SE418495B - Anvendning av partiklar av aktivt kol i aerosoler avsedda for stralningsabsorption serskilt inom ir-omradet - Google Patents

Description

7803663-9 infraröda omrâdet, vilket är vad som är möiligt med finfördelat kolpulver.

I den amerikanska patentskriften 3,975,292 anges en metod att skärma infraröd strålning, där man använder flagor av en metall - aluminium - med tjockleken < 0,3 pm och med en utsträckning hos ytan på-mellan 2 och 20 pm. Mekanismen för strålningsdämpningen är i detta fall spridning genom reflexion. Genom spridningen erhålles från aerosolmolnet en diffus strålning och dessutom rela- tivt stark reflex vid belysning. I vissa sammanhang kan detta molns egenskaper vara tillfyllest.

Betydande åtgärder kan vidtagas vid konstruktion av t ex fartyg, fordon och befästníngar för bl a kylning och skärmning av exponerade ytor, men dessa - även tillsammans med maskerings- och vilselednings- metoder - nedbringar ändå ej det optroniska hotet till tidigare existerande nivå, särskilt mot bakgrund av de snabba förloppen vid t ex robotinsats.ïíföreliggande uppfinninganvändsenaerosol, vilken kan spridas mycket snabbt och medger att kraven på förvarningstid reduceras. Exempel på användningsområden utgör skydd mot attack av IR-styrda robotar för fartyg, befästningar, broar och strids- vagnar. Uppfinningen medför dessutom att transmissionsnedsätt- ningens utsträckning och varaktighet kan kontrolleras. Uppfinningen medger således stor flexibilitet. Ytterligare en fördel med aero- solen enligt uppfinningen är att den inte bara kompletterar den konventionella röken utan också ersätter denna i många fall, genom att aerosolen täcker hela det optiska våglängdsomrâdet (0.2-1U pm), varigenom aerosolen blir användbar mot samtliga typer av ovan nämnd apparatur.. Dämpningsytan är ca 50 % större i det visuella fallet än i IR-omrâdet.

De önskade egenskaperna erhålles genom att man använder en transmissíonsnedsättande aerosol utformad på det sätt som fram- går avdetefterföljande patentkravet.

I det följande skall uppfinningen närmare beskrivas i samband med bifogad ritning, som visar ett diagram över storleksfördelningen på aerosolpartiklarna i en föreslagen utföringsform av uppfinningen.

Kurvan anger den ~kumu1atíva antalsfördelningen. 78036639 Den optiskt transmissionsnedsättande aerosolen innefattar enligt upp- finningen aktivt kol, som verkar dels genom att komplexa brytnings- index har lämpliga värden för amorft kol, reflexionen är låg och absorptionen relativt hög i det aktuella våglängdsområdet, dels genom att partiklar av aktivt kol har lämpliga ytegenskaper och morfologisk struktur.

Kolpartiklarna har, på grund av aktiveringsprocessen, en avsevärd "mikroporpsitet", varmed anses småskalig porositet med håligheter av storleksordning mindre än optiska våglängder (dvs:5.0,l pm).

Porositeten medför att partiklarnas densitet blir lägre, varför de trots sin storlek kan hålla sig svävande under lång tid.

Vidare har kolpartiklarna ett mycket oregelbundet utseende, med "storskaliga" formvariationer och ytojämnheter av storleksordningen någon eller några pm.

Dessa egenskaper bidrar, jämte antalet partiklar per volymsenhet, genomsnittliga partikelstorleken och den relativt stora imaginär- delen av komplexa brytningsindex, starkt till att ge det aktuella kolpulvret de konstaterade gynnsamma egenskaperna när det gäller att snabbt och effektivt åstadkomma en bredhandigt optiskt trans- missionsnedsättande aerosol. Nedan ges en kortfattad motivering för detta.

Extinktionskoefficienten, som utgör måttet på den strålningsdämpande förmågan hos en aerosol (por längdenhet längs en strâllinje), utgör väsentligen produkten av två faktorer - den specifika extinktions~ arean (karakteristisk dämpningsyta per massenhet aerosolämne) och aerosolkoncentrationen (massa aerosolämne per volymenhet aerosol).

Specifika extinktionsarean är en funktion av våglängden och bestäms av aerosolämnets egenskaper. För bredbandig optisk dämpning är det gynnsamt med lätta, absorberande partiklar (dvs låg densitet och hög imaginärdel av komplexa brytningsindex) i förening med en lämplig partikelstorleksfördelning. Det senare innebär, i stort, att huvuddelen av partiklarna bör ha storlekar som ligger inom det optiska väglängdsintervallet (0.3 - lh pm) med ett medelvärde ungefär mitt i omrâdet. _ vaozssz-9 Partiklarnas oregelbundna utseende bidrar starkt till att deras absorption, effektivt sett, ökar (utöver vad komplexa brytnings- index anger), beroende dels pâ att strålningen i stor utsträck- ning, genom upprepade reflexioner, sprids på ett slumpmässigt sätt i partiklarnas ytor, dels på att den oregelbundna partikelns absorptionsyta i genomsnitt är större än t ex den absorberande ytan hos en sfär med samma volym. Denna omständighet är dubbelt gynnsam, genom att inte bara specifika extinktionsarean ökas, utan även dess storlek och spektrala variation blir mindre känsliga för partikelstorleksfördelningen. Vidare medför partiklarnas mikro- porositet att den effektiva densiteten går ned, vilket också medför att specifika extinktionsarean ökas.

