DE4030170A1

DE4030170A1 - Elektromagnetische Wellen absorbierendes Material sowie ein solches Material verwendende Struktur

Info

Publication number: DE4030170A1
Application number: DE4030170A
Authority: DE
Inventors: Stanislas Galaj; Denis Cottenvielle; Georges Vigneux Marcellin; Frñdñric Heliodore; Alain Le Mehaute
Original assignee: CIE GENERALE D ELECTRICITE SOC; GENERALE D' ELECTRICITE SOC AN Cie
Current assignee: CIE GENERALE D ELECTRICITE SOC; GENERALE D' ELECTRICITE SOC AN Cie
Priority date: 1989-09-25
Filing date: 1990-09-24
Publication date: 2009-02-26
Also published as: FR2928779A1; GB2444759A; GB9020779D0; GB2444759B

Abstract

Die Erfindung betrifft ein elektromagnetische Wellen absorbierendes Material. Gegenstand der Erfindung ist ein Material auf der Basis leitfähigen Polymers zur Absorption elektromagnetischer Wellen. Es zeichnet sich dadurch aus, daß es gebildet wird durch ein Gemisch von 10 bis 30 Vol.-% leitfähigen Polyanilins und 70 bis 90 Vol.-% eines Gemisches aus Polyethylen und EPDM. Anwendung auf die Herstellung einer elektromagnetische Wellen absorbierenden Struktur, die das zu schützende Objekt abdeckt.

