RU2606350C1 - Protective coating based on polymer composite radio material - Google Patents
Protective coating based on polymer composite radio material Download PDFInfo
- Publication number
- RU2606350C1 RU2606350C1 RU2015118596A RU2015118596A RU2606350C1 RU 2606350 C1 RU2606350 C1 RU 2606350C1 RU 2015118596 A RU2015118596 A RU 2015118596A RU 2015118596 A RU2015118596 A RU 2015118596A RU 2606350 C1 RU2606350 C1 RU 2606350C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- protective coating
- carbon nanotubes
- filler
- coating
- walled carbon
- Prior art date
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 28
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 25
- 239000011253 protective coating Substances 0.000 title claims abstract description 17
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 title claims abstract description 8
- 239000002048 multi walled nanotube Substances 0.000 claims abstract description 28
- 239000000945 filler Substances 0.000 claims abstract description 13
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 claims abstract description 9
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 claims abstract description 9
- 229920005596 polymer binder Polymers 0.000 claims abstract description 7
- 239000002491 polymer binding agent Substances 0.000 claims abstract description 7
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 8
- 239000002356 single layer Substances 0.000 claims description 3
- 238000000576 coating method Methods 0.000 abstract description 19
- 230000005855 radiation Effects 0.000 abstract description 12
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 7
- 230000002745 absorbent Effects 0.000 abstract description 3
- 239000002250 absorbent Substances 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 description 21
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 17
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 15
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 13
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 13
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 10
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 10
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 239000011358 absorbing material Substances 0.000 description 9
- 230000005670 electromagnetic radiation Effects 0.000 description 9
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 7
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 6
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 5
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 5
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 5
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 5
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 4
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 description 4
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 4
- 230000005415 magnetization Effects 0.000 description 3
- XMWRBQBLMFGWIX-UHFFFAOYSA-N C60 fullerene Chemical compound C12=C3C(C4=C56)=C7C8=C5C5=C9C%10=C6C6=C4C1=C1C4=C6C6=C%10C%10=C9C9=C%11C5=C8C5=C8C7=C3C3=C7C2=C1C1=C2C4=C6C4=C%10C6=C9C9=C%11C5=C5C8=C3C3=C7C1=C1C2=C4C6=C2C9=C5C3=C12 XMWRBQBLMFGWIX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 239000002717 carbon nanostructure Substances 0.000 description 2
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 description 2
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 2
- 239000013013 elastic material Substances 0.000 description 2
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 description 2
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 2
- 239000006260 foam Substances 0.000 description 2
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 2
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004005 microsphere Substances 0.000 description 2
- 239000002071 nanotube Substances 0.000 description 2
- 239000004848 polyfunctional curative Substances 0.000 description 2
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 description 1
- 239000004952 Polyamide Substances 0.000 description 1
- 229920005830 Polyurethane Foam Polymers 0.000 description 1
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- KCZFLPPCFOHPNI-UHFFFAOYSA-N alumane;iron Chemical compound [AlH3].[Fe] KCZFLPPCFOHPNI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052788 barium Inorganic materials 0.000 description 1
- DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N barium atom Chemical compound [Ba] DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011324 bead Substances 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 description 1
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 description 1
- 239000002270 dispersing agent Substances 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 239000000806 elastomer Substances 0.000 description 1
- 239000011152 fibreglass Substances 0.000 description 1
- 229910003472 fullerene Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002223 garnet Substances 0.000 description 1
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- LNEPOXFFQSENCJ-UHFFFAOYSA-N haloperidol Chemical compound C1CC(O)(C=2C=CC(Cl)=CC=2)CCN1CCCC(=O)C1=CC=C(F)C=C1 LNEPOXFFQSENCJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009931 harmful effect Effects 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 239000002923 metal particle Substances 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Substances [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 description 1
- 229920002647 polyamide Polymers 0.000 description 1
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 description 1
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 description 1
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 description 1
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 description 1
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 description 1
- 239000011496 polyurethane foam Substances 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 229910052706 scandium Inorganic materials 0.000 description 1
- -1 scandium ions Chemical class 0.000 description 1
- 238000007873 sieving Methods 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 238000000844 transformation Methods 0.000 description 1
- 238000004073 vulcanization Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
- C09D5/00—Coating compositions, e.g. paints, varnishes or lacquers, characterised by their physical nature or the effects produced; Filling pastes
- C09D5/32—Radiation-absorbing paints
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82B—NANOSTRUCTURES FORMED BY MANIPULATION OF INDIVIDUAL ATOMS, MOLECULES, OR LIMITED COLLECTIONS OF ATOMS OR MOLECULES AS DISCRETE UNITS; MANUFACTURE OR TREATMENT THEREOF
- B82B3/00—Manufacture or treatment of nanostructures by manipulation of individual atoms or molecules, or limited collections of atoms or molecules as discrete units
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Wood Science & Technology (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Aerials With Secondary Devices (AREA)
- Shielding Devices Or Components To Electric Or Magnetic Fields (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области радиопоглощающих материалов и покрытий, а конкретней - к системам защиты от высокочастотного электромагнитного излучения (ЭМИ), и может быть использовано для защиты бытовой, промышленной и научной аппаратуры от высокочастотных электромагнитных полей, а также для снижения вредного воздействия высокочастотного излучения на организм человека.The invention relates to the field of radar absorbing materials and coatings, and more particularly to protection systems against high-frequency electromagnetic radiation (EMP), and can be used to protect household, industrial and scientific equipment from high-frequency electromagnetic fields, as well as to reduce the harmful effects of high-frequency radiation on the body person.
