PL226720B1

PL226720B1 - Application of energy-absorbing coating of electromagnetic waves

Info

Publication number: PL226720B1
Application number: PL405813A
Authority: PL
Inventors: Paulina Mayer; Jacek Kaczmar; Andrzej Sowa; Andrzej Vogt; Hubert Kołodziej; Stanisław Strzelecki
Original assignee: Politechnika Wroclawska; Uniwersytet Wrocławski
Priority date: 2013-10-28
Filing date: 2013-10-28
Publication date: 2017-08-31
Also published as: PL405813A1

Abstract

Przedmiotem wynalazku jest zastosowanie powłoki absorbującej energię fal elektromagnetycznych w przemyśle wojskowym. Powłoka zawiera podłoże, na którym jest umieszczona warstwa polimerowa będąca poliuretanem, na której jest umieszczona warstwa absorbera o wielkości ziarna od 2 do 3 mm o składzie 44% wagowych ferromagnetycznej substancji FF będącej klasterem z jonami Fe+2 oraz F+3 o strukturze spinelowej skoordynowany niestechiometrycznie grupami karboksylowymi kwasu oleinowego, 51% ferrytu żelazowo-manganowo-cynkowego, 4% estru w postaci fosforanu trójbutylu oraz 1% plastyfikatora będącego frakcją ropy naftowej o temperaturze wrzenia 250-280°C, a następnie wierzchnią warstwę stanowi warstwa polimerowa będąca elastomerem polimocznikowym.The subject of the invention is the use of a coating absorbing the energy of electromagnetic waves in the military industry. The coating contains a substrate on which a polymer layer is placed, which is polyurethane, on which is placed an absorber layer with a grain size of 2 to 3 mm with a composition of 44% by weight of the ferromagnetic substance FF, which is a cluster with Fe+2 and F+3 ions with a spinel structure coordinated non-stoichiometric carboxyl groups of oleic acid, 51% iron-manganese-zinc ferrite, 4% ester in the form of tributyl phosphate and 1% plasticizer which is a petroleum fraction with a boiling point of 250-280°C, and then the top layer is a polymer layer which is a polyurea elastomer.

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest zastosowanie powłoki absorbującej energię fal elektromagnetycznych zwłaszcza w przemyśle wojskowym.The subject of the invention is the use of an electromagnetic wave energy-absorbing coating, especially in the military industry.

Znany jest z amerykańskiego opisu patentowego US 7160049 materiał absorbujący energię fal elektromagnetycznych przydatny w budownictwie drogowym.A material absorbing the energy of electromagnetic waves useful in road construction is known from the American patent US 7160049.

W amerykańskich opisach patentowych US3599210 oraz US5661484 ujawniono materiały absorbujące fale elektromagnetyczne w zakresie wysokich częstotliwości radiowych i mikrofal, w których włókna węglowe cięte na długości odpowiadające połowie długości fali, która ma być pochłaniana i zatopiona w dielektrycznym lepiszczu.US patents US3599210 and US5661484 disclose high radio frequency and microwave electromagnetic wave absorbing materials in which carbon fibers are cut at half wavelengths to be absorbed and embedded in a dielectric binder.

Z polskiego opisu patentowego 203956 znany jest kompozytowy materiał absorbujący fale elektromagnetyczne, który można stosować samodzielnie w postaci proszkowej, postaci sprasowanej lub jako część składową wieloskładnikowego kompozytu z żywicami i tworzywami sztucznymi. Materiał jest nanokompozytem, stanowiącym regularny układ na przemian powtarzających się warstw zbudowanych z pakietów kaolinitowych, o grubości poniżej 1 nm, o niskiej stałej dielektrycznej oraz warstw polarnych cząsteczek organicznych, zdolnych do wnikania do sieci kaolinitu o bardzo wysokiej stałej dielektrycznej, o grubości w granicach 0,2 do 2 nm. Warstwy organiczne zbudowane są z takich cząsteczek organicznych, które są zdolne do wnikania w sieć kaolinitu, korzystnie z cząsteczek imidazolu. W materiale według wynalazku polarne cząsteczki są związane z siecią kaolinitu wiązaniami wodorowymi.Polish patent specification 203956 describes a composite material that absorbs electromagnetic waves, which can be used alone in the form of a powder, compressed form or as a component of a multi-component composite with resins and plastics. The material is a nanocomposite, constituting a regular system of alternately repeating layers made of kaolinite packets, less than 1 nm thick, with a low dielectric constant and layers of polar organic molecules, capable of penetrating the kaolinite network with a very high dielectric constant, with a thickness within the limits of 0 , 2 to 2 nm. The organic layers are composed of such organic molecules that are capable of penetrating the kaolinite network, preferably imidazole molecules. In the material according to the invention, the polar molecules are bonded to the kaolinite network by hydrogen bonds.

Znane są z francuskiego opisu patentowego FR 269760 materiały absorbujące fale elektromagnetyczne, w których zastosowano glinokrzemiany dokładnie wymieszane z azotkiem glinu.From the French patent FR 269760, electromagnetic wave absorbing materials are known, in which aluminosilicates are used intimately mixed with aluminum nitride.

W jeszcze innym dokumencie patentowym JP 1141044 ujawniono kompozytowy materiał, charakteryzujący się tym, że warstwa pochłaniająca mikrofale jest obudowana warstwami przepuszczalnymi dla mikrofal.Yet another patent document JP 1141044 discloses a composite material, characterized in that the microwave-absorbing layer is encased in microwave-permeable layers.

Z polskiego zgłoszenia patentowego PL 354400 znany jest absorbujący materiał, utworzony na bazie superabsorbujących tworzyw polimerowych, przy czym superabsorbujące tworzywa polimerowe połączone są ze sobą za pośrednictwem termoplastycznego polimeru. W zgłoszeniu opisano również sposób wytwarzania materiału, który polega na tym, że poddaje się wytłaczaniu superabsorbujących tworzyw polimerowych z zawartością wilgoci wynoszącą przynajmniej 0,5% wagowo, odniesioną do całkowitej masy superabsorbujących tworzyw polimerowych oraz termoplastycznego polimeru, przy czym z superabsorbujących tworzyw polimerowych odparowuje się ciecz, spieniając materiał.From the Polish patent application PL 354400 an absorbent material is known, made of superabsorbent polymer materials, where the superabsorbent polymer materials are connected to each other via a thermoplastic polymer. The application also describes a method of producing a material which consists in extruding superabsorbent polymer materials with a moisture content of at least 0.5% by weight, based on the total weight of superabsorbent polymer materials and thermoplastic polymer, whereby the superabsorbent polymer materials are evaporated from liquid, foaming the material.

