СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ РАДИОПОГЛОЩАЮЩЕГО МАТЕРИАЛА Российский патент 2003 года по МПК H01Q17/00 

Изобретение относится к поглотителям электромагнитных волн и средствам маскировки, а более конкретно к способам получения многослойных нетканых материалов из смески диэлектрических и электропроводящих волокон, обладающих радиопоглощающими свойствами в широком диапазоне электромагнитного излучения (ЭМИ). Изобретение может быть использовано при изготовлении средств защиты человека от неблагоприятного воздействия ЭМИ.

Известен поглотитель электромагнитных волн и способ его изготовления, позволяющий обеспечить снижение заметности при радиолокации в широком диапазоне частот [1] . Способ получения поглотителя ЭМИ включает вязку полых гребней на двухфонтурной машине параллельно друг другу, причем петельные ряды полых гребней вяжут из диэлектрической нити иглами одной игольницы и в полый гребень вводят электропроводящую нить с натяжением. Каждый полый гребень дополнительно заполняют электропроводящими нитями с переменной плотностью по высоте, достигаемой изменением пропорций между диэлектрическими и проводящими нитями в смеске. Способ получения смески диэлектрических и проводящих нитей и порядок заполнения гребней в патенте не описан, характеристики радиопоглощающих свойств материала не приведены. Недостаток известного способа - сложность технологии и высокая стоимость электропроводящих нитей.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является способ получения радиопоглощающего материала, включающий получение смески диэлектрических нитей и нитей из углеродного волокна "углен", формование двухслойного полотна из смески нитей, причем один слой толщиной 1-2 мм содержит 6,8 об. % хаотически расположенных нитей "углен" длиной 2-5 мм, в который внедрены перпендикулярно плоскости слоя диэлектрические нити длиной 20 мм и нити из волокна "углен" длиной 15-18 мм при содержании волокна "углен" в слое 6,8 - 8,5 об.%. Диэлектрические нити, внедренные в плоский слой, выступают над торцами углеродных нитей на 5-2 мм [2]. Способ приготовления смески волокон и порядок внедрения нитей перпендикулярно плоскому слою в описании изобретения не раскрыт. Известный способ позволяет получать материал с минимальным коэффициентом отражения ЭМИ на частоте 10 ГГц -19,2 дБ.

Недостаток известного способа - сложность технологии и узкий диапазон длин поглощаемых электромагнитных волн.

Техническая задача, на решение которой направлено данное изобретение, - расширение диапазона длин поглощаемых электромагнитных волн, упрощение и интенсификация технологического процесса.

Поставленная задача решается тем, что в способе получения радиопоглощающего материала, включающем формование многослойного нетканого полотна из синтетических и углеродных волокон, смеску синтетических и углеродных волокон не производят, предварительно формуют холст из синтетических волокон, диспергируют углеродное волокно в жидкой или газообразной среде, фильтруют дисперсию сквозь холст из синтетических волокон для нанесения на холст заданного количества углеродного волокна или укладывают ленты электропроводящих материалов, затем собирают слоистый пакет по крайней мере из двух нетканых холстов, хотя бы на один из которых наносят слой углеродных волокон или ленты электропроводящих материалов, собранный пакет покрывают холстом из синтетических волокон и прокалывают иглами. Фильтрование дисперсии углеродных волокон сквозь холст из синтетических волокон производят путем нанесения ее на холст, уложенный на перфорированную подложку для отделения дисперсионной среды.

Предварительное формование холста из синтетических волокон осуществляют путем аэродинамического или механического нанесения полиэфирных волокон или смески полипропиленовых и полиэфирных волокон на ленту транспортера с последующим скреплением иглопрокалыванием и/или термообработкой в термостате.

Фильтрование газовой дисперсии на поверхность холстов из диэлектрических волокон производят путем подачи углеродных волокон с чесальных машин струей воздуха на ленту транспортера.

Сборку многослойного пакета из нескольких нетканых холстов с нанесенным слоем углеродных волокон или фольгой производят таким образом, чтобы слой углеродных волокон или лент электропроводящих материалов (фольги) чередовался со слоем из синтетических волокон и содержание углеродных волокон или электропроводящих материалов (диэлектрическая проницаемость слоев) увеличивалось от слоя к слою сверху вниз.

Прокадывание пакета иглами производят на глубину 4-8 мм в направлении сверху вниз или навстречу друг другу с плотностью 100 - 500 проколов на 1 см².

Изобретение иллюстрируется схемами и примерами.

Фиг. 1. Схема сборки многослойного пакета при изготовлении радиопоглощающего материала.

1, 3, 5, 7 - холст из синтетических (диэлектрических) волокон, 2, 4, 6 - слой углеродных(электропроводящих) волокон или ленты электропроводящих материалов.

Фиг. 2. Схема сборки многослойного пакета при изготовлении радиопоглощающего материала.

1, 3, 4, 6 - холст из синтетических (диэлектрических) волокон, 2, 5 - слой углеродных(электропроводящих) волокон.