Уровень техникиState of the art
На сегодняшний день разработано множество композиционных материалов, которые снижают уровень микроволнового излучения.To date, many composite materials have been developed that reduce the level of microwave radiation.
Известно радиопоглощающее в широком диапазоне частот покрытие, которое включает в себя трехслойную эластичную пластину на основе резины, наполненной ферритовым порошком с различным содержанием последнего в каждом слое. Способ изготовления радиопоглощающего покрытия включает изготовление каждого слоя пластины, соединение первых трех слоев методом совулканизации, намагничивание четвертого слоя и установку в нем металлических или керамических магнитов, при этом намагничивание четвертого слоя осуществляют методом арочного намагничивания, после чего его приклеивают к пластине из первых трех слоев (Пат. РФ №2256984, H01Q 17/00. Радиопоглощающее покрытие и способ его изготовления).A radar absorbing coating in a wide frequency range is known, which includes a three-layer elastic plate based on rubber filled with ferrite powder with different contents of the latter in each layer. A method of manufacturing a radar absorbing coating includes the manufacture of each layer of a plate, the connection of the first three layers by the method of vulcanization, magnetization of the fourth layer and the installation of metal or ceramic magnets in it, while the magnetization of the fourth layer is carried out by the method of arch magnetization, after which it is glued to the plate from the first three layers ( Pat. Of the Russian Federation No. 2256984, H01Q 17/00. Radar absorbing coating and method for its manufacture).
Недостатком такого покрытия являются: значительная толщина, сложность в изготовлении и значительный вес радиопоглощающего покрытия.The disadvantage of this coating are: significant thickness, difficulty in manufacturing and significant weight of the radar absorbing coating.
В патенте РФ №2234775 описан способ получения радиопоглощающего покрытия, который включает послойное нанесение на подложку слоев радиопоглощающего материала, содержащего 20-70 масс. % смеси микрошариков, изготовленных из природного граната по плазменной технологии, и связующего вещества с закреплением нанесенного покрытия путем термообработки.The RF patent No. 2234775 describes a method for producing a radar absorbing coating, which comprises layer-by-layer deposition of layers of radar absorbing material containing 20-70 masses on a substrate. % of a mixture of beads made of natural garnet using plasma technology and a binder with fixing the coating by heat treatment.
Основным недостатком такого изобретения является применение термообработки. При термообработке необходимо учитывать скорость режимов нагрева и охлаждения, температуру, среду, продолжительность изотермических выдержек. Режимы термической обработки подбирают с учетом фазовых и структурных превращений в материале с целью получения необходимого комплекса свойств. Это долгий и трудоемкий процесс.The main disadvantage of this invention is the use of heat treatment. During heat treatment, it is necessary to take into account the speed of heating and cooling modes, temperature, environment, and the duration of isothermal exposure. Modes of heat treatment are selected taking into account phase and structural transformations in the material in order to obtain the necessary set of properties. This is a long and laborious process.
Известно изобретение (пат. РФ №2482149), которое состоит из полимерного связующего с наполнителем в виде смеси порошкообразного феррита и карбонильного железа с диаметром частиц сферической формы 10-50 мкм и смеси фуллеренов С-60 и С-70. Недостатком этого изобретения является высокая стоимость используемых материалов.Known invention (US Pat. RF No. 2482149), which consists of a polymer binder with a filler in the form of a mixture of powdered ferrite and carbonyl iron with a particle diameter of a spherical shape of 10-50 μm and a mixture of fullerenes C-60 and C-70. The disadvantage of this invention is the high cost of the materials used.
В патенте РФ №2375395 предложен композиционный материал для поглощения электромагнитных волн на основе магнитодиэлектрического материала, содержащий полимерное диэлектрическое связующее, представляющее собой полиорганосилоксановый олигомер с добавкой катализатора, и магнитодиэлектрический тонкодисперсный наполнитель, выполненный из сплава железо-алюминий.In RF patent No. 2375395, a composite material for absorbing electromagnetic waves based on a magnetodielectric material is proposed, comprising a polymer dielectric binder, which is a polyorganosiloxane oligomer with an added catalyst, and a magnetodielectric finely divided filler made of an iron-aluminum alloy.
Недостаток заключается в следующем: покрытие изготовлено из дорогостоящего материала по сложной технологии, включающей измельчение до микропорошка и рассев.The disadvantage is as follows: the coating is made of expensive material using sophisticated technology, including grinding to micropowder and sieving.