Z kolejnego opisu patentowego GB 2379331 znany jest kompozytowy materiał absorbujący fale elektromagnetyczne, w którego skład wchodzi; ferrimagnetyczna substancja synergizująca własności magnetyczne i dielektryczne zwana będąca niestechiometrycznym związkiem chemicznym kompleksowym z ferrimagnetyczną grupą o spinelowej strukturze zawierająca jony żelaza +3 oraz żelaza +2 i atomy tlenu skoordynowana grupami karboksylowymi kwasów tłuszczowych nasyconych lub/i nienasyconych, ferromagnetyczny materiał typu ferrytu lub ferromagnetycznych metali lub mieszanin obydwu, ester arylowy lub alkilowy kwasu nieorganicznego lub mieszanina obu, ewentualnie dodatkowo domieszkę elastomeru lub/i plastyfikator.From another patent specification GB 2379331 a composite electromagnetic wave absorbing material is known, which consists of; ferrimagnetic substance synergizing magnetic and dielectric properties, called a non-stoichiometric chemical compound complex with a ferrimagnetic group with a spinel structure, containing iron +3 and iron +2 ions and oxygen atoms coordinated with carboxyl groups of saturated and / or unsaturated fatty acids, ferromagnetic material such as ferrite or ferromagnetic metals, or mixtures of both, an aryl or alkyl ester of an inorganic acid or a mixture of both, optionally additionally an elastomer and / or a plasticizer.

Ferrimagnetyczny materiał synergizujący, otrzymuje się przez zmieszanie w odpowiednim stosunku roztworu wodnego soli żelaza /III/ oraz soli żelaza /II/ z nienasyconym kwasem tłuszczowym, po czym mieszaninę ogrzewa się i dodaje się mocnej zasady w celu uformowania osadu. Osad następnie przemywa się i rozpuszcza się w odpowiednim rozpuszczalniku. Ekstrahent tworzy roztwór koloidalny, a następnie dodaje się aceton do wytrącenia się stałego osadu.The ferrimagnetic synergistic material is prepared by mixing an aqueous solution of the iron salt (III) and the iron salt (II) with an unsaturated fatty acid in the appropriate ratio, then the mixture is heated and a strong base is added to form a precipitate. The precipitate is then washed and dissolved in a suitable solvent. The extractant forms a colloidal solution and then acetone is added until a solid precipitate.

Z kolejnego opisu patentowego GB 679259 znany jest materiał absorbujący energię fal elektromagnetycznych składający się z materiału rezystywnego rozproszonego w dielektryku i jednocześnie połączonego z materiałem przewodzącym w takich proporcjach, że rozpraszane są liczbowo równe ilości energii pola elektrycznego i magnetycznego, w wyniku tego, że impedancja falowa tego ośrodka ma charakter niemal w całości rezystancyjny. Cząstki materiału rezystywnego, np. rozdrobnionego żelaza lub materiału niemagnetycznego mogą być rozproszone w objętości dielektryka wokół przewodu koncentrycznego w celu wywołania izotropowego pochłaniania energii przez materiał. Materiał może być uformowany w bloki lub dyski lub rozciągnięty wzdłuż przewodnika linowego. Optymalny promień cząstek jest rzędu połowy długości fali, dla pomiaru w materiale, z którego zrobione są cząstki. W linii, która ma rozłożone przewodniki, mogą być dodatkowe warstwy dielektryczne, mające rozproszone odpowiednio cząstki rezystancyjne i przewodzące. Grubość tych warstw powinna być mniejszaFrom another patent specification GB 679259 a material absorbing the energy of electromagnetic waves is known, consisting of a resistive material dispersed in a dielectric and at the same time combined with a conductive material in such proportions that numerically equal amounts of electric and magnetic field energy are dissipated due to the fact that the wave impedance this medium is almost entirely resistive. Particles of resistive material, e.g., finely divided iron or non-magnetic material, may be dispersed in a dielectric volume around the coaxial conductor to induce isotropic energy absorption by the material. The material can be formed into blocks or discs or stretched along the line conductor. The optimal particle radius is on the order of half the wavelength for measurement in the material of which the particles are made. There may be additional dielectric layers in the line that has distributed conductors, having resistive and conductive particles scattered, respectively. The thickness of these layers should be smaller

PL 226 720 B1 niż jeden radian. Długość elektryczna linii wypełnionej powietrzem może być zwiększona poprzez otoczenie przewodnika ośrodkiem pochłaniającym odpowiedniej grubości.PL 226 720 B1 than one radian. The electric length of the air-filled line can be increased by surrounding the conductor with an absorbent medium of sufficient thickness.

W publikacji A. A. Vogt, H. A. Kołodziej A. E. Sowa, „New Generation of Absorbing Materials”, Proc. of 15^th Int. Wrocław Symp. on EMC, Wrocław, June 27-30, 2000 , Vol. 2, 579-582 opisano wyniki badań przenikalności elektrycznej i magnetycznej materiałów o właściwościach absorpcyjnych fale elektromagnetyczne. Badanymi absorberami był materiał o nazwie KWE i REC. Jeden z tych materiałów stosowany jest do powlekania specjalistycznych kabli EMC. Materiały te również mogą służyć jako napełniacze twardych pianek.In the publication of AA Vogt, HA Kołodziej AE Sowa, "New Generation of Absorbing Materials", Proc. Of 15 ^th Int. Wrocław Symp. on EMC, Wrocław, June 27-30, 2000, Vol. 2, 579-582 describes the results of research on the electric and magnetic permeability of materials with electromagnetic wave absorption properties. The tested absorbers were a material called KWE and REC. One of these materials is used to coat specialized EMC cables. These materials can also serve as hard foam fillers.

