SE463769B - Kamouflagematerial av pvc-cellplast med slutna celler - Google Patents

Description

låöš 7-íë9 Ett dylikt material kan tillverkas genom att till den bland- ning, som sedan uppjäses och förnätas, tillsätta elektriskt ledande fibrer med en mängd understigande 2 viktprocent. Före- trädesvis bör fibrerna ha en längd av storleksordningen 8-15 mm. Därjämte bör fibrerna ha ytor, som ger en avpassad adhesion i förhållande till den under jäsning varande PVC-plasten. så att expansionen är i huvudsak ohindrad av fibrerna. Det är vidare lämpligt att tillse att fibrernas för- delning är isotrop. både med hänsyn till mängd och riktning.

Fibrerna bör vidare ha sådan draghållfasthet. att de ej genom adhesion vid den expanderande plasten kommer att erfara drag- brott. lnblandning av fibrer i plastmaterial är välkänd i och för sig, med avsikt att förbättra hållfastheten (skjuv- och sträckhållfastheten). Emellertid är denna kända inblandning kontraproduktiv i sammanhanget, i det att den avser att med- föra förband i kraftslutning eller formslutning mellan fibrer och matrix, och en dylik inblandning i skummade material skulle alltså komma att motverka skumningen. Försök som gjorts i samband med uppfinningen har konfirmerat detta. Det har bl.a. genom försök kunnat visas att en del vanliga fibrer, som normalt används för armering av plast, är olämpliga för upp- finningens ändamål. Däremot har det visat sig i något fall att fibrer som ytpreparerats för att vidhäfta vid annat plast- material än PVC, visat föga benägenhet att hindra expansionen vid skumningen.

Ur teoretisk synpunkt kan man, när det gäller mekanismen för kamouflageverkan. betrakta antingen absorptionen av radar- vågor. inklusive spridning. eller också kan man beakta impe- dansen. Rent praktiskt vill man uppnå att en av en fientlig radarsändare utsänd radarstråle inte blir återsänd tillbaka på sådant sätt att föremålet blir detekterat. En verksam reflexion kan uppstå. om föremålet uppvisar en stor ändring i sin dielektricitetskonstant. varför man t.ex. vid sandwich- konstruktioner gärna vill åstadkomma ett impedansanpassat material. Detta kan åstadkommas genom en tillblandning. för- 10 15 20 25 30 35 i 'f f' Û 463 70! utom av elektriskt ledande fibrer, även av andra ledande mate- rial i pulverform, såsom kolpulver, titanpulver och aluminium- pulver.

Polyuretanskum kan lätt fås att expandera med fibrer då skum- ningen äger rum under vätsketillstånd. Detta till skillnad mot vad gäller PVC-skum. som i vårt fall expanderas som en håll- fast gel och ej såsom en plastisol.

Vid den metod för tillverkning av PVC-cellplast som utnyttjas av Diab-Barracuda är blandningen under gelatineringen relativt reaktiv. Detta medför att ledande fibrer av typ aluminiserad glasfiber icke alltid fungerar väl. Vid andra tillverknings- sätt kan även dylika fibrer komma till användning, vilket in- dikeras av att våra försök utvisat att de fungerar väl. både då det gäller skumning och radaregenskaper, i uretanskum.

För närvarande föredrages för uppfinningens tillämpning en i handeln förekommande kolfiber med handelsnamnet HYFIL (dia- meter ,3 um, orund). och en annan fiber med handelsnamnet Thornel T-300 12 K (längd 10 mm. diameter 7 um). Den senare fibern, varmed de bästa resultaten erhållits, är polyakryl- nitrilbaserad och uppges av tillverkaren vara behandlad för att förbättra vidhäftningen och därmed skjuvegenskaperna men är relativt sett föga expansíonshindrande för vår PVC-skum- ningsprocess. En tredje fiber är TRACOR MBA, som är en med aluminium överdragen glasfiber. vid de försök som genomförts har följande recept använts: PVC 52.33 % Ftalsyraanhydrid 17,45 2 Azodíkarbonamid 0.75 % Blyfosfit 1,00 2 u-fenylindol 0.22 2 Azodiisobutyronitril 0.75 2 Toluendiisocyanat 11.50 % Triklorfluorometan 4,00 t Difenylmetyldiisocyanat 12,00 t 10 15 20 25 30 35 i -fw IHJ 'K LN 9 De tre sistnämnda komponenterna är vätskor. Tillverkningen !\. '7/ I O\ tillgår så. att de torra komponenterna blandas väl. vätske- komponenterna tillsättes och blandning sker till en homogen plastisol. Fibrerna tillsättes därefter. och blandningen till- föres en platt form. ett lock pålägges och formen monteras i en press, där presstrycket stegras till 240 kg/cmz och upp- hettning sker till 40°C. Temperaturen stegras till l7S°C, vilket tar ca 15 minuter. hålles konstant i 35 minuter och sänkes därefter till rumstemperatur, vilket tar ytterligare c:a 40 minuter. Det erhållna embryot avformas och expanderas därefter genom nedsänkning i vatten vid 90°C. som bringas till strax under kokpunkten. varvid expandering sker under till- räcklig tid för önskat resultat. normalt 3-4 timmar. En efter- härdning sker sedan i vattenbad vid 60°C i några dygn.