Сущность изобретения, описанная в патенте РФ №2275719, заключается в том, что радиопоглощающий материал, изготовленный в виде армированного стеклотканью кольца, содержит углерод технический, а в качестве полимерной основы использован пенополиуретан в приведенном в формуле соотношении. Технический результат заключается в получении радиопоглощающего материала с удельным весом 0,4 г/см3, работоспособного в условиях вибрационных нагрузок антенных систем, повышенной влажности, пониженного атмосферного давления и циклического изменения температур.The invention described in the patent of the Russian Federation No. 2275719, consists in the fact that the radar absorbing material, made in the form of a fiberglass reinforced ring, contains technical carbon, and polyurethane foam is used as the polymer base in the ratio given in the formula. The technical result consists in obtaining a radar absorbing material with a specific gravity of 0.4 g / cm 3 , operable under the conditions of vibration loads of antenna systems, high humidity, low atmospheric pressure and cyclic temperature changes.
Недостатками данного материала являются неоднородность (размер пор от 0,1 до 3 мм и не регулируется), ненадежность.The disadvantages of this material are heterogeneity (pore size from 0.1 to 3 mm and not adjustable), unreliability.
Патент РФ №2369947 описывает изобретение, которое относится к материалам для поглощения электромагнитных волн (ЭМВ). Оно может быть использовано для уменьшения изрезанности или улучшения формы диаграмм направленности (ДН) антенн в антенных устройствах, состоящих из одной или нескольких антенн, размещенных в непосредственной близости с металлической или диэлектрической поверхностью сложной геометрической формы, а также для снижения радиолокационной видимости антенной системы, например самолетного применения. Сущность изобретения заключается в том, что в составе на основе диэлектрика, состоящего из карбонильного железа и полимерного связующего, в качестве полимерного связующего использован эпоксидный эластомер с отвердителем.RF patent No. 2369947 describes an invention that relates to materials for the absorption of electromagnetic waves (EMW). It can be used to reduce the irregularity or improve the shape of the antenna patterns in antenna devices consisting of one or more antennas located in close proximity to a metal or dielectric surface of complex geometric shape, as well as to reduce the radar visibility of an antenna system, for example aircraft application. The essence of the invention lies in the fact that in the composition based on a dielectric consisting of carbonyl iron and a polymeric binder, an epoxy elastomer with a hardener is used as a polymeric binder.
Однако данное радиопоглощающее покрытие не пригодно для сверхширокополосных антенн.However, this radar absorbing coating is not suitable for ultra-wideband antennas.
Известно устройство (пат. РФ №2169952), которое состоит из ферритовой подложки и нанесенного на него согласующего диэлектрического слоя с углеродным наполнителем. Представляет собой слоистую структуру, состоящую из плоских слоев звукопоглощающего материала различной плотности, причем плотность слоев уменьшается по мере удаления от ферритовой подложки. В качестве звукопоглощающего материала может быть использован неорганический, негорючий материал, например вспененный базальт. Согласующие диэлектрические слои могут быть выполнены с различным содержанием углеродного наполнителя.A device is known (US Pat. RF No. 2169952), which consists of a ferrite substrate and a matching dielectric layer with a carbon filler deposited on it. It is a layered structure consisting of flat layers of sound-absorbing material of various densities, and the density of the layers decreases with distance from the ferrite substrate. Inorganic, non-combustible material, such as foamed basalt, can be used as sound-absorbing material. Matching dielectric layers can be made with different carbon filler contents.
Это устройство работает в широком диапазоне частот, но имеет большой вес из-за большой толщины ферритовой подложки, равной 65 мм.This device operates in a wide frequency range, but has a large weight due to the large thickness of the ferrite substrate, equal to 65 mm.
В патенте РФ №2355081 представлено описание изобретения, техническим результатом которого является повышение радиопоглощающих свойств материала как по электрической, так и по магнитной составляющей электромагнитного излучения радиоволнового диапазона. Повышение радиопоглощающих свойств материала достигается за счет ввода в полимерный диэлектрический материал, содержащий микрогранулы, матрицы которых являются прозрачными для излучения радиоволнового диапазона и содержат вещества, поглощающие электрическую и магнитную составляющие радиоволнового излучения, при этом каждый вид микрогранул содержит только одно радиопоглощающее вещество, выбранное из группы, содержащей феррит, медь, фуллерен С70, равномерно распределенное во всем объеме материала матрицы в форме нанокластеров. Недостатком этого изобретения является сложность изготовления.In the patent of the Russian Federation No. 2355081 a description of the invention is presented, the technical result of which is to increase the radio-absorbing properties of the material both in electrical and magnetic components of electromagnetic radiation of the radio wave range. Improving the radio-absorbing properties of the material is achieved by introducing into the polymeric dielectric material containing microspheres, the matrices of which are transparent to the radiation of the radio wave range and contain substances that absorb the electrical and magnetic components of the radio-wave radiation, while each type of micro-granules contains only one radio-absorbing substance selected from the group containing ferrite, copper, C 70 fullerene uniformly distributed in the entire volume of the matrix material in the form of nanoclusters. The disadvantage of this invention is the complexity of manufacture.
Патент РФ №2231877 описывает изобретение, относящееся к радиотехнике. Технический результат заключается в получении эластичного поглощающего состава, химически инертного в замкнутом герметичном объеме СВЧ-микроблоков с большим коэффициентом поглощения в диапазоне частот до 18 ГГц, работоспособного в условиях вибрационных нагрузок и интервале температур от -60 до +200°С. Сущность изобретения заключается в том, что поглотитель содержит карбонильное железо, а в качестве полимерного связующего использованы низкомолекулярный каучук и катализатор №68 (компаунд "Виксинт ПК-68").RF patent No. 2231877 describes an invention related to radio engineering. The technical result consists in obtaining an elastic absorbing composition chemically inert in a closed sealed volume of microwave microblocks with a large absorption coefficient in the frequency range up to 18 GHz, operable under vibration loads and a temperature range from -60 to + 200 ° C. The essence of the invention lies in the fact that the absorber contains carbonyl iron, and low molecular weight rubber and catalyst No. 68 are used as the polymer binder (Vixint PK-68 compound).
