КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ПОКРЫТИЙ, ЭКРАНИРУЮЩИХ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ИЗЛУЧЕНИЯ Российский патент 2003 года по МПК C09D123/34 C09D5/32 C09K3/10 

Изобретение относится к области создания лакокрасочных материалов, клеевых покрытий, герметиков, используемых для защиты различных изделий и конструкций от электромагнитных излучений.

Изобретение может найти применение для экранирования корпусов компьютеров, телевизоров и других источников электромагнитных излучений; для экранирования внутренних и внешних поверхностей зданий, расположенных в зонах работы активных источников радиоизлучений (радаров, теле-, радиорелейных станций, линий электропередач); для защиты помещений и кабельных систем от несанкционированного съема информации с помощью оптико-электронных средств; для создания индивидуальных средств защиты от воздействия электромагнитных излучений в широком диапазоне частот; при защите фундаментов домов и железобетонных сооружений от разрушающего воздействия блуждающих токов на арматуру железобетона; для снижения напряженности электромагнитного поля в замкнутых объемах, например салонах автомобилей, жилых и производственных помещений, медицинских учреждениях, где проводятся работы с СВЧ-излучениями.

Известна композиция для покрытия, используемого для защиты от электромагнитного излучения, содержащая в качестве полимерного связующего эпоксидную смолу, дивинильный каучук или полиакриламид и наполнитель типа проводящих волокон графита, карбонильного железа, ферритов, кристаллогидратов нитратов металла из ряда Са, Cr, Bi, Zn, Ni в сочетании со стеклосферами. (RU 2066508, 10.09.1996). Данное покрытие в основном используется для уменьшения радиолокационной заметности военных объектов и не обеспечивает весь комплекс необходимых защитных свойств, определяющих возможность использования его для защиты различных изделий и конструкций от различных электромагнитных излучений.

Известен композиционный радиопоглощающий материал, содержащий порошок феррита (порошок никель-цинкового феррита, плакированный железом или кобальтом) и связующее - эпоксидную смолу. (SU 1709401, 1992). Однако данный материал используется только для облицовки стен экранированных помещений и только в высокочастотном диапазоне. Известна композиция для получения антирадарного покрытия, содержащая смесь сферических намагниченных частиц размером 0,5-20 мкм в виде порошкообразного железа или покрытых намагниченным материалом стеклянных шaриков и силиконового связующего; намагниченные частицы составляют приблизительно 80% веса смеси; это покрытие обеспечивает только ослабление энергии ЭМВ на 12-20 дБ в диапазоне 2-10 ГГц при толщине покрытия ~ 1 мм, кроме того, из-за большого содержания в нем магнитного наполнителя покрытие является достаточно хрупким. (US 4173018, 1979).

Известна адгезивная композиция (клей), абсорбирующая микроволновое излучение, содержащая рассеивающие частицы оксиды железа, хром, алюминий, медь, титан, никель, углерод), диспергированные в полимерном материале - термореактивном или термопластином адгезиве (полиамид, полиэтилен, полипропилен, полиметилметакрилат, уретаны, эпоксиды, силиконы, ацетат целлюлозы, сополимеры винилацетата) (ЕР 0424132, 24.04.1991). Однако данная композиция используется как клей и абсорбирует только излучение ≥ 0,252 ккал при частоте 2-20 ГГц.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату с заявленным изобретением является известная композиция для получения покрытия, поглощающего электромагнитные излучения, содержащая полимерное связующее -синтетический клей "Элатон" на основе латекса (80-20 мас.%) и наполнитель порошкообразный феррит или карбонильное железо (20-80 мас.%) (RU 2107705, 27.03.1998). Известная композиция нетоксична, обеспечивает высокие адгезионные свйства, но предназначена только для ослабления энергии ЭМВ на 7-18 дБ в СВЧ-диапазоне при толщине покрытия порядка 1 мм; кроме того, жизнеспособность ее составляет 120 мин в закрытой таре.

Технической задачей заявленного изобретения является повышение степени (коэффициента) экранирования электромагнитного излучения в широком диапазоне длин волн (ЭМВ), повышение жизнеспособности композиции и обеспечение покрытия с хорошими физико-механическими и защитными свойствами. Поставленная техническая задача достигается тем, что композиция для покрытий, экранирующих электромагнитные излучения, включающая полимерное связующее и наполнитель, содержит в качестве полимерного связующего 19-21%-ный раствор хлорсульфированного полиэтилена в углеводородном органическом растворителе, а в качестве наполнителя смесь сажи и графита при следующем соотношении компонентов, мас.%:
19-21%-ный раствор хлорсульфированного полиэтилена в углеводородном растворителе - 63,0-69,2
Сажа - 10-12
Графит - 20,8-25,0
В качестве хлорсульфированного полиэтилена (ХСПЭ) композиция по изобретению содержит, например, хлорсульфированный полиэтилен с содержанием серы в нем 1,3-2,2 мас.% и хлора 26-34 мас.%, в частности ХСПЭ марки ХСПЭ-20 с содержанием хлора 27,11 мас.% и серы 1,46 мас.%; хлорсульфированный полиэтилен марки "Хайполон-20", ХСПЭ со средней молекулярной массой 20000, плотностью 1,1-1,4 г/см² по ТУ 6-01-1415-90.

В качестве органического углеводородного растворителя композиция содержит такие растворители как, например, ароматические углеводороды (толуол, ксилол, их смеси), хлорированные углеводороды. Наиболее предпочтительно использование толуола или ксилола.

