Патент на изобретение №2307432
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
(54) КОМПОЗИЦИОННЫЙ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ И АНТЕННАЯ ЛИНЗА ИЗ ЭТОГО МАТЕРИАЛА
(57) Реферат:
Изобретение относится к антенной технике. Техническим результатом является получение композиционного диэлектрического материала, например, для изготовления линз с заданными диэлектрической проницаемостью и плотностью, работоспособного в условиях вибрационных нагрузок в интервале температур от -60 до +85°С. Сущность изобретения заключается в том, что композиционный диэлектрический материал содержит в качестве связующего эпоксидную смолу, а в качестве наполнителей – микросферы стеклянные полые и двуокись титана в указанных соотношениях компонентов. 2 н.п. ф-лы, 1 табл.
Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в антенной технике. Развитие техники линзовых антенн наряду с совершенствованием их конструкций в том числе предполагает создание композиционных диэлектрических материалов с заданными электрофизическими и физико-механическими свойствами. В статье «Диэлектрические линзовые антенны КВЧ и СВЧ диапазонов» (Зарубежная радиоэлектроника №4/1990 г., Москва, «Радио и связь», авторы Скородумов А.И., д.т.н. Трошин Г.И., к.т.н. Харланов Ю.Я., с.93-94) указано, что композиционные диэлектрики представляют собой смеси различных материалов, изменение соотношения и состава которых позволяет достичь требуемых характеристик, в том числе электрических. Синтактные пластмассы (синтактные пены) – принципиально новый тип газонаполненных пластмасс. Они состоят из полимера (связующего), в котором равномерно по объему распределены полые или непористые микросферы (органические или неорганические). Микросферы, предпочтительный диаметр которых 20…80 мкм, могут быть изготовлены из полимеров или керамики, но чаще всего используется стекло ( Известна литая диэлектрическая линза из композитного материала, предназначенная для работы на радиочастотах (Н01Q 19/06, US 6489928 В2, опубликован 03.12.2002 г.). Диэлектрическая линза изготовлена из композитного материала, содержащего неорганический диэлектрический наполнитель и органический полимер с диэлектрической проницаемостью от 1 до 1,05, которой обладают пенопласты. Недостатком является возможная неоднородность композитного материала, в результате чего внутри оболочки, выполненной из такого материала, возможна неравномерная диэлектрическая проницаемость. Наиболее близким к предлагаемому изобретению является композиционный диэлектрический материал с улучшенной однородностью (Н01Q 15/08, Н01В 3/44, Н01В 3/00 (11), ЕР 1126545 А1, опубликован 22.08.2001 г.), содержащий в качестве связующего пенополистирол и наполнитель – двуокись титана. Для улучшения сцепления двуокиси титана с пенополистиролом композиционный диэлектрический материал содержит дополнительно связующий материал, например воск, полиуретан или эпоксидную смолу, в количестве 1-25% по отношению к полной массе композиции. Несмотря на то, что пенополистирол имеет наименьший уровень тепловых потерь, его недостатками являются низкая термостабильность (68-70°С) и повышенная горючесть. Целью изобретения является получение композиционного диэлектрического материала с высокой однородностью, работоспособного в интервале температур от -60 до +85°С и в условиях вибрационных нагрузок, предназначенного, например, для изготовления сферической диэлектрической линзы. Указанная цель достигается тем, что композиционный диэлектрический материал содержит в качестве связующего эпоксидную смолу, а в качестве наполнителей – микросферы стеклянные полые и двуокись титана при следующем соотношении компонентов, вес.%:
Использование эпоксидной смолы обеспечивает технологичность и смачивающую способность, высокую адгезионную и когезионную прочность, малую усадку при отверждении без выделения побочных продуктов, а также высокую влагостойкость композиционного диэлектрического материала, стабильность его физико-механических и диэлектрических свойств и, соответственно, стабильность радиотехнических характеристик изделия. Использование микросфер стеклянных полых и двуокиси титана обеспечивает получение композиционного диэлектрического материала с заданной диэлектрической проницаемостью и плотностью. Композиционный диэлектрический материал, изготовленный из указанных компонентов, имеет однородную структуру, что обеспечивает повторяемость изготовления линз с заданными характеристиками. Были изготовлены четыре состава диэлектрических композиций. Замер диэлектрической проницаемости производился на образцах размером 23±0,1×10±0,1×9,3 мм. Замеры Результаты измерений приведены в таблице №1.
