RU2637673C1

RU2637673C1 - Composition of aeronautical glazing products based on monolithic polycarbonate

Info

Publication number: RU2637673C1
Application number: RU2016142561A
Authority: RU
Inventors: Вячеслав Иванович Самсонов; Олег Федорович Просовский; Андрей Николаевич Силкин; Анатолий Казимирович Хмельницкий; Михаил Юрьевич Стрелец; Станислав Степанович Рубанов; Владимир Анатольевич Садков
Original assignee: Акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" им. А.Г. Ромашина"
Priority date: 2016-10-28
Filing date: 2016-10-28
Publication date: 2017-12-06

Abstract

FIELD: chemistry.

SUBSTANCE: a layer of a transparent silicone lacquer based on isopropyl alcohol 4-5 microns thick is applied on a surface of monolithic polycarbonate. Further, two layers of an alloy of indium-tin oxides are deposited, with a gold layer in between. Then an adhesive sublayer 8-10 nm thick is deposited on the indium-tin oxide layer as a silicon film, which is coated with a polymeric material.

EFFECT: increasing the radar unobtrusiveness of glazing, its impact strength.

1 tbl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области изготовления композиций авиационного остекления на основе монолитного поликарбоната.The invention relates to the field of manufacturing aviation glazing compositions based on monolithic polycarbonate.

Современная авиационная техника все шире использует остекление кабин пилотов с многофункциональными защитными покрытиями на основе оксидов индий-олово и золота. Такого рода покрытия снижают заметность объекта на радарах, обеспечивают защиту экипажа от воздействия электромагнитного излучения, тепла солнечной радиации.Modern aviation technology increasingly uses the glazing of cockpits with multifunctional protective coatings based on indium tin and gold oxides. Such coatings reduce the visibility of the object on radars, provide protection for the crew from exposure to electromagnetic radiation, heat of solar radiation.

Покрытия наносятся, как правило, только с внутренней стороны остекления. Это обусловлено тем, что покрытия имеют слабую адгезию к подложке (силикатному или органическому стеклу) и их может оторвать в процессе полета под воздействием мощного аэродинамического потока. Наносимые на покрытия защитные лаки также не решают данной проблемы из-за недостаточной адгезии к материалу покрытия.Coatings are applied, as a rule, only from the inside of the glazing. This is due to the fact that the coatings have poor adhesion to the substrate (silicate or organic glass) and can be torn off during flight under the influence of a powerful aerodynamic flow. Protective varnishes applied to coatings also do not solve this problem due to insufficient adhesion to the coating material.

В то же время покрытия, расположенные с внутренней стороны остекления кабины пилота, малоэффективны в плане радиолокационной защиты. Это обусловлено отражением радиолокационных волн от стекла, находящегося над покрытием. Таким образом, это приводит к снижению тактико-технических характеристик как остекления, так и объекта в целом.At the same time, coatings located on the inside of the cockpit glazing are ineffective in terms of radar protection. This is due to the reflection of radar waves from the glass above the coating. Thus, this leads to a decrease in the performance characteristics of both glazing and the entire object.

Используемые в настоящее время композиции авиационного остекления выполняются в основном из двух типов материалов, это силикатное стекло и полиметилметакрилат (органическое стекло). Однако их использование для остекления современных сверхзвуковых летательных аппаратов достигло своего технического предела и становится проблематичным в основном из-за низких прочностных характеристик данных материалов.Currently used aviation glazing compositions are made mainly of two types of materials: silicate glass and polymethyl methacrylate (organic glass). However, their use for glazing modern supersonic aircraft has reached its technical limit and is becoming problematic mainly due to the low strength characteristics of these materials.

Например, для получения высокопрочной композиции остекления из силикатного стекла ее выполняют путем склеивания нескольких слоев стекла, предварительно упрочненных путем длительной выдержки в расплаве калиевой селитры или путем химического травления в смеси серной и плавиковой кислот. Композиции получаются весьма тяжелыми и дорогостоящими, что крайне нежелательно для летательных аппаратов.For example, to obtain a high-strength silicate glass glazing composition, it is carried out by gluing several layers of glass previously hardened by prolonged exposure to molten potassium nitrate or by chemical etching in a mixture of sulfuric and hydrofluoric acids. Compositions are very heavy and expensive, which is extremely undesirable for aircraft.

Для повышения прочности органического стекла проводят операцию его ориентирования (нагрев и растягивание листа). Кроме того, температурный предел использования органического стекла ограничивается его температурой размягчения 110-120°C.To increase the strength of organic glass, the operation of its orientation is carried out (heating and stretching the sheet). In addition, the temperature limit for the use of organic glass is limited by its softening temperature of 110-120 ° C.

