Спосіб одержання тканини-поглинача енергії електромагнітного поля

Реферат: Винахід належить до технології одержання засобів поглинання енергії електромагнітного поля шляхом її перетворення в теплову енергію і може бути застосований для захисту людини від електромагнітного випромінювання, для захисту комп'ютерів від збоїв, пошкоджень і несанкціонованого доступу до інформації. Спосіб одержання тканини-поглинача енергії електромагнітного поля шляхом насичення тканини під тиском за допомогою протягання її полотна між валиками у ванні з сумішшю розчину полімерного еластичного матеріалу з дисперсним феритом, яким попередньо наповнюють розчин, і подальшого затвердіння полотна тканини-поглинача, при цьому попередньо здійснюють механохімічне сплавлення за допомогою ультразвукового віброперемішування суміші двох-трьох частинами за масою електропровідного дисперсного фериту зі структурою шпінелі оберненого типу з однією частиною розчину полімерного еластичного матеріалу та насичують тканину цією сумішшю, при цьому електропровідний дисперсний ферит зі структурою шпінелі оберненого типу має сумірні відносні рівні діелектричної і магнітної проникності та сумірні питомі рівні діелектричної та UA 115362 C2 (12) UA 115362 C2 магнітної провідності, які нормовані відповідними константами діелектричної та магнітної проникності повітря. UA 115362 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до технології одержання засобів поглинання енергії електромагнітного поля шляхом її перетворення в теплову енергію. Ці засоби можуть застосовуватися на практиці: для захисту людини від електромагнітного випромінювання антен телецентрів, радіостанцій і радіолокаторів; для розв'язки блоків прийому і генерації в електронній апаратурі; для екранування засобів зберігання і обробки інформації від завад промислового типу; для захисту комп'ютерів від збоїв, пошкоджень і несанкціонованого доступу до інформації. Відомі різні способи одержання поглиначів енергії електромагнітного поля. Способи покриття тканини або металевої пластини фарбою, що поглинає енергію електромагнітного поля, або способи одержання зразків композитного матеріалу з наповнювачем у вигляді феромагнітного порошку для розчину кремнійорганічної, поліамідної, поліуретанової сполучної полімерної основи фірм-виробників: "Emerson and Cuming" - США; "FDK-corporation" - США; "GEC MARKONI" Англія; "Cony Untro-Magnetic"- Корея; "Perseus Tech. International Corp." - США, Японія, Тайвань (E-mail: lei@live.com). Недоліком цих способів є низький рівень поглинання енергії електромагнітного поля через великі рівні відбиття хвилі від поверхні зразків, що одержані відповідно до технологій-аналогів, що вказані, у зв'язку з відсутністю узгодження хвильових опорів поверхні поглинача зразка і повітря. Крім того, для збільшення властивостей поглинання поля, тут неможливо збільшити рівень поглинання енергії поля за рахунок збільшення рівня концентрації дисперсного феромагнітного наповнювача через втрати зразками механічної міцності та еластичності зразків внаслідок високої концентрації наповнювача та відсутності його хімічного зв'язку з полімерною основою. Саме тому відомі фірми створюють багатошарові поглинаючи покриття з градієнтом концентрації феромагнітного наповнювача. Але це занадто ускладнює технологію внаслідок довготривалого багатошарового нанесення розчину фарби на тканину чи металеву пластину та через необхідність тривалих випарів органічного розчинника під час затвердіння покриття після нанесення кожного шару фарби. З відомих способів одержання тканини-поглинача енергії електромагнітного поля найбільш близьким до запропонованого є спосіб фарбування тканини IRAM(S), АО-RAM, K-RAM виробництва фірми "GEC MARKONI"- Англія, який є вибраним як найближчий аналог. Найближчий аналог передбачає операції насичення тканини під тиском сумішшю розчина еластичного полімеру, наприклад, термоеластопласта, з дисперсним наповнювачемпоглиначем, яким попередньо наповнюють розчин, а суміш затвердіють. Недоліком найближчого аналога є невисока ефективність поглинання поля, внаслідок механічного (слабкоконцентрованого) наповнення (полімерного композиту на основі органічних розчинів) феромагнітними порошками з низьким рівнем їх електропровідності. Задача, на рішення якого спрямований винахід, є здійснення такої сукупності технологічних операцій під час одержання еластичних поглиначів на тканині, яка забезпечує більш високий, ніж у найближчому аналогу, рівень поглинання поля, за рахунок узгодження хвильових опорів на межі розділу покриття-повітря та за рахунок полімеризаційного (високо концентрованого) наповнення композиту (на основі органічного полімеру) оксидним феритовим порошком з достатньо високою електропровідністю. Для вирішення задачі покращення тканини-поглинача енергії електромагнітного поля, додатково до операцій насичення тканини під тиском за допомогою протягання її полотна між валиками у ванні з сумішшю розчина еластичного полімеру з дисперсним наповнювачемпоглиначем, яким попередньо наповнюють розчин, і подальшого затвердіння полотна тканинипоглинача, відповідно до винаходу, збільшують рівень ослаблення поля усередині тканинипоглинача за рахунок збільшення концентрації наповнювача без втрати механічної міцності та еластичності зразка шляхом насичення тканини сумішшю одної частини розчину полімерного еластичного матеріалу за масою з двома-трьома частинами електропровідного дисперсного фериту зі структурою шпінелі оберненого типу після опереднього механохімічного сплавлення під час ультразвукового віброперемішування їх суміші та зменшують рівень відбиття електромагнітної хвилі від поверхні тканини-поглинача за рахунок узгодження хвильових опорів поверхні тканини-поглинача і повітря шляхом застосування суміші з сумірними відносними рівнями діелектричної і магнітної проникності та з сумірними питомими рівнями діелектричної та магнітної провідності, які нормовані відповідними константами діелектричної та магнітної проникності повітря. Покажемо, що за умов, коли на тканину наноситься феритовий поглинач, який має сумірні відносні діелектричну  і магнітну  проникності та сумірні нормовані питомі провідності:  / 0 ; м / 0 ; де 0 ;  0 константи відповідних проникностей вакууму, які практично співпадають з відповідними константами повітря, саме за цих умов забезпечується сумірність хвильових опорів повітря і тканини-поглинача, тому, відповідно до технології винаходу, забезпечується 1 UA 115362 C2 5 відсутність відбиття від зразка цього поглинача. Це сприяє збільшенню поглинання енергії електромагнітної хвилі мікрохвильового та інфрачервоного (невидимого) діапазонів випромінювання в порівнянні з найближчим аналогом. Під час падіння плоскої однорідної електромагнітної хвилі за нормаллю (це найбільш несприятливий випадок) на межу поділу середовищ (повітря і поверхні поглинача), комплексні   амплітуди векторів напруженостей E і H падаючої, відбитої та пройденої в поглинач хвиль, мають вигляд: 0 0   Em  x0Ae jzk 0 ; Hm  y0Ae jzk 0 / W0 , z  0 ;     Em  x0Be jzk 0 ; Hm  y0Be jzk 0 / W0 , z  0 ; (1) 10      Em  x0Ce jzk ; Hm  y0Ce jzk / W , z  0 , де W0 і W - хвилевий опір повітря і поглинача; k0 (k ) - коефіцієнт розповсюдження хвилі в повітрі (в середовищі поглинача).  Для коефіцієнта відбиття  і коефіцієнта проходження  у вигляді    (0) / E0 (0) ,   E (0) / E0 (0) , (2)      E m 15 20  відповідно до (1), з врахуванням умов неперервності тангенціальних компонент векторів E і  H на границі поділу середовищ, які мають вигляд      Em1  Em2  E0m  Em  Em   , (3)        Hm1  Hm2  H0m  Hm  Hm   виходить система рівнянь     1     ; 1    W0   W . (4) Розв'язок системи (4) дає залежності цих коефіцієнтів від параметрів середовища (тканинипоглинача) з втратами енергії поля у вигляді:         W  W0 W  W0 (4);   2W W  W0 . (5) Із (4) та (5) випливає, що відбиття від границі поділу середовищ відсутнє, а проходження є повним, якщо виконується умова рівності хвильових опорів повітря і тканини-поглинача, тобто це має місце за умовою  W0  W . (6) Відповідно до визначення хвилевих опорів, ця умова для довільного випадку середовища з втратами має вигляд  25 30 m        jM     0  0    0   , (7)  0 0  Э    j      0   де 0 0  - діелектрична (магнітна) проникність вакууму;  - відносна діелектрична (магнітна) проникність повітря;   - відносна діелектрична (магнітна) проникність поглинача;   35 Э М - підсумкова електрична (магнітна) провідність поглинача;  - кругова частота коливань поля. , Оскільки для повітря   1 , а   1000536 , умову (7) доцільно показати у вигляді: 1     jM  2    0      M   Э   j    arctg      1. (8)    exp 2  arctg 0  Э   0          j   0        Із умови (8) випливає система рівнянь 2 UA 115362 C2   M   Э   arctg   arctg 0     0  . (9)  2  2 M2 2 2 20  2  Э 20        M Розв'язок системи (9) відносно  5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 і  дає шукані умови до співвідношень між 0 параметрами інгредієнтів, наприклад, полімерної тканини-поглинача, при яких забезпечується відсутність відбиття хвилі від межи розділу середовищ повітря і поглинача, тобто відсутність відбиття від поверхні поглинача. Ці співвідношення узгоджень хвилевих опорів середовищ мають вигляд: M 0  Э 0 ;    . (10) Що й потрібно було довести. Одержані