Матеріал для екранування

Реферат: Матеріал для екранування від електромагнітного випромінювання та звукових хвиль об'єктів виготовлений з волокон з покриттям. Волокна скріплені в місцях торкання з повним фізичним перекриттям перерізу розсіювання екранованого об'єкта і орієнтовані хаотично з переважною орієнтацією паралельно нормалі, завбільшки 50 %, до поверхні екрануючого матеріалу з утворенням відкритої пористості на стороні, спрямованої до об'єкта, а покриття на волокні має змінний електричний хвилевий опір, який зменшують послідовно до нуля на поверхні екрануючого матеріалу, яка звернена до об'єкта. UA 106047 U (12) UA 106047 U UA 106047 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до матеріалів таких, що екранують об'єкти від електромагнітного випромінювання і звукоізоляції, зокрема електричних апаратів і їх деталей. Відомий патент ЕА 001272 під назвою "Накидка для маскування військової техніки" МПК F41H3/02, H01Q17/00, яка екранує об'єкти від електромагнітного випромінювання за допомогою електропровідних шарів, розділених діелектричними прошарками і поміщених в захисну оболонку, з радіопрозорим зовнішнім шаром, причому електропровідні шари виконані у вигляді впорядкованих резонансних структур на основі сіток з нитки, що проводить, з комірками, розмір яких і електричний опір ниток спадає від зовнішнього шару до внутрішнього, при цьому дійсна частина діелектричної проникності ниток, що проводять, пропорційна довжині хвилі робочого діапазону частот. При цьому захисна оболонка накидки виконана неоднорідною по електричній товщині з величиною неоднорідностей, які порівнянні з чвертю мінімальної довжини хвилі робочого діапазону. Вказаний матеріал має наступні недоліки: нерівномірність характеристик в робочому діапазоні частот, внаслідок інтерференційно-поглинаючого резонансного характеру вживаних сіток і обмеженнями діапазону екранування внаслідок обмеженої кількості шарів і наявності сіток з максимальними і мінімальними розмірами комірок, що обмежують згори і знизу робочий діапазон частот. Крім того ця накидка має відносно складну конструкцію, що складається із строго певних сіток, виготовлених з ниток із строго заданими характеристиками, виготовлення яких вимагає спеціального виробництва, а також потрібне спеціальне складання накидки і виготовлення спеціальної захисної оболонки з самостійними характеристиками. Більше того вказана накидка, як випливає з її опису, працює тільки в діапазоні НВЧ і міліметрових хвиль. Відомий патент RU 2178017 під назвою "Об'ємно-пористий електродний матеріал і проточний електрод на його основі" МПК С25С7/02, що містить неткані волокна як основу, має електронну провідність, відрізняється тим, що він як неткані волокна містить металізований сінтепон, що має питому провідність не менше 0,1-10 См/см Цей виріб застосовується, як це відомо, з "Металлизированные синтетические волокна" [Електронний ресурс] - Режим доступу: http://www.solid.nsc.ru/rus/DEVELOP/TECHNO/metallFiber/, для екранування від електромагнітних хвиль в діапазоні 0,15-12 ГГц. Недоліками вказаного матеріалу є те, що матеріал, що отримується за заявленою в патенті технологією, а саме, з рівномірною провідністю, не дозволяє забезпечити понад широкосмугове екранування об'єкта, а також не поглинає, а просто відбиває електромагнітні хвилі, тобто не зменшує переріз розсіювання об'єкта, що екранується. Це обумовлюється ще і тим, що металізовані нитки в матеріалі розташовані, в основному, паралельно поверхні матеріалу. Діапазон екранування при цьому обмежений областю дециметрових і сантиметрових електромагнітних