Ett antal prov har utförts i enlighet med exempel. varom redo- göres nedan. I de fall då eljest tillfredsställande produkt erhölls. gjordes absorptionsförsök för radarfrekvenser.

Exempel 1 Fibrer tillverkades genom klippning av en aluminíumfolie, på ena sidan belagd med polyeten. på andra sidan med polyester. I det expanderade blocket erhölls då stora blåsor, med en fiber i varje blåsa. Resultatet bedömdes helt otillfredsställande.

Exempel 2 Fibrer inblandades. bestående av mycket tunn aluminiumfolie, typ julgransglitter. Fibrerna upplöstes under bildning av stora blåsor.

Exempel 3 En i handeln tillgänglig fiber (Tracor MBA) provades på samma sätt, bestående av metalliserad glasfiber (aluminium). Fibern medförde blåsor, och vidare kunde tillräcklig expansion ej uppnås ens vid små iblandade mängder. Varken de mekaniska egenskaperna eller radabsorptionen (fig. 4A) var tillfreds- ställande. Emellertid visade det sig att mycket goda resultat erhölls. om denna fiber först torkades vid 100°C i atmosfärs- tryck eller 80°C i vakuum. 10 15 20 25 30 35 UJ \1 ON acw 46 Exempel 4 En fiber av ren aluminium (Transmet), som provades, gav visu- ellt tillfredsställande resultat. liksom goda mekaniska egen- skaper vid låg tíllblandningshalt. Dock erhölls radarabsorp- tion av önskad storlek endast med så stor tillblandning. att blocken ej kunde expanderas tillräckligt.

Exempel 5 Aluminiumfiber. s.k. chaff. Består av metalliserad glasfiber. samt hade tidigare prövats i uretanskum med tillfredsställande resultat. Vid iblandning enligt ovanstående recept erhölls fullgoda mekaniska egenskaper och ohindrad expansion. men absorptionen i radarrekvensområdet var alldeles lika den som erhölls med PVC-cellplast utan fibrer. Troligen har det tunna metallskiktet korroderat eller förstörts på mekaniskt vis.

Exempel 6 Stålfibrer. diameter 8 um. erhållna från firma Brunswick, USA. Fibrerna är samlade i buntar. caza 1000 i varje, samman- hållna i polyvinylalkohol. Buntarna löstes med vatten och torkades. Redan små inblandningsmängder gav expansionsproblem.

Vid dessa små inblandningar är radarabsorptionen låg.

Exempel 7 Stålfiber. typ stålull. Fibern hindrade expanderingen och gav ett svårt deformerat block. Radarabsorptionen var god.

Exempel 8 Kolfiber Carboflex. En asfaltbeckbaserad (pitch based carbon fibre) fiber med diametern c:a 10 um. med stor spridning i längd. Vid en inblandning av 0.2 volymprocent erhölls accep- tabel expansion men låg radarabsorption.

Exempel 9 Kolfiber Thornel P-25 W 4 k. medellängd 10 mm. Även detta är en asfaltbaserad fiber, dock med jämn längd. diameter 11 um och obehandlad. Även med relativt hög koncentration erhölls svag radarabsorption. Vid mycket hög koncentration hindrades 10 15 20 25 30 35 Tóf) expansionen. Sannolikt sönderslets fibrerna under expansionen.

Exempel 10 Kolfiber Hyfil. längd 12 mm, diameter 7,3 um. Asfaltbeck- baserad fiber. Expansionen fungerade väl åtminstone till den- síteten 84 kg/cm3. innebärande låg fiberkoncentration, som då gav låg radarabsorption. Vid lägre expanderingsgrad. 142 kg/m3, erhölls bättre radarabsorption (fig. 4B).

Exempel ll Kolfiber Thornel T-300 12 K. medellängd 10 mm. Denna fiber är baserad på polyakrvlnitril. Svårighet förelåg att uppnå hög expansion (60-80 kg/m2). Vid cza 140 kg/m2 och 0.02 vikt- procent inblandning erhölls tillfredsställande radarabsorption (fig. 40 resp. fig. SA-D).