Недостатками данного изобретения являются высокий коэффициент отражения на частотах от 20 до 100 ГГц и нестабильность поглощающих характеристик из-за окисления железа при длительной эксплуатации во влажной среде.The disadvantages of this invention are the high reflection coefficient at frequencies from 20 to 100 GHz and the instability of the absorbing characteristics due to oxidation of iron during prolonged use in a humid environment.
В патенте США №5661484 описано устройство для поглощения излучения радаров. Покрытие имеет 2 типа электропроводных немагнитных прямолинейных волокон, отличающихся друг от друга значениями диэлектрической проницаемости (ДП). Для получения требуемых значений ДП были подобраны длина, диаметр и объем волокон. Одни волокна изготовлены из графита марки Т300 или AS-4 с малым диаметром и обладают относительно высоким электрическим сопротивлением. Вторые волокна изготовлены из металлов - нержавеющей стали, Ni, Cu и покрыты графитом. В качестве связующего можно использовать резину или полимеры. Такой поглощающий материал имеет комплексную диэлектрическую проницаемость. Это позволяет изобретению поглощать ЭМВ в широком диапазоне. Недостатком такого покрытия является высокая цена и сложность технологии его получения.US Pat. No. 5,661,484 describes a device for absorbing radar radiation. The coating has 2 types of electrically conductive non-magnetic straight fibers, differing from each other by the values of dielectric constant (DP). To obtain the required DP values, the length, diameter and volume of the fibers were selected. Some fibers are made of graphite grade T300 or AS-4 with a small diameter and have a relatively high electrical resistance. The second fibers are made of metals - stainless steel, Ni, Cu and coated with graphite. As a binder, rubber or polymers can be used. Such an absorbent material has a complex dielectric constant. This allows the invention to absorb EMW in a wide range. The disadvantage of this coating is the high price and complexity of the technology for its production.
В патенте США №6231794 описан радиопоглощающий материал, который состоит из пористого эластичного материала, например полиуретана, который покрыт слоем пористого эластичного материала с распределенными в нем проводящими частицами, например частицами графитовой пудры или частицами углеродного материала, смешанными с металлическими частицами. Материал получается эластичным, имеет толщину не более 2,5 мм.US Pat. No. 6,231,794 describes a radar absorbing material that consists of a porous elastic material, for example polyurethane, which is coated with a layer of porous elastic material with conductive particles distributed therein, for example, graphite powder particles or carbon material particles mixed with metal particles. The material is elastic, has a thickness of not more than 2.5 mm.
Однако недостатком такого поглощающего покрытия является малая механическая прочность, что сужает область его применения.However, the disadvantage of this absorbent coating is its low mechanical strength, which narrows the scope of its application.
Известен материал, который используется для ослабления отражения сигналов радара (пат. США №5817583). Между двумя слоями полимера размещена ткань, полости между нитями ткани заполнены материалом, ослабляющим отражение электромагнитной волны (ЭМВ). В качестве материала, ослабляющего отражение ЭМВ, могут быть использованы гранулы углерода, углеродное волокно с малой длиной волокон, карбонильное железо, ферриты, металлизированные микросферы. Достоинством такого материала является гибкость, тканью можно покрывать изделия любых форм. Но существенным недостатком изобретения является сложность изготовления такого покрытия.Known material that is used to attenuate reflection of radar signals (US Pat. US No. 5817583). Between two layers of polymer, tissue is placed, the cavities between the threads of the fabric are filled with material that attenuates the reflection of the electromagnetic wave (EMW). As a material that attenuates the reflection of electromagnetic waves, carbon granules, carbon fiber with a short fiber length, carbonyl iron, ferrites, metallized microspheres can be used. The advantage of this material is its flexibility; fabric can cover products of any shape. But a significant disadvantage of the invention is the difficulty of manufacturing such a coating.
В патенте США №5617095 описано устройство, которое является широкополосным поглотителем ЭМИ. Поглотитель содержит металлическую пластину, на которой располагается ферритовая пластина. На поверхности ферритовой пластины установлены несколько разделенных промежутками конических элементов из феррита или композиционного материала на основе феррита.US Pat. No. 5,617,095 describes a device that is a broadband EMP absorber. The absorber contains a metal plate on which the ferrite plate is located. On the surface of the ferrite plate, several conical elements made of ferrite or ferrite-based composite material are separated by gaps.
Недостатками данного решения являются недостаточно широкий частотный диапазон, большой вес и технологическая сложность изготовления.The disadvantages of this solution are not wide enough frequency range, heavy weight and technological complexity of manufacturing.