Фиг.3. Радиопоглощающие свойства материала по примеру 1.

Фиг.4. Радиопоглощающие свойства материала по примеру 4.

Фиг.5. Радиопоглощающие свойства материала по примеру 5.

Фиг.6. Радиопоглощающие свойства материала по примеру 6.

Техническая сущность предложения. Положительный эффект достигается за счет введения в нетканое полотно, являющееся в данном случае диэлектрической матрицей с электрофизическими свойствами, приближенными к характеристикам свободного пространства (атмосферы), поглощающего наполнителя и металлизированной пленки.

Комбинация двух типов вводимых в нетканое полотно проводящих компонентов обеспечивает более широкий диапазон поглощения электромагнитного излучения, проникающего в материал, а также создания интерференционных эффектов, обеспечивающих минимум коэффициента отражения на необходимой частоте ЭМИ.

В нетканом полотне с установленным определенным образом убыванием концентрации от границы раздела "материал - защищаемый объект" к внешней поверхности материала распределены проводящие частицы поглотителя, представляющие собой углеродные волокна.

Электромагнитная волна, падающая на такой материал, проникает в него без отражения, благодаря близости диэлектрических характеристик свободного пространства и диэлектрической матрицы, в верхних слоях которой мала концентрация поглощающих частиц, оказывающих влияние на указанные характеристики.

По мере распространения в глубь материала волна взаимодействует с поглощающими частицами, нагревая их за счет потерь своей энергии.

Вследствие плавного нарастания концентрации поглотителя, отсутствия резких границ между слоями электромагнитная волна проходит практически без отражения в материал и там затухает с соответствующими изменениями амплитуды колебаний и длины.

Пример 1. Получают радиопоглощающий материал сборкой четырехслойного нетканого полотна из синтетических (полиэфирных, полипропиленовых) и углеродных волокон. Предварительно формуют в соответствии с таблицей четыре холста поверхностной плотностью (развесом) 100-200 г/м² из синтетических волокон механическим способом и скрепляют путем иглопрокалывания с плотностью 180 см^-2. Формование холста А, В, С производят из полиэфирных волокон, холста D - из смески полиэфирных и полипропиленовых волокон. Холст D из смески полиэфирных и полипропиленовых волокон дополнительно термообрабатывают при 170^oС в течение 3 минут для уплотнения. Углеродное волокно длиной 20 мм диспергируют в 5% водном растворе поверхностно-активного вещества ОС-20. Дисперсию с содержанием углеродного волокна 2 г/л фильтруют сквозь холсты из синтетических волокон в количествах, соответствующих данным таблицы. Для этого каждый холст помещают на перфорированную подложку и поливают соответствующим количеством водной дисперсии углеродного волокна. Затем холсты сушат и собирают в четырехслойный пакет таким образом, чтобы слой углеродных волокон чередовался со слоем из синтетических волокон и содержание углеродных волокон (диэлектрическая проницаемость) увеличивалось от слоя к слою сверху вниз (в сторону, противоположную направлению распространения электромагнитной волны). Четырехслойный пакет скрепляют путем иглопрокалывания на глубину 6 мм с плотностью 300 см^-2.

Полученный многослойный радиопоглощающий материал испытывают на стенде для определения коэффициента отражения радиоволн в диапазоне частот ЭМИ 2-40 ГГц. Зависимость коэффициента отражения радиоволн от частоты ЭМИ приведена на фиг.3.

Пример 2. Получают радиопоглощающий материал по примеру 1, но предварительное формование холстов осуществляют аэродинамическим способом. Зависимость коэффициента отражения радиоволн от частоты ЭМИ аналогична приведенной на фиг.3.

Пример 3. Получают радиопоглощающий материал по примеру 1 или 2, но после фильтрации дисперсии углеродного волокна сквозь предварительно сформованный холст из синтетических волокон на него укладывают следующий холст из синтетических волокон и вновь осуществляют фильтрацию дисперсии углеродного волокна для нанесения уже меньшего количества последнего в соответствии с таблицей. Зависимость коэффициента отражения радиоволн от частоты ЭМИ аналогична приведенной на фиг.3.

Пример 4. Получают радиопоглощающий материал по примеру 1 или 2, но после формования холстов из синтетических волокон и фильтрования водной дисперсии углеродного волокна собирают многослойный пакет (фиг.2), в котором слой 1 и 5 формуют из синтетических (полиэфирных) волокон, а слои 3 и 6 формуют из синтетических (полиэфирных) волокон, на которые фильтрацией воздушной дисперсии наносят слой резанного углеродного волокна длиной 10 мм в количестве 11,7 г/м² и слой резанного углеродного волокна длиной 5 мм в количестве 13 г/м².

Зависимость коэффициента отражения радиоволн от частоты ЭМИ приведена на фиг. 4. Радиопоглощающий материал по примеру 4 имеет коэффициент отражения ЭМИ менее -10 дБ в диапазоне частот от 5 до 30 ГГц, что существенно шире частотного диапазона радиопоглощения материалов, получаемых по известным способам [1, 2].

