Способ получения трехслойного радиопоглощающего покрытия Российский патент 2025 года по МПК C09D5/32 C09D163/00 B32B27/38 

Изобретение относится к способам получения и применения композиционных материалов, состав и структура которых обеспечивают поглощение электромагнитных волн (ЭМВ) в широком диапазоне сверхвысоких частот (СВЧ). Области применения технологии охватывают различную аппаратуру - летательную, морскую, наземную, стационарные и переносные приборы промышленного, оборонного, бытового назначения, средства индивидуальной и коллективной защиты от СВЧ-излучений.

Технология основана на взаимодействии электромагнитного излучения со структурой композитного материала, при котором происходят процессы рассеяния, поглощения и интерференции ЭМВ.

Существует множество радиопоглощающих покрытий (РПП), основанных на различных физических явлениях. Одним из наиболее часто используемых компонентов таких покрытий являются ферриты (ферритовые частицы), которые применяются в качестве радиопоглощающего наполнителя в полимерной матрице или в виде пленки. При использовании ферритов поглощение ЭМВ происходит за счет диэлектрических явлений (потери на медленные виды упругой поляризации, объемные резонансы, отражение от границ раздела сред), магнитных явлений (потери на перемагничивание, ядерный, электронный, ферромагнитный, доменный резонансы). Для ослабления отражения используют, например, резонансное РПП, основанное на принципе экрана Солсбери - использование двухслойного покрытия, состоящего из радиопоглощающего слоя и согласующего четвертьволнового слоя (применяется для узкополосных РПП). Но наиболее результативным способом снижения отражения падающей ЭМВ является применение многослойных РПП с поэтапным изменением волнового сопротивления (за счет наличия нескольких слоев с различными коэффициентами преломления), что расширяет полосу рабочих частот РПП.

В заявляемом «Способе получения трехслойного радиопоглощающего покрытия» покрытие является трехслойным, эффективно работающим в интервале температур от минус 60°С до плюс 200°С (кратковременно), с хорошей адгезией к металлическим или композитным поверхностям на эпоксидной основе (σ_{отр.(Амг-6)}=11-17 МПа; τ_сдв~10МПа), в широкой полосе частот.

Известен способ получения РПП (Ю.К. Ковнеристый, И.Ю. Лазарева, А.А. Раваев. Материалы, поглощающие СВЧ-излучение. Наука, М., 1982 г., с. 46), по которому в жидкое полимерное связующее или его раствор вводят дисперсный радиопоглощающий наполнитель (графит, феррит, сегнетоэлектрики, металлические сплавы типа "альсифер" и т.п.), а затем полученный жидкий материал наносят на защищаемую металлическую поверхность. Недостатком данного способа является работоспособность в узком диапазоне длин волн.

Известен способ из патента РФ №2502766 С1 «Радиопоглощающий материал и способ получения радиопоглощающего покрытия», опубл. 27.12.2013 г., заключающийся в нанесении на металлическую подложку слоев радиопоглощающего материала, представляющего собой связующее, наполненное дисперсным наполнителем, микрошариками, изготовленными из природного граната по плазменной технологии, в количестве 20-70 мас. %, и дополненное мелкодисперсными частицами кобальта от 0,01 до 1,00 мас. %. Недостатками данного способа являются узкополосность, сушка покрытия при высоких температурах (180-200°С).

Наиболее близким к заявляемому изобретению по технической сущности является способ, представленный в патенте РФ №2626073 С1 «Сверхширокополосное радиопоглощающее покрытие», опубл. 21.07.2017 г., изготовление которого заключается в поочередном нанесении пяти слоев, наполненных ферромагнитными частицами с различными формами и размерами, шестого согласующего слоя с пониженной диэлектрической проницаемостью и седьмого дополнительного согласующего слоя для высокочастотной области спектра. Указанный патент принимается в качестве прототипа. В прототипе достигается цель разработки радиопоглощающего покрытия, работающего в сверхшироком диапазоне частот с коэффициентом отражения не более -10 дБ.

