DE3936196A1 - Polymermaterial zur Absorption elektromagnetischer Wellen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Polymermaterialien zur Absorption elektromagnetischer Wellen und insbesondere im Gebiet der Radarwellen zwischen 8 und 12 GHz.

Es ist bekannt, daß gewisse Polymere elektromagnetische Wellen absorbieren können: solche Angaben finden sich bei A.FELDBLUM (1981 - J.POL.SCI.19, 173).

Unter sucht wurden so die Absorptionseingenschaften von Verbund­ strukturen, die aus einer dielektrischen Matrix und einem or­ ganischen Leiter wie Polyacetylen, Polyparaphenylen und Polythiophen bestanden, gegenüber Wellen, deren Frequenzen zwischen 100 MHz und 10 GHz lagen.

Das Problem besteht darin, Materialien zur Verfügung zu haben, die stabil in Umgebungsluft sowie im Temperaturbereich zwischen -100°C und + 100°C stabil sind; im allgemeinen nimmt man an, daß deren Leitfähigkeit τ beispielsweise gegen 10^-2 (Ohm·cm)^-1 tendieren soll, damit sie gute Absorber sind; ihre Empfindlich­ keit gegen Temperaturveränderungen muß gering sein und ihre Permittivität (relative Dielektrizitätskonstante) gegenüber Luft ε muß so nahe wie möglich dem Wert 1 betragen, um die Reflexion der einfallenden Welle minimal zu halten.

Solche genannten Verbundstrukturen jedoch, insbesondere, wenn sie dotiert sind, um den Leitfähigkeitsbedingungen zu entsprechen, sprechen aber auf die anderen Bedingungen nicht an, insbesondere was die Stabilität in Luft und die Temperaturveränderungen betrifft. Gleichzeitig hiermit existieren metallische Verbund­ strukturen, die kommerziell hergestellt sind: ihre Charakteristik ist eine ausgezeichnete Leitfähigkeit mit sehr geringen Dichten, derart, daß die elektromagnetische Welle vollkommen reflektiert wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die oben genannten Nachteile zu vermeiden und Polymermaterialien zu verwirklichen, die besonders interessant auf dem Gebiet der Radarwellen sind, da sie in der Lage sein sollen, diese Wellen zu steuen bzw. abzustrahlen.

Die Erfindung geht aus von einem Polymermaterial zur Absorption elektromagnetischer Wellen und zeichnet sich dadurch aus, daß es eine Verbundstruktur aufweist, die umfaßt:

• - ein Polymer auf der Basis von Polyethylen und EPDM, wobei der Polyethylenanteil (Gewicht) zwischen 55 und 75% betrrägt,
• - eine Nickelpulvercharge, deren Granulometrie zwischen 1 µm und 200 µm bei einem Chargenanteil zwischen 5 und 35 Vol.-% liegt.

Vorzugsweise liegt die Granulometrie zwischen 3 µm und 20 µm mit einem Optimalwert bei 5 µm.

Vorteilhaft liegt dieser Chargenanteil zwischen 15 und 25% bei einem optimalen Anteil von 19%.

Vorteilhaft liegt der Polyethylenanteil in der Matrix in der Größenordnung von 65%.

Die Erfindung richtet sich auch auf eine Struktur zur Absorption der elektromagnetischen Wellen im Bereich zwischen 8 und 12 GHz und zeichnet sich dadurch aus, daß sie wenigstens eine Schicht aus dem vorgenannten Material mit einer Maximaldicke von 5 mm umfaßt.

Eine solche Struktur kann im übrigen wenigstens eine Schicht des vorgenannten Polymers füllungsfrei umfassen.

Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung sollen nun mit bezug auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert werden. Diese zeigen in

Fig. 1 eine Kurve des Reflexionskoeffizienten R einer absorbierenden Schicht nach der Erfindung als Funktion der Frequenz f (GHz);

Fig. 2 eine Darstellung analog Fig. 1 für eine andere absor­ bierende Struktur nach der Erfindung;

Fig. 3 den Einfluß des Füllungsgrades c (%) an Nickel im Material nach der Erfindung über der Absorption A dieses Materials; und

Fig. 4 den Einfluß der Granulometrie g (µm) des Nickel­ pulvers im Material nach der Erfindung, bezogen auf die Absorption A dieses Materials.