Znane jest z publikacji A. A. Vogt, H. A. Kołodziej, A. E. Sowa „An Effective Solution to the Problem of Ferrite Tile Gap Effect”, Proc. of 2001 IEEE EMC International Symposium Montreal, August 13-17, 2001, Vol. I, 179-182 zastosowanie materiałów np. REC-65 będzie można stosować w komorach bezodbiciowych jako zamienniki tradycyjnych materiałów, którymi wykładane są takie komory. W publikacji opisano próbki o wymiarze 100x100 mm, wykonanych z płytek ferrytowych, w których znajdowały się puste szczeliny. Występowanie tych szczelin drastycznie obniża skuteczność tłumienia fal elektromagnetycznych.She is known from the publications AA Vogt, HA Kołodziej, AE Sowa "An Effective Solution to the Problem of Ferrite Tile Gap Effect", Proc. Of 2001 IEEE EMC International Symposium Montreal, August 13-17, 2001, Vol. I, 179-182 the use of materials, eg REC-65, can be used in anechoic chambers as replacements for traditional materials with which such chambers are lined. The publication describes samples with a size of 100x100 mm, made of ferrite plates with empty gaps. The occurrence of these gaps drastically reduces the effectiveness of electromagnetic wave suppression.

Z kolejnej publikacji A. A. Vogt, H. A. Kołodziej, A. E. Sowa, „Absorbing Materials for L, S, C Bands”, Proc. of 16^th Int. Wroclaw Symp. on EMC, Wrocław, June 25-28, 2002, Vol. 2, 595-598 znane są materiały, które mogą mieć zastosowania jako absorbery w urządzeniach z antenami, w kom orach bezechowych, w celu zmniejszenia radarowego przekroju czynnego (RCS). Materiały te, ze względu na możliwość zmiany właściwości mechanicznych, możemy również stosować jako farby, szpachle, wypełniacze i ciecze magnetyczne o właściwościach tłumiących fale elektromagnetyczne.From another publication by AA Vogt, HA Kołodziej, AE Sowa, "Absorbing Materials for L, S, C Bands", Proc. Of 16 ^th Int. Wroclaw Symp. on EMC, Wrocław, June 25-28, 2002, Vol. 2, 595-598, there are known materials that can be used as absorbers in devices with antennas, in anechoic chambers, in order to reduce the radar cross section (RCS). Due to the possibility of changing mechanical properties, these materials can also be used as paints, putties, fillers and magnetic liquids with electromagnetic wave damping properties.

Z jeszcze jednej publikacji A. A. Vogt, H. A. Kołodziej, A. E. Sowa, „Singlelayer Broadband Absorbers for the Range of 1-6 GHz Using New Absorbing Materials”, Proc. of Int. Symp. on Electromagnetic Compatibility EMC Europe 2002, September 9-13, 2002 Sorrento, Italy, Vol. 2, 683-686 znane są materiały, które mogą być w zależności od ich postaci; sztywne, twarde, elastyczne czy miękkie. W artykule wspomniano o zastosowaniu na kable jako izolacja przed zaburzeniami elektromagnetycznymi.From one more publication by A. A. Vogt, H. A. Kołodziej, A. E. Sowa, "Singlelayer Broadband Absorbers for the Range of 1-6 GHz Using New Absorbing Materials", Proc. Of Int. Symp. on Electromagnetic Compatibility EMC Europe 2002, September 9-13, 2002 Sorrento, Italy, Vol. 2, 683-686 known materials that can be depending on their form; stiff, hard, flexible or soft. The article mentions the use of cables as insulation against electromagnetic disturbances.

W publikacji A. A. Vogt, H. A. Kołodziej, A. E. Sowa „Hybrid absorber using new absorbing composites”, Proc. of 2005 IEEE Int. Symp. on EMC, EMC Society 2005, IEEE Operation Center, Chicago, IL, August 8-12, 2005 Vol. 2, 315-318 ujawniono material kompozytowy o właściwościach absorpcyjnych (REC-1) w postaci ostrosłupów (piramidek) (50 mm) zawierających również warstwę ferrytu (6 mm),In the publication of A. A. Vogt, H. A. Kołodziej, A. E. Sowa "Hybrid absorber using new absorbing composites", Proc. Of 2005 IEEE Int. Symp. on EMC, EMC Society 2005, IEEE Operation Center, Chicago, IL, August 8-12, 2005 Vol. 2, 315-318 discloses a composite material with absorptive properties (REC-1) in the form of pyramids (50 mm) containing also a ferrite layer (6 mm),

W jeszcze jednej publikacji A. A. Vogt, H. A. Kołodziej, A. E. Sowa, A new composite absorbing material which is highly effective at the lower frequencies of the VHF range, and its applications. Proc. 2006 IEEE International Symposium on Electromagnetic Compatibility : EMC 2006, Portland, Oregon USA, 14-18 August 2006 / IEEE EMC Society 2, 522-525 opisano material kompozytowy o właściwościach absorpcyjnych w zakresie niskich częstotliwości (zakres VHF). Materiał w postaci absorberów dwuwarstwowych, w których jedną warstwę stanowi ferryt, a drugą - nowe materiały kompozytowe.In one more publication, A. A. Vogt, H. A. Kołodziej, A. E. Sowa, A new composite absorbing material which is highly effective at the lower frequencies of the VHF range, and its applications. Proc. 2006 IEEE International Symposium on Electromagnetic Compatibility: EMC 2006, Portland, Oregon USA, 14-18 August 2006 / IEEE EMC Society 2, 522-525 describes a composite material with absorption properties in the low frequency range (VHF range). Material in the form of two-layer absorbers, in which one layer is ferrite and the other - new composite materials.

Istotą rozwiązania według wynalazku jest zastosowanie powłoki absorbującej energię fal elektromagnetycznych, która zawiera podłoże, na którym jest umieszczona warstwa polimerowa będąca poliuretanem, na której jest umieszczona warstwa absorbera o wielkości ziarna od 2 do 3 mm o składzie 44% wagowych ferromagnetycznej substancji FF będącej klasterem z jonami Fe⁺² oraz Fe⁺³o strukturze spinelowej skoordynowany niestechiometrycznie grupami karboksylowymi kwasu oleinowego 51% ferrytu żelazowo-manganowo-cynkowego, 4% estru w postaci fosforanu trójbutylu oraz 1% plastyfikatora będącego frakcją ropy naftowej o temperaturze wrzenia 250-280°C, a następnie wierzchnią warstwę stanowi warstwa polimerowa będąca elastomerem polimocznikowym, w przemyśle wojskowym do zmniejszenia radarowego przekroju czynnego i zwiększenia ekranowania obiektów narażonych na przechwycenie falowe informacji oraz atak z zewnątrz impulsem elektromagnetycznym dużej mocy.The essence of the solution according to the invention is the use of an electromagnetic wave energy-absorbing coating, which includes a substrate on which a polyurethane polymer layer is placed, on which an absorber layer with a grain size of 2 to 3 mm is placed, with a composition of 44% by weight of ferromagnetic FF substance being a cluster with Fe ⁺² and Fe ⁺³ ions with spinel structure non-stoichiometrically coordinated with carboxyl groups of oleic acid 51% iron-manganese-zinc ferrite, 4% tributyl phosphate ester and 1% plasticizer being a fraction of crude oil with a boiling point of 250-280 ° C, and then the top layer is a polymer layer which is a polyurea elastomer, in the military industry to reduce the radar cross-section and increase the shielding of objects exposed to interception of wave information and attack from the outside with a high power electromagnetic pulse.