хвиль. Відомий патент RU 2228562 під назвою "Радіопоглинаюче покриття і спосіб його отримання" МПК H01Q17/00, яке екранує від електромагнітних хвиль за рахунок шарів переплетених арамідних високомодульних ниток з нанесеною на нитці вакуумним напиленням плівкою з гідрогенізованого вуглецю з украпленими в нього феромагнітними кластерами при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: феромагнітні кластери 50-80, гідрогенізований вуглець решта, причому згадана основа виконана у вигляді тканого полотна, а як згадані арамидні високомодульні нитки використані кевларові нитки, які виконані з кручених або прямих волокон, при цьому згадана плівка виконана завтовшки 500-1500 нм, а згадані феромагнітні кластери мають розмір 0,05-2,0 мкм і виконані з кобальту або нікелю. Згадана основа виконана з чотирьох згаданих шарів переплетених арамідних високомодульних ниток з нанесеною згаданою плівкою. При цьому радіопоглинаюче покриття отримують шляхом вакуумного розпилення в аргоноводневому робочому середовищі графіту і феромагнітного матеріалу і осадження продуктів цього розпилення у вигляді плівки на переплетені арамідні високомодульні нитки при відношенні потоків вуглецю до феромагнітного матеріалу 0,25-1,0, при цьому це розпилення ведуть при наступному вмісті аргону і водню, мас. %: аргон 50-98, водень 2-50, при тиску аргоноводневого робочого середовища 5-20 мТорр або лазерним розпиленням, або іонно-плазмовим розпиленням у вигляді магнетронного розпилення графітової і феромагнітної мішеней при щільності іонного струму 10 -2-510-1 А/см2, при цьому як феромагнітний матеріал розпиляли кобальт або нікель, які осідають на згадані нитки у вигляді тканого полотна при швидкості зростання плівки 5-20 нм/хв., причому використовують кевларові нитки з кручених або прямих волокон, плівку завтовшки 500-1500 нм. Недоліками вказаного покриття, вибраного як прототип, є нерівномірність характеристик в робочому діапазоні частот внаслідок інтерференційно-поглинаючого резонансного характеру багатошарової поглинаючої структури, відносно низька технологічність з-за багатоетапності і багатофакторної технології, що істотно ускладнює саму технологію виготовлення покриття. Крім 1 UA 106047 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 того це покриття має відносно складну конструкцію, що складається з шарів переплетених арамідних високомодульних ниток з нанесеною на нитці вакуумним напиленням плівкою з гідрогенізованого вуглецю з украпленими в нього феромагнітними кластерами. Більше того вказане покриття, як випливає з його опису, працює тільки в діапазоні НВЧ і міліметрових хвиль. В основу корисної моделі поставлена задача забезпечення максимально понад широкодіапазонного екранування від електромагнітних і звукових хвиль, а також істотне спрощення технології виготовлення екрануючого матеріалу. Поставлена задача вирішується тим, що матеріал для екранування від електромагнітного випромінювання та звукових хвиль об'єктів, виготовлений з волокон з покриттям. Волокна скріплені в місцях торкання з повним фізичним перекриттям перерізу розсіювання екранованого об'єкта і орієнтовані хаотично з переважною орієнтацією паралельно нормалі, більше 50 %, до поверхні екрануючого матеріалу з утворенням відкритої пористості на стороні, спрямованої до об'єкта, а покриття на волокні має змінний електричний хвилевий опір, який зменшують послідовно до нуля на поверхні екрануючого матеріалу, яка звернена до об'єкта. Електромагнітні і звукові хвилі, що падають, завдяки градієнтному зростанню електромагнітних і механічних характеристик, пропонованого матеріалу, проникають