Однако недостатком прототипа является большая по сравнению с заявленным решением толщина (12 мм), большое количество слоев, длительный процесс нанесения каждого слоя и сложность выдержки толщины каждого слоя, разнотолщинность конечного семислойного покрытия в связи с необходимостью выдержки определенных характеристик для каждого слоя.

Техническая задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в уменьшении толщины и количества слоев РПП и обеспечении постоянства толщины покрытия на поверхностях, покрываемых РПП, строго выдерживая при этом геометрию профиля.

Поставленная техническая задача реализуется за счет использования заливочной технологии нанесения каждого из трех слоев РПП в формообразующих оснастках по заявленному способу с промежуточным отверждением первого и второго слоя и заключительной полимеризацией всего покрытия.

Техническим результатом заявленного способа являются:

1. Относительная простота изготовления покрытия благодаря трехступенчатой заливке в формообразующей оснастке;

2. Относительно невысокая температура формирования (+80°С), позволяющая использовать простую в изготовлении формообразующую оснастку, например, из модельного пластика;

3. Коэффициент отражения от плоского образца при нормальном падении электромагнитной волны не более -10 дБ в диапазоне частот от 2 ГГц до 14 ГГц.

4. Относительно небольшая толщина покрытия: от 9 мм до 10 мм.

5. Возможность применения в конструкциях, требующих постоянного значения толщины и наружной конфигурации радиопоглощающего покрытия.

Заявляемый «Способ получения трехслойного радиопоглощающего покрытия» осуществляется следующим образом.

Проводят приготовление составов для каждого из трех слоев РПП при следующем соотношении компонентов:

Первый слой: 80-90 мас. % полого микродисперсного наполнителя магнетитного типа сферической формы, 10-20 мас. % эпоксиполиэфируретанового связующего;

Второй слой: 60-83 мас. % карбонильного железа, 0-2 мас. % микростеклосфер, 17-40 мас. % эпоксиполиэфируретанового связующего;

Третий слой: 5-15 мас. % микростеклосфер, 85-95 мас. % эпоксиполиэфируретанового связующего.

В процессе приготовления компоненты каждого из указанных составов покрытия подогреваются при температуре от +70°С до +80°С и смешиваются в течение 10-15 минут, затем составы вакуумируются до полного прекращения выделения пузырьков воздуха при остаточном давлении от - 0,2 кгс/см² до - 0,5 кгс/см² при той же температуре. Приготовленные и вакуумированные составы покрытия для каждого слоя наносятся на металлическую или композитную поверхность методом заливки поочередно: сначала первый слой, затем второй слой и потом третий слой в жесткие формообразующие оснастки, оформляющие поверхности которых предварительно очищены и обработаны антиадгезивом, например, на кремнийорганической основе. Формообразующие оснастки за счет своей жесткости обеспечивают получение слоев РПП расчетной толщины, строго выдерживая при этом геометрию наружного профиля покрываемых РПП деталей. Полная полимеризация слоев производится в течение 23-25 часов при температуре от +75°С до +85°С, причем, нанесение второго слоя на первый, и третьего слоя на второй может производиться уже спустя 2-3 часа после начала отверждения первого и второго слоев, соответственно, что сильно сокращает полное технологическое время получения трехслойного покрытия. Температурный диапазон выбран для применения простой в изготовлении формообразующей оснастки, например, из модельного пластика.

Для улучшения гомогенности слоев РПП заливку производят при повышенном давлении от 1,2 кгс/см² до 1,5 кгс/см² в замкнутую герметичную оснастку.

