Радиопоглощающий материал холодного отверждения
COLD-SETTING RADAR-ABSORBING MATERIAL

Изобретение относится к негорючим, устойчивым к воздействию высоких температур (≥1000°С) радиопоглощающим материалам (РПМ), и может быть использовано в безэховых камерах.
Обычно РПМ состоят из матрицы с низкой диэлектрической проницаемостью, в которой равномерно распределен дисперсный электропроводящий компонент, например, углерод технический, сажа, графит, карбонильное железо, ферриты.
т
paзл
разл
Матрицы различаются по термостойкости (Т), что позволяет условно разделить их на два типа: низкотемпературные, в которые входят матрицы на основе органических и элементорганических полимеров (T<200°С) и высокотемпературные (термостойкие) - из неорганических материалов (T>800°С).
В качестве матриц РПМ наиболее широко используются следующие органические полимеры: пенополиуретан (RU 2275719, RU 2410777), отвержденная эпоксидная смола (RU 2355081, RU 2417491, RU 2500704, RU 2570003), элементорганические соединения (RU 2273925, US 5764181). Существенными недостатками РПМ на основе матриц из органических и элементорганических полимеров являются горючесть, низкая термостойкость, вредные газообразные продукты, выделяющиеся при термическом воздействии, и высокий удельный вес, особенно при использовании порошковых магнитных наполнителей.
Известно использование для РПМ в качестве диэлектрического связующего неорганических материалов: пеностекла (RU 2375793, RU 2494507, RU 2707656, CN 1286474) или керамики (титанат марганца, оксид алюминия) (JP 19960090003, RU 2681330). Важным недостатком известных термостойких РПМ является необходимость использования в процессе изготовления материала высоких температур (выше 900°С), что требует больших энергозатрат, усложняет и удорожает их производство. Кроме того, известные материалы с неорганической матрицей имеют сравнительно высокий удельный вес.
Наиболее близким к предлагаемому РПМ является материал, получаемый холодным отверждением полисилоксановой композиции, содержащей до 75 мас. % карбонильного железа (RU 2493186, МПК C09D 5/32, C08L 83/04, С08K 3/08, H01Q 17/00, опубл. 20.09.2013) (прототип). Полимерная композиция для получения РПМ-прототипа содержит следующие компоненты (масс. ч.):
Каучук низкомолекулярный диметилсилоксановый СКТН
13-20;
Каучук высокомолекулярный СКТ
2-3
Жидкость полиметилсилоксановая
2-3
Тетраэтоксисилан или его производные
2-3
Железо карбонильное радиотехническое Р-10
78-90
Катализатор холодного отверждения К-68
1,0-1,5
Полиэтиленполиамин (регулятор скорости отверждения)
До 1,0
Высокое содержание карбонильного железа в композиции и ее многокомпонентность не позволяют получить РПМ-прототип простым смешиванием компонентов с последующим отверждением - неизбежно образование большого количества воздушных пузырей на границе раздела: железо-каучук и оседание порошка железа в процессе отверждения, что приводит к снижению однородности состава материала и ухудшению его радиотехнических характеристик.
Для устранения указанных недостатков получаемого материала авторам РПМ-прототипа пришлось существенно усложнить процесс его получения.
Сначала карбонильное железо смешивают с низкомолекулярным каучуком СКТН и с частью производных тетраэтоксисилана и полиметилсилоксана и выдерживают не менее 24 часов - получают компонент А. При этом практически все воздушные включения покидают объем смеси.
Каучук высокомолекулярный СКТ предварительно растворяют в части полиметилсилоксана и производных тетраэтоксисилана, полученный компонент Б выдерживают также не менее 24 часов.
Компоненты А и Б смешивают друг с другом для получения РПМ непосредственно перед внесением катализатора отверждения, предварительно смешанного с полиэтиленполиамином.
Как видно из вышеприведенного, РПМ-прототип отличается сложностью процесса получения из многокомпонентной композиции. Существенными недостатками РПМ-прототипа являются горючесть, низкая термостойкость, вредные газообразные продукты, выделяющиеся при термическом воздействии, и высокий удельный вес. При этом материал-прототип может быть использован только для нанесения слоев малой толщины.
