RADAR ABSORBENT COATING, WHICH REDUCES REFLECTION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION FROM METAL AND METALLIZED SURFACES IN THE X-BAND OF FREQUENCIES, AND A METHOD FOR PREPARATION AND APPLICATION THEREOF
Радиопоглощающее покрытие, снижающее отражения электромагнитного излучения от металлических и металлизированных поверхностей в Х-диапазоне частот, и способ его приготовления и нанесения

Изобретение относится к радиопоглощающим материалам и предназначено для снижения отражений электромагнитного излучения от металлических и металлизированных поверхностей в Х-диапазоне частот.
Известно изобретение, патент №2200749 от 2003 года, в котором описан способ приготовления и нанесения на металлические и металлизированные поверхности радиопоглощающего материала, ослабляющего электромагнитное излучение, проходящее через слой материала, на центральной частоте Х-диапазона.
Коэффициент отражения в Х-диапазоне частот сильно зависит от толщины слоя, так как наполнителем радиопоглощающего материала является ультрадисперсный порошок карбида ниобия, обладающего большой диэлектрической постоянной, большими диэлектрическими потерями и незначительными магнитными потерями. При заявленных достаточно высоких поглощающих свойствах запатентованный материал имеет значительные коэффициенты отражения до минус 13 дБ в Х-диапазоне частот при толщинах покрытий от 1.0 до 2.0 мм.
Ослабление отражений электромагнитного излучения указанным радиопоглощающим материалом в Х-диапазоне частот существенно хуже, чем требуется в стоящей перед авторами данной заявки задаче - достичь в Х-диапазоне частот снижения уровней отражений электромагнитного излучения от металлических и металлизированных поверхностей не менее чем на 15 дБ.
Наиболее близким к заявленному изобретению прототипом является радиопоглощающее покрытие US 4116906, TDK ELECTRONICS СО, Ltd, 26.09.1978, представляющее собой отверждаемую жидкую композицию на основе раствора хлорсульфированного полиэтилена и высокодисперсного порошка железа. В известном изобретении содержится также способ, характеризующийся приготовлением жидкой композиции из используемых компонентов и нанесением ее на загрунтованную и очищенную от загрязнения металлическую или металлизированную поверхность.
Недостатком указанного радиопоглощающего покрытия, нанесенного на металлические и металлизированные поверхности, является сравнительно высокий уровень отражений электромагнитного излучения в Х-диапазоне частот. При толщине покрытия от 1.0 до 2.0 мм коэффициент отражения составляет минус 10 дБ, что хуже требуемого - менее минус 15 дБ.
Технический результат при нанесении заявляемого радиопоглощающего покрытия на металлические и металлизированные поверхности выражается в снижении уровней отражений электромагнитного излучения от металлических и металлизированных поверхностей в Х-диапазоне частот не менее чем на 15 дБ. При перпендикулярном падении электромагнитных волн на металлические или металлизированные поверхности с нанесенным радиопоглощающим покрытием толщиной от 1.0 до 2.0 мм коэффициент отражения по мощности составляет менее 3.1% или минус 15 дБ.
Нанесенное радиопоглощающее покрытие на металлические и металлизированные поверхности изделий улучшает технико-эксплуатационные характеристики изделий в части радиоскрытности изделий, электромагнитной совместимости, защиты обслуживающего персонала от воздействия электромагнитного излучения.
Указанный технический результат достигается тем, что наносимое радиопоглощающее покрытие, снижающее отражения электромагнитного излучения от металлических и металлизированных поверхностей в Х-диапазоне частот, представляющее собой отверждаемую жидкую композицию на основе раствора хлорсульфированного полиэтилена и наполнителя высокодисперсного порошка карбонильного железа, и тем, что жидкая композиция также содержит порошки оксида цинка, оксида магния, кислоты стеариновой, порошок дифенилгуанидина и жидкий ундециловый спирт, при этом количественное соотношение массовых частей составляет 1000 - для 15%-го раствора полиэтилена хлорсульфированного в толуоле, 715 - для железа карбонильного, 11 - для цинка оксида, 11 - для магния оксида, 11 - для кислоты стеариновой, 0.3 - для дифенилгуанидина, 0.33 - для ундецилового спирта, причем жидкая композиция послойно нанесена на металлические или металлизированные поверхности, послойно просушена, образует при этом пленку требующейся толщины от 1.0 до 2.0 мм.