Известна композиция, используемая для ослабления электромагнитного излучения, солнечного тепла и содержащая прозрачный нижний слой и чередующиеся слои диэлектрика из группы оксидов индия, цинка, олова или их сплавов и инфракрасно-отражающего металлического слоя из группы: серебро, золото, медь или их сплавов по заявке WO 9928258, МПК С03С 17/36, опубл. 10.06.1999. При этом композиция содержит внешний покровный слой из стекла или прозрачного полимерного материала.A known composition used to attenuate electromagnetic radiation, solar heat and containing a transparent lower layer and alternating layers of a dielectric from a group of oxides of indium, zinc, tin or their alloys and an infrared-reflecting metal layer from a group of silver, gold, copper or their alloys on request WO 9928258, IPC С03С 17/36, publ. 06/10/1999. Moreover, the composition contains an outer coating layer of glass or a transparent polymeric material.

Недостатком известной композиции является то, что оксиды металлов из вышеуказанной группы имеют неудовлетворительную адгезию к органическому стеклу. Кроме того, внешний покровный слой из стекла или полимерного материала также имеет неудовлетворительную адгезию к оксидам металлов указанной группы. Проводимый тест на скотч подтверждает это. То есть такая композиция может разрушиться в рабочих условиях.A disadvantage of the known composition is that the metal oxides from the above group have poor adhesion to organic glass. In addition, the outer coating layer of glass or polymeric material also has poor adhesion to metal oxides of this group. An ongoing tape test confirms this. That is, such a composition may be destroyed under operating conditions.

Наиболее близкой к изобретению является композиция по заявке RU патент 2495839, МПК C03C 17/38, опубл. 20.10.2013, используемая для ослабления электромагнитного излучения, солнечного тепла, снижения радиолокационной заметности и коэффициента отражения, состоящая из ориентированного органического стекла, на поверхность которого наносят слой бесцветного лака толщиной 5-6 мкм на основе полиметилфенилсилсесквиоксана, привитого к наноразмерным глобулам двуокиси кремния. Далее размещают два слоя из сплава оксидов индий-олово, между которыми расположен слой золота. Затем на слой на основе сплава оксидов индий-олово наносят грунтовочный слой толщиной 4-5 мкм на основе хлорированных полиолефинов, который покрывают полимерным материалом.Closest to the invention is a composition according to the application RU patent 2495839, IPC C03C 17/38, publ. 10/20/2013, used to attenuate electromagnetic radiation, solar heat, reduce radar signature and reflection coefficient, consisting of oriented organic glass, on the surface of which a layer of colorless varnish 5-6 μm thick based on polymethylphenylsilsesquioxane grafted to nanosized globules of silicon dioxide is applied. Next, two layers of an indium tin oxide alloy are placed, between which a layer of gold is located. Then, a primer layer of 4-5 microns thick based on chlorinated polyolefins, which is coated with a polymer material, is applied to a layer based on an indium-tin oxide alloy.

Недостатком известной композиции является то, что из-за недостаточной адгезии покровных материалов к органическому стеклу, композицию можно использовать только лишь таким образом, чтобы покрытие располагалось с внутренней стороны кабины пилота. В случае расположения слоев покрытия снаружи (со стороны атмосферы) при эксплуатации самолета их может сорвать мощным аэродинамическим потоком.A disadvantage of the known composition is that due to insufficient adhesion of the coating materials to organic glass, the composition can only be used so that the coating is located on the inside of the cockpit. If the coating layers are located outside (from the atmosphere) during aircraft operation, they can be disrupted by a powerful aerodynamic flow.

В то же время расположение композиции слоями оксидов индий-олово и нанесенных на него защитных лаков вовнутрь кабины пилота снижает радиолокационную незаметность объекта на радарах.At the same time, the arrangement of the composition in layers of indium tin oxides and protective varnishes applied to it inside the cockpit reduces the radar imperceptibility of the object on radars.

Кроме того, за основу композиции взят ориентированный органический материал марки AO-120, ударная прочность которого недостаточна, и при соударении с птицей может произойти разрушение остекления.In addition, the composition is based on oriented organic material of the AO-120 brand, the impact strength of which is insufficient, and glazing can be destroyed by collision with a bird.

Задачей изобретения является повышение радиолокационной незаметности композиций авиационного остекления.The objective of the invention is to increase the radar invisibility of aircraft glazing compositions.