Введение в эпоксидную смолу микросфер стеклянных полых понижает ее плотность с 1,16 до 0,987, диэлектрическую проницаемость с 4,8 до 2,45 (состав №4). Из композиционного диэлектрического материала с требуемой диэлектрической проницаемостью и плотностью были изготовлены, в частности, линзы по следующей технологии. Приготовление композиционного диэлектрического материала: 1. Прогреть эпоксидную смолу ЭД – 16 до температуры (120±10)°С в течение 1 ч. 2. Двуокись титана высушить на металлическом противне слоем от 2 до 3 см при температуре от 110 до 120°С в течение 3,0-3,5 ч и охладить при комнатной температуре. 3. Просеять через сито 0,05 и ссыпать в плотно закрытую тару из алюминия, жести или стекла. Использовать просушенную двуокись титана в течение месяца. По истечении месяца сушку двуокиси титана повторить по п.2. 4. Просушить микросферу при температуре 70°С в течение 2 ч. 5. Отвесить компоненты согласно рецептуре (кроме ПЭПА), тщательно перемешать в течение 10-15 мин. 6. Полученную смесь прогреть при температуре 80°С в течение 1 ч. Затем смесь отвакуумировать при температуре от 65 до 75°С и остаточном давлении от 5 до 10 мм рт.ст. до прекращения активного выделения пузырей. Отвакуумированную смесь охладить до температуры (25±10)°С и ввести полиэтиленполиамин при равномерном перемешивании. Вакуумировать композиционный диэлектрический материал при остаточном давлении от 5 до 10 мм рт.ст. не более 10 мин, учитывая жизнеспособность компаунда. 7. Жизнеспособность приготовленного композиционного диэлектрического материала не более 40 мин в зависимости от температуры окружающей среды: (25±10)°С. 8. После приготовления композиционного диэлектрического материала произвести заливку изделия. Заливка линз из композиционного диэлектрического материала: 1. Обезжирить форму спиртонефрасовой смесью с помощью бязевого тампона или кисти. 2. Просушить при температуре 25±10°С не менее 30 мин и покрыть смазкой СКТ (синтетический каучук от 5 до 10 мас.ч., толуол от 95 до 90 мас.ч.) или «Пентой – 107». «Пенту – 107» сушить при температуре (25±10)°С не более 45 мин. 3. Форму выдержать на воздухе в течение 15-20 мин. Нанести второй слой смазки СКТ. Форму, покрытую вторым слоем смазки, поместить в термостат и выдержать в течение 2 ч при температуре 180°С. Затем охладить до комнатной температуры. 4. Произвести заливку в форму, после того, как выйдут все пузырьки воздуха – закрыть форму. 5. Выдержать форму на воздухе при температуре (25±10)°С в течение 3 ч, затем при температуре (60±10)°С в течение 6 ч. 6. Извлечь изделие с формой из сушильного шкафа и охладить. 7. Разобрать форму, извлечь деталь и снять облой. 8. Детали, изготовленные из композиционного диэлектрического материала, перед механическими или климатическими испытаниями выдержать в нормальных условиях в течение 24 ч, не менее. Далее линзы испытаны на климатическое старение согласно ГОСТ 9.707-81 «Материалы полимерные. Методы ускоренных испытаний на климатическое старение». Испытание на воздействие отрицательной температуры, имитирующей один год хранения изделий в любом климатическом районе, проводилось в режиме: – выдержка при температуре -20°С – 30 мин; – выдержка при температуре -60°С – 6 часов; – выдержка при температуре +20°С – 1 час. Проводилась имитация 7 лет хранения. Испытание на воздействие перепадов температуры, имитирующей один год хранения в любом климатическом районе, проводилось в режиме: – выдержка при температуре -60°С – 2 часа; – выдержка при температуре +85°С – 2 часа. Всего проведено 12 циклов – имитация 12 лет хранения. Испытание на влагоустойчивость в течение 10 суток при температуре 55±2°С и относительной влажности 98-100%. После испытаний линзы по внешнему виду не изменились, трещин, сколов нет, размеры линз геометрически не изменились. С линзами из композиционного диэлектрического материала были собраны антенны и испытаны: 1. На циклическое изменение температур от -60°С до +85°С с выдержкой по 2 часа при каждой температуре, всего 5 циклов. 2. На теплоустойчивость с выдержкой при температуре +85°С 2 часа, затем с выдержкой при температуре 100°С – 10 мин. 3. На влагоустойчивость при температуре +40°С и относительной влажности 98% в течение 10 суток. 4. Механические испытания антенн: а) на воздействие случайной широкополосной вибрации.
Испытание в трех положениях с равномерной разбивкой суммарного времени 20 часов; б) на воздействие механических ударов одиночного действия.
Испытание в трех положениях; в) на воздействие механических ударов многократного действия.
Испытание в трех положениях с равномерной разбивкой, общее количество ударов – 4000. 5. На циклическое изменение температур от -60°С до +85°С с выдержкой по 2 часа при каждой температуре, всего 5 циклов. После каждого вида испытаний производился контроль по внешнему виду. 6. После климатических и механических испытаний была проведена проверка РТХ антенн. Антенны с заявляемым композиционным диэлектрическим материалом, из которого изготовлены линзы, соответствуют техническим требованиям, предъявляемым к изделию. Таким образом, как это подтверждается результатами экспериментов и испытаний, была решена поставленная задача и достигнут требуемый технический результат. Применение композиционного диэлектрического материала, например, для изготовления линз позволило обеспечить заданную диэлектрическую проницаемость и плотность, а также работоспособность в условиях вибрационных нагрузок в интервале температур от -60 до +85°С.
Формула изобретения
1. Композиционный диэлектрический материал, содержащий полимерный связующий материал – эпоксидную смолу и наполнители – двуокись титана и микросферы, отличающийся тем, что содержит микросферы стеклянные полые и изготовлен со следующим соотношением компонентов, вес.%:
2. Антенная линза, отличающаяся тем, что она выполнена из композиционного диэлектрического материала по п.1.
PD4A – Изменение наименования обладателя патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение
(73) Новое наименование патентообладателя:
Адрес для переписки:
Извещение опубликовано: 10.09.2009 БИ: 25/2009
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
эф=1,2…1,3; tg
=(2…8)·10-4). Микросферы имеют закрытоячеистую структуру, поэтому синтактные пены имеют ряд преимуществ перед обычными пенопластами: небольшое водопоглощение, высокие удельную и абсолютную прочности при сжатии, равномерную плотность по объему, незначительную усадку при отверждении и повышенную стабильность размеров при повышении температуры. Диэлектрические свойства синтактных пластмасс можно варьировать в широких пределах, изменяя соотношение связующего и наполнителя, а также их состав и технологию изготовления. Кроме того, введение микросфер в композиционные диэлектрики позволяет достичь требуемой плотности материала.