Способ получения радиопоглощающего композиционного материала

 

Изобретение относится к получению радиотехнических композиционных материалов, применяемых для уменьшения радиолокационной заметности военных объектов, безэховых камер и т.д. Цель изобретения -повышение производительности процесса получения радиопоглощающего композиционного материала. В способе получения композиционного материала, включающем смешение диэлектрического связующего с диэлектрическими проводящими и непроводящими и/или магнитными наполнителями, формование или нанесение на защищаемую поверхность и последующее ее отверждение, в качестве связующего берут водную смесь акриламида с нитратом металла, выбранного из группы Cr(III), Ca(II), Bi(III), Mn(II), Ni(II), Zn(II), UO₂(II), ε_r (III) при молярном соотношении [AAm]/[нитрат металла] = 2 : 1...20 : 1 и содержанием воды 5 - 20 мас.%, а отверждение полученной композиции ведут при 20 - 60^oC в течение 0,1 - 2 ч. Технологические особенности способа позволяют увеличить производительность процесса в 4 - 40 раз. 1 табл.

Изобретение относится к получению радиотехнических композиционных материалов, применяемых для уменьшения радиолокационной заметности военных объектов, безэховых камер и т.д.

Известные способы получения радиопоглощающих композиционных материалов (РПКМ) включают смешение диэлектрического органического связующего с различными наполнителями (диэлектрическими проводящими и непроводящими и/или магнитными) с последующим отверждением диэлектрического связующего [1 3] При этом в качестве наполнителя используют, например, стеклосферы для уменьшения плотности материала и снижения величины действительной части диэлектрической проницаемости εʹ. Для увеличения εʹ, а также мнимой части диэлектрической проницаемости εʺ ответственной за поглощение электромагнитной энергии, вводят проводящие наполнители типа угольных волокон, графитового порошка.

Для увеличения действительной части магнитной проницаемости εʹ, и мнимой εʺ используют наполнители типа порошка карбонильного железа или феррита [4] Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является способ получения радиопоглощающего композиционного материала, включающий смешение связующего с диэлектрическими проводящими и непроводящими и/или магнитными наполнителями, формование или нанесение полученной композиции на защищаемую поверхность и последующее ее отверждение [5] В данном способе в качестве магнитного и проводящего наполнителя используют частицы железа микронного размера, в качестве диэлектрического непроводящего наполнителя стеклянные шарики диаметром 0,4.3 микрон, а композиционный материал готовят при смешении компонентов с селиконовым связующим с добавлением толуола.

Недостатком данного способа является его низкая производительность, поскольку способ предусматривает многослойное нанесение композиции на защищаемую поверхность и высокотемпературный (до 500^oC) нагрев каждого слоя.

Целью изобретения является повышение производительности процесса за счет сокращения времени отверждения связующего.

Поставленная цель достигается тем, что в способе получения РПКМ, включающем смешение диэлектрического связующего с диэлектрическими проводящими и непроводящими и/или магнитными наполнителями, формование или нанесение на защищаемую поверхность и последующее ее отверждение, в качестве связующего берут водную смесь акриламида (AAm) с нитратом металла, выбранного из группы Cr(III), Ca(II), Bi(III), Mn(II), Ni(II), Zn n(II), UO₂(II), ε_r (III) при молярном соотношении /AAm/:/нитрат металла) 2:1.20:1 и содержании воды 5.20 мас. а отверждение полученной композиции ведут при 20.60^oC в течение 0,1.2 ч.

Известно, что AAm комплексы нитратов Mn(II), Co(II), Ne(II) и Zn(II) состава M(AAm)₄(H₂O)₂(NO₃)₂ способны к термической полимеризации во фронтальном режиме при 100.200^oC [6] В ходе дальнейших исследований обнаружено, что некоторые из получаемых комплексов полимеризуются спонтанно уже на стадии синтеза даже при комнатной температуре и в мономерном состоянии не выделяются. Установлено, что в ряде случаев спонтанная полимеризация AAm может протекать и при сравнительно небольших содержаниях нитрата металла ( примерно 5 мас.) в реакционной смеси. Нитраты металлов используются в виде кристаллогидратов: Cr(NO₃)₃ · 9H₂O, Ca(NO₃)₂ · 4H₂O, Bi(NO₃)₃ · 5H₂O, Mn(NO₃)₂ · 6H₂O, Ni(NO₃)₂ · 6H₂O, Zn(NO₃)₂ · 6H₂O, UO₂(NO₃)₂ · 6H₂O, ε_r (NO₃)₃ · 6H₂O.

