JP2017151115A - 複合レドーム壁 - Google Patents
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Abstract
【課題】効率的な広帯域レドーム、すなわち広い帯域幅にわたって、特にマイクロウェーブの帯域幅で、例えば周波数が140GHzまでの帯域幅で、特に周波数が1GHz〜130GHzの帯域幅で良好な電磁的透明性を示すレドームの製造を可能にするであろう複合レドーム壁を提供する。
【解決手段】発泡ポリマー材のコアで隔てられた2枚の表面材を含むサンドイッチ型の複合パネルを含むレドーム壁であって、表面材が一体化した複数の層を含む多層シートを含み、前記層がポリマーテープを含むレドーム壁。
【選択図】なし
【解決手段】発泡ポリマー材のコアで隔てられた2枚の表面材を含むサンドイッチ型の複合パネルを含むレドーム壁であって、表面材が一体化した複数の層を含む多層シートを含み、前記層がポリマーテープを含むレドーム壁。
【選択図】なし
Description
本発明は、発泡ポリマー材のコアで隔てられた2枚の表面材を含むサンドイッチ型の複合パネルを含むレドーム壁に関する。本発明はまた、レドーム、ならびにレーダーアンテナおよび本発明のレドームを含むレーダーシステムに関する。
レドームはレーダーシステム、すなわちレーダーアンテナを含むシステムのための電磁的な覆いであり、例えば、風雨からシステムを保護するなど、環境要素からシステムを保護するために使用される。レドームの重要な要件は、レドームを通過するレーダー波に対して実質的に悪影響を及ぼさないことであるが、しかしまた、反射したレーダー波が戻って来てレドームを通って入射し、レーダーアンテナで受信されるときにもそのような悪影響を及ぼさないことである。したがって、レドームは原則として2つの主要な特性、すなわち環境要素に対する十分な構造的健全性および耐久性と、レドームを通過するレーダー波を効率よく送信する十分な電磁性能を有していなければならない。
レドームの電磁性能は、通常、ある方向にレドームを通過するレーダー波の反射、歪みおよび減衰を最小にする能力により測定される。送信効率はレーダー波に対するレドームの見かけの透明性に類似しており、システムにレドーム覆いを使用せずに測定されるレーダー波の送信電力に対する百分率として表される。レドームは電磁装置と見なすことができるので、レドームを調整すれば送信効率を最適化することができる。レドームの調整は、レドーム壁の厚さやその組成などの数種の因子により行われる。例えば、所定の誘電率および損失正接(いずれも、レーダーシステムで送信または受信される電波の周波数の関数である)を有する材料を注意深く選択することにより、レドームを調整することができる。調整が不十分なレドームは、レーダー波を減衰させ、散乱させ、かつ多方向に反射させ、レーダー信号の品質に悪影響を及ぼす。
良好に機能することが判っている1つの従来技術のレドーム壁は、A−サンドイッチ型構造と称されている。A−サンドイッチレドーム壁は、通常、エポキシ/ファイバーグラス積層体を含む表面材で挟まれた発泡コア、例えばハニカムまたは気泡含有コアを含む複合パネルを含む。サンドイッチ構造全体、すなわちコアと表面材の厚さは、近い入射角のレーダー波の波長のほぼ4分の1である。そのようなA−サンドイッチレドーム壁は、例えば、欧州特許第0843379号明細書;欧州特許第0359504号明細書;欧州特許第0470271号明細書、英国特許第633,943号明細書、英国特許第821,250号明細書、英国特許第851,923号明細書、米国特許第2,659,884号明細書、米国特許第4,980,696号明細書、米国特許第5,323,170号明細書、米国特許第5,662,293号明細書、米国特許第6,028,565号明細書、米国特許第6,107,976号明細書および米国特許出願公開第2004/0113305号明細書に開示されている。
合成繊維を含む表面材を含むA−サンドイッチレドーム壁は、例えば、米国特許第3,002,190号明細書により知られており、合成繊維の例としては、米国特許第5,182,155号明細書におけるようなポリエチレン繊維や、米国特許第5,408,244号明細書におけるようなアラミド繊維がある。
サンドイッチレドーム壁の他の例としては、B、CおよびDサンドイッチが挙げられる。例えば、C−サンドイッチレドーム壁は、2枚の表面材で挟まれたコアを含み、2枚の表面材自体もコアの材料の他の層に挟まれている。そのような他の構造物は、米国特許第4,613,350号明細書、米国特許第4,725,475号明細書、米国特許第4,677,443号明細書、米国特許第4,358,772号明細書および米国特許第3,780,374号明細書に記載されている。
しばしば複合体とも称される既知のサンドイッチ型レドーム壁は、大半は満足できる電磁性能を有するが、この性能は向上させ得ると認められた。例えば、そのような複合レドーム壁には、極超短波、例えば50GHzを超える、さらに70GHzさえ超えるようなGHzレベルで動作するアンテナに有効なレドームの製造を可能にする電磁性能を有するものはない。極超短波アンテナに既知の複合レドーム壁を使用すると、アンテナの動作帯域が狭くなり得、信号の損失を補うために電力を大幅に増加させなければならないことが観察された。アンテナの電力を増加させることは、その結果として、アンテナの動作寿命を短縮させ、そしてまた大きな電力消費により運転コストを増加させ得る。
したがって、本発明の目的は、効率的な広帯域レドーム、すなわち広い帯域幅にわたって、特にマイクロウェーブの帯域幅で、例えば周波数が140GHzまでの帯域幅で、特に周波数が1GHz〜130GHzの帯域幅で良好な電磁的透明性を示すレドームの製造を可能にするであろう複合レドーム壁を提供することであり得る。
本発明は、発泡ポリマー材のコアで隔てられた2枚の表面材を含むサンドイッチ型複合パネルを含むレドーム壁であって、表面材が一体化した複数の層を含む多層シートを含み、前記層はポリマーテープを含むレドーム壁を提供する。
本発明のレドーム壁は広い周波数帯で十分な電磁性能を有することが観察された。特に、前記レドーム壁は、X帯レーダーに対して良好な性能を有し、またW帯および/またはF帯レーダーに対しても良好に動作し得ることが観察された。明確にするために、本明細書では、X、W、およびF帯は、それぞれ8〜12GHz、75〜110GHzおよび90〜140GHzの周波数範囲であると理解される。当業者であれば以下に記載する詳細な説明を読めば明らかになるであろうが、上記の利点に加えて、本発明のレドーム壁は、上記の範囲内の個々の周波数で比類のない電磁特性を有し得る。また、本発明のレドーム壁は、強度、剛性および運動エネルギーの吸収などの機械的特性も良好である。
レドーム壁の製造にポリマーテープを使用することは、例えば、国際公開第10/122099号パンフレットにより知られている。しかしながら、この刊行物は、既知の複合レドーム壁、すなわち本発明のもの、または米国特許第5,182,155号明細書に記載のものなどのように、コアと表面材を含む壁を、単層壁、すなわち単一材料で作られた壁で置き換えることを目的にしている。なぜなら、そのような単層壁は建設や維持がより容易になり得、またより良好な構造安定性を有し得るからである)。