В патенте США №5135959 описан радиопоглощающий материал на основе сложных полиамидных пен с равномерной плотностью. В пене содержатся радиопоглощающие компоненты (частицы железа, феррита, углерода).US Pat. No. 5,135,959 describes a radar absorbing material based on complex polyamide foams with uniform density. The foam contains radio-absorbing components (particles of iron, ferrite, carbon).
Низкая влагостойкость приводит к изменению свойств материала и сокращению сроков эксплуатации.Low moisture resistance leads to a change in the properties of the material and shorten the service life.
В патенте РФ №2380867 описан композиционный материал для защиты от электромагнитных полей радиочастотного диапазона, который позволяет увеличить поглощение электромагнитного излучения при сохранении тех же значений отражения. В композиционный радиопоглощающий материал, содержащий порошкообразный феррит и полимерное связующее, введены углеродные нанотрубки, а сам ферритовый порошок выбран в качестве основы в виде бариевого гексагонального феррита, легированного ионами скандия, с дисперсностью от 5 до 50 мкм.The RF patent No. 2380867 describes a composite material for protection against electromagnetic fields of the radio frequency range, which allows to increase the absorption of electromagnetic radiation while maintaining the same reflection values. Carbon nanotubes are introduced into the composite radar absorbing material containing powdered ferrite and a polymer binder, and the ferrite powder itself is selected as the basis in the form of barium hexagonal ferrite doped with scandium ions with a dispersion of 5 to 50 μm.
Главным недостатком является то, что материал эффективно работает в диапазоне частот от 12 ГГц до 22 ГГц, однако в низкочастотной области СВЧ излучения (ниже 12 ГГц) данный материал теряет свои поглощающие свойства.The main disadvantage is that the material works effectively in the frequency range from 12 GHz to 22 GHz, however, in the low-frequency region of microwave radiation (below 12 GHz), this material loses its absorption properties.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению по технической сущности и достигаемому техническому результату является устройство, описанное в патенте на полезную модель РФ №128790 (прототип).Closest to the claimed technical solution according to the technical nature and the achieved technical result is the device described in the patent for utility model of the Russian Federation No. 128790 (prototype).
Защитный экран для снижения микроволнового излучения сотового телефона выполнен из параллельных слоев материалов с различными свойствами и включает поглотитель электромагнитных волн, отражатель электромагнитных волн и защитно-декоративное покрытие суммарной толщиной около 2,5 мм. Поглотитель выполнен из материала на основе связующего, содержащего смесь порошка микроволновых ферритов и углеродных наноструктур при массовом соотношении приблизительно 9:1 в суммарном количестве 48÷52 мас. %. Отражатель выполнен из неметаллического материала на основе связующего, содержащего углеродные наноструктуры в количестве 10÷15 мас. %. В качестве порошка микроволновых ферритов использован порошок гексаферрита с размером частиц 1÷5 мкм, а в качестве связующих - полимерные связующие (полиметилметакрилат, силикон, эпоксидная смола).The protective screen for reducing the microwave radiation of a cell phone is made of parallel layers of materials with different properties and includes an electromagnetic wave absorber, an electromagnetic wave reflector and a protective and decorative coating with a total thickness of about 2.5 mm. The absorber is made of a material based on a binder containing a mixture of microwave ferrite powder and carbon nanostructures with a mass ratio of approximately 9: 1 in a total amount of 48 ÷ 52 wt. % The reflector is made of a non-metallic material based on a binder containing carbon nanostructures in an amount of 10 ÷ 15 wt. % Hexaferrite powder with a particle size of 1 ÷ 5 μm was used as microwave ferrite powder, and polymer binders (polymethyl methacrylate, silicone, epoxy resin) as binders.
Основным недостатком защитного экрана является то, что он работает в узком диапазоне частот от 400 МГц до 3,5 ГГц. Недостатком является и то, что в качестве основы композиционного материала использованы 2 материала: феррит и углеродные нанотрубки. Кроме того, защитный экран представляет собой многослойную структуру, что увеличивает вес защитного покрытия, усложняет и удорожает технологию его изготовления.The main disadvantage of the protective screen is that it operates in a narrow frequency range from 400 MHz to 3.5 GHz. The disadvantage is that 2 materials are used as the basis of the composite material: ferrite and carbon nanotubes. In addition, the protective screen is a multilayer structure, which increases the weight of the protective coating, complicates and increases the cost of its manufacturing technology.
Технической задачей заявленной полезной модели является создание защитного покрытия, значительно расширяющего область защиты от микроволнового излучения, обладающего меньшей массой и толщиной, а также обеспечивающего простоту изготовления, стабильность и технологическую воспроизводимость защитных свойств, без применения в его составе тяжелых ферритов.The technical task of the claimed utility model is to create a protective coating that significantly expands the area of protection against microwave radiation, which has a lower mass and thickness, and also provides ease of manufacture, stability and technological reproducibility of protective properties, without the use of heavy ferrites in its composition.
Поставленная задача решена следующим образом.The problem is solved as follows.