Korzystnie podłożem jest blacha stalowa.Preferably, the substrate is steel sheet.

W korzystnym wariancie zastosowania powłoka absorbująca energię fal elektromagnetycznych stanowi mieszaninę warstwy absorbera w ilości 70% z poliuretanem w ilości 30%.In a preferred embodiment, the electromagnetic wave energy-absorbing coating is a mixture of the absorber layer in an amount of 70% and a polyurethane in an amount of 30%.

Metoda pomiarowa poziomu absorpcji bazuje na pomiarze poziomu sygnału odbitego od powierzchni wytworzonej powłoki na podłożu stalowym w odniesieniu do podłoża stalowego bez naniesionej warstwy absorpcyjnej. W pierwszym etapie przeprowadza się pomiar poziomu tła szumowego otoczenia, który polega na tym, że wyznacza się odległości w strefie anten, dla której otrzymuje sięThe measurement method of the absorption level is based on the measurement of the signal level reflected from the surface of the produced coating on the steel substrate in relation to the steel substrate without the applied absorption layer. In the first stage, the background noise background level is measured, which consists in determining the distances in the antenna zone for which the

PL 226 720 B1 minimum odbieranego sygnału odbitego od ścian komór oraz wózka, bez płyty pomiarowej, w celu zapewnienia największej dynamiki pomiaru w stosunku do poziomu sygnału odbitego od płyty metalowej zamocowanej na wózku. W wyniku tego pomiaru ustalono odległość pomiędzy antenami i wózkiem na suwnicy wynoszącą 2,44 m.The minimum received signal reflected from the walls of the chambers and the trolley, without the measuring plate, in order to ensure the greatest dynamics of the measurement in relation to the level of the signal reflected from the metal plate mounted on the trolley. As a result of this measurement, the distance between the antennas and the trolley on the gantry was determined to be 2.44 m.

W drugim etapie dokonuje się pomiaru referencyjnego, który polega na tym, że mierzy się poziomu sygnału odbitego od płyty stalowej (płyta odniesienia) niepokrytej powłoką.In the second step, the reference measurement is performed, which consists in measuring the level of the signal reflected from the uncoated steel plate (reference plate).

W trzecim etapie wykonuje się pomiar właściwy, czyli pomiar sygnału odbitego od płyty stalowej z naniesioną powłoką polimerową o właściwościach absorbujących fale elektromagnetyczne.In the third stage, the actual measurement is performed, i.e. the measurement of the signal reflected from the steel plate with the polymer coating applied with properties absorbing electromagnetic waves.

W zastosowanej metodzie pomiaru, jako miarę absorpcji materiałów tłumiących fale elektromagnetyczne przyjmuje się względną różnicę pomierzonych poziomów w powyższych dwóch etapach. Poziom absorpcji wytworzonych powłok na podłożu stalowym określa się względem poziomu sygnału odbitego od płyty stalowej niepokrytej powłoką.In the measurement method used, the relative difference of the measured levels in the above two steps is taken as a measure of the absorption of electromagnetic wave damping materials. The level of absorption of the produced coatings on the steel substrate is determined in relation to the level of the signal reflected from the uncoated steel plate.

Jako powłokę kontrolną zastosowano jednowarstwową powłokę polimocznikową bez materiału absorbującego o symbolu P.As a control coating, a single-layer polyurea coating was used without any absorbent material with the symbol P.

Podczas pomiarów sygnał probierczy generuje się przez mikrofalowy generator oraz nadawany w przestrzeń poprzez tubową antenę nadawczą. Odbity sygnał od powierzchni powłoki mierzy się przy pomocy odbiorczej anteny tubowej oraz odbiornika szerokopasmowego. Do realizacji badań tłumienności wykorzystuje się generator sygnałowy SMF 100A, dwie anteny tubowe pracujące w paśmie częstotliwości od 1 GHz do 18 GHz oraz odbiornik szerokopasmowy ESIB 26.During the measurements, the test signal is generated by a microwave generator and transmitted into space through a transmitting horn antenna. The reflected signal from the surface of the coating is measured with a receiving horn antenna and a broadband receiver. The attenuation tests are performed using the SMF 100A signal generator, two horn antennas operating in the frequency band from 1 GHz to 18 GHz and the ESIB 26 broadband receiver.

Przedmiot wynalazku został bliżej przedstawiony w przykładach jego wykonania.The subject of the invention is presented in more detail in the examples of its implementation.

P r z y k ł a d 1P r z k ł a d 1

Poziom pomiaru absorpcji ustala się z wykorzystaniem powłoki absorbującej energię fal elektromagnetycznych, która zbudowana jest z podłoża w postaci blachy stalowej, na której jest umieszczona warstwa polimerowa będąca poliuretanem, po czym na niej znajduje się warstwa absorbera o wielkości ziarna od 2 do 3 mm o składzie 44% wagowych ferromagnetycznej substancji FF będącej klasterem z jonami Fe⁺² oraz Fe⁺³ o strukturze spinelowej skoordynowany niestechiometrycznie grupami karboksylowymi kwasu oleinowego, 51% ferrytu w postaci ferrytu żelazowo-manganowo-cynkowego 4% estru w postaci fosforanu trójbutylu, 1% plastyfikatora będącego frakcją ropy naftowej o temperaturze wrzenia 250-280°C (powłoka U3P) a następnie wierzchnią warstwę stanowi warstwa polimerowa będąca elastomerem polimocznikowym.The level of absorption measurement is determined using an electromagnetic wave energy-absorbing coating, which is made of a steel sheet substrate, on which a polyurethane polymer layer is placed, followed by an absorber layer with a grain size of 2 to 3 mm with the composition 44% by weight of ferromagnetic substance FF being a cluster with Fe ⁺² and Fe ⁺³ ions with a spinel structure non-stoichiometrically coordinated with carboxyl groups of oleic acid, 51% ferrite in the form of iron-manganese-zinc ferrite 4% ester in the form of tributyl phosphate, 1% plasticizer being crude oil fraction with a boiling point of 250-280 ° C (U3P coating) and then the top layer is a polymer layer which is a polyurea elastomer.