本明細書では、テープは、長さ寸法、幅寸法および厚さ寸法を有する長尺体であって、テープの長さ寸法が幅寸法より大きく、前記長さ寸法がその厚さ寸法よりはるかに大きい長尺体であると理解される。本発明で使用するテープは、非繊維テープ、すなわち繊維を製造する工程と、その繊維を使用して、例えば繊維を溶融して、テープを作る工程とを含む方法とは異なる方法で得られるテープであることが好ましいが、必須ではない。本発明で使用するテープは、固体テープ、すなわちポリマーの粉末層を圧縮し、さらにその圧縮した粉末層をカレンダー加工および/または延伸加工することにより得られるテープであることが好ましい。テープの厚さは、好ましくは1μm〜200μm、より好ましくは5μm〜100μmである。テープの幅は、好ましくは20mm〜2000mm、より好ましくは50mm〜1500mm、最も好ましくは80mm〜1200mmである。前記テープの平均厚さは、好ましくは5μm〜400μm、より好ましくは7.5μm〜350μm、最も好ましくは10μm〜300μmである。本明細書では、テープの幅は、前記テープ断面の外周上の2点間を測定した最大距離であると理解される。本明細書では、テープの厚さは、前記テープ断面の外周上の対向する2点間を測定した最大距離であって、前記厚さの測定に使用する距離が、テープ幅の測定に使用した距離に対して垂直であると理解される。前記テープの平均厚さ(T)に対する幅(W)の比(W/T)は、最大でも40,000であることが好ましく、最大でも30,000であることがより好ましく、最大でも25,000であることが最も好ましい。前記テープの平均厚さ(T)に対する幅(W)の比(W/T)は、最小でも20であることが好ましく、最小でも60であることがより好ましく、最小でも100であることが最も好ましい。一実施形態では、前記テープの面密度は、最大でも160g/m2であることが好ましく、最大でも70g/m2であることがより好ましく、最大でも40g/m2であることが最も好ましい。
本発明において定義されるテープは、従来技術のレドーム壁の表面材に含まれる繊維とは構造的に異なるものである。前記繊維は、楕円形または円形の断面を有する長尺体であり、前記断面の最大寸法の最小寸法に対する比は最大でも5である。
本明細書では、ポリマーテープは、ポリマー材料から製造されるテープであると理解される。ポリマー材料の適切な例としては、ポリアミドおよびポリアラミド、例えばポリ(p−フェニレンテレフタルアミド);ポリ(テトラフルオロエチレン)(PTFE);ポリ(p−フェニレン−2,6−ベンゾビスオキサゾール)(PBO);液晶ポリマー(LCP)、例えば、Vectran(登録商標)(パラヒドロキシ安息香酸とパラヒドロキシナフタレン酸のコポリマー);ポリ{2,6−ジイミダゾ−[4,5b−4’,5’e]ピリジニレン−1,4(2,5−ジヒドロキシ)フェニレン};ポリ(ヘキサメチレンアジパミド)(ナイロン6,6として知られている)、ポリ(4−アミノブチル酸)(ナイロン6として知られている);ポリエステル、例えばポリ(エチレンテレフタレート)、ポリ(ブチレンテレフタレート)およびポリ(1,4シクロヘキシリデンジメチレンテレフタレート);ポリオレフィン、例えば、ポリエチレンとポリプロピレンのホモポリマー、およびポリエチレンとポリプロピレンとのコポリマー;さらにはポリビニルアルコールおよびポリアクリロニトリルが挙げられるが、これらに限定されない。
本発明で使用するテープがポリオレフィンテープであるときに、非常に良好な結果が得られた。前記テープがポリエチレン、より好ましくは超高分子量ポリエチレン(UHMWPE)のテープであるときに、より一層良好な結果が得られた。好ましいUHMWPEの固有粘度(IV)は、最小でも2dl/gであることが好ましく、最小でも3.5dl/gであることがより好ましく、最小でも5dl/gであることが最も好ましい。前記UHMWPEのIVは、最大でも40dl/gであることが好ましく、最大でも25dl/gであることがより好ましく、最大でも15dl/gであることが最も好ましい。UHMWPEは、炭素原子100個当たり1個未満の側鎖を有することが好ましく、炭素原子300個当たり1個未満の側鎖を有することがより好ましい。さらに好ましいUHMWPEは、最小でも100,000g/molの重量平均分子量(Mw)を有し、またMw/Mn比が最大でも6であることが好ましい。ここで、Mnは数平均分子量である。ポリエチレンを製造する適切な方法は、参照により本明細書に含められる国際公開第01/021668号パンフレットおよび米国特許出願公開第2006/0142521号明細書に見出すことができる。特に好ましいUHMWPEは、参照により本明細書に含められる国際公開第10/007062号パンフレット、パラグラフ17および18に記載の条件を使用する方法で得ることができる、絡まりの非常に少ない(highly disentangled)UHMWPEである。
ポリマーテープは、ポリマー材料を押出機に供給し、好ましくはポリマー材料の融点を超える温度でテープを押出し、そして押し出したテープを延伸することにより製造し得る。必要ならば、押出機にポリマー材料を供給する前に、好ましくは高分子量ポリマーを使用する場合のように、例えば、ゲルを生成させるために適切な溶媒を前記材料に混合してもよい。特にUHMWPEテープの製造については、欧州特許出願公開第0205960A号明細書、欧州特許出願公開第0213208A1号明細書、米国特許第4413110号明細書、国際公開第01/73173A1号パンフレット、およびAdvanced Fiber Spinning Technology,Ed.T.Nakajima,Woodhead Publ.Ltd(1994),ISBN 1−855−73182−7、ならびにこれらの中の引用文献(これら全ては、参照により本明細書に組み込まれる)などの様々な刊行物に記載されている。これらの刊行物では、UHMWPEテープはゲル紡糸法により作られ、好ましい機械的特性、例えば高弾性率および高引張強さを有する。UHMWPEテープは、欧州特許出願公開第0205960A号明細書、欧州特許出願公開第0213208A1号明細書、米国特許第4413110号明細書、英国特許出願公開第2042414A号明細書、英国特許出願公開第A−2051667号明細書、欧州特許第0200547B1号明細書、欧州特許第0472114B1号明細書、国際公開第01/73173A1号パンフレット、欧州特許第1,699,954号明細書、および「Advanced Fiber Spinning Technology」,Ed.T.Nakajima,Woodhead Publ.Ltd(1994),ISBN 185573 182 7などの多数の刊行物に記載されているゲル紡糸法により製造することが好ましい。テープを製造するには、紡糸孔の替りに紡糸スリットを有する紡糸ダイスを使用することにより、上記の方法を日常的に適用し得る。
好ましい実施形態では、本発明で使用するテープは、a)ポリマー粉末層を1組のエンドレスベルト間に供給し、その粉末層を、ポリマー粉末の融点未満の温度で、加圧手段間で圧縮成形する工程、b)得られた圧縮成形粉末をカレンダーローラー間に通してテープを形成する工程、およびc)テープを延伸する工程を含む方法により製造される。使用するポリマー材料は、ポリオレフィンが好ましく、UHMWPEがより好ましい。そのような実施形態の方法により得られるテープは、この技術分野では、一般に固体テープと称される。
本発明においては、多層シートの製造に使用する層はポリマーテープを含む。前記層はマトリックスフリー層、すなわち、バインダー、接着剤、または前記層を安定化させるために使用する他の材料を実質的に含まない層であることが好ましい。前記層は本質的にポリマーテープからなることが好ましく、前記層はポリマーテープからなることがより好ましい。