Description

Die Erfindung betrifft ein elektromagnetische Wellen absorbierendes Material, insbesondere von Wellen einer Frequenz zwischen 8 und 12 Gigahertz (X-Band).
Die Erfindung hat darüber hinaus die Realisierung einer ein solches Material verwendenden absorbierenden Struktur zum Gegenstand.
Bekannt sind absorbierende Strukturen vom Typ Ferrite, die den Fehler haben, daß sie schwer sind und in der Größenordnung von 6 bis 7 kg/m² liegen. Diese starke Dichte ist in der überwiegenden Zahl aeronautischer und Raumfahrtanwendungsfälle nicht zulässig (Tarnflugzeuge, Unterdrückung der Interferenzen oder Störungen in den Satellitenemissionen), wo die größte Leichtigkeit nachgesucht wird.
Es wurde insbesondere von A. FELDSLUM in J. POLY. SCI. 19 (1981) 173 vorgeschlagen, auf dem Gebiet der leitenden Polymere, die dichter als die Ferrite sind, ein Material zu suchen, das in der Lage wäre, Absorptionsmöglichkeiten für elektromagnetische Wellen zu bieten. Bis auf den heutigen Tag wurde aber trotz interessanter Arbeiten keinerlei absorbierendes Material mit Genauigkeit und insbesondere keinerlei verwendbare Struktur in Patentschriften beschrieben.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Zusammensetzung auf der Basis leitenden Polymers anzugeben, welches elektromagnetische Strahlungen, insbesondere auf dem Gebiet des X-Bandes, absorbiert.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Verwirklichung des Produktes insbesondere zur Realisierung von Strukturen in Form leichter Platten anzugeben, wobei ein besonderes Ziel darin besteht, einen Bereich von 1 bis 2 kg/m² zu erreichen.
Die Erfindung geht aus von einem Material auf der Basis leitenden Polymers zur Absorption elektromagnetischer Wellen und zeichnet sich dadurch aus, daß es besteht aus einem Gemisch von 10 bis 30 Vol.-% leitendem Polyanilins und 70 bis 90 Vol.-% eines Gemisches aus Polyethylen und EPDM.
Vorzugsweise liegt der Anteil des Polyethylens im Polyethylen/EPDM-Gemisch zwischen 60 und 95 Vol.-%.
Vorzugsweise wird das Material in Form von Platten ausgehend von einem Gemisch leitfähigem Polyanilins einer mittleren Granulometrie zwischen 3 und 10 Mikron und Polyethylens/EPDM mit einer mittleren Granulometrie nach dem Mahlen bzw. Brechen von weniger als 100 Mikron hergestellt, wobei das Gemisch mit der sog. Turbula oder einem Turbinenmischer (frz. turbula) hergestellt wurde, das Gemisch auf eine Temperatur benachbart 200°C erwärmt und dann bei einem Druck benachbart 200 bis 300 bar komprimiert wurde.
Eine absorbierende Struktur bzw. ein absorbierendes Bauteil wird hergestellt, indem man nacheinander auf das metallische gegen elektromagnetische Wellen zu schützende Bauteil aufbringt: 1 bis 2 Folien einer Dicke benachbart 0,5 mm eines Materials, das dielektrische Eigenschaften benachbart denen des Gemisches aus Polyethylen/EPDM mit 60 bis 65 Vol.-% Polyethylen ausmacht und eine Schicht benachbart 1,5 mm des absorbierenden Materials nach der Erfindung aufbringt.
Die beiliegenden Zeichnungen erläutern die Herstellung des Materials nach der Erfindung sowie eine bevorzugte Ausführungsform für eine solche absorbierende Struktur.
In den Zeichnungen zeigen
1 ein Diagramm der Granulometrie von Anilinschwarz, welches nach der ersten Herstellungsstufe des Polyanilins erhalten wurde;
2 eine Teildarstellung im Querschnitt durch eine absorbierende Struktur nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
3 einen Querschnitt durch eine absorbierende Struktur gemäß einer Variante.
Nach einem Merkmal der Erfindung enthält das absorbierende Material Polyanilin, von dem eine bekannte Herstellungsart im Folgenden aufgelistet wird.
In ein Gefäß von 50 Litern führt man 15,5 Liter destillierten Wassers, 5 Liter konzentrierter Chlorwasserstoffsäure (37%) und dann langsam 1,5 Liter Anilin ein. Das Gemisch wird auf etwa –5°C gekühlt.
Man oxidiert das Anilin durch Einführen von Ammoniumperoxidsulphat (NH4)2 S2 08, das sind noch 3,75 kg in 9 Liter Wasser. Der Zusatz erfolgt langsam, derart, daß die Reaktionsgesamtzeit benachbart 15 Stunden beträgt. Diese Reaktion erzeugt eine Anilinschwarzausfällung, deren granulometrische Verteilung typischerweise auf 5 Mikron konzentriert ist (siehe 1, wo d den Durchmesser der Anilinschwarzpartikel bezeichnet). Das Anilinschwarz liegt vor in Form eines Salzes, als Pulver. Dieses Pulver wird nacheinander mit destilliertem Wasser, dann mit zwischen 2 und 4 Molaren Chlorwasserstofflösungen gewaschen. Dieses Pulver wird dann geschleudert bzw. gequetscht, dann unter Stickstoff getrocknet, zur komplementären Behandlung – einer Auslagerung langer Dauer (etwa 15 Tage) – in Anwesenheit von Silikagel. Das Produkt liegt vor in Form von Chlorhydrat. Die Ausbeute der Reaktion geht über 80% hinaus. Vorteilhaft kann man das erhaltene Produkt einer zusätzlichen Behandlung aussetzen, um die letzten Spuren von Benzidin, das während der Reaktion gebildet wurde, zu unterdrücken. Mit Wasser wird gespült, gefolgt von einer Neutralisation mittels Ammoniaks und einer Extraktion in der Dampfphase vermittels Alkohol. Das erhaltene Produkt besteht dann aus neutralem Polyanilin, das auch unter dem Namen Polyemeraldin bekannt ist.
Um dieses Polyanilin leitfähig zu machen, wird es beispielsweise durch Waschen vermittels Chlorwasserstoffsäure gefolgt von einem Trocknen "dotiert".
Zum Aufbau des absorbierenden Materials nach der Erfindung stellt man ein Gemisch aus Polyethylen und EPDM, einem Dimer auf der Basis von Ethylen-Propylen, her.
Man wählt einen Anteil von 60 bis 95 Vol.-%, vorteilhaft 80% Polyethylen und anschließend 40 bis 5 Vol.-% EPDM. Man zerkleinert oder mahlt dieses Gemisch derart, daß man ein Pulver einer Granulometrie von weniger als 100 Mikron erhält.
Das Polyethylen-EPDM-Gemisch wird dann mit Polyanilin mit einem Anteil von 15 bis 30 Vol.-% Polyanilin gemischt. Das Mischverfahren wird derart gewählt, daß man die besten Werte der dielektrischen Koeffizienten für die in Betracht gezogenen Anwendungsfälle, d. h. eine beachtliche dielektrische Leitfähigkeit, starke dielektrische Verluste etc. erhält. Es wurde gefunden, daß die beste Mischtechnik ist, ein sog. Turbula-Gemisch bzw. ein mit dem Turbinenmischer hergestelltes Gemisch zu verwenden.
Nachdem das Mischen der Pulver durchgeführt ist, ordnet man das Produkt in einer beispielsweise kreisförmigen Form, welche zwei Platten umfaßt, an; man erwärmt das Ganze auf eine Temperatur benachbart 200°C. Ein Druck in der Größenordnung von 200 bar wird 3 Minuten lang ausgeübt; Man kühlt dann das Produkt, indem man einen Druck in der Größenordnung von 300 bar aufbringt.
Typischerweise erhält man eine Platte von 200 mm Durchmesser und 1,5 mm Dicke. Das Produkt ist wesentlich leichter als die bekannten Produkte, da es nur 1 bis 2 kg pro Quadratmeter erreicht.
Die 2 und 3 zeigen zwei Ausführungsformen einer absorbierenden Struktur unter Verwendung des genannten Produktes.
2 ist ein Schnitt durch eine Ebene normal zur zu schützenden metallischen Oberfläche 10. Man ordnet auf dieser Oberfläche zwei Folien 11 und 12 aus Polyethylen/EPDM der oben definierten Art an, wobei eine jede eine Dicke zwischen 0,1 und 1 mm hat; man kann das Polyethylen EPDM durch irgend ein Material mit ähnlichen dielektrischen Eigenschaften ersetzen. Die absorbierende Struktur wird vervollständigt durch eine polyanilindotierte Schicht der oben definierten Art mit einer Dicke zwischen 1 und 2 mm.
3 zeigt eine Ausführungsvariante, die nur eine einzige Polyethylen/EPDM-Folie oder Äquivalent umfaßt.
Eine Struktur wie sie in den 1 und 2 dargestellt ist, ist besonders wirksam zum Absorbieren der elektromagnetischen Wellen OEM, die normal zur Oberfläche einfallen.
4 ist ein Diagramm, welches die Veränderungen des Reflexionskoeffizienten CR (in dB) als Funktion der Frequenz f (in GHz) der normal zur Struktur empfangenen elektromegnetischen Welle zeigt, und zwar einmal für eine Struktur nach dem Stand der Technik (Kurve AA), einmal für eine Struktur nach der Erfindung (Kurve INV). Man sieht, daß die Ergebnisse genauso gut für die Struktur nach der Erfindung sind, die aber im übrigen dreimal weniger dicht als die nach dem Stand der Technik ist.
Anwendbar ist die Erfindung auf elektromagnetische Wellen absorbierende Strukturen oder Bauteile, insbesondere auf dem Gebiet der Aeronautik und der Raumfahrt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Nicht-Patentliteratur