Указанный технический результат достигается также тем, что жидкую композицию приготавливают путем тщательного перемешивания компонентов, при этом относительную погрешность приготовления навесок сыпучих компонентов обеспечивают не более 0.5%, обеспечивают вязкость приготовленной жидкой композиции в пределах от 20 до 40 секунд по прибору В3-4, затем приготовленную жидкую композицию наносят методом послойного с толщиной слоев 0.08-0.15 мм пневматического напыления с диаметром сопла не более 5 мм, каждый слой наносят двумя скрещивающимися проходами, перед нанесением каждого очередного слоя нанесенный слой высушивают не менее 15-25 минут при температуре окружающего воздуха не ниже плюс 15°С, окончательно поверхности с нанесенным радиопоглощающим покрытием выдерживают при температуре от плюс 15°С до 35°С не менее трех суток, по истечении которых на поверхности наносят защитное лакокрасочное радиопрозрачное покрытие.
Все используемые в изобретении компоненты, вещества и материалы являются широко используемыми в промышленности на территории России.
На фиг. 1 графически представлены уровни сниженных отражений от металлических и металлизированных поверхностей с нанесенным радиопоглощающим покрытием, полученные при его испытаниях, в Х-диапазоне частот.
Радиопоглощающее покрытие действует следующим образом.
Радиопоглощающее покрытие приобретает свои эффективные радиопоглощающие свойства в Х-диапазоне частот благодаря качественному и количественному составу жидкой композиции, послойному нанесению композиционного материала на металлические и металлизированные поверхности с образованием на поверхности ряда однородных по составу и одинаковых по плотности тонких поглощающих слоев толщиной от 0.08 до 0.1 мм и быстрому отверждению каждого слоя. Таким образом, на металлической или металлизированной поверхности, отражающей электромагнитную волну, возникает эффективно поглощающая излучение однородная пленка малой толщины, обладающая диэлектрическими и магнитными потерями. Толщина пленки в зависимости от количества нанесенных и отвержденных слоев жидкой композиции составляет от 1.0 до 2.0 мм.
В отличие от прототипа, где максимальный коэффициент поглощения достигается за счет магнитных потерь при использовании порошкообразных ферритов и железа, в заявленном изобретении используется порошок карбонильного железа, а также в качестве дополнительных наполнителей используются порошки оксида магния и оксида цинка, которые увеличивают комплексную диэлектрическую постоянную.
Коэффициент поглощения энергии волны композиционным материалом существенно зависит от однородности слоев пленки. Получению однородных слоев способствует использование в рецептуре жидкой композиции поверхностно-активных веществ: порошка стеариновой кислоты и жидкого ундецилового спирта.
Отвержденный композиционный материал приобретает резонансные поглощающие свойства в центральной части Х-диапазона частот, где без отражения от материала происходит практически полное поглощение электромагнитной волны, падающей перпендикулярно металлической или металлизированной поверхности с нанесенным покрытием, при этом коэффициент отражения составляет менее минус 40 дБ. Частоту резонансного поглощения можно сдвигать по Х-диапазону частот, изменяя при осуществлении изобретения толщину наносимого радиопоглощающего покрытия.
Порошки оксида магния и дифенилгуанидина обеспечивают послойную вулканизацию наносимой жидкой композиции, а порошок оксида цинка является дополнительным наполнителем и вулканизирующим агентом. Дифенилгуанидин ускоряет вулканизацию и отверждение жидкой композиции.
Радиопоглощающее покрытие сохраняет свои радиопоглощающие свойства при рабочих температурах от минус 60 до плюс 130 градусов Цельсия, имеет высокие адгезионные свойства, позволяющие использовать его и в качестве дополнительной защиты металлических и металлизированных поверхностей.