一実施形態では、ポリマーテープは一方向織物を形成している。本明細書では、ポリマーテープの一方向織物は、テープが一方向に整列し、それらの長さ(これらは単一の面を定義しかつその面に含まれている)と共通の方向に走って、単一の面を定義し、かつその面に含まれる織物と理解される。2つの隣接テープの間に隙間があってもよく、前記隙間は、前記2つの隣接するテープの最も狭い幅の、最大でも10%であることが好ましく、最大でも5%であることがより好ましく、最大でも1%であることが最も好ましい。テープは当接関係にあることが好ましい。織物が、長さ方向に沿って表面の一部が互いに重なり合う隣接テープを含むことがより好ましく、重なり合う部分は、前記2枚の重なり合う隣接テープの最小幅の、最大でも50%であることが好ましく、最大でも25%であることがより好ましく、最大でも10%であることが最も好ましい。1つの層のテープの共通の走行方向は、隣接する層のテープの共通の走行方向とある角度をなしていることが好ましく、前記角度は、好ましくは45°〜90°、より好ましくは約90°である。
ポリマーテープが織布を形成するとき、非常に良好な結果が得られる。好ましい織物構造は、平織、バスケット織、繻子織および千鳥綾織である。最も好ましい織物構造は平織である。織物の厚さは、好ましくはテープ厚さの1.5〜3倍であり、より好ましくはテープ厚さの約2倍である。
一実施形態では、多層シートの製造に使用する層の少なくとも一部は、長さおよび幅がシートの長さおよび幅とほぼ同一の単一テープを含む。以下、この実施形態の目的のために、そのようなテープをフィルムと称する。したがって、フィルムの幅および長さの寸法は、シートの寸法に依存し、ひいてはその用途に依存する。熟練者であれば、前記フィルムの横方向の寸法は、ルーチン的に決定することができる。前記フィルムは異方性であることが好ましい。異方性とは、本発明との関連では、第1の方向の弾性率が、それに垂直な方向の弾性率より少なくとも3倍高い、2つの互いに垂直な方向を、フィルムの平面内に定義できることを意味する。この技術分野では、一般に、異方性フィルムの第1の方向を、最も高い機械的特性を有する縦方向または延伸方向(または、配向方向)と称する。2つの隣接する単層におけるフィルムの配向方向、すなわち縦方向が、好ましくは45〜135°、より好ましくは65〜115°、最も好ましくは80〜100°の角αをなすように、フィルムを含む単層が積層されているとき、非常に良好な結果が得られた。そのような異方性フィルムを製造する方法は、例えば、国際公開第10/066819号パンフレット(参照により、本明細書に組み込まれる)に開示されている。
本発明では、表面材は、一体化した複数の層を含む多層シートを含む。熟練者であれば、例えば、通常、前記層に含まれるポリマーテープの融点未満の高温で、積層した層を圧縮することにより、複数の層を一体化する方法を知っている。前記多層シートはマトリックスフリーの多層シートであることが好ましい。前記多層シートはシート体積(Vs)を決める外部表面を有し、前記体積が本質的にポリマーテープからなることが好ましい。しかしながら、前記シートは、外部表面の少なくとも1つを覆うコーティングを含んでもよい。
多層シートを、
a)ポリマーテープを含む複数の層を用意する工程;
b)少なくとも1枚の予成形ポリマーフィルムを用意する工程;
c)複数の層を積層して、層の積層体を得、前記積層体は上面および上面の反対側に下面を有し、少なくとも1枚の予成形ポリマーフィルムを少なくともその上面に配置して、前記積層体および前記予成形ポリマーフィルムを含む組立品を作製する工程;
d)工程c)の組立品を、少なくとも100barの圧力、およびポリマーテープの融点未満の温度で一定のドエル時間圧縮する工程;
e)組立品を、70℃未満、好ましくは室温にまで冷却し、その後圧力を開放する工程;および
f)組立品から予成形ポリマーフィルムを除去する工程
を含む方法により得ると、高品質のレドーム壁が得られることが観察された。
a)ポリマーテープを含む複数の層を用意する工程;
b)少なくとも1枚の予成形ポリマーフィルムを用意する工程;
c)複数の層を積層して、層の積層体を得、前記積層体は上面および上面の反対側に下面を有し、少なくとも1枚の予成形ポリマーフィルムを少なくともその上面に配置して、前記積層体および前記予成形ポリマーフィルムを含む組立品を作製する工程;
d)工程c)の組立品を、少なくとも100barの圧力、およびポリマーテープの融点未満の温度で一定のドエル時間圧縮する工程;
e)組立品を、70℃未満、好ましくは室温にまで冷却し、その後圧力を開放する工程;および
f)組立品から予成形ポリマーフィルムを除去する工程
を含む方法により得ると、高品質のレドーム壁が得られることが観察された。
本発明の工程b)では、少なくとも1枚の予成形フィルムを用意する。本発明の方法では、各種のポリマー材料から製造された、予成形ポリマーフィルムを使用することができる。一実施形態では、前記予成形ポリマーフィルムは、層に含まれるポリマーテープの製造に使用されるポリマー材料とは異なるポリマー材料、すなわち異なるポリマー類に属するポリマー材料から製造される。
本発明の方法で使用される、予成形ポリマーフィルムを製造するのに好ましいポリマー材料としては、ポリビニルベースの材料、例えばポリ塩化ビニル、およびシリコーンベースの材料が挙げられる。予成形ポリマーフィルムが、ポリ塩化ビニルまたはシリコンゴムから製造されたフィルムであると、良好な結果を得ることができる。
予成形ポリマーフィルムの厚さは、少なくとも50μmであることが好ましく、少なくとも100μmであることがより好ましく、少なくとも150μmであることが最も好ましい。予成形ポリマーフィルムの厚さは、100μm〜25mmであることが好ましく、200μm〜20mmであることがより好ましく、300μm〜15mmであることが最も好ましい。例えば、シリコンゴムフィルムでは、最も好ましい厚さは500μm〜15mmであり、ポリ塩化ビニルフィルムでは、最も好ましい厚さは1mm〜10mmである。広い範囲の厚さを有するシリコンゴムおよびポリ塩化ビニルフィルムが商業的に入手可能であり、それぞれ、例えばArlon(米国(US))およびWIN Plastic Extrusion(米国)から入手することができる。
予成形ポリマーフィルムが少なくとも3MPaの引張強さを有すると、良好な結果が得られ得ることが観察された。予成形ポリマーフィルムの引張強さは、少なくとも9MPaであることが好ましく、少なくとも15MPaであることがより好ましく、少なくとも19MPaであることがより一層好ましい。予成形ポリマーフィルムとしてポリ塩化ビニルフィルムを使用する場合、前記ポリ塩化ビニルフィルムの引張強さは10MPa〜25MPaであることが好ましく、13MPa〜22MPaであることがより好ましく、16MPa〜20MPaであることが最も好ましい。予成形ポリマーフィルムとしてシリコンゴムフィルムを使用する場合、前記シリコンゴムの引張強さが3MPa〜20MPaであることが好ましく、5MPa〜17MPaであることがより好ましく、7MPa〜15MPaであることが最も好ましい。
圧縮工程d)の温度は、一般にプレス温度で制御されるか、または型を使用するならば型の温度で制御され、例えば層の間に設置した熱電対で測定することができる。圧縮工程d)の温度は、DSCで測定されたポリマーテープの融点(Tm)未満に選択することが好ましい。組立品が1種超のポリマーテープを含む場合、融点は、本明細書では、2種以上のポリマーテープの中で最も低い融点であると理解される。圧縮工程d)の温度は、ポリマーテープの融点より、最大で20℃低いことが好ましく、最大で10℃低いことがより好ましく、最大で5℃低いことが最も好ましい。例えば、ポリエチレンテープの場合、特にUHMWPEテープの場合、好ましくは135℃〜150℃、より好ましくは145℃〜150℃の圧縮温度が選択され得る。一般に、最低温度は妥当な一体化速度が得られるように選択される。この点においては、50℃が適切な下限温度であるが、この下限は低くとも75℃が好ましく、低くとも95℃がより好ましく、低くとも115℃が最も好ましい。