Exempel 12 Ett impedansanpassat material tillverkades med tillsats av 0.5 % titanpulver, 0,1 % aluminiumpulver, 0,02 t kolpulver och 0.5 % Bechinox stålfibrer 6 mm långa. Gott resultat erhölls både med stâlfibrer med diameter 4 u och 8 u. En dämpning om 5 dB erhölls både inom X-bandet (8-12 GHz) och KA-bandet (12-18 GHz) för plattor med 60 mm tjocklek.

I fig. l visas ett representativt exempel på en expanderad skiva 10 med ett snitt ll. Ur snittet ll utsticker de rando- miserat fördelade fibrerna. Fig. 2 åskådliggör schematiskt ett absorptionsförsök med radiovågor. varvid en sändare 1 sänder radarfrekventa vågor mot en mottagare 2, genom en däremellan placerad skiva av PVC-cellplast. vari fibrer ingår. Måttet på absorptionen erhålles genom att mäta med skivan 2 på plats och med densamma borttagen.

Såvitt avser denna beskrivning avses med absorption. uttryckt i procent. förhållandet mellan uppmätt mottagen energi med och P utan skivan 3. Tydligtvís är detta ej överensstämmande med ett normalt uttryckssätt, i det att man med absorption vanligen menar att strålningen skall ha gått helt förlorad i värme m.m. 10 15 20 25 30 35 463 273? I detta fall jämställes emellertid alla förluster, inklusive spridningsförluster. När de randomiserat förlagda fibrerna i skivan utsättes för vågfältet, kommer de att fungera som små antenner, väsentligen dipoler (om koherensfenomenen försum- mas). och strålningen kommer att spridas åt alla håll. En del av den detekterade strålningen kan således i någon mening be- traktas som spridd. och rentav flera gånger spridd. Han kan i detta sammanhang betrakta fig. 3. som visar två absorptions- kurvor upptagna med en och samma platta 3 (med kolfiber), vilken mellan de båda upptagningarna vridits 90°. Som synes. är absorptionen inom intervallet 8-13 GHz omkring 60 % för det ena vridläget men omkring 90 % vid det andra. Detta beror på att sändarens utsända vågor är starkt polariserade, samtidigt som fibrernas orientering inte är tillräckligt randomiserad utan uppvisar en företrädesriktning sammanfallande med i ena fallet sändarens 2 polarisationsriktning och i andra fallet dennas normalriktning.

Detta visar att man har anledning att vid tillverkningen se till att randomisering för fibrernas riktningar uppnås. Detta gäller särskilt upphällningen av plastisolen i formen. varvid en enkel upphällning medför att fibrerna tenderar att rikta upp sig i strömriktningen. Ett sätt att hindra detta är att låta plastisolen utmatas genom ett munstycke med chikaner som medför korsande strömmar. Ett annat sätt är att fylla formen så att rinnande i dess tvärriktning undvikes. När det gäller användning i kamouflagesammanhang är ju den av en observatör använda radarn inte så högupplösande. utan huvudsaken är att man har en randomisering i medeltal över större ytpartier.

Ett särskilt förmånligt sätt att få god riktningsfördelning är att låta påfyllningen ske i en relativt smal ström. som får nedfalla i den platta formen i ett meandermönster såsom i fig. 6. varvid strömmen först nedfaller i punkten 16 och sedan meandrar rad för rad, varefter man lägger på ett nytt lager med vinkelrät riktning. ett nytt i radriktningen osv. Man kan också lägga diagonala lager. Ehuru detta går att göra för hand. föredrages att använda en lämpligt programmerad industrírobot för ändamålet. 10 15 fæöš 7619* Hittills har talats om absorptionen för den uppfinningsmässiga produkten, i förhållande till elektromagnetisk strålning vid radarvåglängder. Detta hänger samman med det naturliga sättet att utföra mätningar, nämligen ínsättande av materialet i en stråle mellan en sändare och en mottagare. Denna absorption il) kan uttryckas i linjärt mått i procent men uttryckas oftast i det logaritmiska måttet för dämpning, dB (decibel).

(I Man bör lägga märke till att det som enligt föreliggande be- skrivning och patentkrav anges som absorption inte överens- stämmer med det strikt fysikaliska begreppet absorption, vilket ju innebär en omvandling av den elektromagnetiska strålningen till i regel värme. I stället menas här med absorption förhållandet mellan intensiteten som detekteras med absorbator och intensiteten som detekteras utan absorbator.

