СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОГЛОТИТЕЛЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ Российский патент 2003 года по МПК H01Q17/00 F41H3/02 D04H1/46 

Изобретение относится к способам получения нетканых материалов из смески диэлектрических и электропроводящих волокон, обладающих свойством поглощать электромагнитное излучение (ЭМИ) в широком частотном диапазоне. Изобретение предназначено для изготовления элементов конструкций или одежды, используемых для защиты от воздействия ЭМИ.

Известен поглотитель электромагнитных волн и способ его изготовления, позволяющий обеспечить снижение мощности ЭМИ 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 основных свойств материала не приведены. Недостаток известного способа - сложность технологии и высокая стоимость электропроводящих нитей.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является способ получения поглотителя электромагнитного излучения, включающий развес диэлектрических волокон и волокон (нитей) из углеродного волокна "углен", приготовление смески диэлектрических волокон и волокон из углеродного волокна, формование двухслойного полотна из смески, 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 - недостаточная поглощающая способность материала в диапазоне длин электромагнитных волн от 2,5 до 36 ГГц и сложность технологии.

Техническая задача, на решение которой направлено данное изобретение, - увеличение поглощающей способности материала в диапазоне длин электромагнитных волн от 2,5 до 36 ГГц и упрощение технологического процесса.

Поставленная задача решается тем, что в способе получения поглотителя электромагнитного излучения, включающем развес диэлектрических и углеродных волокон, приготовление смески волокон, формирование нетканого холста, фиксацию структуры холста и дублирование, согласно изобретению приготовление смески волокон ведут в три этапа, на первом раскладывают углеродное волокно на диэлектрическое вручную в виде клочков 0,5-1,0 г, на втором проводят грубое рыхление с контролем массы клочков смески волокон и уменьшения их массы до 0,01 г, на третьем проводят тонкое рыхление и расчесывание смески, фиксацию структуры холста и дублирование осуществляют одновременно путем прокалывания иглами.

Задача решается также и тем, что грубое рыхление проводят с контролем массы клочков смески волокон в течение времени, достаточного для уменьшения массы клочков до 0,01 г.

Для приготовления смески волокон используют 0,5-15 мас.% углеродного волокна, формирование нетканого холста осуществляют из смески волокон с поверхностной плотностью 100-150 г/м².

Фиксацию структуры холста и дублирование осуществляют одновременно путем прокалывания иглами с плотностью пробивки сверху 5-20 см^-2, снизу - 20-100 см^-2.

Прокалывание дублируемых холстов иглами производят насквозь в направлении, перпендикулярном плоскости холста, навстречу друг другу.

Дублируемые холсты последовательно укладывают па одну сторону первого холста. При нанесении каждого последующего слоя пакет скрепленных холстов прокалывают на всю толщину.

Изобретение иллюстрируется примерами и графиками.

Фиг.1. Радиопоглощающие свойства материала по примеру 1-3.

Фиг.2. Радиопоглощающие свойства материала по примеру 4-5.

Фиг.3. Радиопоглощающие свойства дублированного материала по примеру 6.

Техническая сущность предложения. Положительный эффект достигается за счет включения в нетканое полотно с незначительными диэлектрическими потерями малого (от 0,5 до 15 мас.%) количества электропроводящего наполнителя - углеродного волокна, и его равномерного распределения (диспергирования) в диэлектрической среде (синтетическом волокне). Равномерное распределение углеродного волокна в синтетическом волокне достигается за счет того, что приготовление смески волокон ведут в три этапа, на первом раскладывают углеродное волокно на диэлектрическое вручную в виде клочков 0,5-1,0 г на втором проводят грубое рыхление с контролем массы клочков до уменьшения средней массы клочков менее 0,01 г, на третьем проводят тонкое рыхление и расчесывание смески волокон. Особое место в предлагаемом способе занимает этап грубого рыхления при скорости движения транспортера 0,1-0,5 м/мин и контроль массы клочков углеродного волокна в объеме полиэфирного. Для контроля качества смешения в процессе рыхления отбирают пробы из 15-20 клочков, взвешивают и определяют их среднюю массу. Средняя масса одного клочка не должна быть больше 0,01 г. В случае несоответствия данного параметра грубое рыхление повторяют снова. Радиопоглощающие свойства материала, получаемого по предлагаемому способу, существенно зависят от качества смешения компонентов.