Для достижения задачи изобретения предложена композиция, содержащая стекло, расположенные на его поверхности слой прозрачного лака и два слоя из сплава оксидов индий-олово, между которыми расположен слой золота, при этом внешний слой из сплава оксидов индий-олово покрыт прозрачным слоем из полимерного материала, отличающаяся тем, что композиция содержит монолитный поликарбонат и расположенный на его поверхности слой бесцветного кремнийорганического лака на основе изопропилового спирта толщиной 4-5 мкм, а между слоями из сплава оксидов индий-олово и полимерного материала содержится дополнительный адгезионный подслой в виде пленки кремния толщиной 8-10 нм.In order to achieve the object of the invention, there is provided a composition comprising glass, a layer of transparent varnish located on its surface and two layers of an indium tin oxide alloy, between which a gold layer is located, while the outer layer of an indium tin oxide alloy is coated with a transparent layer of polymer material, characterized in that the composition contains a monolithic polycarbonate and a layer of colorless organosilicon varnish based on isopropyl alcohol 4-5 microns thick located on its surface, and between the layers of an oxide alloy indium tin and polymer material contains an additional adhesive sublayer in the form of a silicon film with a thickness of 8-10 nm.

Слой бесцветного кремнийорганического лака на основе изопропилового спирта толщиной 4-5 мкм, расположенный на поверхности монолитного поликарбоната, обеспечивает хорошую адгезию его как к поверхности поликарбоната, так и к слою сплав оксидов индий-олово. В свою очередь, дополнительный адгезионный подслой толщиной 8-10 нм, полученный в виде пленки кремния, расположенный между слоями из сплава оксидов индий-олово и полимерного материала, также обеспечивает хорошую адгезию между указанными слоями.A layer of colorless silicone varnish based on isopropyl alcohol with a thickness of 4-5 μm, located on the surface of a monolithic polycarbonate, provides good adhesion both to the surface of the polycarbonate and to the indium-tin oxide alloy layer. In turn, an additional adhesive sublayer with a thickness of 8-10 nm, obtained in the form of a silicon film, located between the layers of an alloy of indium-tin oxides and a polymer material, also provides good adhesion between these layers.

Вместе с тем хорошая адгезия вышеупомянутых материалов друг к другу позволяет располагать композицию наружу нанесенными слоями сплава оксида индий-олова и золота, что обеспечивает высокую радиолокационную незаметность кабины пилота и объекта в целом.At the same time, good adhesion of the above-mentioned materials to each other allows the composition to be positioned outwardly with deposited indium-tin oxide and gold alloy layers, which ensures high radar invisibility of the cockpit and the object as a whole.

Кроме того, поликарбонатное стекло обеспечивает более высокую ударную прочность композиции, так как ударная вязкость монолитного поликарбоната на порядок выше ударной вязкости органического стекла. Фиг.1 - композиция изделий авиационного остекления на основе монолитного поликарбоната.In addition, polycarbonate glass provides a higher impact strength of the composition, since the impact strength of monolithic polycarbonate is an order of magnitude higher than the impact strength of organic glass. Figure 1 - composition of aircraft glazing based on monolithic polycarbonate.

Композиция содержит лист стекла с необходимыми геометрическими размерами, выполненного из монолитного поликарбоната 1. На поверхности стекла 1 расположен слой бесцветного кремнийорганического лака на основе изопропилового спирта 2 толщиной 4-5 мкм. Между слоями 3, состоящими из сплава оксидов индий-олово, расположен слой 4, состоящий из золота. Адгезионный подслой 5 толщиной 8-10 нм, полученный в виде пленки кремния, расположен между слоями из сплава оксидов индий-олово и полимерного материала 6.The composition contains a sheet of glass with the required geometric dimensions, made of monolithic polycarbonate 1. On the surface of the glass 1 is a layer of a colorless silicone varnish based on isopropyl alcohol 2 with a thickness of 4-5 microns. Between the layers 3, consisting of an alloy of indium-tin oxides, is a layer 4, consisting of gold. An adhesive sublayer 5 of a thickness of 8-10 nm, obtained in the form of a silicon film, is located between the layers of an alloy of indium-tin oxides and polymer material 6.

Пример 1. На поверхность стекла (плоского или криволинейного), выполненного из монолитного поликарбоната, наносят слой бесцветного кремнийорганического лака на основе изопропилового спирта. Стекло с нанесенным на его поверхность лаком просушивают при нормальных условиях и с помощью микрометра определяют толщину лакового покрытия. После чего стекло устанавливают в термошкаф, где при термообработке лак полимеризуется.Example 1. On the surface of the glass (flat or curved) made of monolithic polycarbonate, a layer of colorless silicone varnish based on isopropyl alcohol is applied. Glass coated with varnish is dried under normal conditions and the thickness of the varnish is determined using a micrometer. After that, the glass is installed in a heating cabinet, where during heat treatment the varnish is polymerized.