3
Задачей предлагаемого изобретения является создание РПМ холодного отверждения, который будет отличаться негорючестью (класс НГ), высокой термостойкостью, отсутствием продуктов деструкции при термическом воздействии, низкой плотностью (не более 0,2-0,3 г/см), требуемыми радиотехническими характеристиками, а также простой, энергосберегающей технологией изготовления.
Решение поставленной задачи достигается предлагаемым радиопоглощающим материалом, содержащим диэлектрическое связующее и поглощающий электромагнитное излучение компонент, который в качестве диэлектрического связующего содержит продукт отверждения олигомера метоксисилоксана октагидратом оксихлорида циркония (ОХЦ), в качестве поглощающего электромагнитное излучение компонента -сажу и дисперсное углеродное волокно и дополнительно содержит полые стеклянные микросферы при следующем соотношении компонентов, мас. %:
олигомер
48,8-55,0
ОХЦ
2,8-5,6
полые стеклянные микросферы
30,0-40,2
сажа
6,8-10,0
дисперсное углеродное волокно
0-2,2,
и получен смешением олигомера с водным раствором ОХЦ при массовом соотношении олигомер/вода=1: 0.40-0.45, последовательным введением в полученную эмульсию наполнителей и отверждением при комнатной температуре.
3
3
Средний размер полых стеклянных микросфер составляет 65 мкм. Отличительной особенностью предлагаемого РПМ, помимо огнестойкости и высокой термостойкости, является низкая удельная плотность (0,20-0,27 г/см), что повышает его эффективность. Снижение плотности РПМ достигается введением полых стеклянных микросфер и применением в процессе получения РПМ порообразователя - воды, которая испаряется, создавая микропоры. При отклонении количества воды от оптимальной концентрации наблюдается укрупнение пор, что ухудшает характеристики материала. Время, за которое достигается окончательная плотность РПМ, равная 0,2 - 0,3 г/см, составляет около 2 суток (см. рис, на котором приведена зависимость плотности предлагаемого РПМ от времени выдержки: кривая 1 - пример 1 в таблице, кривая 2 - пример 2 в таблице).
При содержании полых стеклянных микросфер в составе предлагаемого РПМ выше 40,2 мас. % ухудшаются радиотехнические характеристики материала. Увеличение среднего диаметра микросфер выше 65 мкм также ухудшает свойства РПМ.
Для обеспечения необходимых радиотехнических характеристик содержание сажи в РПМ должно быть не менее 6,8 мас. %, повышение выше 10 мас. % приводит к увеличению удельной плотности материала.
Введение углеродного волокна упрочняет материал и благоприятно сказывается на радиотехнических свойствах.
2
2
Предлагаемый РПМ получают следующим образом. Олигомер метоксисилоксана при интенсивном перемешивании добавляют к раствору ОХЦ (ZrOCl⋅8HO) в воде при массовом соотношении олигомер/вода=1:0.40-0.45. В полученную суспензию, продолжая перемешивание, последовательно вводят сажу, полые стеклянные микросферы и углеродное волокно. Смесь выдерживают при комнатной температуре в течение двух суток. Состав и свойства полученных образцов РПМ приведены в таблице.
3
Заявляемый РПМ характеризуется огнестойкостью, высокой термической стойкостью и низкой плотностью (не более 0,27 г/см). Материал экологически безопасен, подвергается механической обработке, поглощает электромагнитное излучение в рабочем диапазоне СВЧ волн современных радаров 8-12 ГГц. Уменьшение мощности излучения превышает стократное, коэффициент отражения не более -30 дБ.
Предлагаемый РПМ получают по простой, экологически чистой и энергосберегающей технологии с использованием отечественных материалов и оборудования.
Таблица. Состав и свойства образцов предлагаемого РПМ.
№
Олигомер, мас.%
ОХЦ, мас.%
Полые стекл. микросферы, мас.%
Сажа, мас.%
Углеродное волокно,мас.%
Плотность, г/см<sup>3</sup>
Коэффициент отражения, дБ
1
55,0
2,8
30,0
10,0
2,2
0,20
- 30,0
2
50,4
5,6
35,0
9,0
-
0,24
- 18,5
3
48,8
4,2
40,2
6,8
-
0,27
- 22,0