本発明のレドーム壁に含まれる表面材はまた、コーティング、例えば、エポキシ樹脂、シアネートエステル、PTFEおよびポリブタジエンを含んでもよい。コーティングの前に、前記表面材にはまた、例えば、エポキシプライマーまたは使用するコーティングに適した他のプライマーで下塗りを施してもよい。プライマーの適切な厚さは、0.02〜1.0mil(0.5〜25.4μm)であり、好ましくは0.05〜0.5mil(1.3〜12.7μm)、最も好ましくは0.05〜0.25mil(1.3〜6.4μm)である。
各表面材は、面密度(AD)が少なくとも100kg/m2であることが好ましく、少なくも200kg/m2であることがより好ましく、少なくとも300kg/m2であることが最も好ましい。
本発明では、発泡ポリマー材料のコアが2つの表面材の間に含まれる。本明細書では、発泡ポリマー材は、前記発泡ポリマー材の製造に使用するポリマー材料の固有密度より低い密度を有する材料であると理解される。発泡ポリマー材の好ましい例は、ポリマーフォームおよびポリマーハニカムである。
好ましい実施形態では、発泡ポリマー材はポリマーフォームである。そのようなフォームの製造に適したポリマー材料は熱可塑性および熱硬化性の材料であり、その例としては、ポリイソシアネート、ポリスチレン、ポリオレフィン、ポリアミド、ポリウレタン、ポリカーボネート、ポリアクリレート、ポリビニル、ポリイミド、ポリメタクリルイミドおよびこれらのブレンド物、さらにはゴムおよび樹脂などの他の合成材料が挙げられる。好ましいポリマー材料の適切な例としては、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエーテルイミド(PEI)、メタ−アラミド、エポキシ樹脂、シアネートエステル、PTFEおよびポリブタジエンが挙げられる。フォームの特別な例に、シンタクチックフォーム、すなわちガラスマイクロバルーンを含むフォームがある。そのようなフォームはこの技術分野では知られており、その特定の例は上記刊行物に記載されている。ポリマーフォームは独立気泡型フォーム、すなわち大部分の気泡、好ましくは全気泡が気泡壁によって囲まれているフォームであることが好ましい。前記フォームは、直径が1μm〜80μmの範囲である気泡を有することが好ましく、5μm〜50μmの範囲であることがより好ましく、10μm〜30μmの範囲であることが最も好ましい。前記フォームの密度は20〜220kg/m3であることが好ましく、50〜180kg/m3であることがより好ましく、110〜140kg/m3であることが最も好ましい。フォームの誘電率は最大でも1.40であることが好ましく、最大でも1.15であることがより好ましく、最大でも1.05であることが最も好ましい。フォームの圧縮弾性率は、ASTM D1621による測定で、13,000psiであることが好ましく、15,000psiであることがより好ましく、25,000psiであることが最も好ましい。
他の実施形態では、発泡ポリマー材は連続気泡型フォームまたはハニカムである。その共通の性質は、これらの両タイプの発泡ポリマー材は、気泡壁により完全には囲まれていない気泡を有することである。
本発明では、レドーム壁はサンドイッチ型の複合パネルを含む。前記パネルは、発泡ポリマー材のコアで隔てられた2つの表面材を含む。そのようなサンドイッチ型のパネルを作製する好ましい方法は、
i. 一体化された複数の層を含む少なくとも2枚の多層シートを用意する工程であって、前記層がポリマーテープを含む工程と、
ii. 発泡ポリマー材を用意する工程と、
iii. 表面材として少なくとも2枚のシート、およびコアとして発泡ポリマー材を使用して、2枚の表面材と前記コアを含み、コアが前記表面材間に配置されているサンドイッチ型構造体を得る工程と、
iv. 高温高圧で前記サンドイッチ型構造体を圧縮して、サンドイッチ型パネルを得る工程と
を含み得る。
i. 一体化された複数の層を含む少なくとも2枚の多層シートを用意する工程であって、前記層がポリマーテープを含む工程と、
ii. 発泡ポリマー材を用意する工程と、
iii. 表面材として少なくとも2枚のシート、およびコアとして発泡ポリマー材を使用して、2枚の表面材と前記コアを含み、コアが前記表面材間に配置されているサンドイッチ型構造体を得る工程と、
iv. 高温高圧で前記サンドイッチ型構造体を圧縮して、サンドイッチ型パネルを得る工程と
を含み得る。
サンドイッチ型構造体は、好ましくは少なくとも500psi、より好ましくは少なくとも700psi、最も好ましくは少なくとも1000psiの圧力で圧縮される。前記構造体は、DSCにより測定されるポリマーテープおよび発泡ポリマー材の両融点未満の温度で圧縮することが好ましい。前記温度は高くとも135℃であることが好ましい。
表面材のコアに対する接着性を高めるために、各表面材とコアの間に接着剤層を使用することができる。好ましい接着剤としては、Nolax、Exact、SpunfabおよびLDPEとして知られているものなどの、ポリオレフィンまたは変性ポリオレフィンをベースにしたものが挙げられる。そのようなポリオレフィンベースの接着剤を使用することにより、良好な特性を有するレドーム壁が得られることが観察された。他の適切な接着剤には、ポリアミド、ポリエステルおよびウレタンをベースにしたものがあり得るが、また各種エラストマーをベースにしたものもあり得る。
最も好ましい接着剤は、エチレンまたはプロピレンと1種または複数種のC2〜C12のα−オレフィンコモノマーとの半結晶質コポリマーを含むプラストマーであって、ISO1183により測定される密度が870〜930kg/m3のプラストマーである。前記プラストマーは、熱可塑性材料の分類に属するプラスチック材料である。プラストマーは、シングルサイト触媒重合法により製造することが好ましく、前記プラストマーはメタロセンプラストマー、すなわちメタロセンシングルサイト触媒により製造されたプラストマーであることが好ましい。エチレンはプロピレンのコポリマーにおいて特に好ましいコモノマーであるが、ブテン、ヘキセンおよびオクテンは、エチレンおよびプロピレンコポリマーのいずれにも好ましいα−オレフィンコモノマーである。好ましい実施形態では、プラストマーは、エチレンまたはプロピレンの熱可塑性コポリマーであり、コモノマーとして1種または複数種の、2〜12個の炭素原子を有するα−オレフィン、特に、エチレン、イソブテン、1−ブテン、1−ヘキセン、4−メチル−1−ペンテンおよび1−オクテンを含む。1種または複数種のC3〜C12α−オレフィンモノマーをコモノマーとするエチレンが使用されるとき、コポリマー中のコモノマーの量は、通常、1〜50重量%であり、好ましくは5〜35重量%である。エチレンコポリマーの場合、好ましいコポリマーは、5重量%〜25重量%の量の1−オクテンであり、より好ましくは15重量%〜20重量%の量の1−オクテンである。プロピレンコポリマーの場合、コモノマー、特にエチレンコモノマーの量は、通常、1〜50重量%、好ましくは2〜35重量%、より好ましくは5〜20重量%である。プラストマーの密度が880〜920kg/m3、より好ましくは880〜910kg/m3であるときに良好な結果が得られた。
サンドイッチ型パネルは、好ましくはウォータージェットまたはレーザー切断装置を用いて所望の形状に切断してもよい。