Пример 5. Получают радиопоглощающий материал по примеру 1 или 2, но из двух холстов из синтетических (полиэфирных) волокон, на один из которых наносят фильтрацией водой дисперсии наносят слой резанного углеродного волокна длиной 200 мкм в количестве 7,0•10^-3 г/см². Зависимость коэффициента отражения радиоволн от частоты ЭМИ приведена на фиг.5. Радиопоглощающий материал по примеру 5 имеет коэффициент отражения ЭМИ около - 20 дБ на частоте 15 ГГц, что соответствует уровню радиопоглощения материала, получаемого по известному способу [2] , при очевидно более простой технологии его производства.

Пример 6. Получают радиопоглощающий материал по примеру 1 или 2, но вместо углеродного волокна на предварительно сформованный холст из синтетических волокон укладывают ленты электропроводящих материалов - из алюминиевой фольги или металлизированной полиэтилентерефталатной пленки в виде решетки шириной 20 мм с размером ячейки 25х25 мм и шириной 15 мм и размером ячейки 10х10 мм с уменьшением размера ячейки в направлении, противоположном направлению распространения падающей электромагнитной волны. Зависимость коэффициента отражения радиоволн от частоты ЭМИ приведена на фиг.6.

Литературные источники
1. Поглотитель электромагнитных волн и способ его изготовления. Пат. РФ 2119216, кл. Н 01 Q 17/00, 1998 г.

2. Способ получения радиопоглощающего материала. Пат. СССР 1790795, кл. Н 01 Q 17/00, 1990 г.

Изобретение относится к поглотителям электромагнитных волн, в частности к способам получения многослойных нетканых материалов. Способ получения радиопоглощающего материала позволяет расширить диапазон длин поглощаемых электромагнитных волн, упростить и интенсифицировать технологический процесс за счет предварительного формования холстов из синтетических волокон, диспергирования углеродного волокна в жидкой или газообразной среде, фильтрования дисперсии сквозь холст из синтетических волокон или укладки ленты электропроводящих материалов на холст из синтетических волокон, сборки многослойного пакета из, по крайней мере, двух нетканых синтетических холстов, на один из которых наносят слой углеродных волокон или лент электропроводящих материалов таким образом, чтобы слой углеродных волокон или лент электропроводящих материалов чередовался со слоем холстов из синтетических волокон, с последующим прокалыванием собранного многослойного пакета иглами. 6 з.п. ф-лы, 7 ил., 1 табл.

1. Способ получения радиопоглощающего материала, включающий сборку многослойного нетканого полотна из синтетических и углеродных волокон, отличающийся тем, что предварительно формуют холст из синтетических волокон, диспергируют углеродное волокно в жидкой или газообразной среде, фильтруют дисперсию сквозь холст из синтетических волокон или укладывают ленты электропроводящих материалов на холст из синтетических волокон, собирают многослойный пакет, по крайней мере, из двух нетканых холстов, из синтетических волокон, на один из которых нанесен слой углеродных волокон или лент электропроводящих материалов, таким образом, чтобы слой углеродных волокон или лент электропроводящих материалов чередовался с холстом из синтетических волокон, а собранный многослойный пакет был накрыт холстом из синтетических волокон, после чего собранный многослойный пакет прокалывают иглами. 2. Способ получения радиопоглощающего материала по п. 1, отличающийся тем, что предварительное формование холста из синтетических волокон осуществляют путем аэродинамического или механического нанесения полиэфирных волокон или смеси полипропиленовых и полиэфирных волокон на ленту транспортера с последующим скреплением иглопрокалыванием и/или термообработкой. 3. Способ получения радиопоглощающего материала по п. 1, отличающийся тем, что фильтрование жидкой дисперсии углеродных волокон сквозь холст из синтетических волокон производят путем полива на перфорированной подложке для отделения жидкости. 4. Способ получения радиопоглощающего материала по п. 1, отличающийся тем, что диспергирование углеродного волокна в газообразной среде осуществляют потоком воздуха в процессе чесания на чесальной машине. 5. Способ получения радиопоглощающего материала по п. 1, отличающийся тем, что сборку многослойного пакета из нескольких нетканых холстов из синтетических волокон с нанесенным слоем углеродных волокон или лент из электропроводящих материалов производят таким образом, чтобы слой углеродных волокон или лент электропроводящих материалов чередовался с холстом из синтетических волокон, а содержание углеродных волокон или лент электропроводящих материалов увеличивалось от слоя к слою сверху вниз. 6. Способ получения радиопоглощающего материала по п. 1, отличающийся тем, что в качестве лент электропроводящих материалов используют фольгу или металлизированные полимерные пленки. 7. Способ получения радиопоглощающего материала по п. 1, отличающийся тем, что собранный многослойный пакет прокалывают иглами с одной или двух сторон, с плотностью проколов 100÷500 см^-2.