Således kommer att bland förlusterna inräknas sådan strålning som sprides och därmed går förlorad. En dylik definition är i själva verket mycket ändamålsenlig. när det gäller användning för kamouflage-ändamål. vad det gäller är ju att dölja föremål, som uppvisar en igenkänningsbar struktur eller som eljest har stark reflexionsförmåga. Bland det svåraste att dölja är exempelvis ett konkavt hörn av tre med inbördes räta vinklar mötande metallytor, vilket ger mycket stark bakåt- reflex i ett stort vinkelintervall. Om detta avskärmas medelst material enligt uppfinningen, så måste en detekterande radar- stråle passera först genom materialet. därefter reflekteras och slutligen ånyo passera materialet. innan den kommer till- baka mot sändaren och kan detekteras. I ett sådant sammanhang kommer förluster genom spridning att ha väsentligen samma nyt- ta som förluster genom omvandling till värme.

De i figurerna visade dämpningskurvorna är upptagna för plat- tor med dimensionerna 300x300x30 mm. Ett närmare betraktande Û av dämpningskurvorna ger vid handen följande. Fig. 4A-4C är upptagna för intervallet 8-12 GHz. motsvarande våglängderna * 3,75-2,5 cm. Man ser att dämpningen blir bättre för kortare våglängder (högre frekvenser) än för längre (lägre frekven- ser). Ehuru flera mekanismer kan tänkas bidraga härtíll. för- 10 15 20 25 30 få 463 7 C modas t.ex. denna effekt i fig. 4A bero på att fibrernas längd i det färdiga materialet i medeltal är mindre än de c:a 10 mm som fibern är då den tillblandas. Fig. SA-SD visar upptag- ningar gjorda med ett och samma material (fiber Thornel T-200 12k) över flera frekvensintervall. och varav framgår att man mellan 2,5-6,5 GHz (12-4,6 cm) får en kraftig minskning av absorptionen. Detta kan bl.a. bero på att våglängden blir större än fyra gånger fibrernas längd.

I den lämnade beskrivningen har ett för närvarande föredraget utföringsexempel angivits. där man till en PVC-plastisol med jäsmedel tillsätter fibrerna och det hela behandlas under tryck och hög temperatur till ett ämne eller embryo, som sedan i nära kokande vatten får expandera. Emellertid kan uppfin- ningen även tillämpas vid andra tillverkningsmetoder för PVC- -cellplast med slutna celler, t.ex. den i korthet omnämnda, där kvävgas (eller någon annan svårkondenserad gas) tillföres under tryck. vid en behandling med högt tryck och hög tempera- tur som ger den matrix som därpå expanderas genom trycksänk- ning. I detta fall tillsättes fibrerna före trycksättningen.

Det väsentliga för uppfinningen är att man genom tillförande av helst så slumpmässigt som möjligt fördelade. elektriskt ledande fibrer kan erhålla en god och lämplig radarmässig maskeringseffekt i PVC-cellplastbaserade konstruktioner. var- vid cellplastens egenskaper knappast mätbart förändras i för- hållande till en på samma sätt tillverkad och expanderad PVC- -cellplast utan fibrer. Det har sålunda genom försök med skjuvhållfasthet. draghållfasthet och tryckhållfasthet kunnat fastställas att skillnaden knappast är mätbar.

Claims (8)

10 15 20 25 30 10 Patentkrav

1. Kamouflagematerial av PVC-cellplast med slutna celler, k ä n n e't e c k n a t av att däri ingår med hänsyn till riktning och fördelning i huvudsak isotropiskt fördelade. elektriskt ledande fibrer och vilket material vid påstrålning av radiostrålning vid frekvenser om 3-100 GHz uppvisar en ab- sorption, räknat på direkt transmission, uppgående till minst 1 dB. företrädesvis minst 3 dB, per cm.

2. Kamouflagematerial enligt krav 1. k ä n n e t e c k n a t av att dess volymvikt är 50-400 kg/m3.a

3. Kamouflagematerial enligt krav 1 eller 2. k ä n n e - t e c k.n a t av att då ett snitt upptages däri. blottlagda fiberändar är i huvudsak ej utdragbara utan att de går av.

4. Kamouflagematerial enligt något av föregående krav. k-ä n n-e t e c k n a t av att fibrerna är av kolbaserat material. 0

5. Kamouflagematerial enligt krav 4. k ä n n e t e c k n a t av att kolfibrerna är utan ytbehandling. f.

6. Kamouflagematerial enligt något av föregående krav. k ä n n e t etc k n a t av att den uppvisar väsentligen samma skjuvmodell, skjuvhållfasthet och skjuvbrottstöjning som samma material, tillverkat utan fibrer.

7. Kamouflagematerial enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att däri ingår 0,1-0.5 2 kolfibrer.

8. Kamouflagematerial enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att däri ingår 0,3-0,5 2 titanpulver, ca 0,1 2 aluminium- pulver och/eller ca 0,02 % kolpulver; f) fl: