РАДИОПОГЛОЩАЮЩЕЕ ПОКРЫТИЕ
ELECTROMAGNETIC WAVE ABSORBING COATING

Изобретение относится к области разработки рецептуры и технологии нанесения радиопоглощающих покрытий, наносимых на металлические или резиновые поверхности наземных и морских объектов (танки, артиллерийские установки, корабли и др.) с целью уменьшения эффективной отражающей способности этих объектов и ослабления отражающихся от них сигналов электромагнитной энергии.
Среди большого количества направлений разработок, имеющих целью уменьшение эффективной отражающей способности и ослабление отраженных от них сигналов электромагнитной энергии, важное место занимают радиопоглощающие материалы как одно из основных направлений противорадиолокационной защиты танков, артиллерийских установок, кораблей и др. техники.
Одним из вариантов широкодиапазонного радиопоглощающего покрытия, наиболее полно выполняющего требования эффективного поглощения при незначительном отражении электромагнитной энергии, является покрытие, состоящее из проводящих волокон, не ориентированно расположенных в связующем из полимерного материала. Проводящие волокна в нем выполняются из алюминия (могут использоваться другие материалы). Длина волокон составляет половину длины волны падающего излучения, а типичная длина волны радиолокационных сигналов равна 5 см. Диаметр волокон 10 мкн. На волокна по всей длине нанесено изолирующее покрытие из эпоксидной или другой смолы.
Связующее, в котором диспергированы волокна, содержит наполнитель - керамику или графит. Такое связующее имеет высокий тангенс угла диэлектрических потерь и способно поглощать большое количество электромагнитной энергии. Толщину радиопоглощающего покрытия предпочтительно выбирают кратной нечетному числу четверти длины волны падающего излучения (1/4…3/4).
Такое радиопоглощающее покрытие наносится на танки, артиллерийские установки и другую технику напылением, накаткой, кистью или в виде отформованных листов. При воздействии излучения на покрытие волокна действуют как настроенные на данной частоте резонансные диполи, и электромагнитная энергия рассеивается в материале с потерями, в результате чего осуществляется защита танка, корабля, артиллерийской установки и др. от радиолокационного обнаружения.
В таком радиопоглощающем покрытии содержатся полимерное связующее, растворитель, вулканизующие агенты, проводящие волокна, изолирующее покрытие на волокнах, наполнитель (керамика или графит).
Рецептура таких радиопоглощающих покрытий и технология их нанесения на различные поверхности приведены, например, в сборнике «Зарубежная радиоэлектроника». №7, 1972 в разделе «Новые радиопоглощающие материалы» стр.115, 116./Под редакцией Я.А.Шнейдермана, и взяты нами в качестве прототипа.
Одной из актуальных проблем совершенствования рецептур и технологии нанесения этих радиопоглощающих покрытий является повышение эффективности их действия в расширенном диапазоне волн, уменьшение или полное погашение отраженной электромагнитной энергии, упрощение рецептуры и технологии нанесения покрытия.
Технической задачей изобретения является разработка рецептуры и технологии нанесения радиопоглощающего покрытия на металлические и резиновые поверхности наземных и морских объектов, летательных аппаратов, для которых масса радиопоглощающего покрытия не является обременительной, улучшение других качеств, являющихся недостатками прототипа, с целью их противорадиолокационной маскировки от поражения оружием, летящим к цели по радиолокационному сигналу.
Указанная техническая задача решена разработкой состава радиопоглощающего покрытия электромагнитной энергии для диапазона волн радиолокационных сигналов 1…20 см, содержащего связующее хлорсульфированный полиэтилен (ХСПЭ-МР), способный поглощать большие количества электромагнитной энергии, растворенный в толуоле, при этом дополнительно в растворе диспергированы углеволокна длиной, равной 3…20 мм, с нанесенным на них изолирующим покрытием, вулканизующие агенты, компонент с большим содержанием воздушных включений (микростеклосферы) и другие составляющие при следующем содержании компонентов, мас.%:
- хлорсульфированный полиэтилен (ХСПЭ-МР) - 12,0…15,0;
- толуол - 70,0…80,0;
- оксид магния (MgO) - 2,5…3,5;
- оксид цинка (ZnO) - 2,5…3,5;
- полиэтиленгликоль ПЭК-35 или моноалкилфенольный эфир полиэтиленгликоля ОП-7 или ОП-10 - 0,005…0,01;
- дифенилгуанидин - 0,020…0,030;
- микростеклосферы МСО-А9 - 3,5…4,5;
- углеволокно УКН-300, используемое в составе для 1-го слоя покрытия - 0,01…0,02;
- углеволокно «Углен Р-9», используемое в составе для 2-го слоя покрытия - 0,004…0,006;
- стеорокс-6 - 0,01…0,1;
из которого первый слой наносится на загрунтованные грунтовкой на основе глифталевой смолы металлические и резиновые поверхности с целью повышения адгезии к ним, напылением до толщины 2,8…3,2 мм обеспечивается примерно за 20…22 проходов с выдержкой после каждого прохода при температуре 15…35°С в течение не менее 15 минут и с сушкой после нанесения всего 1-го слоя при температуре 15…35°С в течение не менее 24 часов или же при температуре 65…75°С в течение 3…4 часов, после чего поверх 1-го слоя покрытия наносится 2-й слой того же состава, в котором вместо углеволокна УКН-300 используется углеволокно «Углен Р-9» до общей толщины покрытия не менее 5,5 мм примерно 18…20 проходов с режимами выдержки и сушки, использованными при нанесении 1-го слоя.
Компоненты, входящие в рецептуру предлагаемого радиопоглощающего покрытия, выпускаются промышленностью по следующей документации:
- хлорсульфированный полиэтилен ХСПЭ - МРТУ6-01-1379-88;
- толуол ГОСТ 5789-78;
- оксид магния (MgO) ГОСТ 4526-75;
- оксид цинка (ZnO) ТУ 10262-73;
- стеариновая кислота ГОСТ 9419-78;
- полиэтиленгликоль (ПЭК-35) ТУ 6-14-719-82 или моноалкилфенольный эфир полиэтиленгликоля марок ОП-7 или ОП-10 ГОСТ 8433-81;
- углеволокно УКН, измельченное (нарезанное) на кусочки длиной 20 мм, которые обработаны полиэтиленгликолем-35 или моноалкилфенольным эфиром полиэтиленгликоля марок ОП-7 или ОП-10 и стеороксом-6 (используется в составе для 1-го слоя покрытия);
- углеволокно «Углен Р-9» ТУ 6-06-И87-81, нить УКН, измельченная (нарезанная) на кусочки длиной - 3 мм, которые обработаны полиэтиленгликолем-35 или моноалкилфенольным эфиром полиэтиленгликоля марок ОП-7 или ОП-10 и стеороксом-6 (используется в составе для 2-го слоя покрытия);
- стеорокс-6 ГОСТ 8980-75;
- дифенилгуанидин ТУ6-09-05-1393 или ТУ 6-14-996-76;
- микросферы стеклянные марки МСО-А9 ТУ 6-11-367-75;
- глифталевая грунтовка АК-070 ГОСТ 25718-83.
1. Свойства радиопоглощающего покрытия
Основные характеристики предлагаемого покрытия следующие:
- внешний вид состава - однородная масса белого цвета с включениями в виде дробленных волокон, контролируется визуально при естественном рассеянном свете;
- условная вязкость состава по вискозиметру типа ВЗ-246, с диаметром сопла (4,0±0,015) мм при Т=20±5°С - 125…170 сек. Определяется по ГОСТ 8420-74;
- степень перетира полуфабриката состава, мкн - 90…95, определяется по ГОСТ 6589-74;
- устойчивость к стеканию при Т=20±5°С в течение 60 мин, мм, не более - 10 (стекание по вертикальной стенке при толщине покрытия 1,0 мм);
- жизнеспособность состава при Т=20±5°С, час, не менее 4, по нарастанию вязкости;
- время высыхания слоя покрытия при Т=65…75°С, час, 3…4; при Т=15…35°С, час, не менее 24, по ГОСТ 19007-73;
- внешний вид покрытия - поверхность белого цвета, волнистая, без трещин, отслоений, контролируется визуально;
- толщина покрытия, мм, не менее - 5,5, измеряется штангенглубиномером;
2
- прочность скрепления с подложкой, кгс/см, не менее - 12, определяется методом отрыва от подложки;
2
- удельная масса покрытия, кгс/м, не более 3,5, определяется взвешиванием.