умови підтверджують, що, для запобігання відбиттю енергії поля від поверхні тканини-поглинача в діапазоні невидимих хвиль, більш доцільним є тканина-поглинач з магнітними властивостями, які узгоджені з її діелектричними властивостями. Далі неважко переконатися, що саме операція суттєвого збільшення концентрації наповнювача-поглинача неминуче забезпечить суттєво більший рівень поглинання хвильової енергії поля, яка без втрат пройшла межу поділу покриття і повітря. Приклад реалізації способу, тобто одержання тканини-поглинача на потоці за допомогою обладнання-насичувача тканини показано на кресленні. Тут позначено: 1 - полотно тканини на вході насичувача; 2 - валик вхідний; 3 - валик для регулювання і здійснення тиску на поверхню тканини-поглинача; 4 - валик вихідний; 5 - ванна з розчином еластичного полімеру (наприклад, з розчином термоеластопласта в толуолі або в іншому розчиннику з подібними властивостями) з дисперсним феритовим оксидом перехідних металів (наприклад, у виді нікель-кобальтової або ферит-феритової шпінелі оберненого типу) після ультразвукового віброперемішування цієї суміші; 6 - валик для насичення тканини розчином полімеру з феритовим поглиначем; 7 - рівень розчину полімеру з феритовим поглиначем у ванні; 8 - полотно тканини-поглинача на виході обладнання-насичувача тканини, яке подається далі на потоці в сушильну камеру. Під час реалізації технології на основі винаходу, найбільш вагомий внесок в ефективність поглинання енергії поля, в порівнянні з найближчим аналогом, забезпечується завдяки перетворенню в теплову енергію саме всій енергії електромагнітного поля, яка потрапляє на поверхню тканини-поглинача, а також завдяки високій концентрації наповнювача, яка забезпечується попереднім ультразвуковим віброперемішуванням (механохімічним сплавленням), тобто створенням хімічних зв'язків молекул полімера і молекул оксида перехідних металів зі структурою шпінелі оберненого типу, який має високу питому електропровідність, завдяки перескоковому механізму електропровідності цей речовини, тобто завдяки переносу електронів між різновалентними катіонами металу цього молекулярного сполучення, які близько розташовані в сусідніх окраедричних позиціях молекулярної решітки фериту. Саме така молекулярна структура наповнювача-шпінелі оберненого типу сприяє високому рівню її питомої електропровідності. Ця структура реалізується шляхом застосування технології синтезу цього наповнювача, відповідно до патенту України (№ 75749, МПК C01G 49/02. Опубл. 15.05.2006, Бюл. № 5). Сукупність суттєвих ознак винаходу забезпечує його суттєві переваги в порівнянні з найближчим аналогом. Результати експериментальних вимірювань за допомогою панорамних вимірювачів типу Р2-56, Р2-6, Р2-67 коефіцієнтів відбиття і коефіцієнтів проходження, тобто основних характеристик, досвідних зразків тканини-поглинача, що створені за технологією, яка пропонується, підтверджують, що збільшення рівня поглинання енергії поля без втрати механічної міцності цих зразків, в порівнянні з відомими зразками, що створені згідно до прототипу, досягає понад 10…15 дБ. На практиці це сприятиме впровадженню, виробництву і широкому застосуванню більш легких, більш міцних, але суттєво більш ефективних і конкурентно-здатних радіопоглинаючих матеріалів згідно з їх призначенням. Таким чином, новизна, корисність та можливість реалізації технології, відповідно до винаходу, є, на погляд авторів, доведеними, тому автори просять розглянути матеріали Заявки та видати Патент України на винахід. 3 UA 115362 C2 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 5 10 15 Спосіб одержання тканини-поглинача енергії електромагнітного поля шляхом насичення тканини під тиском за допомогою протягання її полотна між валиками у ванні з сумішшю розчину полімерного еластичного матеріалу з дисперсним феритом, яким попередньо наповнюють розчин, і подальшого затвердіння полотна тканини-поглинача, який відрізняється тим, що попередньо здійснюють механохімічне сплавлення за допомогою ультразвукового віброперемішування суміші двох-трьох масових частин електропровідного дисперсного фериту зі структурою шпінелі оберненого типу з однією масовою частиною розчину полімерного еластичного матеріалу та насичують тканину цією сумішшю, при цьому електропровідний дисперсний ферит зі структурою шпінелі оберненого типу має сумірні відносні рівні діелектричної і магнітної проникності та сумірні питомі рівні діелектричної та магнітної провідності, які нормовані відповідними константами діелектричної та магнітної проникності повітря. Комп’ютерна верстка В. Мацело Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4