W tabeli 1 zestawiono poziomy odebranych sygnałów dla powłoki U3P. Jako powłokę kontrolną zastosowano jednowarstwową powłokę polimocznikową bez materiału absorbującego o symbolu P.Table 1 lists the received signal levels for the U3P shell. As a control coating, a single-layer polyurea coating was used without any absorbent material with the symbol P.

T a b e l a 1T a b e l a 1

f[GHz] f [GHz] Pozom tła szumowego w komorze [dB] The level of noise background in the chamber [dB] Próbka 0 płyta stalowa [dB] Sample 0 steel plate [dB] V3P [dB] V3P [dB] P [dB] P. [dB] 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 1,00 1.00 -40,60 -40.60 -37,30 -37.30 -41,60 -41.60 -37,31 -37.31 1,50 1.50 -46,70 -46.70 -30,70 -30.70 -34,26 -34.26 -30,71 -30.71 2,00 2.00 -36,80 -36.80 -26,20 -26.20 -28,30 -28.30 -26,43 -26.43 2,50 2.50 -41,20 -41.20 -31,33 -31.33 -39,16 -39.16 -31,34 -31.34 3,00 3.00 -37,60 -37.60 -25,90 -25.90 -33,20 -33.20 -26,51 -26.51 3,50 3.50 -52,82 -52.82 -29,01 -29.01 -39,60 -39.60 -29,94 -29.94 4,00 4.00 -49,40 -49.40 -31,90 -31.90 -43,02 -43.02 -33,00 -33.00 4,50 4.50 -42,70 -42.70 -35,26 -35.26 -49,30 -49.30 -35,78 -35.78 5,00 5.00 -48,20 -48.20 -35,08 -35.08 -51,20 -51.20 -35,55 -35.55 5,50 5.50 -54,72 -54.72 -34,86 -34.86 -49,70 -49.70 -35,64 -35.64 6,00 6.00 -60,10 -60.10 -34,90 -34.90 -45,80 -45.80 -35,33 -35.33 6,50 6.50 -52,14 -52.14 -36,90 -36.90 -47,20 -47.20 -38,09 -38.09

PL 226 720 B1 ciąg dalszy Tabeli 1Table 1 continues

1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 7,00 7.00 -48,30 -48.30 -38,40 -38.40 -50,60 -50.60 -39,55 -39.55 7,50 7.50 -49,60 -49.60 -38,70 -38.70 -51,50 -51.50 -40,02 -40.02 8,00 8.00 -49,60 -49.60 -40,43 -40.43 -52,03 -52.03 -41,25 -41.25 8,50 8.50 -49,30 -49.30 -41,30 -41.30 -53,02 -53.02 -42,23 -42.23 9,00 9.00 -48,70 -48.70 -39,40 -39.40 -47,20 -47.20 -41,56 -41.56 9,50 9.50 -55,60 -55.60 -44,20 -44.20 -51,50 -51.50 -46,55 -46.55 10,00 10.00 -62,40 -62.40 -48,70 -48.70 -58,20 -58.20 -50,91 -50.91

W tabeli 2 zestawiono poziomy absorpcji sygnałów dla powłoki U3P oraz zakres dynamiki pomiarów.Table 2 shows the levels of signal absorption for the U3P coating and the measurement dynamic range.

T a b e l a 2T a b e l a 2

f[GHz] f [GHz] Poziom tła szumowego w komorze [dB] The level of noise background in the chamber [dB] Próbka 0 płyta stalowa [dB] Sample 0 steel plate [dB] U3P [dB] U3P [dB] P [dB] P. [dB] 1,00 1.00 -40,60 -40.60 -37,30 -37.30 -41,60 -41.60 -37,31 -37.31 1,50 1.50 -46,70 -46.70 -30,70 -30.70 -34,26 -34.26 -30,71 -30.71 2,00 2.00 -36,80 -36.80 -26,20 -26.20 -28,30 -28.30 -26,43 -26.43 2,50 2.50 -41,20 -41.20 -31,33 -31.33 -39,16 -39.16 -31,34 -31.34 3,00 3.00 -37,60 -37.60 -25,90 -25.90 -33,20 -33.20 -26,51 -26.51 3,50 3.50 -52,82 -52.82 -29,01 -29.01 -39,60 -39.60 -29,94 -29.94 4,00 4.00 -49,40 -49.40 -31,90 -31.90 -43,02 -43.02 -33,00 -33.00 4,50 4.50 -42,70 -42.70 -35,26 -35.26 -49,30 -49.30 -35,78 -35.78 5,00 5.00 -48,20 -48.20 -35,08 -35.08 -51,20 -51.20 -35,55 -35.55 5,50 5.50 -54,72 -54.72 -34,86 -34.86 -49,70 -49.70 -35,64 -35.64 6,00 6.00 -60,10 -60.10 -34,90 -34.90 -45,80 -45.80 -35,33 -35.33 6,50 6.50 -52,14 -52.14 -36,90 -36.90 -47,20 -47.20 -38,09 -38.09 7,00 7.00 -48,30 -48.30 -38,40 -38.40 -50,60 -50.60 -39,55 -39.55 7,50 7.50 -49,60 -49.60 -38,70 -38.70 -51,50 -51.50 -40,02 -40.02 8,00 8.00 -49,60 -49.60 -40,43 -40.43 -52,03 -52.03 -41,25 -41.25 8,50 8.50 -49,30 -49.30 -41,30 -41.30 -53,02 -53.02 -42,23 -42.23 9,00 9.00 -48,70 -48.70 -39,40 -39.40 -47,20 -47.20 -41,56 -41.56 9,50 9.50 -55,60 -55.60 -44,20 -44.20 -51,50 -51.50 -46,55 -46.55 10,00 10.00 -62,40 -62.40 -48,70 -48.70 -58,20 -58.20 -50,91 -50.91