本発明のレドーム壁は優れた電磁特性を有し、各種レドーム構造体の設計においてより高い自由度、これまでに知られている材料では、皆無ではないにしても、ほとんど提供されることのない自由度を提供し得ることが観察された。特に、超高周波数、例えば50GHzを超える、さらに70GHzさえも超える周波数では、本発明のレドーム壁は優れた性能を示す。特に超高周波数では、既知の材料と比べて、本発明の材料は、多重反射または共振を著しく減少させ、もしそうでなければ、この材料で保護されるアンテナの動作が重大な障害を蒙り得る程度にまで、いかなる信号雑音も増幅させるであろう。レドームで使用したときの本発明のレドーム壁の信号対雑音比は、良好であり、レドーム−アンテナシステムの効率を高めることが観察された。
本発明はさらに、本発明のレドーム壁のいずれか1つを含むレドームに関する。前記壁は、様々な用途向けに設計したレドームで使用するのに適していることが観察された。
特に本発明は、本発明のレドーム壁を含むジオデシック構造を含むレドームに関する。ジオデシック構造を含むレドームは、例えば、米国特許第4946736号明細書(その図2およびその説明を参照されたい)に記載されており、その開示は参照により本明細書に組み込まれる。ジオデシック構造の他の一般的な設計としては、「イグルー」形状の構造を挙げ得る。本発明のレドーム壁は、そのようなレドームの製造を可能にするだけの十分な機械的特性を有することが観察された。
本発明はまた、本発明のレドーム壁を含むレドームを含む航空機にも関する。本発明のレドーム壁は、航空機の構造成分として有用な特性を有し、例えば、航空機の胴体外装の開口部であって、その内部にアンテナが設置されている開口部の隙間シールを形成するために使用できることが観察された。類似のレドーム構造は、米国特許第4677443号明細書に例示されており、その開示は参照により本明細書に含められる。
本発明はまた、空中、地上および海洋用途の装置における構造成分であって、本発明のレドーム壁を含む成分に関する。本発明の前記成分は良好な構造特性を有することが観察された。
本発明はまた、本発明のレドーム壁を含むレドームであって、アレイアンテナ、例えばフェイズドアレイアンテナに適合したレドームに関する。アレイアンテナに適合したレドームの設計は、参照により本明細書に含められる米国特許第4783666号明細書に、より特には、その図面および図面の説明に開示されている。そのようなレドームの他の設計は、参照により本明細書に含められる米国特許第5182155号明細書に開示されている。そのようなアレイアンテナに対しては、本発明のレドーム壁により、良好な電磁特性および機械的特性を有するレドームを製造できることが観察された。
本発明はさらに、球形構造体、または球形構造体の一部を含むレドームであって、前記構造体が少なくとも1つの球形要素、好ましくは複数の部分的に球形の要素を含み、前記少なくとも1つの要素が本発明のレドーム壁を含むレドームに関する。そのような構造体を構築する方法は米国特許第5059972号明細書に記載されており、その開示を参照により本明細書に含められる。本発明のレドーム壁は、大きいアンテナ、特に気象擾乱の監視に使用されるアンテナを格納するのに適した球形レドームの構造を可能にすることが観察された。
本発明はさらに、大気の影響から保護するためのレドームであって、本発明のレドーム壁を含む折り畳み式剛構造体を含み、好ましくはさらに可撓性のある屋根材を含むレドームに関する。そのようなレドームの構造は、参照により本明細書に含まれる、例えば米国特許第4833837号明細書により知られている。
本発明はまた、航空機、船舶または他のレーダー設備用のレーダーアンテナを覆うように構成されたレドームであって、本発明のレドーム壁を含むレドームを提供する。
本発明はさらに、本発明のレドーム壁およびアンテナ装置を含むレドームを含む、レドーム−アンテナシステムに関する。アンテナ装置は、アンテナアレイ;マイクロ波アンテナ;好ましくは39.5GHzを超える周波数で動作する複周波数または多重周波数アンテナ;平面アンテナ;および放送用アンテナからなる群から選択することが好ましい。
アンテナは、本発明においては、電磁線を発射、放射、送信および/または受信する装置と理解される。代表的なアンテナの例としては、対空監視レーダーアンテナおよび衛星通信局アンテナが挙げられる。
本発明はまた、電磁波を送信および/または受信する方法であって、本発明のレドーム壁を前記電磁波の進路に設置する方法に関する。例えば本発明のレドーム壁を含む保護構造体は、レーザー、メーザー、ダイオード、ならびに他の電磁波発生および/または受信装置を収容および/または保護するために使用される。1つの特定の実施形態では、本明細書で説明されている保護構造体は、約1GHz〜130GHz、好ましくは約1GHz〜100GHz、より好ましくは1GHz〜72GHzの周波数などの無線周波数で動作する装置と共に使用される。保護構造体は、ヒトまたは動物の体の一部またはそれらの器官の監視、天候パターンの監視、空中もしくは地上の交通の監視、または例えば軍艦を含む軍事施設周辺の航空機、船舶または他の車両の検知に使用する電気装置を保護するのに有用であろう。
図は、本発明のレドーム壁の典型的な電磁応答を示している。
以下の実施例および比較実験により本発明をより詳しく説明する。
[測定方法]
・試料(表面材またはコア)の曲げ強度および曲げ弾性率は、ASTM D790−07により測定する。試料の様々な厚さに適合させるため、測定は、ASTM D790−07のパラグラフ7.3にしたがい、試料厚さの倍の負荷および支持ノーズ半径ならびにスパン比32を採用して行った。
・繊維の引張特性、例えば引張強さおよび引張弾性率は、ASTM D885Mに規定されているように、マルチフィラメント糸について、繊維の公称ゲージ長500mm、クロスヘッド速度50%/min、Fibre Grip D5618C型のインストロン(Instron)2714クランプを使用して測定した。強度の計算には、測定した引張力を、10メートルの繊維を秤量して測定したタイターにより除し、ポリマーの自然な密度を仮定して(例えば、UHMWPEでは0.97g/cm3である)を仮定して、GPaを単位とする値を計算する。
・予成形ポリマーフィルムの引張強さ、引張弾性率および破断伸びなどの、テープおよびフィルムの引張特性、例えば引張強さおよび引張弾性率は、ASTM D882に規定されているように、テープの公称ゲージ長さ440mm、クロスヘッド速度50mm/minを用い、幅2mmのテープ(適用できるなら、ナイフでフィルムを細長く切断することによりフィルムから得られる)について25℃で定義され、かつ測定される。切断したフィルムからテープを得た場合、テープの特性はテープを得たフィルムの特性と同じであると見なした。
・コーティングの厚さは、この技術分野でよく知られた手法、例えば、コーティングされた材料の断面について顕微鏡、例えば走査型電子顕微鏡により測定し得る。
・本発明の任意の1つの製品の厚さ(コーティングを有するなら、それも含める)は、元の位置と、元の位置から最大で0.5cmの半径内にある周辺8カ所をマイクロメータにより測定し、それらの値の平均をとることにより測定し得る。
・予成形ポリマーフィルムの厚さは、マイクロメータで測定し得る。
・ポリマー粉末の溶融温度(融点とも称される)は、ASTM D3418−97にしたがい、DSCにより、20℃/minの加熱速度で溶融領域にまで加熱し、最大の溶融速度を示す温度として測定される。