Данное свойство AAm было использовано для получения РПКМ. При этом количество воды в исходной смеси варьировали от 5 до 20 мас. что определялось природой используемых нитратов и наполнителей, а также оптимальной скоростью процесса отверждения и способностью продукта удерживать воду. Достаточное для протекания процесса количество воды может либо содержаться в исходном кристаллогидрате нитрата, либо может быть добавлено дополнительно. Как показали эксперименты, уменьшение содержание воды менее 5% в исходной смеси приводит к резкому снижению производительности процесса и выходу готового продукта. Повышение содержание воды более 20 мас. также снижает интенсивность процесса и приводит к необходимости операции осушки продукта, усложняет технологический процесс и снижает производительность.

Экспериментально найдено, что нижний предел по содержанию в реакционной смеси нитрата металла (молярное отношение к AAm 1:20) ограничен резким снижением производительности процесса. Верхний предел по содержанию нитрата металла (молярное отношение к AAm 2:1) также определен экспериментально и ограничен резким снижением производительности процесса за счет разбавления мономерного связующего соединения металла.

В процессе исследований обнаружено, что процесс получения РПКМ протекает лишь в определенной области температур. Экспериментально найдено, что нижний предел, используемый для осуществления реакции температуры (20^oC), ограничен эффективностью спонтанной полимеризации мономерного связующего и, следовательно, резким снижением производительности получения композиционного материала. Верхний температурный предел (60^oC) определяется температурой деградацией нитратных групп в реакционной смеси.

Исследование технической и патентной литературы не выявило использования процесса спонтанной полимеризации AAm для получения композиционных материалов, что дает основание считать указанные признаки соответствующими критерию изображения "существенные отличия".

Пример 1. В керамической чашке перемешивают предварительно растертые 1,42 г AAm, 2,36 г Ca(NO₃)₂ · H₂O (молярное соотношение 2:1) до появления воды примерно 2 мин. Реакционная смесь приобретает вид концентрированного водного раствора, в который добавляют 0,42 г карбонильного железа (10 мас.) и перемешивают 1 мин. Часть полученной смеси (примерно 10%) отбирают в стеклянный капилляр для исследования электромагнитных свойств получаемого после отверждения композиционного материала. Из остальной части формуют покрытие, по которому определяют время отверждения. При 20^oC время отверждения 1 ч 33 мин. Значения диэлектрической и магнитной проницаемости образца составляют εʹ= 6.4; εʺ=1,0; μʹ= 1.08; μʺ= 0,45 Остальные примеры выполненные согласно примеру 1 приведены в таблице.

Как следует из предварительных данных, полученные композиционные материалы обладают всем комплексом необходимых характеристик (значения εʹ, εʺ, μʹ, μʺ,') для РПКМ.

Пример 27. В керамической чашке перемешивают предварительно растертые 4 г Cr(NO₃)₃ · 9H₂O и 3,55 AAm (молярное соотношение 1:5) до появления воды примерно 2 мин, затем добавляют 0,86 г порошка карбонильного железа и 0,043 г углеродных волокон и растирают 1 мин. Смесь приобретает вид гомогенной системы, в которую для уменьшения вязкости добавляют 0,4 г (4,6%) воды и перемешивают(общее содержание воды в системе 18%). Полученный состав переливают в емкость пульверизатора и разбрызгивают на поверхность медной пластины при 23^oC.

Через 56 мин, т. е. после того, как первый слой затвердевает, наносят второй и через 60 мин третий.

Толщина наносимых слоев примерно 0,35 мм. Общая толщина трехслойного покрытия приблизительно 1 мм, общее время на изготовление лакокрасочным способом примерно 3 ч.

Технические особенности предлагаемого способа по сравнению с прототипом обеспечивают следующие преимущества: повышение производительности процесса получения РПКМ в 4.40 раз; исключение необходимости применения токсичных ингредиентов и огнеопасных растворителей; использование в качестве растворителя воды, что позволяет резко снизить требования техники безопасности при осуществлении процесса и считать его экологически чистым.

Формула изобретения

Способ получения радиопоглощающего композиционного материала, включающий смешение связующего с диэлектрическими проводящими и непроводящими и/или магнитными наполнителями, формование или нанесение полученной композиции на защищаемую поверхность и последующее ее отверждение, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности процесса, в качестве связующего используют смесь акриламида и нитрата металла, выбранного из группы, включающей Cr (III), Ca (II), Bi (III), Mn (II), Ni (II), Zn (II), UO₂ (II), Er (III), взятых при мольном соотношении 2 1 20 1 и воду в количестве 5 20 мас. от вышеуказанной смеси.

РИСУНКИ

Рисунок 1