХЦ | 2,8-5,6 |
| полые стеклянные микросферы | 30,0-40,2 |
| сажа | 6,8-10,0 |
| дисперсное углеродное волокно | 0-2,2, |
и получен смешением олигомера с водным раствором ОХЦ при массовом соотношении олигомер/вода=1:0,40-0,45, последовательным введением в полученную эмульсию наполнителей и отверждением при комнатной температуре.