・ポリマー繊維またはテープ、例えば、ポリオレフィン繊維またはテープの溶融温度(融点とも称される)は、10℃/minの加熱速度でインジウムおよびスズにより較正したパワー補償パーキンエルマー(PerkinElmer)DSC−7装置を用いて、DSCにより測定される。DSC−7装置の較正(2点温度較正)には、約5mgのインジウムおよび約5mgのスズ(共に小数点以下少なくとも2桁まで秤量)を使用する。インジウムは、温度および熱流束の両較正に使用し、スズは温度較正のためにのみ使用する。DSC−7の炉ブロックは4℃の温度の水で冷却する。これはブロックの温度を一定にするために行われ、より安定したベースラインとより良好な試料温度の安定性が得られる。炉ブロックの温度は、最初の分析開始の少なくとも1時間前には、安定させておくべきである。試料は、隣接する繊維の隣接する繊維外周面が代表的な横断面となるように採取するが、これは光学顕微鏡で適切に観察し得る。試料を5mmの最大幅および長さの小片に切断し、少なくとも約1mg(±0.1mg)の試料重量とする。試料をアルミニウム製のDSC試料皿(50μl)に入れ、アルミニウム製の蓋をし(丸みのある側を上にして)、その後、封止する。試料皿には(または蓋には)、圧力の増加(皿が変形し、その結果、熱的な接触不良をもたらす)を避けるために、小さな穴が開けられていなければならない。
この試料皿を較正したDSC−7装置に入れる。基準炉には、空の試料皿(蓋で覆い、封止する)を入れる。
次の温度プログラムを実行する。
40℃で5分間(安定化期間)
10℃/minで40℃から200℃まで昇温(第1の加熱曲線)
200℃で5分間
200℃から40℃まで降温(冷却曲線)
40℃で5分間
10℃/minで40℃から200℃まで昇温(第2の加熱曲線)
空の皿についても、DSC炉の試料側で同じ温度プログラムを実行する(空の皿の測定)。
第1の加熱曲線の分析を使用する。試料曲線から空の皿の測定を減じて、ベースラインの湾曲を補正する。試料曲線の傾斜の補正を、ピーク前後の平坦な部分で(例えば、UHMWPEでは60℃と190℃で)ベースラインと揃えることにより行う。ピーク高さは、ベースラインからピークの頂点までの距離である。例えば、UHMWPEの場合、第1の加熱曲線で2つの吸熱ピークが予期されるが、その場合、2つのピークのピーク高さを測定し、ピーク高の比を測定する。
・主溶融ピークの前に現れる吸熱ピーク転移のエンタルピー計算では、以下の手順を使用し得る。この吸熱効果は主溶融ピークに重なっていると仮定する。主溶融ピークの曲線を辿るためにシグモイド状のベースラインを選択するが、このベースラインはパーキンエルマーのソフトウェアPyris(商標)により、ピーク転移の左右の端点から接線を引くことにより計算される。計算されたエンタルピーは、小さな吸熱ピーク転移とシグモイド状ベースラインの間のピーク面積である。エンタルピーと重量%を関係づけるには、較正曲線を使用し得る。
・ポリエチレンの固有粘度(IV)は、PTC−179(Hercules Inc.Rev.Apr.29,1982)の方法にしたがい、デカリン中、135℃で、溶解時間を16時間とし、酸化防止剤としてDBPCを2g/l溶液の量で用い、異なる濃度で測定した粘度をゼロ濃度に外挿することにより測定される。
・ポリエチレンまたはUHMWPE試料の側鎖は、2mm厚さの圧縮成形フィルムのFTIRにより、NMR測定に基づく較正曲線を使用し、1375cm−1での吸収を定量することにより測定される(欧州特許第0269151号明細書のように)。
・自立ポリマーフィルム用ポリマーコーティングの引張弾性率は、ASTM D−638(84)にしたがい、25℃、約50%RHで測定した。
・自立ポリマーフィルム用ポリマーコーティングの引張強さは、ASTM D882−10にしたがい、23℃、約50%RHで測定した。
・電磁特性、例えば誘電率および誘電損失は、よく知られたスプリットポスト誘電体共振器(SPDR)法を用い、1GHz〜20GHzの周波数で測定した。20GHz超、例えば20GHz〜144GHzの周波数については、開放型共振器(OR)法であって、凹面鏡と平面鏡を有する古典的なファブリー・ペロー(Fabry−Perot)共振器を用いた開放型共振器(OR)法を使用して前記電磁特性を測定した。両手法ともに、平坦な試料、すなわち幅と長さで定義される平面にいかなる湾曲もない試料を使用した。SPDR法では、試料の厚さは、装置設計、すなわち共振器の最大高さにのみ制限される中で可能な限り厚く選択した。OR法では、試料の厚さは約λ/2(ここで、λは測定する波長である)の整数を選択した。SPDR法の場合には、誘電特性を測定するそれぞれの周波数ごとに別の装置を使用しなければならないため、SPDR法は1.8GHz、3.9GHzおよび10GHzの周波数で行った。これらの周波数に対応する装置は、商業的に入手でき、QWED(ポーランド(Poland))から入手したが、アジレント(Agilent)からも販売されている。これらの装置に同梱されているソフトウェアを使用して、電磁特性を計算した。OR法では、装置は、Clarke,R N,Gregory,A P,Cannell,D,Patrick,M,Wylie,S,Youngs,I,Hill,Gら著、「A Guide to characterization of dielectric materials at RF and Microwave frequencies」,Institute of Measurement and Control/National Physical Laboratory,2003,ISBN:0904457389の第7.1.17章、およびこの章で引用されている全ての参考文献、すなわち参考文献1〜6、特に参考文献[3]R N Clarke and C B Rosenberg,「Fabry−Perot and Open−resonators at Microwave and Millimetre−Wave Frequencies,2−300 GHz」,J.Phys.E:Sci.Instrum.,15,pp 9〜24,1982で与えられる教示にしたがって組み立てた。
・ある周波数間隔における損失正接の変動係数は、その周波数間隔内で少なくとも3つ、好ましくは少なくとも5つの損失正接値を測定し、これらの値から平均損失正接および損失正接の標準偏差を計算し、前記標準偏差を前記平均で除すことにより計算される。変動係数は%で表される。
・パネルの機械特性を明らかにするために、次の規格、すなわち、曲げコア剪断特性ASTM C 393(3”×8”×厚さ);貫層方向引張特性ASTM C 297(1”×1”×厚さ);圧縮強さASTM C 365(1”×1”×厚さ);クライミングドラム剥離特性ASTM D 1781(3”×12”×厚さ、1枚の外板の両端に1”のオーバーハングが必要、加えて、較正用に3”×14”の外板1枚が必要、表面板の厚さ約0.200”);コアの水吸収特性ASTM C 272(3”×3”×厚さ);衝撃後の圧縮特性ASTM D 7136(4”×6”×厚さ)、を使用することができる。6試料を必要とするASTM D 1781以外の全ての規格は、1試験当たり5つの試料を必要とする。0.500”のコア厚さで許容誤差は±0.010”であり、全体の厚さは1”を超えない。
・試料(表面材またはコア)の曲げ強度および曲げ弾性率は、ASTM D790−07により測定する。試料の様々な厚さに適合させるため、測定は、ASTM D790−07のパラグラフ7.3にしたがい、試料厚さの倍の負荷および支持ノーズ半径ならびにスパン比32を採用して行った。
・繊維の引張特性、例えば引張強さおよび引張弾性率は、ASTM D885Mに規定されているように、マルチフィラメント糸について、繊維の公称ゲージ長500mm、クロスヘッド速度50%/min、Fibre Grip D5618C型のインストロン(Instron)2714クランプを使用して測定した。強度の計算には、測定した引張力を、10メートルの繊維を秤量して測定したタイターにより除し、ポリマーの自然な密度を仮定して(例えば、UHMWPEでは0.97g/cm3である)を仮定して、GPaを単位とする値を計算する。