Защитное покрытие для снижения уровня воздействия электромагнитного излучения представляет собой полимерный композиционный материал, в основе наполнителя которого лежат многостенные углеродные нанотрубки (МУНТ) и связующее - эпоксидная смола. Многостенные углеродные нанотрубки содержатся в следующей концентрации, мас. %:The protective coating to reduce the level of exposure to electromagnetic radiation is a polymer composite material, the filler of which is multi-walled carbon nanotubes (MWNTs) and a binder - epoxy resin. Multi-walled carbon nanotubes are contained in the following concentration, wt. %:
Оптимальные защитные свойства имеют порошки многостенных углеродных нанотрубок со средним диаметром 9,4 нм либо со средним диаметром 18,6 нм. Защитное покрытие заявленного состава наносят в один слой толщиной 2,8 мм. При нанесении более толстого слоя защитные свойства улучшаются.Optimum protective properties have powders of multi-walled carbon nanotubes with an average diameter of 9.4 nm or with an average diameter of 18.6 nm. The protective coating of the claimed composition is applied in a single layer with a thickness of 2.8 mm When applying a thicker layer, the protective properties are improved.
Эпоксидная смола имеет высокую прочность клеевого соединения, незначительную влагопроницаемость в отвержденном виде, высокую физико-механическую прочность и устойчивость к абразивному износу. Используемые типы эпоксидных смол, отвердителей и их концентрации приведены в таблице 1. У многостенных углеродных нанотрубок плотность значительно ниже, чем у феррита или металлов, благодаря чему достигается существенное снижение весовых характеристик покрытия.Epoxy resin has a high adhesive strength, low moisture permeability in the cured form, high physical and mechanical strength and resistance to abrasion. The types of epoxy resins, hardeners and their concentrations used are shown in Table 1. The density of multi-walled carbon nanotubes is much lower than that of ferrite or metals, which results in a significant reduction in the coating weight characteristics.
Многостенные углеродные нанотрубки необходимы в гораздо меньших концентрациях для модификации свойств материалов. Кроме того, покрытия, содержащие МУНТ, имеют высокие коэффициенты отражения и поглощения. При этом композиционные материалы легко обрабатывать, они имеют более высокую прочность, улучшенные электромагнитные характеристики. Изменение концентрации наполнителя в композиционных материалах изменяет характеристики защитного покрытия. Состав исследованных композитов приведен в таблице 2.Multi-walled carbon nanotubes are needed in much lower concentrations to modify the properties of materials. In addition, coatings containing MWCNTs have high reflection and absorption coefficients. At the same time, composite materials are easy to process, they have higher strength, improved electromagnetic characteristics. Changing the concentration of filler in composite materials changes the characteristics of the protective coating. The composition of the studied composites are given in table 2.
Для исследования были выбраны два типа многостенных углеродных нанотрубок (см. табл. 3): МУНТ-А, средний диаметр нанотрубок D=9,4 нм; МУНТ-В, средний диаметр нанотрубок D=18,6 нм.Two types of multi-walled carbon nanotubes were selected for the study (see Table 3): MWNT-A, the average diameter of nanotubes D = 9.4 nm; MWNT-B, average nanotube diameter D = 18.6 nm.
Для создания образцов использовали следующую схему. Наполнитель и связующее в требуемых пропорциях (по массе) были взвешены на весах Shimadzu AUX-320 (погрешность ~ 0,5 мг), компоненты смешали, смесь перемешали до однородного состояния с использованием ультразвукового диспергатора и магнитной мешалки. Процесс полимеризации длился в течение 12 часов. Готовую смесь помещали в специальную форму. Конечный композит имел толщину 2,8 мм.To create samples used the following scheme. The filler and binder in the required proportions (by weight) were weighed on a Shimadzu AUX-320 balance (accuracy ~ 0.5 mg), the components were mixed, the mixture was mixed until homogeneous using an ultrasonic dispersant and a magnetic stirrer. The polymerization process lasted for 12 hours. The finished mixture was placed in a special form. The final composite had a thickness of 2.8 mm.
На фиг. 1, 2 показаны результаты измерения коэффициентов прохождения (Т) композитов на основе многостенных углеродных нанотрубок.In FIG. Figures 1 and 2 show the results of measuring the transmission coefficients (T) of composites based on multi-walled carbon nanotubes.
На фиг. 3, 4 показаны результаты измерения коэффициентов отражения (R) композиционных материалов на основе многостенных углеродных нанотрубок.In FIG. Figures 3 and 4 show the measurement results of the reflection coefficients (R) of composite materials based on multi-walled carbon nanotubes.
На графиках частотных зависимостей коэффициентов отражения имеются максимумы. При увеличении концентрации наполнителя они смещаются в область более низких частот, с 12 ГГц до 4 ГГц для МУНТ-А и с 7 ГГц до 1 ГГц для МУНТ-В. Зависимость коэффициента отражения от концентрации в общем случае является нелинейной. Коэффициент отражения композиционного материала, содержащего МУНТ-В, больше. Вероятно, это связано с большей длиной многостенных нанотрубок и наличием значительного содержания примесей, и, следовательно, с более высокими значениями теплопроводности материала.The graphs of the frequency dependences of the reflection coefficients have maxima. With an increase in the filler concentration, they shift to the region of lower frequencies, from 12 GHz to 4 GHz for MWNT-A and from 7 GHz to 1 GHz for MWNT-B. The dependence of the reflection coefficient on concentration is generally nonlinear. The reflection coefficient of a composite material containing MWNT-B is greater. This is probably due to the greater length of multi-walled nanotubes and the presence of a significant content of impurities, and, consequently, to higher values of the thermal conductivity of the material.
На фиг. 5, 6 показаны результаты расчетов коэффициентов поглощения (А) композиционных материалов на основе многостенных углеродных нанотрубок. Коэффициент поглощения (А) рассчитан по известной формуле:In FIG. Figures 5 and 6 show the results of calculations of the absorption coefficients (A) of composite materials based on multi-walled carbon nanotubes. The absorption coefficient (A) is calculated according to the well-known formula:
Т+R+А=100%T + R + A = 100%
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
Защитное покрытие основано на способности мелкодисперсных составляющих (МУНТ) поглощать падающее излучение. Это осуществляется за счет потерь на проводимость и различных квантово-электрических эффектов, возникающих при воздействии на многостенную углеродную нанотрубку высокочастотным электромагнитным излучением.The protective coating is based on the ability of finely dispersed components (MWCNTs) to absorb incident radiation. This is due to conduction losses and various quantum-electric effects that occur when a multi-walled carbon nanotube is exposed to high-frequency electromagnetic radiation.
Пример осуществления.An example implementation.
В лабораторных условиях были изготовлены восемь различных составов композиционного материала. Описанное защитное покрытие наносят на изделие одним слоем толщиной 2,8 мм. Измерение коэффициентов отражения и прохождения электромагнитного излучения от защитного покрытия производилось волноводным методом, с использованием коаксиальной измерительной ячейки. Экспериментально полученные результаты приведены в таблицах 4, 5.In laboratory conditions, eight different compositions of the composite material were made. The described protective coating is applied to the product in a single layer with a thickness of 2.8 mm. The reflection and transmission coefficients of electromagnetic radiation from the protective coating were measured using the waveguide method using a coaxial measuring cell. The experimentally obtained results are shown in tables 4, 5.
Как видно из таблиц 4 и 5, коэффициент поглощения нелинейно зависит как от концентрации МУНТ, так и от частоты. На более низких частотах СВЧ диапазона композиты с многостенными нанотрубками диаметром D=18,6 нм имеют лучшие поглощающие свойства. А после 12 ГГц более высоким коэффициентом поглощения обладают композиты с многостенными нанотрубками диаметром D=9,4 нм.As can be seen from tables 4 and 5, the absorption coefficient nonlinearly depends both on the concentration of MWCNTs and on the frequency. At lower microwave frequencies, composites with multi-walled nanotubes with a diameter of D = 18.6 nm have better absorbing properties. And after 12 GHz, composites with multi-walled nanotubes with a diameter of D = 9.4 nm have a higher absorption coefficient.
Результаты опытов, приведенные на фиг. 1, 2, показывают, что для получения материала с требуемым коэффициентом поглощения излучения необходимо обеспечить концентрацию МУНТ в области 2-8 мас. %.The test results shown in FIG. 1, 2, show that to obtain a material with the required absorption coefficient of radiation, it is necessary to ensure the concentration of MWCNTs in the range of 2-8 wt. %
Рабочий диапазон излучения полезной модели в настоящее время широко используется для создания электронного оборудования самого различного назначения, поэтому исследованные композиты перспективны для использования в электронных устройствах СВЧ диапазона. Композитные покрытия заявленного состава могут быть использованы для электромагнитной совместимости радиоэлектронных средств, для защиты биологических объектов от влияния микроволнового радиоизлучения, производимого научной и бытовой техникой, и т.д. С увеличением толщины композиционных материалов эффективность экранирования электромагнитного излучения увеличивается.The operating radiation range of the utility model is currently widely used to create electronic equipment for various purposes, therefore, the studied composites are promising for use in microwave electronic devices. Composite coatings of the claimed composition can be used for electromagnetic compatibility of electronic equipment, to protect biological objects from the effects of microwave radio waves produced by scientific and household appliances, etc. With increasing thickness of the composite materials, the effectiveness of shielding of electromagnetic radiation increases.
Техническим результатом является более широкий диапазон экранирования электромагнитного излучения, уменьшение массы и толщины защитного покрытия, снижение уровня электромагнитного излучения в более широком диапазоне частот. Использование в композите МУНТ (без феррита) позволяет упростить технологию изготовления защитного покрытия и снизить конечную стоимость его производства.The technical result is a wider range of shielding of electromagnetic radiation, reducing the mass and thickness of the protective coating, reducing the level of electromagnetic radiation in a wider frequency range. The use of MWCNTs in a composite (without ferrite) makes it possible to simplify the technology of manufacturing a protective coating and reduce the final cost of its production.