в матеріал з мінімальним відбиттям від поверхні розділення екрануючого матеріалу в понад широкому діапазоні електромагнітних і звукових хвиль, зазнаючи розсіювання на структурах, порівнянних з довжиною хвиль, що падають, і поглинаючись в тонких плівках провідника, нанесеного на волокно, порівнянними по товщині з відповідною товщиною скін-шару для відповідної хвилі, у разі електромагнітної хвилі, і поглинаючись в гнучкому волокні з низьким модулем пружності, у разі звукової хвилі. Наявність відкритої пористості на стороні, спрямованої до об'єкта, дозволяє після простої технології, наприклад: шляхом магнетронного розпилення провідника, нанести на волокна, орієнтовані хаотично з переважною орієнтацією паралельно нормалі до поверхні екрануючого матеріалу, регулюючи струмом, напругою, тиском технологічного газу і часом процесу, завтовшовки порівнянні з відповідною товщиною скін-шару відповідної електромагнітної хвилі. А регулювання параметрами процесу і кількістю пор матеріалу дозволяє забезпечити градієнт електричного хвилевого опору від нульового значення на поверхні екрануючого матеріалу, зверненої до об'єкта, та отримати сітку, що проводить, з комірок з випадковим розміром, яка забезпечує поглинання електромагнітних хвиль в понад широкому діапазоні частот, у тому числі і за рахунок наноструктурних плівок покриття, що проводять, на волокні. Така конструкція матеріалу забезпечує ефективне екранування для діапазонів дециметрових, сантиметрових, міліметрових, субміліметрових і інфрачервоних електромагнітних хвиль за наявності ефективного екранування звукових хвиль високої і ультразвукової частоти. Суть корисної моделі розкривається таким чином. Приклад 1. Матеріал виготовляють, наприклад, з поліефірних волокон лінійною щільністю 2 текс, завдовжки 30+5 мм, отриманих будь-яким з відомих способом, наприклад, відповідно до ТУ У 17.5-13 842002-010: 2006, таблиця 1 (п. 2) і 2 (п. 1, 2, 3). При цьому кількість волокон в матеріалі з переважною орієнтацією паралельна нормалі до поверхні екрануючого матеріалу, тобто більше 50 %. Матеріал має при цьому відкриту пористість, на рівні 99 %, у напрямку до об'єкту, що екранується, а його товщина забезпечує повне фізичне перекриття перерізу розсіювання об'єкта. Після чого на волокна зразка матеріалу розміром, наприклад, 50×50 сантиметрів, товщина якого визначається максимальною довжиною електромагнітної хвилі робочого діапазону екранування, наприклад максимальна довжина хвилі 10 см, наноситься, з боку, який спрямований до об'єкта, одним з відомих способів, наприклад магнетронним розпиленням, покриття з провідника, наприклад алюмінію. Товщина покриття на волокнах регулюється при цьому часом нанесення покриття і фактичною відкритою пористістю екрануючого матеріалу. Параметри процесу нанесення покриття типові, такі як: тиск технологічного газу, наприклад -2 2 аргону, 5×10 Па, щільність струму до 40 А/м , при напрузі 600 В, час формування покриття до 20 хвилин, при цьому виходить електричний хвилевий опір, близький до нуля, тобто коефіцієнт стоячої хвилі більше 5, на поверхні екрануючого матеріалу, зверненої до об'єкта. Приклад 2. Матеріал виготовляють, наприклад, з поліефірних волокон лінійною щільністю 2 текс, завдовжки 30+5 мм, отриманих будь-яким з відомих способом, наприклад, відповідно до ТУ У 17.5-13842002-010: 2006, таблиця 1 (п. 2) і 2 (п. 4, 5, 6). При цьому більшість волокон в матеріалі переважно орієнтовані паралельна нормалі до поверхні екрануючого матеріалу, завбільшки 50 %. Матеріал має при цьому відкриту пористість, на рівні 99 %, у напрямку до об'єкта, що екранується, а