- A. FELDSLUM in J. POLY. SCI. 19 (1981) 173 [0004]

Claims

Elektromagnetische Wellen absorbierendes Material auf der Basis leitfähigen Polymers, dadurch gekennzeichnet, daß es gebildet ist durch ein Gemisch von 10 bis 30 Vol.-% leitfähigen Polyanilins und 70 bis 90 Vol.-% eines Gemisches aus Polyethylen und EPDM.
Material nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Polyethylenanteil im Polyethylen/EPDM-Gemisch zwischen 60 und 95 Vol.-% beträgt.
Material nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß es in Plattenform ausgehend von einem Gemisch leitfähigen Polyanilins mit einer mittleren Granulometrie zwischen 3 und 10 Mikron und Polyethylen/EPDM mit einer mittleren Granulometrie nach dem Mahlen von weniger als 100 Mikron ausgebildet ist, wobei das Gemisch mit der sog. Turbula bzw. einem Turbinenmischer hergestellt wurde, das Gemisch auf eine Temperatur benachbart 200°C erwärmt und dann bei einem Druck benachbart 200 bis 300 bar komprimiert wurde.
Elektromagnetische Wellen absorbierende Struktur, dadurch gekennzeichnet, daß sie hergestellt ist, indem man nacheinander auf das gegen elektromagnetische Wellen zu schützende metallische Bauteil 1 bis 2 Folien einer Dicke zwischen 0,1 und 1 mm eines Materials anordnet, dessen dielektrische Eigenschaften benachbart denen des Polyethylens/EPDM-Gemisches von 75 bis 85 Vol.-% Polyethylens ist und eine Schicht einer Dicke zwischen 1 und 2 mm des absorbierenden Materials nach einem der vorhergehenden Ansprüche anordnet.