RU2830745C1 - High temperature resistant radiotransparent composite material - Google Patents
High temperature resistant radiotransparent composite material Download PDFInfo
- Publication number
- RU2830745C1 RU2830745C1 RU2023121222A RU2023121222A RU2830745C1 RU 2830745 C1 RU2830745 C1 RU 2830745C1 RU 2023121222 A RU2023121222 A RU 2023121222A RU 2023121222 A RU2023121222 A RU 2023121222A RU 2830745 C1 RU2830745 C1 RU 2830745C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- temperature
- frequency
- radiotransparent
- dielectric
- dielectric loss
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к области композиционных материалов, а именно монолитных, радиопрозрачных конструкций для защиты антенного оборудования при их эксплуатации в режимах одностороннего нагрева до 1400°С.The invention relates to the field of composite materials, namely monolithic, radio-transparent structures for protecting antenna equipment during their operation in one-sided heating modes up to 1400°C.
Известен из патента РФ 2784939 МПК С086 6/00 опубл. 01.12.2022 Способ получения высокотемпературного композиционного материала, в котором в качестве армированного кремнеземного наполнителя используют сплетенную в трикотажную ткань кремнеземную нить, а для поддержания ее сплетенного состояния в последнюю интегрируется арселоновая пряжа, удаляемая при нагреве до 400-600°С в течение 2-12 ч. в атмосфере воздуха, после чего проводят пропитку кремнеземного наполнителя порошкообразным фталонитрильным связующим, выкладывая расчетное количество связующего между слоями наполнителя так, чтобы самый нижний и самый верхний слои связующего составляли массы внутренний слоев, и выполняют спекание порошка при 50°С в течение 10 минут после выкладки каждого слоя. Высокотемпературный композиционный материал, полученный указанным способом, не может быть отнесен к радиопрозрачным материалам, так как в патенте не представлен параметрами радиопрозрачности - диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь.Known from Russian patent 2784939 IPC C086 6/00 published 01.12.2022 A method for producing a high-temperature composite material, in which a silica thread woven into a knitted fabric is used as a reinforced silica filler, and to maintain its woven state, arselon yarn is integrated into the latter, removed by heating to 400-600 ° C for 2-12 hours in an air atmosphere, after which the silica filler is impregnated with a powdered phthalonitrile binder, laying out the calculated amount of binder between the filler layers so that the lowest and highest layers of the binder make up the masses of the inner layers, and sintering the powder at 50 ° C for 10 minutes after laying out each layer. The high-temperature composite material obtained by the specified method cannot be classified as a radio-transparent material, since the patent does not provide radio-transparency parameters - dielectric constant and dielectric loss tangent.
Известна из патента РФ 2211201 МПК С04В 28/00, С04В 28/34 опубл. 27.08.2003 г. композиция стеклотекстолита и способ его изготовления, включающая стеклоткань с содержанием SiO2 не менее 98% - 20÷22%, алюмофосфатное связующее - 38÷40% и порошок оксида алюминия - 38÷40%. Способ изготовления стеклотекстолита включает пропитку стеклоткани 15% раствором кремнийорганической смолы, нанесение на заготовки стеклоткани шликера из суспензии алюмофосфатной связки и порошка, выкладку пакета заготовки заданной толщины и после подсушки при 20÷25°С в течение 24 часов проиводят термопрессование при давлении 7,0-9,0 МПа и конечной температуре 270°С.Known from the Russian Federation patent 2211201 IPC C04B 28/00, C04B 28/34 published on 27.08.2003 is a glass fiber laminate composition and a method for its manufacture, including glass fabric with a SiO 2 content of at least 98% - 20 ÷ 22%, an aluminophosphate binder - 38 ÷ 40% and aluminum oxide powder - 38 ÷ 40%. The method for manufacturing glass fiber laminate includes impregnating the glass fabric with a 15% solution of organosilicon resin, applying a slip from a suspension of an aluminophosphate binder and powder to the glass fabric blanks, laying out a stack of blanks of a given thickness and, after drying at 20 ÷ 25 °C for 24 hours, heat pressing is performed at a pressure of 7.0-9.0 MPa and a final temperature of 270 °C.