P r z y k ł a d 2P r z k ł a d 2

Poziom pomiaru absorpcji ustala się z wykorzystaniem powłoki absorbującej energię fal elektromagnetycznych, która zbudowana jest z podłoża w postaci blachy stalowej, na której umieszczona jest w składzie w ilości 70% warstwa absorbera o wielkości ziarna 3 mm składająca się z 44% wagowych ferromagnetycznej substancji FF będącego klasterem z jonami Fe⁺² oraz Fe⁺³ o strukturze spinelowej skoordynowany niestechiometrycznie grupami karboksylowymi kwasu oleinowego, 51% ferrytu w postaci ferrytu żelazowo-manganowo-cynkowego, 4% estru w postaci fosforanu trójbutylu, 1% plastyfikatora będącego frakcją ropy naftowej o temp. wrzenia 250-280°C (powłoka M3).The level of absorption measurement is determined using an electromagnetic wave energy-absorbing coating, which is made of a substrate in the form of a steel sheet, on which there is a 70% absorber layer with a grain size of 3 mm consisting of 44% by weight of the ferromagnetic substance FF, which is a cluster with Fe ⁺² and Fe ⁺³ ions with a spinel structure, non-stoichiometrically coordinated with the carboxyl groups of oleic acid, 51% ferrite in the form of iron-manganese-zinc ferrite, 4% ester in the form of tributyl phosphate, 1% plasticizer being a fraction of crude oil with temp. boiling 250-280 ° C (M3 coating).

PL 226 720 B1PL 226 720 B1

W tabeli 3 zestawiono poziomy odebranych sygnałów dla powłoki M3. Jako powłokę kontrolną zastosowano jednowarstwową powłokę polimocznikową bez materiału absorbującego o symbolu P.Table 3 summarizes the received signal levels for the M3 shell. As a control coating, a single-layer polyurea coating was used without any absorbent material with the symbol P.

T a b e l a 3T a b e l a 3

F[GHz] F [GHz] Pozom tła szumowego w komorze [dB] The level of noise background in the chamber [dB] Próbka 0 płyta stalowa [dB] Sample 0 steel plate [dB] M3 [dB] M3 [dB] P [dB] P. [dB] 1,00 1.00 -40,60 -40.60 -37,30 -37.30 -40,80 -40.80 -37,31 -37.31 1,50 1.50 -46,70 -46.70 -30,70 -30.70 -34,32 -34.32 -30,71 -30.71 2,00 2.00 -36,80 -36.80 -26,20 -26.20 -28,70 -28.70 -26,43 -26.43 2,50 2.50 -41,20 -41.20 -31,33 -31.33 -38,95 -38.95 -31,34 -31.34 3,00 3.00 -37,60 -37.60 -25,90 -25.90 -35,47 -35.47 -26,51 -26.51 3,50 3.50 -52,82 -52.82 -29,01 -29.01 -43,62 -43.62 -29,94 -29.94 4,00 4.00 -49,40 -49.40 -31,90 -31.90 -45,70 -45.70 -33,00 -33.00 4,50 4.50 -42,70 -42.70 -35,26 -35.26 -44,80 -44.80 -35,78 -35.78 5,00 5.00 -48,20 -48.20 -35,08 -35.08 -46,70 -46.70 -35,55 -35.55 5,50 5.50 -54,72 -54.72 -34,86 -34.86 -45,11 -45.11 -35,64 -35.64 6,00 6.00 -60,10 -60.10 -34,90 -34.90 -42,10 -42.10 -35,33 -35.33 6,50 6.50 -52,14 -52.14 -36,90 -36.90 -44,03 -44.03 -38,09 -38.09 7,00 7.00 -48,30 -48.30 -38,40 -38.40 -47,02 -47.02 -39,55 -39.55 7,50 7.50 -49,60 -49.60 -38,70 -38.70 -47,33 -47.33 -40,02 -40.02 8,00 8.00 -49,60 -49.60 -40,43 -40.43 -48,30 -48.30 -41,25 -41.25 8,50 8.50 -49,30 -49.30 -41,30 -41.30 -49,10 -49.10 -42,23 -42.23 9,00 9.00 -48,70 -48.70 -39,40 -39.40 -44.60 -44.60 -41,56 -41.56 9,50 9.50 -55,60 -55.60 -44,20 -44.20 -49,23 -49.23 -46,55 -46.55 10,00 10.00 -62,40 -62.40 -48,70 -48.70 -55,43 -55.43 -50,91 -50.91

W tabeli 4 zestawiono poziomy absorpcji sygnałów dla powłoki M3 oraz dynamiki pomiarów. T a b e l a 4Table 4 summarizes the signal absorption levels for the M3 coating and the measurement dynamics. T a b e l a 4

F[GHz] F [GHz] Zakres dynamiki pomiaru [dB] Measurement dynamic range [dB] M3 [dB] M3 [dB] P [dB] P. [dB] 1 1 2 2 3 3 4 4 1,00 1.00 -3,30 -3.30 -3,50 -3.50 -0,01 -0.01 1,50 1.50 -16,00 -16.00 -3,62 -3.62 -0,01 -0.01 2,00 2.00 -10,60 -10.60 -2,50 -2.50 -0,23 -0.23 2,50 2.50 -9,87 -9.87 -7,62 -7.62 -0,01 -0.01 3,00 3.00 -11,70 -11.70 -9,57 -9.57 -0,61 -0.61 3,50 3.50 -23,81 -23.81 -14,61 -14.61 -0,93 -0.93 4,00 4.00 -17,50 -17.50 -13,80 -13.80 -1,10 -1.10 4,50 4.50 -7,44 -7.44 -9,54 -9.54 -0,52 -0.52