В качестве сажи композиция по изобретению содержит различные марки саж, такие как печные сажи (активная, полуактивная и т.д) марок ПГМ-33, ПМ-15, технический углерод марки ПМ-40Н, П268-Э (ТУ 38.41579-83), углерод марки П-803 (ГОСТ 7885-86) (см. также Справочное пособие под ред. М.М.Гольдберга. Сырье и полупродукты для лакокрасочных материалов. М.: Химия, 1978, с.302-308).

В качестве графита композиция содержит например графит малозольный (ГОСТ 18191-78Е), графит порошковый особой чистоты (ГОСТ 23463-79), графит терморасширяющийся, в виде коллоидных препаратов (см, например там же М.М.Гольдберг, с.307-308).

Композицию по изобретению готовят например по одной из известной технологии.

В смеситель с подогревом, например до 80-83^oС, вводят хлорсульфированный полиэтилен (ХСПЭ), заливают туда растворитель, например толуол. Смесь выдерживают до полного растворения ХСПЭ. Получают раствор ХСПЭ нужной концентрации в углеводородном растворителе. В полученный таким образом раствор ХСПЭ загружают мелкодисперсные наполнители - сажу и графит. Смесь диспергируют в соответствующем диспергирующем устройстве (например мельница, диссольвер и др. ) до получения однородного и гомогенного состава. Полученную композицию можно хранить не менее 6 месяцев в закрытой таре, температура хранения составляет от +5^oС до +40^oС.

Полученную композицию наносят на различные подложки (поверхности), например на металл, пластмассы, бетон, стекло, керамика и другие различными способами (кистью, распылением, валиком, методом трафаретной печати и т.д). Расход композиции составляет 200-500 г на 1 м².

Сушат покрытие на воздухе или при нагревании, например, при 90-120^oС.

Получают гладкое покрытие, полуматовое, черного цвета.

В таблице 1 представлены примеры композиции по изобретению.

В таблице 2 представлены некоторые свойства покрытий, полученных на основе композиции по изобретению.

Проведены испытания покрытий на основе композиций по изобретению в радиолокационном, оптическом и лазерном диапазонах длин волн.

Например были проведены испытания по определению ослабления электромагнитного поля коробом, покрытым слоем поглощающего материала из композиции по изобретению. Конденсаторный источник электромагнитного поля (КИЭП) состоит из двух металлических пластин размером ~ 1х1м, расположенных параллельно на расстоянии 1 м друг от друга. Между центрами этих пластин помещается измерительный конденсатор (ИК), состоящий из двух металлических пластин размером ~ 18х27 см, расположенных на расстоянии 5 см друг от друга. Пластины КИЭП и ИК расположены параллельно друг другу. К пластинам КИЭП подводилось напряжение от генератора ГЗ-112, При этом между пластинами КИЭП образуется переменное электромагнитное поле, которое создает на пластинах ИК переменное напряжение, измеряемое осциллографом С1-55. Для увеличения напряжения на пластинах ИК параллельно пластинам подключались катушки индуктивности для образования колебательного контура. В качестве катушек индуктивности использовались высокочастотные дроссели типа ДИ 0,1.

Ослабление электромагнитного поля коробом определялось по формуле
Δ = 20•lg(A₁/A₂),
где А₁, А₂ - размах сигнала на пластинах ИК, измеренный осциллографом, при отсутствии короба и при помещении ИК внутрь короба.

При помещении ИК внутрь короба необходима незначительная подстройка частоты генератора по максимуму сигнала на осциллографе вследствие изменения резонансной частоты контура, состоящего из ИК и катушки индуктивности, коробом. Испытания проводились в нормальных климатических условиях. Результаты испытаний представлены в таблице 3.

Результаты измерений напряженности электромагнитного поля вокруг компьютерного терминала показали, что при установке экрана с покрытием из композиции по изобретению уровень электрического поля в диапазоне частот 5 Гц-2 кГц уменьшается на 50-80%, а в диапазоне частот 2 кГц-400 кГц на 86-96%. Добротность объемного резонатора с покрытием снижается не менее чем в 35 раз в дециметровом диапазоне длин волн.

Таким образом, покрытие из композиции по изобретению работает как экран и как поглотитель электромагнитных волн в широком диапазоне частот и поэтому может широко применяться в медицине, радиопромышленности, гражданском строительстве и других областях, где происходит работа с электромагнитными излучениями.

Изобретение относится к технологии получения композиций для покрытий со специальными свойствами, в частности для экранирования электромагнитных излучении, и может использоваться в различных областях промышленности и быту, в частности в медицине, в радиопромышленности, в гражданском строительстве. Композиция содержит полимерное связующее в виде 19-21%-ного раствора хлорсульфированного полиэтилена в углеводородном растворителе и наполнитель - смесь сажи и графита. Технический результат - получение композиции с повышенной жизнеспособностью, что обеспечивает покрытию хорошие физико-механические и защитные свойства, экранирует электромагнитные излучения в радиолокационном, оптическом и лазерном диапазонах длин волн. 3 табл.

Композиция для покрытий, экранирующих электромагнитные излучения, включающая полимерное связующее и наполнитель, отличающаяся тем, что она содержит в качестве полимерного связующего 19-21%-ный раствор хлорсульфированного полиэтилена в углеводородном растворителе, а в качестве наполнителя смесь сажи и графита при следующем соотношении компонентов, мас. %:
19-21%-ный раствор хлорсульфированного полиэтилена в углеводородном растворителе - 63,0-69,2
Сажа - 10,0-12,0
Графит - 20,8-25,0