Основным недостатком указанного аналога является наличие в структуре материала органической составляющей - аппретирующей пленки из кремнийорганической смолы на поверхности стекловолокна, которая при температурах выше 400°С разлагается с выделением углерода (процесс карбонизации), что ухудшает радиотехнические свойства материала, особенно тангенса угла диэлектрических потерь. При этом падает прочность материала, так как после выгорания аппретирующей пленки усиливается воздействие кислой фосфатной связки на кварцевую ткань и разрушает ее. Одновременно изделия из такого текстолита изготавливаются методами механической обработки, что приводит к разрыву армирующего материала и падению прочности изделий.The main disadvantage of the specified analogue is the presence of an organic component in the structure of the material - a finishing film of organosilicon resin on the surface of the fiberglass, which decomposes at temperatures above 400 ° C with the release of carbon (carbonization process), which worsens the radiotechnical properties of the material, especially the tangent of the dielectric loss angle. At the same time, the strength of the material decreases, since after the finishing film burns out, the effect of the acidic phosphate binder on the quartz fabric increases and destroys it. At the same time, products from such textolite are manufactured using mechanical processing methods, which leads to rupture of the reinforcing material and a decrease in the strength of the products.
Наиболее близким к заявленному изобретению является высокотермостойкий радиопрозрачный стеклопластик и способ его получения по патенту РФ №2610048 МПК С04В 35/80, опубл. 07.02.2017, выполненный на основе фосфатного связующего и аппретированного волокнистого наполнителя с защитным покрытием, нанесенным на ткань методом «золь-гель» технологии из насыщенных водных растворов солей алюминия и хрома. При этом указанный материал имеет стабильные характеристики по диэлектрической проницаемости (3,48÷3,62) и тангенс угла диэлектрических потерь (0,0021÷0,0071) при 1010 Гц с ростом показателей в зависимости от повышения температуры в диапазоне от 20°С до 1200°С.The closest to the claimed invention is a highly heat-resistant radio-transparent fiberglass and a method for producing it according to Russian Federation Patent No. 2610048 IPC C04B 35/80, published on 07.02.2017, made on the basis of a phosphate binder and a finished fibrous filler with a protective coating applied to the fabric using the sol-gel technology from saturated aqueous solutions of aluminum and chromium salts. At the same time, the specified material has stable characteristics in terms of dielectric constant (3.48 ÷ 3.62) and dielectric loss tangent (0.0021 ÷ 0.0071) at 10 10 Hz with an increase in indicators depending on an increase in temperature in the range from 20 ° C to 1200 ° C.
Вместе с тем ряд технических объектов с антенным оборудованием должны сохранять свою работоспособность при температурах 1400°С, в том числе и в условиях аварийно-пожарных режимов. Поэтому использование в таких режимах вышеуказанного изобретения либо невозможно, либо требует дополнительных испытаний.At the same time, a number of technical objects with antenna equipment must maintain their operability at temperatures of 1400°C, including in emergency and fire conditions. Therefore, the use of the above invention in such conditions is either impossible or requires additional testing.
Задачей авторов заявляемого изобретения является разработка структуры и технологии получения высокотермостойкого радиопрозрачного композиционного материала (далее ВРКМ) для применения в технических объектах с антенным оборудованием, сохраняющего его работоспособность в условиях температурных воздействий до 1400°С в течение заданного времени.The task of the authors of the claimed invention is to develop a structure and technology for producing a highly heat-resistant radio-transparent composite material (hereinafter referred to as HRCM) for use in technical objects with antenna equipment, maintaining its operability under conditions of temperature effects up to 1400°C for a specified time.
Новый технический результат, обеспечиваемый использованием предлагаемого изобретения, заключается в возможности изготовления ВРКМ и сложных профильных изделий из него без механической обработки и разрушения армирующих компонентов, работающих при температурах 1400°С÷1500°С на их внешних поверхностях без потери или снижения значений диэлектрических характеристик в течение 60-250 секунд.The new technical result provided by the use of the proposed invention consists in the possibility of manufacturing VRKM and complex profile products from it without mechanical processing and destruction of reinforcing components operating at temperatures of 1400°C÷1500°C on their outer surfaces without loss or reduction of dielectric characteristics for 60-250 seconds.