2. Технология изготовления состава
2.1. Подготовка компонентов
Вначале готовится 15%-ный раствор ХСПЭ в толуоле. Для этого навеска продукта ХСПЭ помещается в герметичную емкость или смеситель, заливается навеска толуола и выдерживается в течение 72 часов при периодическом перемешивании до получения однородного раствора без нерастворившихся комков.
2.2. Параллельно готовятся другие компоненты.
2.2.1. Измельчение стеариновой кислоты производится в шаровой мельнице (или другом измельчительном аппарате) в течение 2-х часов.
2.2.2. Сушка микростеклосфер. Для этого микростеклосферы насыпаются на противень (лоток) слоем толщиной до 30 мм и сушатся при температуре 120±5°С в течение 2±0,5 часа.
2.2.3. Углеволокно измельчается (нарезается) длиной для:
- УКН-300 - 20 мм.
- Углен Р-9 - 3 мм.
2.2.4. Распушение углеволокон производится следующим образом: навеска измельченного (нарезанного) волокна помещается в емкость, заполненную на 3/4 объема теплой водой (температура 25…30°С), затем добавляется навеска стеорокса-6 или растворенного в воде мыла (концентрацией 50% и перемешивается постоянно в течение 2 часов).
Затем масса фильтруется через мелкоячеистое сито или ткань промывается теплой водой. Волокна с сита или ткани перекладываются на лоток слоем толщиной до 20…30 мм и сушатся в сушильном шкафу при Т=120±5°С в течение 2-х часов.
Затем производится обработка волокон полиэтиленгликолем ПЭГ-35 путем опрыскивания пульверизатором навески волокна навеской ПЭГ-35 при перемешивании.
2.3. Приготовление состава
2.3.1. В смеситель с мешалкой заливается требуемое количество приготовленного 15%-ного раствора ХСПЭ, вводятся навески оксида магния и оксида цинка, стеариновой кислоты и вся смесь перемешивается в течение 10…15 минут.
2.3.2. При работающей мешалке вводится навеска стеклосфер, затем навеска углеволокна, обработанного полиэтиленгликолем ПЭГ-35. Масса перемешивается в течение 20…25 минут.
2.3.3. После этого в данную смесь вводится отвердитель дифенилгуанидин и производится перемешивание в течение 5…6 минут.
После этого состав готов для нанесения на поверхности деталей техники.
3. Нанесение состава и формирование покрытия
3.1. Нанесение грунтовки АК-070 на металлические поверхности. Перед нанесением грунтовки АК-070 ГОСТ 25718-83 с поверхности металла удалить загрязнения и обезжирить ее толуолом. Грунтовка наносится краскораспылителем марки СО-123 с соплом диаметром 1…5 мм с помощью сжатого воздуха в один проход. После этого производится сушка при температуре помещения 15…35°С в течение не менее 15 минут.
2
3.2. Для нанесения радиопоглощающего покрытия на детали техники используется тот же краскораспылитель СО-123, но с соплом диаметром 6 мм. Давление сжатого воздуха в трубопроводе при нанесении грунтовки АК-070 и покрытия должно быть 3,0…4,5 кгс/см.
3.3. Сначала наносится 1-й слой покрытия.
Первый слой покрытия (состав с углеволокном УКН-300) толщиной 2,8…3,2 мм обеспечивается примерно за 20…22 прохода. После каждого прохода покрытие выдерживается для подсушивания при температуре 15…35°С в течение не менее 15 минут.
После нанесения всего первого слоя (20…22 прохода) производится сушка не менее 24 часов, или же детали следует поместить в сушильную камеру при температуре 65…75°С и выдержать длительностью 3…4 часа.
Каждый проход при нанесении покрытия рекомендуется делать во взаимно перпендикулярных плоскостях.
Затем наносится 2-й слой покрытия.