・予成形ポリマーフィルムの引張強さ、引張弾性率および破断伸びなどの、テープおよびフィルムの引張特性、例えば引張強さおよび引張弾性率は、ASTM D882に規定されているように、テープの公称ゲージ長さ440mm、クロスヘッド速度50mm/minを用い、幅2mmのテープ(適用できるなら、ナイフでフィルムを細長く切断することによりフィルムから得られる)について25℃で定義され、かつ測定される。切断したフィルムからテープを得た場合、テープの特性はテープを得たフィルムの特性と同じであると見なした。
・コーティングの厚さは、この技術分野でよく知られた手法、例えば、コーティングされた材料の断面について顕微鏡、例えば走査型電子顕微鏡により測定し得る。
・本発明の任意の1つの製品の厚さ(コーティングを有するなら、それも含める)は、元の位置と、元の位置から最大で0.5cmの半径内にある周辺8カ所をマイクロメータにより測定し、それらの値の平均をとることにより測定し得る。
・予成形ポリマーフィルムの厚さは、マイクロメータで測定し得る。
・ポリマー粉末の溶融温度(融点とも称される)は、ASTM D3418−97にしたがい、DSCにより、20℃/minの加熱速度で溶融領域にまで加熱し、最大の溶融速度を示す温度として測定される。
・ポリマー繊維またはテープ、例えば、ポリオレフィン繊維またはテープの溶融温度(融点とも称される)は、10℃/minの加熱速度でインジウムおよびスズにより較正したパワー補償パーキンエルマー(PerkinElmer)DSC−7装置を用いて、DSCにより測定される。DSC−7装置の較正(2点温度較正)には、約5mgのインジウムおよび約5mgのスズ(共に小数点以下少なくとも2桁まで秤量)を使用する。インジウムは、温度および熱流束の両較正に使用し、スズは温度較正のためにのみ使用する。DSC−7の炉ブロックは4℃の温度の水で冷却する。これはブロックの温度を一定にするために行われ、より安定したベースラインとより良好な試料温度の安定性が得られる。炉ブロックの温度は、最初の分析開始の少なくとも1時間前には、安定させておくべきである。試料は、隣接する繊維の隣接する繊維外周面が代表的な横断面となるように採取するが、これは光学顕微鏡で適切に観察し得る。試料を5mmの最大幅および長さの小片に切断し、少なくとも約1mg(±0.1mg)の試料重量とする。試料をアルミニウム製のDSC試料皿(50μl)に入れ、アルミニウム製の蓋をし(丸みのある側を上にして)、その後、封止する。試料皿には(または蓋には)、圧力の増加(皿が変形し、その結果、熱的な接触不良をもたらす)を避けるために、小さな穴が開けられていなければならない。
この試料皿を較正したDSC−7装置に入れる。基準炉には、空の試料皿(蓋で覆い、封止する)を入れる。
次の温度プログラムを実行する。
40℃で5分間(安定化期間)
10℃/minで40℃から200℃まで昇温(第1の加熱曲線)
200℃で5分間
200℃から40℃まで降温(冷却曲線)
40℃で5分間
10℃/minで40℃から200℃まで昇温(第2の加熱曲線)
空の皿についても、DSC炉の試料側で同じ温度プログラムを実行する(空の皿の測定)。
第1の加熱曲線の分析を使用する。試料曲線から空の皿の測定を減じて、ベースラインの湾曲を補正する。試料曲線の傾斜の補正を、ピーク前後の平坦な部分で(例えば、UHMWPEでは60℃と190℃で)ベースラインと揃えることにより行う。ピーク高さは、ベースラインからピークの頂点までの距離である。例えば、UHMWPEの場合、第1の加熱曲線で2つの吸熱ピークが予期されるが、その場合、2つのピークのピーク高さを測定し、ピーク高の比を測定する。
・主溶融ピークの前に現れる吸熱ピーク転移のエンタルピー計算では、以下の手順を使用し得る。この吸熱効果は主溶融ピークに重なっていると仮定する。主溶融ピークの曲線を辿るためにシグモイド状のベースラインを選択するが、このベースラインはパーキンエルマーのソフトウェアPyris(商標)により、ピーク転移の左右の端点から接線を引くことにより計算される。計算されたエンタルピーは、小さな吸熱ピーク転移とシグモイド状ベースラインの間のピーク面積である。エンタルピーと重量%を関係づけるには、較正曲線を使用し得る。
・ポリエチレンの固有粘度(IV)は、PTC−179(Hercules Inc.Rev.Apr.29,1982)の方法にしたがい、デカリン中、135℃で、溶解時間を16時間とし、酸化防止剤としてDBPCを2g/l溶液の量で用い、異なる濃度で測定した粘度をゼロ濃度に外挿することにより測定される。
・ポリエチレンまたはUHMWPE試料の側鎖は、2mm厚さの圧縮成形フィルムのFTIRにより、NMR測定に基づく較正曲線を使用し、1375cm−1での吸収を定量することにより測定される(欧州特許第0269151号明細書のように)。
・自立ポリマーフィルム用ポリマーコーティングの引張弾性率は、ASTM D−638(84)にしたがい、25℃、約50%RHで測定した。
・自立ポリマーフィルム用ポリマーコーティングの引張強さは、ASTM D882−10にしたがい、23℃、約50%RHで測定した。
・電磁特性、例えば誘電率および誘電損失は、よく知られたスプリットポスト誘電体共振器(SPDR)法を用い、1GHz〜20GHzの周波数で測定した。20GHz超、例えば20GHz〜144GHzの周波数については、開放型共振器(OR)法であって、凹面鏡と平面鏡を有する古典的なファブリー・ペロー(Fabry−Perot)共振器を用いた開放型共振器(OR)法を使用して前記電磁特性を測定した。両手法ともに、平坦な試料、すなわち幅と長さで定義される平面にいかなる湾曲もない試料を使用した。SPDR法では、試料の厚さは、装置設計、すなわち共振器の最大高さにのみ制限される中で可能な限り厚く選択した。OR法では、試料の厚さは約λ/2(ここで、λは測定する波長である)の整数を選択した。SPDR法の場合には、誘電特性を測定するそれぞれの周波数ごとに別の装置を使用しなければならないため、SPDR法は1.8GHz、3.9GHzおよび10GHzの周波数で行った。これらの周波数に対応する装置は、商業的に入手でき、QWED(ポーランド(Poland))から入手したが、アジレント(Agilent)からも販売されている。これらの装置に同梱されているソフトウェアを使用して、電磁特性を計算した。OR法では、装置は、Clarke,R N,Gregory,A P,Cannell,D,Patrick,M,Wylie,S,Youngs,I,Hill,Gら著、「A Guide to characterization of dielectric materials at RF and Microwave frequencies」,Institute of Measurement and Control/National Physical Laboratory,2003,ISBN:0904457389の第7.1.17章、およびこの章で引用されている全ての参考文献、すなわち参考文献1〜6、特に参考文献[3]R N Clarke and C B Rosenberg,「Fabry−Perot and Open−resonators at Microwave and Millimetre−Wave Frequencies,2−300 GHz」,J.Phys.E:Sci.Instrum.,15,pp 9〜24,1982で与えられる教示にしたがって組み立てた。
・ある周波数間隔における損失正接の変動係数は、その周波数間隔内で少なくとも3つ、好ましくは少なくとも5つの損失正接値を測定し、これらの値から平均損失正接および損失正接の標準偏差を計算し、前記標準偏差を前記平均で除すことにより計算される。変動係数は%で表される。