Partiklarnas oregelbundna form har ytterligare en intressant aspekt.

Vid utspridningsförfarandet kan det inträffa att partiklarna i viss utsträckning slås samman. De "nya" partiklarna får därvid i regel mycket oregelbundna och "glesa" konfigurationer, vilket i hög grad motverkar den eljest ogynnsamma inverkan som skulle kunna bli följ- den av att partíklarnas medelstorlek ökar.

Aerosolkoncentrationen beror väsentligen av utspridningsförfarandet, och skall kontrolleras så att önskvärda egenskaper hos aersolmolnet uppnås, bl a beträffande dämpningsytan, tid från initiering tills där ningsytan är utvecklad och varaktighet hos aerosolmolnet.

I en speciellt lämplig utföringsform av uppfinningen har kolpartik- larna en storleksfördelning enligt diagrammet, vilket starkt bidra- ger till rökens specifika transmissionsnedsättande verkan. Diameter- måtten för ungefär 80 % av partiklarna ligger i huvudsak jämt för- delade mellan 1 och 9 pm, med ungefär 10 % över och under dessa gränser.

Partikelstorleksfördelningen får inte vara alltför inhomogen, bl a av det skälet att utspridningsförfarandet kan ge en, i regel icke önskvärd, tendens till separation av partikelstorlekar i olika regioner av aerosolmolnet. 7803663-9 Kolpartiklarna kan alstras och utspridas med flera enkla och till- förlitliga metoder vilket gör ämnet än mer attraktivt.

Ett föredraget utspridningssätt är mekanisk utspridning av färdigt aerosolämne. Utspridningen kan härvid ske med hjälp av explosiv- ämnen. Laddningar av aerosolämne jämte explosivämne kan vara sta- tionära, eller de kan í sin tur skjutas ut som projektiler. Genom att aerosolen genereras ur primärladdningar, vilka var för sig ger begränsad varaktighet, kan insatsen i tid och rum väl bestämmas.

Det är speciellt lämpligt i detta sammanhang att använda aktivt kol med stor mekanisk hållfasthet. Härigenom kan man undvika restriktioner för hanteringen av laddningarna, under vilken kol- partiklarnas storleksfördelning annars skulle kunna ïndras. Den mekaniska hàllfastheten har även betydelse vid utskjutníng av kol- pulvret.

Vid försök med olika utformning av höljet till laddningen har fram- gått att den sfäriska formen är den lämpligaste, men även t ex cylindrisk form ger gott resultat. Vidare har vid sådana höljen sprängmedlet pentylstubin visat sig mera fördelaktigt än sprängdeg.

Vid experiment med pappsfärer av varierande storlek erhölls optimalt resultat vid diametern 12 cm, varvid sfären rymde 300 g kolpulver.

Detta överensstämmer i stort med uppskattningar, som erhållits med en teoretisk modell för optimering av rökmängd och rökkoncentration.

Vad vidare gäller mängden erforderligt sprängmedel i laddningen, har en avvägning gjorts mellan krav på snabb utspridning av aero- solmolnet och dess varaktighet som homogent döljande medium.

Det har visat sig att den avsedda dämpningsytan kan uppnås på någon sekund och att varaktigheten därefter kan vara av storleks- ordningen minut men beror bl a på vindförhållandena.

I en praktisk tillämpning kan en rökgranat med en tunnväggig hylsa med framgavel och bakgavel och explosivämnet i granatens centrum- linje användas.

Mekanisk utspridning kan även ske med ejektormetoder. Kolpulvret _ vaozsaz-9 kan spridas stationärt med ett tryokluftaggregat av samma typ som används vid torrlackering. Spridningen av de enskilda kornen kan därvid förbättras genom påläggning av ett elektrostatiskt fält.

Andra sätt att alstra och utsprida aerosolen är användning av kemisie reaktioner. Sålunda kan vissa ämnen genom ofullständig förbränning snabbt avge avsevärda mängder kolrök. Exempelvis kan en raketmotor utnyttjas för detta ändamål.

I vissa fall kan den döljande aerosolen erhållas vid övertemperatur, varvid en skenmålseffekt inom IR-området kan utnyttjas.

Slutligen framhållas att man i och med föreliggande uppfinning har fått en aerosol, som minskar transmissionen av optisk strålning från ett objekt till en detektor och som dessutom på grund av sin låga reflexionsförmåga försvårar ett semiaktivt målföljarsystems låsning på målet.

Claims (3)

7803663-9

1. Patentkrav

2. Användning av partiklar av aktivt kol, av vilka partiklar huvuddelen har storlekar motsvarande våglängder inom det optiska våglängdsintervallet 0.

3. - 14 mm med ett medelvärde ungefär mitt i intervallet, i aerosoler, som är transmissions- nedsättande och även har låg reglexionsförmâga för elektro- magnetisk strålning, avsedda för strâlningsabsorption särskilt inom IR-området. ANFÖRDA PUBLIKATIONER: Tyskland 2 556 256 US 3 975 292