3.4. Технология нанесения 2-го слоя покрытия (с углеволокном Углен Р-9) аналогична технологии нанесения 1-го слоя, 2-й слой наносится также примерно за 18…20 проходов.
После этого все покрытие должно пройти сушку в течение не менее 24 часов при температуре 15…35°С или быть выдержано в сушильной термостойкой камере при Т=65…75°С в течение 3…4 часов.
Общая толщина покрытия должна быть не менее 5,5 мм. После нанесения покрытия контролируются его радиофизические свойства. Разработанный 2-слойный радиопоглощающий материал обеспечивает ослабление электромагнитного сигнала от 50 до 10 децибел при длине волны 1…20 см.
Изготовление радиопоглощающего состава и его нанесение на металлические и резиновые поверхности защищаемой техники приведены в примере.
Пример
Приготовление радиопоглощающего состава состояло из следующих стадий:
Для 1-го слоя:
- вначале готовили 15%-ный раствор хлорсульфополиэтилена в толуоле массой 1500 г (из них: навеска хлорсульфополиэтилена - 225 г, навеска толуола - 1275 г);
- брали навески: оксида магния - 43,5 г; оксида цинка - 43,5 г; стеариновой кислоты - 43,5 г; стеклянные микросферы марки МСО А9 - 59,0;
- эти навески компонентов смешивали с 15%-ным раствором хлорсульфополиэтилена в толуоле и получали суспензию на основе раствора хлорсульфополиэтилена;
- нить углеродную УКН измельчали (нарезали) на длину 20 мм в количестве 0,25 г и обрабатывали полиэтиленгликолем - 35 в количестве 2,35 г и стеороксом-6 в количестве - 1,8 г; после обработки измельченных углеродных волокон УКН полиэтиленгликолем-35 и стеороксом-6 углеволокнам УКН присваивали индекс УКН-300;
- затем углеволокна УКН-300 смешивали с суспензией на основе хлорсульфополиэтилена;
- отвердитель дифенилгуанидин в количестве 0,4 г вводился в состав перед использованием и перемешивался в течение 5 минут.
После этого состав для нанесения 1-го слоя радиопоглощающего покрытия готов для нанесения на металлические или резиновые поверхности техники.
2
- Приготовленный состав наносили краскораспылителем с диаметром сопла 6 мм на металлическую поверхность, предварительно загрунтованную грунтовкой АК-070 ГОСТ 25718-83 сжатым воздухом при избыточном давлении 0,4±0,1 МПа (4,0±1,0 кгс/см).
- Для достижения толщины 3,0±0,2 мм потребовался 21 проход состава. После каждого прохода состав, нанесенный на деталь, выдерживался при температуре 20…25°С в течение не менее 15 минут, т.е. состав подвергался подсушке при температуре помещения.
- После достижения толщины 3,0 мм производилась сушка покрытия на деталях в термостате при Т=70±2°С в течение 4-х часов.
- После этого готовился состав и проводилось нанесение на 1-й слой второго слоя радиопоглощающего покрытия.
2-й слой покрытия
- Рецептура состава, навески компонентов и технология изготовления и нанесения были такими же, что применялись при нанесении 1-го слоя радиопоглощающего покрытия, за исключением того, что использовали углеволокна «Углен Р-9» в количестве 0,75 г вместо УКН-300, который использовался в количестве 0,25 г. То есть навеска «Углена Р-9» составила 0,75 г на 1500 г состава. Изготовление состава для 2-го слоя радиопоглощающего покрытия, его нанесение и сушку производили по тем же режимам, которые использовались при изготовлении и нанесении 1-го слоя. Наносилось покрытие в 18 проходов, его толщина была получена 2,6 мм.
Общая толщина радиопоглощающего покрытия получилась 5,6 мм.
Его окончательная сушка производилась также при температуре 70±2°С в течение 4-х часов.
В другой серии опытов радиопоглощающее покрытие наносилось на металлические и резиновые детали техники по режимам, приведенным выше. Сушка 2-го слоя и окончательно всего покрытия была произведена при комнатной температуре 22°С в течение 25 часов.
Общая толщина покрытия получилась 5,7 мм. Требуемая толщина покрытия должна быть не менее 5,5 мм