电磁场吸收组合物制造技术

本发明专利技术涉及电磁（EM）场吸收组合物领域，特别是能够提供在商业雷达频率内的吸收度的那些。该组合物特别可用作风轮机的雷达吸收涂料，特别是用在海上和陆上环境中。进一步提供包含该组合物的涂布表面、吸收EM辐射的方法和这种组合物的使用方法，以使用该组合物涂布的表面能够吸收EM辐射。提供电磁辐射吸收组合物，其包含平均最长维度为50至1000微米、厚度为1至15微米并以折干计算0.5至20体积%存在于不导电粘合剂中的细长碳组元。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电磁场吸收组合物本专利技术涉及电磁(EM)场吸收组合物领域，特别是能够提供在商业雷达频率内的吸收度的那些。该组合物特别可用作风轮机的雷达吸收涂料，特别是用在海上和陆上环境中。 进一步提供包含该组合物的涂布表面、吸收EM辐射的方法和这种组合物的使用方法，以使用该组合物涂布的表面能够吸收EM辐射。风轮机干扰雷达系统，导致在其它物体的检测中造成误差。雷达系统通过发出电磁能脉冲来工作，电磁能脉冲从控制器希望检测的物体，如航空器的位置上，反射回。控制器必须将物体与杂波，即不想要的反射，如来自风轮机和建筑物的反射，以及其它背景噪音区分开。因此，降低来自风力涡轮塔的反射能可以降低它们对雷达系统的负面影响并使它们的应用增加。根据本专利技术的第一方面，提供电磁辐射吸收组合物，其包含含有平均最长维度为 20至1000微米且厚度为1至15微米的细长碳组元的碳填料，其特征在于其中总碳填料含量以折干计算ι至20体积％存在于不导电粘合剂中。本专利技术的吸收剂是带宽典型小于IGHz的窄带吸收剂，因此特别不适用于需要宽带雷达吸收的军事用途。因此当在本专利技术的组合物中提供时介电填料，如细长碳组元，不适合宽带雷达吸收用途。上下文中的体积百分比定义为最终干燥组合物(即无溶剂)的体积百分比。但是， 为了利于该组合物以涂层，即一个或多个层，形式沉积或施加，可能存在溶剂。可能希望添加充足的溶剂以可以施加该组合物以实现在入射辐射频率下吸收所需的最终干燥涂层厚度。该组合物可以在施加前包含液体制剂并优选在施加后为干燥涂层形式。该细长碳组元优选以折干计算1至15体积％，更优选折干计算2至10体积％存在。总碳填料含量是指该组合物中的碳填料的总体积％。在所述范围外的碳填料的添加可能造成重叠的颗粒以及反射而不是。该细长碳组元具有50至750微米，优选50至500微米，更优选100至300微米， 再更优选100至150微米(假定正态分布)的平均最长维度。如果加工方法产生其它组元尺寸分布，不多于25重量％的细长碳组元应超过500微米。已经成功表明，在50至300微米范围内并以0. 5至20%存在的细长碳组元吸收辐射而非反射入射辐射。该细长碳组元优选具有1至15微米的平均厚度；平均厚度更优选为1至10微米或甚至5至10微米。在一个优选布置中，该细长碳组元具有1 10至1 25的平均厚度/平均最长维度比。如下面更详细阐述，球形粒子和短切碳纤维，如通过切断连续纤维而制成的那些(这通常产生4毫米至6毫米(4000至6000微米)的纤维)典型提供反射性组合物，因此球形和短切碳类型都不合意。细长碳组元可具有任何横截面形状，该细长碳组元优选是碳纤维。典型由连续的基本圆柱形纤维制备(将它们机械加工至所需长度)碳纤维。该细长碳组元优选是已机械加工至所需长度的碳纤维。典型用于制造在根据本专利技术的所需范围内的细长碳组元的机械加工方法是研磨。本专利技术的干燥组合物涂层特别适合提供用于风轮机，尤其是位于海洋环境中的风3轮机，的窄带雷达吸收涂料。该组合物在以所选厚度施加到表面，例如风轮机上时，可降低雷达反射。这些反射的降低减轻该结构对附近空中交通管制(ATC)、防空(ADR)、气象(MR) 和船用导航雷达(MNR)的运行的影响。本专利技术的组合物特别可用于吸收来自已知当地来源的已知雷达频率，以致在现有雷达装置附近更容易布置可再生能系统，如风力农场。常规雷达吸收材料包含含有铁磁材料的制剂，因此在其寿命过程中非常容易生锈。