Zur Herstellung eines Materialbeispiels nach der Erfindung geht man in folgender Weise vor:
In einen auf 120° vorgewärmten Mischer führt man EPDM, dann Polyethylen ein, wobei letzteres in einem Anteil von 65 Gew.-% vorliegt. Nach 4 Minuten verleibt man dem Gemisch ein Anti­ oxidationsmittel ein, dann wird das erhaltene Gemisch in einen Zylindermischer bei 160°C gegeben. Es wird eine Granulierung, dann ein Schmelzen bei 160°C vorgenommen; man arbeitet dann eine Nickelcharge ein, die eine Granulometrie von 5 µm bei einem Chargengrad von 19% darstellt.

Man homogenisiert das Ganze 15 Minuten lang und nimmt eine neue Granulierung vor. Die Granulate werden dann bei 160°C geschmolzen, dann nach einer neuen Homogenisierung von 15 Minuten wird eine neue Granulierung vorgenommen.

Ausgehend von diesen Granulaten wird eine Platte von einem Durchmesser von 250 mm und einer Dicke von 1,5 mm hergestellt.

Hierzu erwärmt man die Granulate auf 200°C 15 Minuten lang, dann 3 Minuten lang auf 200°C unter 200 bar. Schließlich kühlt man 5 Minuten lang unter 100 Tonnen.

Eine solche Schicht, deren spezifischer Widerstand bei 0,5 Ohm·cm liegt, wird auf einen metallischen Träger abgeschieden; sie weist einen Absorptionsgrad für elektromagnetische Wellen, der sehr interessant ist, auf, wie dies Fig. 1 erkennen läßt. In dieser Figur erscheinen die Frequenzen f (GHz) auf den Abszissen und der Reflexionsfaktor R auf den Ordinaten.

Nach einem anderen Verwirklichungsbeispiel scheidet man auf Metall eine Schicht des nicht gefüllten obengenannten Polymers ab, die eine Dicke von 500 µm aufweist, dann eine Schicht von 1500 µm analog der Schicht, deren Charakte­ ristiken in Fig. 1 zu sehen sind. Fig. 2 zeigt die Ver­ änderungen des Reflexionsfaktors R als Funktion der Frequenz f.

In Fig. 3 ist dargestellt, wie sich die mittlere Absorption der Einheitsschicht bei der Frequenz von 10 GHz (siehe Fig. 1) entwickelt, wenn der Füllungsgrad an Nickel zwischen 5% und 35% variiert. Auf den Abszissen ist der Füllungsgrad c als Volumen-% und auf den Ordinaten die Absorption in Dezibel aufgetragen.

In Fig. 4 liegt der Füllungsgrad (taux de charge) bei 19%; man modifiziert aber die Granulometrie g des Nickelpulvers zwischen 0 und 200 µm. Die Frequenz liegt immer bei 10 GHz. Auf den Abszissen erscheinen die Granulometrien g in Mikron und auf den Ordinaten der Absorptionskoeffizient A in Dezibel.

Im Hinblick auf eine knappe Darstellung wurde die Erfindung nur kurz erläutert. Änderungen und Abänderungen liegen im Rahmen der Erfindung.

Claims (8)

1. Polymermaterial für die Absorption elektromagnetischer Wellen, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Verbund­ struktur aufweist, die umfaßt:

• - ein Polymer auf der Basis von Polyethylen und EPDM, wobei der Anteil (Gewicht) an Polyethylen zwischen 55 und 75% beträgt; und
• - eine Pulvercharge (-füllung) aus Nickel, deren Granulometrie zwischen 1 µm und 200 µm bei einem Füllungsgrad zwischen 5 und 35 Volumen-% beträgt.

2. Polymermatrial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß diese Granulometrie zwischen 3 µm und 20 µm beträgt.

3. Polymermaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß diese Granulometrie in der Größenordnung von 5 µm liegt.

4. Poymermaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Füllungsgrad zwischen 15 und 25% liegt.

5. Polymermaterial nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Füllungsgrad in der Größenordnung von 19% liegt.

6. Polymermaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil des Polyethylens in der Größenordnung von 65% liegt.

7. Struktur zur Absorption elektromagnetischer Wellen im Gebiet zwischen 8 und 12 GHz, dadurch gekennzeichnet, daß sie wenigstens eine Materialschicht nach einem der Ansprüche 1 bis 6 umfaßt und daß ihre Dicke kleiner als 5 mm ist.

8. Struktur nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß sie im übrigen wenigstens eine Schicht dieses nicht gefüllten Polymers umfaßt.