Claims (5)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015118596A RU2606350C1 (en) | 2015-05-19 | 2015-05-19 | Protective coating based on polymer composite radio material |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015118596A RU2606350C1 (en) | 2015-05-19 | 2015-05-19 | Protective coating based on polymer composite radio material |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2606350C1 true RU2606350C1 (en) | 2017-01-10 |
Family
ID=58452720
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2015118596A RU2606350C1 (en) | 2015-05-19 | 2015-05-19 | Protective coating based on polymer composite radio material |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2606350C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2671749C1 (en) * | 2017-06-05 | 2018-11-06 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ) | Composite radio-absorbing coating |
| RU2839476C1 (en) * | 2024-09-01 | 2025-05-05 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Армтел" (Ооо "Армтел") | Antistatic lacquer coating and method of its preparation |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EA017347B1 (en) * | 2006-07-31 | 2012-11-30 | Топчим Н.В. | Particles for treating substrates and process for making same |
| RU128790U1 (en) * | 2012-12-24 | 2013-05-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" (ТГУ) | PROTECTIVE SCREEN TO REDUCE THE LEVEL OF MICROWAVE RADIATION OF CELL PHONES |
| RU2503103C1 (en) * | 2012-12-27 | 2013-12-27 | Открытое акционерное общество "Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем" (ОАО "Российские космические системы") | Method of making absorbent coating |
| RU2505572C2 (en) * | 2012-04-26 | 2014-01-27 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт приборостроения имени В.В. Тихомирова" | Lacquer composition |
-
2015
- 2015-05-19 RU RU2015118596A patent/RU2606350C1/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EA017347B1 (en) * | 2006-07-31 | 2012-11-30 | Топчим Н.В. | Particles for treating substrates and process for making same |
| RU2505572C2 (en) * | 2012-04-26 | 2014-01-27 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт приборостроения имени В.В. Тихомирова" | Lacquer composition |
| RU128790U1 (en) * | 2012-12-24 | 2013-05-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" (ТГУ) | PROTECTIVE SCREEN TO REDUCE THE LEVEL OF MICROWAVE RADIATION OF CELL PHONES |
| RU2503103C1 (en) * | 2012-12-27 | 2013-12-27 | Открытое акционерное общество "Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем" (ОАО "Российские космические системы") | Method of making absorbent coating |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2671749C1 (en) * | 2017-06-05 | 2018-11-06 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ) | Composite radio-absorbing coating |
| RU2845208C1 (en) * | 2024-07-18 | 2025-08-15 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Новосибирский национальный исследовательский государственный университет" (Новосибирский государственный университет, НГУ) | Polymer electroconductive composition preparation method |
| RU2847443C1 (en) * | 2024-08-22 | 2025-10-03 | Алексей Сергеевич Колчанов | Composition for protective and decorative coating of building products |
| RU2839476C1 (en) * | 2024-09-01 | 2025-05-05 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Армтел" (Ооо "Армтел") | Antistatic lacquer coating and method of its preparation |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP7566296B2 (en) | Composite material for shielding electromagnetic radiation, raw material for additive manufacturing processes and products containing the composite material and methods for manufacturing the products | |
| Wang et al. | Radar stealth and mechanical properties of a broadband radar absorbing structure | |
| Zachariah et al. | Hybrid materials for electromagnetic shielding: A review | |
| Kwak et al. | Microwave-absorbing honeycomb core structure with nickel-coated glass fabric prepared by electroless plating | |
| Singh et al. | Enhanced microwave shielding and mechanical properties of high loading MWCNT–epoxy composites | |
| Zhou et al. | 3D printed carbon based all-dielectric honeycomb metastructure for thin and broadband electromagnetic absorption | |
| Zang et al. | Microwave absorption enhancement of rectangular activated carbon fibers screen composites | |
| Zheng et al. | Green strategy for a large-format, superhard, and insulated electromagnetic wave absorber inspired by a natural feature of a conch shell | |
| US8641918B2 (en) | Composite material | |
| Luo et al. | Carbon nanotube/polyolefin elastomer metacomposites with adjustable radio‐frequency negative permittivity and negative permeability | |
| Yeswanth et al. | Recent developments in RAM based MWCNT composite materials: a short review | |
| Liu et al. | Aligning flaky FeSiAl particles with a two-dimensional rotating magnetic field to improve microwave-absorbing and shielding properties of composites | |
| CN101050284A (en) | Electromagnetic shielding macromolecule composite material | |
| WO2018081394A1 (en) | High-dielectric-loss composites for electromagnetic interference (emi) applications | |
| Lan et al. | Electromagnetic shielding effectiveness and mechanical property of polymer–matrix composites containing metallized conductive porous flake-shaped diatomite | |
| Pan et al. | Electromagnetic and microwave absorption properties of coatings based on spherical and flaky carbonyl iron | |
| Verma et al. | A review on efficient electromagnetic interference shielding materials by recycling waste—A trio of land to lab to land concept | |
| Sultana et al. | Enhancing EMI shielding efficiency of polyurethane foam by incorporating MWCNT-decorated hollow glass microspheres | |
| Liu et al. | Compressible Fe3O4/MWCNTs-coated polymer foams for high-performance and tunable electromagnetic microwave absorption | |
| Ray et al. | Advances in Polymer Based Microwave Absorbers: From Design Principles to Technological Breakthroughs | |
| RU2606350C1 (en) | Protective coating based on polymer composite radio material | |
| Chen et al. | Electromagnetic and microwave absorption performance of Ni0. 4Zn0. 4Co0. 2Fe2O4/polymethacrylimide foam synthesized via polymerization | |
| RU2655187C1 (en) | Radar-absorbent composite material for construction applications and method for production thereof | |
| RU2423761C1 (en) | Method of producing multilayer radar absorbent material and radar absorbent material produced using said method | |
| KR102032154B1 (en) | Manufacturing method of porous ceramic panel with microwave absorbing applications and porous ceramic panel by the same |