його товщина забезпечує повне фізичне перекриття перерізу розсіювання об'єкта. Після чого на волокна зразка матеріалу розміром, наприклад, 50×50 2 UA 106047 U 5 10 15 20 сантиметрів, товщина якого визначається максимальною довжиною електромагнітної хвилі робочого діапазону екранування, наприклад, максимальна довжина хвилі 10 см, наноситься, з боку, спрямованого до об'єкта, одним з відомих способів, наприклад, термічного напилення, покриття з провідника, наприклад алюмінію. Товщина покриття на волокнах регулюється при цьому часом нанесення покриття і фактичною відкритою пористістю екрануючого матеріалу. -4 Параметри процесу нанесення покриття типові, такі як: тиск 5×10 Па, щільність струму до 30 2 А/м , при напрузі 600 В, час формування покриття до 90 хвилин, при цьому виходить електричний хвилевий опір близький до нуля, тобто коефіцієнт стоячої хвилі більше 5, на поверхні екрануючого матеріалу, зверненої до об'єкта. Дані таблиць 1 і 2 показують, що запропонований екрануючий матеріал дозволяє отримати надширокосмугове екранування від електромагнітних і ультразвукових хвиль об'єкта екранування, а також істотно спрощується технологія його виготовлення. Саме завдяки сукупності відмінних особливостей корисної моделі, а саме, те, що волокна скріплені в місцях торкання з повним фізичним перекриттям перерізу розсіювання екранованого об'єкта і орієнтовані хаотично з переважною орієнтацією паралельно нормалі, більше 50 %, до поверхні екрануючого матеріалу з утворенням відкритої пористості на стороні, спрямованої до об'єкта, а покриття на волокні має змінний електричний хвилевий опір, який зменшується послідовно до нуля на поверхні екрануючого матеріалу, яка звернена до об'єкта, і досягається позитивний ефект від корисної моделі: максимально надширокосмугове екранування від електромагнітних і звукових хвиль об'єкта екранування, а також істотне спрощення технології виготовлення цього екрануючого матеріалу. Таблица 1 Коефіцієнт стоячої Коефіцієнт стоячої хвилі хвилі на поверхні, Товщина Відносна Відбиття на зовнішній поверхні Напрям № матеріалу пористість, оберненій до об'єкта ультразвуку волокна мм % Частота, ГГц Частота, ГГц від поверхні, % 3,0 10,0 79,0 3,0 10,0 79,0 1 ǁ 30 99 ›5 ›5 ›5 2,1 1,8 1,4 5 2 30 99 ›5 ›5 ›5 ‹ 1,4 ‹ 1,2 ‹ 1,2 ‹5  Таблица 2 № 1 2 3 4 5 6 Коефіцієнт стоячої хвилі Час Товщина Відносна на поверхні, нанесення матеріалу пористість, оберненій до покриття, об'єкта мм % хв. Частота, ГГц 3,0 10,0 79,0 5 30 99 1,4 1,2 1,2 20 30 99 ›5 ›5 ›5 30 30 99 ›5 ›5 ›5 60 30 99 1,4 1,2 1,2 90 30 99 ›5 ›5 ›5 120 30 99 ›5 ›5 ›5 Коефіцієнт Відбиття стоячої хвилі ультразвуку Теплопровідність, на зовнішній від поверхні, Вт/м°С поверхні % Частота, ГГц 3,0 10,0 79,0 2,2 2,4 2,5 ‹5 0,035 ‹ 1,4 ‹ 1,2 ‹ 1,2 ‹5 0,035 1,9 1,9 1,8 ‹5 0,035 2,3 2,2 2,1 ‹5 0,035 ‹ 1,4 ‹ 1,2 ‹ 1,2 ‹5 0,035 1,9 1,9 1,8 ‹5 0,035 25 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 30 Матеріал для екранування від електромагнітного випромінювання та звукових хвиль об'єктів, виготовлений з волокон з покриттям, який відрізняється тим, що волокна скріплені в місцях торкання з повним фізичним перекриттям перерізу розсіювання екранованого об'єкта і орієнтовані хаотично з переважною орієнтацією паралельно нормалі, завбільшки 50 %, до поверхні екрануючого матеріалу з утворенням відкритої пористості на стороні, спрямованої до об'єкта, а покриття на волокні має змінний електричний хвилевий опір, який зменшують послідовно до нуля на поверхні екрануючого матеріалу, яка звернена до об'єкта. 3 UA 106047 U Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4