Екрануючий композиційний матеріал

Реферат: Екрануючий композиційний матеріал з керованими захисними властивостями складається з матриці і металевого наповнювача, причому матриця виготовлена з полімерного матеріалу, а керування захисними властивостями екрана здійснюється зміною концентрації металевого наповнювача у ній. Як наповнювач використовують комбінований, зокрема, мікро- та нанонаповнювач. UA 116569 U (12) UA 116569 U UA 116569 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до області електротехніки, призначена для екранування від електромагнітних полів та може застосовуватися в різних галузях промисловості. Необхідність в високоефективних екранах пояснюється тим, що, наприклад у випадку застосування електромагнітної зброї, виникає необхідність оперативного встановлення екранів для захисту електронних систем управління, а також для захисту біологічних об'єктів від патогенного впливу електромагнітних полів природного та штучного походження. Відомий патент США № 4923533, в якому матеріал для захисту від електромагнітних полів пропонується виготовляти у вигляді композиційного матеріалу з порошків аморфних магнітом'яких сплавів та полімерної матриці. Для виготовлення таких матеріалів використовуються порошки, аморфних сплавів базових систем Fe-Si-B або Co-Fe-Ni-Si-B з розмірами від 0,01 до 300 мкм. Об'ємний вміст порошку в полімерній матриці варіюється від 1 до 60 %. Підвищення ефективності екранування в таких матеріалах можливо за рахунок збільшення магнітної проникності. Цей ефект може бути реалізований за рахунок збільшення об'ємного вмісту порошку в полімерній матриці більше 60 %, що технологічно важко піддається реалізації, або за рахунок переведення аморфної структури порошку магнітом'якого сплаву в нанокристалічний стан. Недоліками таких матеріалів є те, що для підвищення екрануючої здатності необхідно підвищувати величину магнітної проникності понад 70 за рахунок збільшення об'ємного вмісту аморфного магнітом'ягкого сплаву більш ніж 60 %. Це буде супроводжуватись погіршенням механічних характеристик, збільшенням питомої ваги матеріалу, а також величини внутрішнього розмагнічуючого фактора. Відомий винахід [(Патент РФ 2324989, МКВ: G12B 17/02; Н05К 9/00; В82В 1/00]). В ньому досягають підвищення коефіцієнта екранування за рахунок використання як наповнювача частинок аморфного магнітом'якого композиційного матеріалу сплаву Fe-Cu-Nb-Si-B або Co-FeNi-Cu-Nb-Si-B розміром від 1 до 100 мкм, що містить нанокристали Fe, або Co. Недоліками відомого винаходу є наступні: - відносно не високий коефіцієнт екранування, що зумовлено низьким значенням магнітної проникності хаотично розподілених сильномагнітних часток в полімерній матриці; - відсутність захисного водостійкого покриття, що погіршує експлуатаційні властивості матеріалу. Найбільш близьким до запропонованої корисної моделі, який вибрано нами за прототип, є електромагнітний екран з керованими захисними властивостями (патент України на корисну модель № 74857, МПК: Н05К. 9/00, G12B 17/00), що складається з матриці і металічного наповнювача, причому матриця виготовлена з полімерного матеріалу, а керування захисними властивостями екрана здійснюється зміною концентрації металічного наповнювача у ній. Недоліками відомої корисної моделі є наступні: - використовується тільки один тип наповнювача, що звужує частотний діапазон; - наповнювач розподілений рівномірно, що не дозволяє одержати більш високі локальні значення магнітної проникності та електропровідності, що знижує ефективність екранування; - керування захисними властивостями екрана здійснюється лише зміною концентрації металічного наповнювача, що не дозволяє використовувати повністю можливості композиційного матеріалу, створювати багатошарову екрануючу структуру; - матеріал не має захисного водостійкого покриття, що знижує його експлуатаційні властивості. Задачею запропонованої корисної моделі є підвищення магнітної проникності та електропровідності і, як наслідок, коефіцієнта екранування за рахунок формування в структурі екрануючого полімерного матеріалу поглинаючих шарів з комбінованого наповнювача. Згідно з корисною моделлю, запропонований матеріал представлений на кресленні, складається з полімерної матриці (1), шарів комбінованого мікро- і нанонаповнювача (2); провідного тонкоплівкового покриття (3), захисного водостійкого покриття (4). Використання як наповнювача матеріалу, що має нанокристалічну структуру, забезпечує збільшення магнітної проникності. Використання сильномагнітного мікронаповнювача забезпечує утворення шарів з підвищеними значеннями магнітної проникності та електропровідності. Спільними з відомими є наступні риси: - наявність в екрануючому матеріалі полімерної матриці і металевого наповнювач; - можливість керування захисними властивостями екрана. Новими, відмінними рисами корисної моделі є наступні: 1 UA 116569 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 - наявність в екрануючому композиційному матеріалі наповнювачів різного типу - мікро- та нанорозмірних, що розширює діапазон екранування; - наявність розподілення наповнювача