Далее стекло устанавливают в вакуумную магнетронную установку с размещенными в ней мишенями из сплава индий-олово и золота, а также плазматроном. Рабочее пространство установки вакуумируют, подают в нее кислород, напряжение на мишень со сплавом индий-олово и наносят слой сплава оксидов индий-олово. Затем в рабочую камеру подают аргон, напряжение на мишень с золотом и наносят слой золота. После чего повторяют технологическую операцию по нанесению сплава оксидов индий-олова.Next, the glass is installed in a vacuum magnetron installation with targets from an alloy of indium-tin and gold placed therein, as well as a plasmatron. The working space of the installation is evacuated, oxygen is supplied into it, voltage is applied to the target with indium-tin alloy, and a layer of indium-tin oxide alloy is applied. Then argon is fed into the working chamber, voltage is applied to the target with gold and a layer of gold is applied. Then repeat the process of applying an alloy of indium tin oxides.

Далее, включают плазматрон и на поверхность сплава оксидов индий-олово наносится адгезионный подслой в виде пленки кремния толщиной 8-10 нм. Толщины слоев сплава индий-олово, золота и кремния измеряют в режиме реального нанесения покрытий с помощью быстродействующего спектрофотометра. После этого наносится слой бесцветного кремнийорганического лака на основе изопропилового спирта.Further, a plasmatron is turned on, and an adhesive sublayer in the form of a silicon film 8-10 nm thick is deposited on the surface of the indium-tin oxide alloy. The thicknesses of the indium-tin, gold and silicon alloy layers are measured in real-time coating using a high-speed spectrophotometer. After that, a layer of colorless organosilicon varnish based on isopropyl alcohol is applied.

Изделия авиационного остекления на основе монолитного поликарбоната, полученные по примеру 1, были испытаны на специальных установках и стендах. Результаты испытаний, в сравнении с аналогом из ориентированного органического стекла АО-120, приведены в таблице 1.Aircraft glazing based on monolithic polycarbonate, obtained according to example 1, were tested on special installations and stands. The test results, in comparison with the analogue of oriented organic glass AO-120, are shown in table 1.

Из характеристик предложенной композиции на основе монолитного поликарбоната, приведенных в таблице 1, видно, что она обеспечивает высокое поглощение радиолокационных волн и, кроме того, высокую ударную прочность при сохранении других характеристик (ослабление потоков электромагнитного излучения, тепла солнечной радиации, при сохранении уровня светопропускания, соответствующего авиационным правилам).From the characteristics of the proposed composition based on monolithic polycarbonate, shown in table 1, it can be seen that it provides high absorption of radar waves and, in addition, high impact strength while maintaining other characteristics (attenuation of electromagnetic radiation fluxes, heat of solar radiation, while maintaining light transmission, complying with aviation regulations).

Наряду с вышеперечисленными положительными факторами предложенная композиция обеспечивает высокую адгезию материалов как к монолитному поликарбонату, так и относительно друг друга, что позволяет располагать стекло в кабине самолета покрытиями наружу.Along with the above positive factors, the proposed composition provides high adhesion of materials both to monolithic polycarbonate and relative to each other, which allows the glass to be placed in the cockpit with coatings outward.

Таким образом, заявленное в композиции количество слоев покрытия, их толщины, а также материалы покрытий и подложки являются необходимыми и достаточными для достижения цели.Thus, the claimed in the composition the number of coating layers, their thickness, as well as coating materials and substrates are necessary and sufficient to achieve the goal.

Источники информацииInformation sources

1. Заявка WO 9928258, МПК C03C 17/36, опубл. 10.06.1999.1. Application WO 9928258, IPC C03C 17/36, publ. 06/10/1999.

2. Патент RU 2495839, МПК C03C 17/38, опубл. 20.10.2013 – прототип.2. Patent RU 2495839, IPC C03C 17/38, publ. 10.20.2013 - prototype.

Claims

Aircraft glazing composition comprising glass, a transparent varnish and two layers of indium tin oxide alloy located on its surface, between which a layer of gold is located, while the outer layer of indium tin oxide alloy is coated with a transparent layer of polymeric material, characterized in that the glass is made of monolithic polycarbonate, on the surface of which a transparent varnish is applied - a colorless organosilicon varnish based on isopropyl alcohol with a thickness of 4-5 microns, and between the layers of indium-tin oxide and polymer Nogo material contains an additional adhesion-promoting underlayer of silicon film thickness of 8-10 nm.