Примером реализации заявляемого способа является трехслойное РПП при следующем соотношении компонентов и толщинах слоев:

первый слой: 88,5 мас. % полого микродисперсного наполнителя магнетитного типа сферической формы, 11,5 мас. % эпоксиполиэфируретанового связующего толщиной 1,5 мм;

второй слой: 81,5 мас. % карбонильного железа, 1,5 мас. % микростеклосфер, 17,0 мас. % эпоксиполиэфируретанового связующего толщиной 1,5 мм;

третий слой: 11,0 мас. % микростеклосфер, 89,0 мас. % эпоксиполиэфируретанового связующего толщиной 6,0 мм.

Первый слой образца РПП нанесен на плоскую металлическую пластину, отвержден при температуре +80°С в течение 2 часов, а остальные нанесены последовательно один на другой с отверждением второго слоя также при температуре +80°С в течение 2 часов и заключительным отверждением третьего слоя и полимеризацией всего РПП при температуре +80°С в течение 24 часов. Отверждение и полимеризация слоев РПП произведены в формообразующей оснастке, обеспечивающей получение каждого слоя требуемой расчетной толщины. Детали с оформленным РПП извлекают из оснастки. Полученное РПП при толщине 9 мм обеспечивает коэффициент отражения от плоского образца при нормальном падении электромагнитной волны не более -10 дБ в диапазоне частот от 2 ГГц до 14 ГГц.

Таким образом, получают РПП толщиной не более 10 мм, обеспечивая коэффициент отражения от плоского образца при нормальном падении электромагнитной волны не более -10 дБ в диапазоне частот от 2 ГГц до 14 ГГц, при этом выдержаны толщина и наружная конфигурация покрытия. Возможно изменение характеристик РПП (ширина частотного диапазона, минимальный коэффициент отражения) с помощью изменения его конструкции (концентрация ингредиентов, толщина слоев).

Изобретение может быть использовано при изготовлении композиционных материалов для защиты от СВЧ-излучений. Способ получения трехслойного радиопоглощающего покрытия включает нанесение на металлические или композитные поверхности покрытия путем заливки. При этом первый слой покрытия содержит полый микродисперсный наполнитель магнетитного типа сферической формы и эпоксиполиэфируретановое связующее, второй слой покрытия – карбонильное железо, микростеклосферы, эпоксиполиэфируретановое связующее, третий слой – микростеклосферы и эпоксиполиэфируретановое связующее. Компоненты каждого слоя предварительно подогревают, смешивают и вакуумируют до полного прекращения выделения пузырьков воздуха. Затем слои покрытия поочередно заливают в оснастку, выполняют промежуточное отверждение первого и второго слоев и заключительную полимеризацию при температуре 75-85°С в течение 23-25 часов с образованием радиопоглощающего покрытия толщиной не более 10 мм. Изобретение позволяет получить радиопоглощающее покрытие с уровнем поглощения не выше -10 дБ в диапазоне частот от 2 ГГц до 14 ГГц с возможностью применения в конструкциях, требующих постоянного значения толщины. 1 пр.

Способ получения трехслойного радиопоглощающего покрытия, включающий нанесение на поверхность нескольких слоев подготовленного материала, отличающийся тем, что нанесение осуществляют путем заливки в формообразующую оснастку составов покрытия при следующем соотношении компонентов:

первый слой: 80-90 мас. % полого микродисперсного наполнителя магнетитного типа сферической формы, 10-20 мас. % эпоксиполиэфируретанового связующего;

второй слой: 60-83 мас. % карбонильного железа, 0-2 мас. % микростеклосфер, 17-40 мас. % эпоксиполиэфируретанового связующего;

третий слой: 5-15 мас. % микростеклосфер, 85-95 мас. % эпоксиполиэфируретанового связующего;

предварительно компоненты каждого из указанных слоев подогреваются, смешиваются и вакуумируются до полного прекращения выделения пузырьков воздуха, затем слои расчетной толщины поочередно заливают в оснастку, выполняют промежуточное отверждение первого и второго слоев и заключительную полимеризацию при температуре от +75°С до +85°С в течение 23-25 часов с образованием радиопоглощающего покрытия толщиной не более 10 мм.