Перед нанесением радиопоглощающего покрытия на металлические и металлизированные поверхности осуществляют приготовление жидкой композиции. По результатам испытаний радиопоглощающего покрытия наилучшие показатели были достигнуты для качественного состава, количественного состава и структуры ингредиентов композиции, приведенных в таблице 1.
Относительная погрешность приготовления навесок компонентов не должна превышать 0.5%.
Способ приготовления и нанесения радиопоглощающего покрытия осуществляется следующим образом.
Радиопоглощающее покрытие представляет собой отвержденную жидкую композицию на основе раствора хлорсульфированного полиэтилена и карбонильного железа с вулканизирующими добавками, отверждающими добавками и поверхностно активными веществами. Компоненты приготавливаются, смешиваются, получившаяся жидкая композиция послойно наносится на металлические и металлизированные поверхности методом пневматического напыления и послойно высушивается.
Раствор хлорсульфированного полиэтилена в толуоле профильтровывают через 4 слоя марли или сетки. Оксид магния, оксид цинка, карбонильное железо, стеариновую кислоту и ундециловый спирт, взвешенные в соответствии с таблицей 1, вводят в раствор хлорсульфированного полиэтилена и перемешивают. После смешивания измеряют вязкость жидкой композиции, которая должна быть в пределах от 20 до 40 секунд по ВЗ-4.
Для избегания оседания частиц карбонильного железа необходимо тщательно перемешать смесь перед введением дифенилгуанидина. Дифенилгуанидин вводят непосредственно перед нанесением покрытия и жидкую композицию дополнительно тщательно перемешивают в течение 3-5 минут.
Жизнеспособность жидкой композиции, приготовленной для нанесения, составляет не более 4 часов. Жидкая композиция при нанесении должна храниться в герметично закрытой таре при температуре от +15°С до +35°С.
Нанесение жидкой композиции покрытия выполняют при следующих внешних климатических условиях:
- температуре воздуха на производственном участке от +15°С до +35°С;
- относительной влажности не более 80%.
Температуры поверхностей, на которые наносятся покрытия, не должны быть ниже +10°С.
Металлические или металлизированные поверхности, подготовленные для нанесения покрытия, должны быть чистыми и сухими. Следует предохранять подготовленные поверхности и отвержденные слои покрытия от попадания на них влаги, масла, пыли, выделений кожи рук и других загрязнений.
Слои покрытия наносят пневматическим распылителем с диаметром сопла не более 5 мм при давлении сжатого воздуха 4-5 ати. Жидкую композицию для нанесения слоев радиопоглощающего покрытия необходимо использовать не позднее 2-х часов после приготовления. Перед каждой заправкой жидкой композиции в пневматический распылитель композицию тщательно перемешивают.
Слой покрытия наносят двумя скрещивающимися проходами струи пневматического распылителя, не допуская подтеков и образования капель. Расстояние от сопла распылителя до покрываемой поверхности должно быть от 300 до 500 мм. На поверхности крупногабаритных изделий, неплоские поверхности и поверхности сложной конфигурации, где могут быть трудности в выполнении нанесения скрещивающимися проходами, допускается наносить покрытие параллельными проходами.
Толщина слоев допускается до 0.15 мм. Для улучшения адгезии первый слой наносят меньшей толщины до 0.08 мм. Каждый нанесенный слой покрытия должен отверждаться не менее 15-25 минут при температуре воздуха на производственном участке не ниже +15°С. Перед нанесением двух последних слоев покрытия выполняют предварительное измерение толщины покрытия штангеншлубомером, отмечают участки с заниженной толщиной покрытия, затем наносят слои покрытия до набора требуемой толщины. При наличии участков покрытия с толщиной большей, чем указано в конструкторской документации, корректируют толщину покрытия вручную, используя абразивный материал на тканевой основе или при помощи шлифовальной машины. Пыль от зачистки слоев удаляют сухим сжатым воздухом или пылесосом. Измерение уровней отражений и, при необходимости, корректировку толщины покрытия выполняют не ранее, чем через 1 час после нанесения и отверждения последнего слоя.