・パネルの機械特性を明らかにするために、次の規格、すなわち、曲げコア剪断特性ASTM C 393(3”×8”×厚さ);貫層方向引張特性ASTM C 297(1”×1”×厚さ);圧縮強さASTM C 365(1”×1”×厚さ);クライミングドラム剥離特性ASTM D 1781(3”×12”×厚さ、1枚の外板の両端に1”のオーバーハングが必要、加えて、較正用に3”×14”の外板1枚が必要、表面板の厚さ約0.200”);コアの水吸収特性ASTM C 272(3”×3”×厚さ);衝撃後の圧縮特性ASTM D 7136(4”×6”×厚さ)、を使用することができる。6試料を必要とするASTM D 1781以外の全ての規格は、1試験当たり5つの試料を必要とする。0.500”のコア厚さで許容誤差は±0.010”であり、全体の厚さは1”を超えない。
[UHMWPEテープの製造]
一実施形態では、7重量%の懸濁液となるよう、固有粘度が20dl/gの超高分子量ポリエチレンをデカリンに混合した。この懸濁液を押出機に供給し、170℃の温度で混合して均質なゲルを製造した。その後、幅600mm、厚さ800μmのスロットダイにゲルを通した。スロットダイから押し出した後、ゲルを水浴で急冷し、このようにしてゲルテープを作製した。ゲルテープを3.8倍に延伸し、その後、50℃と80℃の2つの部分からなるオーブン中で、デカリンの量が1%未満になるまでテープを乾燥させた。続いて、この乾燥ゲルテープを、140℃の加熱炉で、延伸比5.8で延伸し、その後、炉温150℃で、第2の延伸工程を行って、最終厚さ18マイクロメートルとした。テープの幅は0.1mであり、その引張強さは440MPaであった。本発明の目的に照らして、この実施形態で製造したテープを、本明細書ではゲル紡糸テープと呼ぶ。
一実施形態では、7重量%の懸濁液となるよう、固有粘度が20dl/gの超高分子量ポリエチレンをデカリンに混合した。この懸濁液を押出機に供給し、170℃の温度で混合して均質なゲルを製造した。その後、幅600mm、厚さ800μmのスロットダイにゲルを通した。スロットダイから押し出した後、ゲルを水浴で急冷し、このようにしてゲルテープを作製した。ゲルテープを3.8倍に延伸し、その後、50℃と80℃の2つの部分からなるオーブン中で、デカリンの量が1%未満になるまでテープを乾燥させた。続いて、この乾燥ゲルテープを、140℃の加熱炉で、延伸比5.8で延伸し、その後、炉温150℃で、第2の延伸工程を行って、最終厚さ18マイクロメートルとした。テープの幅は0.1mであり、その引張強さは440MPaであった。本発明の目的に照らして、この実施形態で製造したテープを、本明細書ではゲル紡糸テープと呼ぶ。
他の実施形態では、平均分子量Mwが4〜5百万、IVが約26dl/gのUHMWPEポリマー粉末を0.2mm厚さのテープにプレスすることによりテープを製造した。プレスは、ダブルベルトプレス機で、125℃の温度、約0.02GPaの圧力で行った。0.2mm厚さのテープを、130℃で、直径100mmで、異なる周速度を有する1対の逆回転ローラを通過させることによりローラ加工を行い、6倍に延伸したテープを形成した。延伸テープをさらに145℃の加熱炉内へ約5倍に延伸した。得られたテープは、厚さ約15μm、引張強さ約1.7GPa、引張弾性率約115GPa、幅約80mmであった。この実施形態の方法は、参照により本明細書に含められる欧州特許第1627719号明細書の方法と類似するものであった。本発明の目的に照らして、この実施形態で製造したテープを、本明細書では固体テープと呼ぶ。
[実施例]
織物を形成するように配置した、本質的に上記の固体UHMWPEテープからなる複数の層を、高温高圧下で一体化させることにより2枚の多層シートを製造した。層を、シリコンベースの予成形フィルムとともにプレスした。各多層シートの面密度は、約0.5Kg/m2であった。
織物を形成するように配置した、本質的に上記の固体UHMWPEテープからなる複数の層を、高温高圧下で一体化させることにより2枚の多層シートを製造した。層を、シリコンベースの予成形フィルムとともにプレスした。各多層シートの面密度は、約0.5Kg/m2であった。
一体化したシートを使用してレドーム壁を製造した。表面材は、R82.110 Alcan Airex(登録商標)フォームを含むコアによって隔てた。表面材とコアの結合を強めるため、Exact(登録商標)として知られている接着剤を使用した。サンドイッチ体を、125度で1時間、14.5psi(約1bar)でプレスした。
レドーム壁は、優れた構造および電磁特性を有していた。注目すべきことに、表面材の厚さを変えることにより、サンドイッチ体の周波数応答がより共振的になった。これらの共振は、目標周波数での伝送損失を最少化するために、目標周波数へシフトさせることができる。目標周波数4.0GHz、39.5GHzおよび72GHzにおける伝送効率(TE)は、95%を超え、35°までの入射角で非常に良好な広帯域性能を示した。
図は、実施例のサンドイッチ体が、レドーム壁に使用するための電磁要件を満たしていることを示すもので、多重の周波数帯で優れた伝送効率と広帯域性能を示している。これらの優れた電磁特性は、優れた構造性能、特に運動エネルギーの吸収および剛性に関する構造性能により補われて完全なものとなっている。
Claims (15)
- 発泡ポリマー材のコアで隔てられた2枚の表面材を含むサンドイッチ型複合パネルを含むレドーム壁であって、前記表面材が一体化した複数の層を含む多層シートを含み、前記層がポリマーテープを含むレドーム壁。
- 前記テープが固体テープである請求項1に記載のレドーム壁。
- 前記テープが1μm〜200μmの厚さを有する請求項1または2に記載のレドーム壁。
- 前記テープが最大でも160g/m2の面密度を有する請求項1〜3のいずれか一項に記載のレドーム壁。
- 前記ポリマーテープがポリオレフィンテープである請求項1〜4のいずれか一項に記載のレドーム壁。
- 前記テープが超高分子量ポリエチレン(UHMWPE)テープである請求項1〜5のいずれか一項に記載のレドーム壁。
- 前記層がマトリックスフリーの層である請求項1〜6のいずれか一項に記載のレドーム壁。
- 前記ポリマーテープが一方向織物を形成している請求項1〜7のいずれか一項に記載のレドーム壁。
- 前記ポリマーテープが織布を形成している請求項1〜8のいずれか一項に記載のレドーム壁。
- 前記表面材にコーティングが施されている請求項1〜9のいずれか一項に記載のレドーム壁。
- 前記発泡ポリマー材がポリマーフォームである請求項1〜10のいずれか一項に記載のレドーム壁。
- 前記フォームが独立気泡型フォームである請求項11に記載のレドーム壁。
- 前記発泡ポリマー材がポリマーフォームで、かつ前記フォームが1μm〜80μmの範囲の直径を有する気泡を有する請求項1〜12のいずれか一項に記載のレドーム壁。
- 請求項1〜13のいずれか一項に記載のレドーム壁を含むレドーム。
- 請求項14に記載のレドームおよびアンテナ装置を含むレドーム−アンテナシステム。
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Legal Events
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A601 | Written request for extension of time |
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A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20180828 |