PL 226 720 B1 ciąg dalszy Tabeli 4Table 4 continues

1 1 2 2 3 3 4 4 5,00 5.00 -13,12 -13.12 -11,62 -11.62 -0,47 -0.47 5,50 5.50 -19,86 -19.86 -10,25 -10.25 -0,78 -0.78 6,00 6.00 -25,20 -25.20 -7,20 -7.20 -0,43 -0.43 6,50 6.50 -15,24 -15.24 -7,13 -7.13 -1,19 -1.19 7,00 7.00 -9,90 -9.90 -8,62 -8.62 -1,15 -1.15 7,50 7.50 -10,90 -10.90 -8,63 -8.63 -1,32 -1.32 8,00 8.00 -9,17 -9.17 -7,87 -7.87 -0,82 -0.82 8,50 8.50 -8,00 -8.00 -7,80 -7.80 -0,93 -0.93 9,00 9.00 -9,30 -9.30 -5,20 -5.20 -2,16 -2.16 9,50 9.50 -11,40 -11.40 -5,03 -5.03 -2,35 -2.35 10,00 10.00 -13,70 -13.70 -6,73 -6.73 -2,21 -2.21

Natomiast na poniższym wykresie przedstawiono wyniki poziomu absorpcji (tłumienności) badanych powłok w przykładzie 1 i 2 w funkcji częstotliwości.On the other hand, the graph below shows the results of the absorption (attenuation) level of the tested coatings in Examples 1 and 2 as a function of frequency.

Analizując dane pomiarowe, można stwierdzić, iż najlepsze wyniki absorpcji otrzymano dla powłoki warstwowej U3P naniesionej na podłoże stalowe. Natomiast powłoki otrzymane w wyniku zmieszania poliuretanu z ziarnami absorbera REC charakteryzują się gorszą tłumienności, co spowodowane jest rozcieńczeniem dielektrycznym polimeru.By analyzing the measurement data, it can be concluded that the best absorption results were obtained for the U3P layer coating applied to the steel substrate. On the other hand, the coatings obtained by mixing polyurethane with the REC absorber grains are characterized by lower attenuation, which is caused by the dielectric dilution of the polymer.

W przypadku powłoki warstwowej U3P absorber stanowi jednolitą zwartą warstwę, w której na całej powierzchni absorbera jest kontakt pomiędzy domenami magnetycznymi. Zawieszenie ziaren w polimerze prowadzi do rozseparowania ziaren (powłoka M3), a przez co następuje rozerwanie kontaktu między domenami.In the case of the U3P layer coating, the absorber is a uniform, compact layer in which the entire surface of the absorber is in contact between the magnetic domains. The suspension of the grains in the polymer leads to the separation of the grains (M3 coating) and thus breaking the contact between the domains.

Na podstawie dokonanych pomiarów obliczono również znanymi metodami radarowy przekrój czynny RCS, który jest miarą poziomu sygnału Wartość a_RAM oraz parametry pośrednie dla powłoki U3P oraz powłoki M3 o wymiarach 300x300 mm oraz odległości pomiarowej równej R = 2,44 m dla częstotliwości sygnału od 1000 do 5000 MHz tabeli 5.Based on the measurements made, the radar cross-section RCS, which is a measure of the signal level, was also calculated using the known methods. The _RAM a value and intermediate parameters for the U3P shell and M3 shell with dimensions of 300x300 mm and the measurement distance equal to R = 2.44 m for the signal frequency from 1000 to 5000 MHz of table 5.

PL 226 720 B1PL 226 720 B1

T a b e l a 5T a b e l a 5

Częstotliwość sygnału f[MHz] Signal frequency f [MHz] 1000 1000 1500 1500 2000 2000 2500 2500 3000 3000 3500 3500 4000 4000 4500 4500 5000 5000 Radarowy przekrój czynny σ powierzchni prostokątnej idealnie odbijającej [m²]Radar cross-section σ of a perfectly reflecting rectangular surface [m ² ] 1,13 1.13 2,54 2.54 4,52 4.52 7,06 7.06 10,17 10.17 13,84 13.84 18,08 18.08 22,89 22.89 28,26 28.26 Radarowy przekrój czynny 10log^) powierzchni prostokątnej idealnie odbijającej [dB] Radar cross-section 10 log ^) of a perfectly reflecting rectangular surface [dB] 0,53 0.53 4,05 4.05 6,55 6.55 8,49 8.49 10,07 10.07 11,41 11.41 12,57 12.57 13,59 13.59 14,51 14.51 Stosunek mocy odbitej do padającej 10log(PRx/PTx) dla stalowej płyty odniesienia [dB] Reflected power to incident power ratio 10log (PRx / PTx) for a steel reference plate [dB] -37,30 -37.30 -30,70 -30.70 -26,20 -26.20 -31,33 -31.33 -25,90 -25.90 -29,01 -29.01 -31,90 -31.90 -35,26 -35.26 -35,08 -35.08 Współczynnik proporcjonalności 10log(K) Proportionality coefficient 10log (K) -37,83 -37.83 -34,75 -34.75 -32,75 -32.75 -39,82 -39.82 -35,97 -35.97 -40,42 -40.42 -44,47 -44.47 -48,85 -48.85 -49,59 -49.59 Stosunek mocy odbitej do padającej 10log(PRx/PTx)dla stalowej płyty pokrytej powłoką U3P [dB] The ratio of reflected power to incident power 10log (PRx / PTx) for a steel plate covered with the U3P coating [dB] -41,60 -41.60 -34,26 -34.26 -28,30 -28.30 -39,16 -39.16 -33,20 -33.20 -39,60 -39.60 -39,60 -39.60 -49,30 -49.30 -51,20 -51.20 Radarowy przekrój czynny σRAM stalowej płyty pokrytej powłoką U3P [m²]Radar cross-section σRAM of a steel plate covered with U3P coating [m ² ] 0,41 0.41 1,12 1.12 2,78 2.78 1,16 1.16 1,89 1.89 1,21 1.21 3,07 3.07 0,90 0.90 0,69 0.69 Stosunek mocy odbitej do padającej 10log(PRx/PTx) dla stalowej płyty pokrytej powłoką M3 [dB] The ratio of reflected power to incident power 10log (PRx / PTx) for a steel plate covered with M3 coating [dB] -40,80 -40.80 -34,32 -34.32 -28,70 -28.70 -38,95 -38.95 -35,47 -35.47 -43,62 -43.62 -45,70 -45.70 -44,80 -44.80 -46,70 -46.70 Radarowy przekrój czynny σRAM stalowej płyty pokrytej powłoką M3 [m²]Radar cross-section σRAM of a steel plate covered with an M3 coating [m ² ] 0,50 0.50 1,10 1.10 2,54 2.54 1,22 1.22 1,12 1.12 0,48 0.48 0,75 0.75 2,54 2.54 1,95 1.95

Wartość a_RAM oraz parametry pośrednie dla powłoki U3P oraz powłoki M3 o wymiarach 300x300 mm oraz odległości pomiarowej równej R = 2,44 m dla częstotliwości sygnału od 5500 do 10000 MHz przedstawiono w tabeli 6.The a _RAM value and intermediate parameters for the U3P shell and the M3 shell with dimensions of 300x300 mm and a measurement distance of R = 2.44 m for a signal frequency from 5500 to 10000 MHz are presented in Table 6.