Поглощающие свойства усиливаются, а их частотная характеристика существенно улучшается (выравнивается) при дублировании нетканых полотен с равномерно распределенным в объеме углеродным волокном.

В нетканом многослойном полотне вследствие последовательной укладки полотен и многократной пробивки иглами определенным образом увеличивается концентрация углеродного волокна, вследствие чего электромагнитная волна входит в материал практически без отражения и там затухает с соответствующими изменениями амплитуды колебаний и длины волны по мере приближения к защищаемой поверхности.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Примеры 1-3. Получают поглотитель электромагнитного излучения из смески полиэфирных и углеродных волокон. Предварительно развешивают компоненты в соотношении, обеспечивающем получение концентрации углеродных волокон в смеске 6, 9 и 12 мас.% соответственно. Резаное полиэфирное волокно 0,33 текс имеет следующие параметры: диаметр 10-15 мкм и длину 3-3,5 см. Резаное углеродное волокно марки "Углен-9" характеризуется диаметром 5-10 мкм и длиной 3-3,5 см.

На ленту транспортера выгружают полиэфирное волокно и вручную раскладывают углеродное волокно на полиэфирное в виде клочков массой 0,5-1,0 г. Проводят грубое рыхление при скорости движения транспортера 0,2 м/мин с контролем массы клочков углеродного волокна в объеме полиэфирного. Для контроля отбирают пробы из 15-20 клочков и определяют их суммарную и среднюю массу. Средняя масса одного клочка не должна быть больше 0,01 г. В случае несоответствия данного параметра грубое рыхление повторяют снова. Время грубого рыхления 20 минут.

Для дальнейшего разделения клочков волокнистой массы на более мелкие структурные элементы и перемешивания их между собой проводят рыхление волокон в тонком рыхлителе. Смеску волокна после тонкого рыхления подают по волокнопроводу в накопитель перед чесальным агрегатом. Из накопителя волокнистая масса поступает в чесальную машину для ее разъединения на отдельные волокна и обеспечения равномерной и бесперебойной подачи в разъединенном состоянии на этап формирования холста. Степень разъединения (расчесывания) и смешения волокон регулируют путем изменения скорости вращения рабочих органов чесальной машины (заменой съемных звездочек и шкивов) и разводки между главным и съемно-чешущими валками.

В процессе формирования нетканого холста осуществляют съем волокон со съемно-чешущего вала, транспортирование их во взвешенном состоянии в воздушном потоке в камеру аэродинамической приставки для формирования холста и осаждение волокон на воздухопроницаемой несущей поверхности в виде волокнистого холста (слоя) с хаотическим расположением волокон в материале с поверхностной плотностью 150 г/м².

Поверхностную плотность изменяют регулированием скорости движения транспортерного полотна при постоянной производительности чесальной машины. После формирования холста осуществляют фиксацию его структуры двухсторонней пробивкой иглами на двухголовочной иглопробивной машине марки "Окума". Плотность пробивки сверху 7 см^-2, снизу 22 см^-2. Поглотитель электромагнитного излучения по примеру 1 накладывают на электропроводящую поверхность и измеряют коэффициент отражения электромагнитного излучения от частоты в диапазоне от 2,5 до 37,5 ГГц. Зависимость коэффициента отражения электромагнитного излучения от частоты приведена на фиг.1.

Примеры 4-5. Получают поглотитель электромагнитного излучения по примеру 1, но предварительно развешивают компоненты в соотношении, обеспечивающем получение концентрации углеродных волокон в смеске 3 и 15 мас.% соответственно, и формуют полотно с поверхностной плотностью 100 г/м². Зависимость коэффициента отражения ЭМИ от частоты и состава материала приведена на фиг. 2. В диапазоне частот от 3 до 36 ГГц поглощающие свойства материала, содержащего 15 мас.% углеродного волокна, значительно выше, чем материала, содержащего 3 мас.% углеродного волокна, а в диапазоне от 5,5 до 36 ГГц поглощающие свойства материала, содержащего 15 мас.% углеродного волокна, выше, чем у материала, получаемого по известному способу.

Пример 6. Получают поглотитель электромагнитного излучения по примеру 1, но используют углеродное волокно марки "Эвлон-2" (диаметр 5-10 мкм, длина 3-3,5 см). Формируют полотна с содержанием углеродного волокна 2 и 10 мас.%, а затем дублируют пробивкой иглами на двухголовочной иглопробивной машине марки "Окума".

Зависимость коэффициента отражения ЭМИ от частоты приведена на фиг.3. Поглощающие свойства дублированного материала, содержащего углеродное волокно, выше, чем у материала, получаемого по известному способу во всем исследованном диапазоне длин волн от 2,5 до 37,5 ГГц.

Примеры 7-8 (контрольные). Получают поглотитель электромагнитного излучения по примеру 1, но развешивают компоненты в соотношении, обеспечивающем получение концентрации углеродных волокон в смеске 0,2 и 25 мас.%. Коэффициент отражения ЭМИ частотой 10 ГГц составляет 2 и 3,5 дБ соответственно.

Примеры 9-10 (контрольные). Получают поглотитель электромагнитного излучения по примеру 1, но смеску проводят без предварительной раскладки углеродного волокна, и рыхление осуществляют в течение 5 минут без контроля размеров клочков углеродного волокна. Коэффициент отражения ЭМИ частотой 10 ГГц составляет более 5 дБ.

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

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

Способ позволяет увеличить поглощающую способность материала в диапазоне длин электромагнитных волн 2,5-36 ГГц и упростить технологический процесс. Этот технический результат достигают за счет приготовления смески волокон в три этапа, на первом из которых раскладывают углеродное волокно на диэлектрическое вручную в виде клочков 0,5-1,0 г, на втором проводят грубое рыхление с контролем массы клочков до уменьшения их массы до 0,01 г, на третьем проводят тонкое рыхление и расчесывание смески, причем фиксацию структуры холста и дублирование осуществляют одновременно путем прокалывания иглами. 4 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. Способ получения поглотителя электромагнитного излучения, включающий развес диэлектрических и углеродных волокон, приготовление смески волокон, формирование нетканого холста, фиксацию структуры холста и дублирование, отличающийся тем, что приготовление смески волокон ведут в три этапа: на первом раскладывают углеродное волокно на диэлектрическое в виде клочков 0,5-1,0 г, на втором проводят грубое рыхление с контролем массы клочков смески волокон, на третьем проводят тонкое рыхление и расчесывание смески, а фиксацию структуры холста и дублирование осуществляют одновременно путем прокалывания иглами. 2. Способ получения поглотителя электромагнитного излучения по п.1, отличающийся тем, что грубое рыхление проводят с контролем массы клочков смески волокон в течение времени, достаточного для уменьшения массы клочков до 0,01 г. 3. Способ получения поглотителя электромагнитного излучения по п.1, отличающийся тем, что для приготовления смески волокон используют 0,5-15 мас.% углеродного волокна. 4. Способ получения поглотителя электромагнитного излучения по п.1, отличающийся тем, что формирование нетканого холста осуществляют из смески волокон с поверхностной плотностью 100-150 г/м². 5. Способ получения поглотителя электромагнитного излучения по п.1, отличающийся тем, что прокалывание иглами осуществляют с плотностью пробивки сверху 5-20 см^-2, снизу 20-100 см^-2.