пошарово, що дозволяє одержати більш високі локальні значення магнітної проникності та електропровідності та одержати більш високі показники екранування; - наявність провідного тонкоплівкового покриття, яке розміщене на віддалі 0.25 довжини хвилі від внутрішнього відбиваючого шару, що впливає на характеристики екрануючого матеріалу; - наявність водостійкого покриття, що підвищує експлуатаційні характеристики матеріалу протягом тривалого часу. Поставлений технічний результат досягається за рахунок того, що - екрануючий композиційний матеріал містить різні типи наповнювачів - мікро- та нанорозмірні, які позитивно впливають на його екрануючі властивості; - наповнювач розподілений пошарово, що дозволяє одержати більш високі локальні значення магнітної проникності та електропровідності; - керування захисними властивостями екрана здійснюється за рахунок зміни типу його структури, зокрема, переходом від статистичної до шаруватої. Можливість реалізації корисної моделі підтверджується наявністю шаруватої структури, яку можна одержати механічним або магнітним способом. У випадку використання механічного способу компоненти наповнювачів почергово розміщують в полімерній матриці. У випадку використання магнітного способу - змішують порошки полімеру і наповнювачів, нагрівають до температури на 20-40 градусів вище температури плавлення полімерної матриці, а потім піддають дії обертового магнітного поля та охолоджують композиційний матеріал, піддаючи тиску, до кімнатної температури. Тонкоплівковий провідний шар наносять, наприклад, методом магнетронного розпилення у вакуумі, або в інертному середовищі. Захисний водостійкий шар наносять в останню чергу. На кресленні 1 - полімерна матриця, 2 - шари комбінованого мікро- і нанонаповнювача, 3 провідне тонкоплівкове покриття, розміщене на віддалі 0,25 довжини хвилі електромагнітного поля від внутрішнього відбиваючого шару, 4 - захисне водостійке покриття. Приклад реалізації екрануючого композиційного матеріалу ілюструється наступним чином. Готують композицію порошкоподібних компонентів - полівініліденфторид / залізо карбонільне / пермалой / нанокобальт / алюмінієва пудра у ваговому співвідношенні 1:0.5:1:01:0.1. Після перемішування нагрівають суміш порошків до 200 градусів за Цельсієм. Піддають дії обертового магнітного поля індукцією до 0,3 Тесла протягом 10 хвилин та зовнішнього тиску до 500 2 Ньютон/см . Охолоджують одержаний композиційний матеріал до кімнатної температури. Одержують композиційний матеріал з 5 шарами наповнювачів. Магнетронним способом, наприклад в установці типу ВУП-5М, наносять тонке плівкове мідне покриття товщиною до 1000 нанометрів на віддалі 0,25 довжини хвилі електромагнітного поля від внутрішнього відбиваючого шару. З боків композиційного матеріалу наносять захисне водостійке покриття із розчинів гідрофобних матеріалів. Конструкція із екрануючого композиційного матеріалу працює наступним чином. Захищуваний об'єкт покривається з усіх сторін екрануючим композиційним матеріалом. Екранування магнітних полів відбувається за рахунок поглинання енергії електромагнітного поля, замикання ліній магнітного поля в шарах композиційного матеріалу з високою початковою магнітною проникністю та електропровідністю. Використання матеріалів з початковою магнітною 4 проникністю не нижче 10 дозволяє домогтися коефіцієнтів екранування магнітних полів не нижче 100-200 і електромагнітних полів не нижче 10-30 дБ. Таким чином, запропонована корисна модель дозволяє підвищити коефіцієнт екранування за рахунок утворених в структурі екрануючого полімерного матеріалу поглинаючих шарів з комбінованого мікро- та нанонаповнювача, який має підвищену магнітну проникність та електропровідність. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 55 1. Екрануючий композиційний матеріал з керованими захисними властивостями, що складається з матриці і металевого наповнювача, причому матриця виготовлена з полімерного матеріалу, а керування захисними властивостями екрана здійснюється зміною концентрації металевого наповнювача у ній, який відрізняється тим, що як наповнювач використовують комбінований, зокрема мікро- та нанонаповнювач. 2 UA 116569 U 5 10 2. Екрануючий композиційний матеріал з керованими захисними властивостями за п. 1, який відрізняється тим, що комбінований мікро- та нанонаповнювач розподілений пошарово в об'ємі матеріалу в заданій послідовності та на заданій взаємній відстані, причому зовнішній шар виконаний у вигляді провідного тонкоплівкового покриття, яке розміщене на віддалі 0,25 довжини хвилі електромагнітного поля від внутрішньої поверхні відбивання. 3. Екрануючий композиційний матеріал з керованими захисними властивостями за п. 1, який відрізняється тим, що комбінований наповнювача мікро- та нанонаповнювач містить частинки сильномагнітного і/або слабомагнітного, і/або провідного матеріалу. 4. Екрануючий композиційний матеріал з керованими захисними властивостями за п. 1, який відрізняється тим, що його поверхня містить один чи кілька шарів захисних водостійких покриттів. Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3