T a b e l a 6T a b e l a 6

Częstotliwość sygnału f[MHz] Signal frequency f [MHz] 5500 5500 6000 6000 6500 6500 7000 7000 7500 7500 8000 8000 8500 8500 9000 9000 9500 9500 10000 10,000 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 7 7 8 8 9 9 10 10 11 11 Radarowy przekrój czynny σ powierzchni prostokątnej idealnie odbijającej [m²]Radar cross-section σ of a perfectly reflecting rectangular surface [m ² ] 34,19 34.19 40,69 40.69 47,76 47.76 55,39 55.39 63,58 63.58 72,34 72.34 81,67 81.67 91,56 91.56 102,02 102.02 113,04 113.04 Radarowy przekrój czynny 10log(^ powierzchni prostokątnej idealnie odbijającej [dB] Radar cross-section 10log (^ of a perfectly reflecting rectangular surface [dB] 15,34 15.34 16,09 16.09 16,79 16.79 17,43 17.43 18,03 18.03 18,60 18.60 19,12 19.12 19,62 19.62 20,09 20.09 20,53 20.53 Stosunek mocy odbitej do padającej 10log(pRx/PTx) dla metalowej płyty odniesienia Reflected power to incident 10log power ratio (pRx / PTx) for a metal reference plate -34,86 -34.86 -34,90 -34.90 -36,90 -36.90 -38,40 -38.40 -38,70 -38.70 -40,43 -40.43 -41,30 -41.30 -39,40 -39.40 -44,20 -44.20 -48,70 -48.70 Współczynnik proporcjonalności 10Iog(K) 10Iog proportionality factor (K) -50,19 -50.19 50,99 50.99 53,69 53.69 55,83 55.83 56,73 56.73 59,02 59.02 60,42 60.42 59,02 59.02 64,29 64.29 -69,23 -69.23 Stosunek mocy odbitej do padającej 10log(pRx/PTx) dla stalowej płyty pokrytej powłoką U3P [dB] The ratio of reflected power to incident 10log (pRx / PTx) for a steel plate covered with the U3P coating [dB] -49,70 -49.70 45,80 45.80 47,20 47.20 50,60 50.60 51,50 51.50 52,03 52.03 53,02 53.02 47,20 47.20 51,50 51.50 -58,20 -58.20 Radarowy przekrój czynny σβΛΝ stalowej płyty pokrytej powloką U3P [m²]Radar cross-section σβΛΝ of a steel plate coated with U3P [m ² ] 1,12 1.12 3,31 3.31 4,46 4.46 3,34 3.34 3,34 3.34 5,00 5.00 5,49 5.49 15,19 15.19 18,99 18.99 12,68 12.68

PL 226 720 B1PL 226 720 B1

Ciąg dalszy Tabeli 6Continuation of Table 6

1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 7 7 8 8 9 9 10 10 11 11 Stosunek mocy odbitej do padającej 10log(pRx/PTx) dla stalowej płyty pokrytej powloką M3 [dB] Reflected power to incident 10log power ratio (pRx / PTx) for M3 coated steel plate [dB] -45,11 -45.11 -42,10 -42.10 -44,03 -44.03 -47,02 -47.02 -47,33 -47.33 -48,30 -48.30 -49,10 -49.10 -44,60 -44.60 -49,23 -49.23 -55,43 -55.43 Radarowy przekrój czynny gram stalowej płyty pokrytej powłoką M3 [m²]Radar cross section of a steel plate covered with M3 coating [m ² ] 3,23 3.23 7,75 7.75 9,25 9.25 7,61 7.61 8,72 8.72 11,81 11.81 13,55 13.55 27,65 27.65 32,04 32.04 24,00 24.00

Na wykresie 2 przedstawiono radarowy przekrój czynny w funkcji częstotliwości dla poszczególnych powłok.Graph 2 shows the radar cross section as a function of frequency for individual shells.

Wartość oram oraz parametry pośrednie dla powłoki U3P oraz powłoki M3 o wymiarach 300x300 mm oraz odległości pomiarowej równej R = 2,44m dla częstotliwości sygnału od 5500 do 10000 MHz przedstawiono w tabeli 6.The oram value and intermediate parameters for the U3P shell and the M3 shell with dimensions of 300x300 mm and a measurement distance of R = 2.44 m for the signal frequency from 5500 to 10000 MHz are presented in Table 6.

Claims

1. The use of an electromagnetic wave energy-absorbing coating containing a substrate on which a polyurethane polymer layer is placed, on which an absorber layer with a grain size of 2 to 3 mm with a composition of 44% by weight of the ferromagnetic FF substance being a cluster with Fe ⁺² ions is placed, and Fe ⁺³ with spinel structure non-stoichiometrically coordinated with carboxyl groups of oleic acid 51% iron manganese zinc ferrite, 4% tributyl phosphate ester and 1% plasticizer which is a crude oil fraction with a boiling point of 250-280 ° C, then the top layer is a polymer layer, which is a polyurea elastomer, in the military industry to reduce the radar cross-section and increase the shielding of objects exposed to interception of wave information and attack from the outside with a high-power electromagnetic pulse.

PL 226 720 B1

2. Use of a coating according to claim 1 The method of claim 1, wherein the substrate is a steel sheet.

3. Use of a coating according to claim 1 1, characterized in that it is a mixture of the absorber layer in the amount of 70% with a grain size from 2 to 3 mm with a composition of 44% by weight of the ferromagnetic substance FF being a cluster with Fe ⁺² and Fe ⁺³ ions with a spinel structure, non-stoichiometrically coordinated with carboxyl groups of oleic acid 51% iron manganese zinc ferrite, 4% tributyl phosphate ester and 1% plasticizer which is a crude oil fraction with a boiling point of 250-280 ° C with 30% polyurethane.