因此，本专利技术的优点在于，该吸收组合物不生锈，因为该细长碳组元不能与空气和水分反应。公知的是，在盐水存在下加速生锈；因此本专利技术的组合物特别可用于沿海环境。电磁吸收组合物依赖于组合物内的电磁活性材料与冲击电磁场的相互作用。电磁活性材料的加工复杂并要求控制所述材料内的电和磁组分，以使它们可随后与和输入的电磁场相关联的时变电场和磁场分量相互作用。本专利技术的组合物不要求对该材料中的磁性组分的任何控制。雷达吸收材料(RAM)的电磁要求是公认的。第一要求是通过使正面反射最小化来使进入该结构的电磁辐射最大化。如果由完美阻抗匹配条件推导出的复介电常数ε和磁导率μ的实和虚分量分别相等，实现这一点。第二要求在于一旦辐射进入该材料，使信号充分衰减。在虚介电常数和磁导率的高值下实现这一条件，它们按定义分别对介电损耗和磁损耗提供贡献。本专利技术涉及通过细长碳组元的平均最长维度(即长度)的窄选择及其在所述组合物内的含量百分比来利用和控制介电损耗。可优选在入射辐射的谐振频率的波长的λ/3至λ/5的范围内，更优选在入射辐射的谐振频率的波长的1/4 ( λ /4)范围内选择干燥组合物涂层的厚度。因此提供包含至少一个本专利技术的干燥涂层的雷达频率吸收表面、结构或主体或其部分。在一个优选布置中，所述涂层的厚度为要吸收的入射辐射的谐振频率的波长的1/4 (入/4)。更确切地，在公式(I)中观察到下列关系Λ)— 公式I其中λ相当于该干燥组合物涂层中的波长，其中是自由空间波长且ε和μ是本专利技术的干燥组合物涂层的介电常数和磁导率。名义上对碳纤维而言磁导率为大约1 (自由空间)，因为该纤维没有任何磁性。 本专利技术的干燥组合物涂层的本征介电性质可通过复介电常数或有效介电常数描述其中ε’和ε"分别是介电常数ε的实和虚分量，且| = 0。项ε’与能量储存相关，且ε"与材料内的损耗或能量耗散相关。吸收EM射频或微波辐射的能力取决于获得介电常数的最佳实和虚分量。 本专利技术的干燥组合物涂层的介电性质取决于在所述涂层内形成的微结构。球形碳粒子倾向于在复合结构内形成分立簇，这造成对电磁波吸收而言不足的相对较低的电导率和介电损耗(ε")。平均长度超过4毫米的短切碳纤维的使用要求相对较低的载量(<1体积％)以造成电连接网络和伴随反射而非吸收。因此平均长度超过4毫米的球形粒子和碳纤维不适合提供有效的吸收组合物。如上所述根据入射辐射的频率/波长选择本专利技术的组合物的干燥涂层的所需厚度。为了仔细控制厚度，该组合物涂层可以以在受控条件下制备至所选厚度的涂膜形式流延。或者，该组合物可通过已知方法，例如喷涂、辊涂或刷涂直接施加到现有结构，例如风轮机上。在一个优选布置中，进行施加以使各后继层基本正交地施加到前一层上。其优点在于，如果在制剂的制造或混合过程中细长碳组元经过任何程度的对齐，则在正交方向上的后继施加将使入射辐射的所有极化方向中的吸收度最大化。在另一布置中，各相继施加层中的总碳填料含量体积％可以不同，也可以如上所述以正交方向施加。许多结构，尤其是风力涡轮塔含有大量金属或几乎完全由金属构成，这使得它们干扰雷达。如果所述结构的表面是金属，本专利技术的组合物可直接施加到金属表面上，因为金属结构用于提供反射背板。如果该表面、结构或主体不是基本由金属构成，优选在该表面、结构或主体与所述至少一个本专利技术的干燥涂层之间提供电磁反射背板。因此，如果结构，比如例如风力涡轮塔的外表面不是基本由金属构成并干扰附近的雷达，可能希望直接在所述塔的表面上，即在该结构的表面与本专利技术的组合物之间提供EM反射背板，比如例如EM反射涂层、金属箔或电磁(EM)屏蔽漆。EM屏蔽漆的一个这样的实例是申请人的PCT申请GB2009/000226。该不导电粘合剂可以选自任何市售粘合剂；其优选可以选自丙烯酸酯粘合剂(例本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：R布赖恩特，GPW菲克斯特，S侯赛因，AST沃恩，
申请(专利权)人：R布赖恩特，GPW菲克斯特，S侯赛因，AST沃恩，
类型：发明
国别省市：