Указанные задачи и новый технический результат обеспечиваются тем, что ВРКМ, содержащий в качестве армирующего наполнителя сплетенную в трикотажную ткань кремнеземную нить, пропитанного порошкообразным фталонитрильным связующим для автоклавного формования полученной таким образом композиции, отличающийся тем, что при температуре 20°С и частоте 106 Гц его диэлектрическая проницаемость равна 4,23, тангенс угла диэлектрических потерь - 0,02, при температуре 20°С и частоте 108 Гц его диэлектрическая проницаемость равна 4,14, тангенс угла диэлектрических потерь - 0,002, а после воздействия высокоскоростного теплового потока с температурой 1800°С и временем выдержки 250 сек при температуре 1400°С на поверхности материала при частоте 106 Гц диэлектрическая проницаемость материала составляет 2,71, а тангенс угла диэлектрических потерь - 0,0018.The specified tasks and new technical result are ensured by the fact that the VRKM, containing as a reinforcing filler a silica thread woven into a knitted fabric, impregnated with a powdered phthalonitrile binder for autoclave molding of the composition obtained in this way, is characterized in that at a temperature of 20 ° C and a frequency of 10 6 Hz its dielectric constant is 4.23, the dielectric loss tangent is 0.02, at a temperature of 20 ° C and a frequency of 10 8 Hz its dielectric constant is 4.14, the dielectric loss tangent is 0.002, and after exposure to a high-speed heat flow with a temperature of 1800 ° C and a holding time of 250 sec at a temperature of 1400 ° C on the surface of the material at a frequency of 10 6 Hz the dielectric constant of the material is 2.71, and the dielectric loss tangent is 0.0018.
Изобретение поясняется чертежами:The invention is illustrated by drawings:
На Фиг. 1 представлена частотная зависимость тангенса угла диэлектрических потерь tgδ.Fig. 1 shows the frequency dependence of the dielectric loss tangent tgδ.
Осуществление изобретенияImplementation of the invention
Все используемые реагенты и компоненты являются коммерчески доступными в РФ, все процедуры не оговоренные особо, осуществляли при нормальных условиях - при комнатной температуре или температуре окружающей среды в диапазоне от 18 до 25°С.All reagents and components used are commercially available in the Russian Federation, all procedures not otherwise specified were carried out under normal conditions - at room temperature or ambient temperature in the range from 18 to 25°C.
Общая схема получения ВРКМGeneral scheme for obtaining VRKM
В качестве армирующего наполнителя в указанном материале и в формуемых из него изделиях использовано полотно РАТ.01 по ТУ PAT.1382867.001-2022, сплетенное их кремнеземной нити К11С6-170БА и арселоновой нити. В качестве матрицы (связующего) использовано порошкообразное фталонитрильное связующее ФНИ350 по ТУ 20.14.43-002-73047899-2020.The reinforcing filler used in the specified material and in the products molded from it is the PAT.01 fabric according to TU PAT.1382867.001-2022, woven from silica thread K11S6-170BA and arselon thread. The powdered phthalonitrile binder FNI350 according to TU 20.14.43-002-73047899-2020 is used as a matrix (binder).
Технологический процесс получения высокотермостойкого радиопрозрачного композиционного материала и изделий из него состоит из следующих основных операций:The technological process for obtaining highly heat-resistant radio-transparent composite material and products made from it consists of the following main operations:
- раскрой полотна по картам раскроя и количеству слоев (в зависимости от габаритов изделия);- cutting the fabric according to cutting maps and the number of layers (depending on the dimensions of the product);
- удаление арселоновой пряжи из полотна после раскроя при температуре не менее 700°С в течение 12-16 часов в термопечи с принудительной продувкой воздухом (режим отличен в сравнении с аналогом по патенту РФ 2784939);- removal of arselon yarn from the fabric after cutting at a temperature of at least 700°C for 12-16 hours in a thermal oven with forced air blowing (the mode is different in comparison with the analogue according to the Russian Federation patent 2784939);
- укладка в матрицу расчетного количества слоев полотна с одновременной, равномерной послойной выкладкой между слоями расчетного количества порошкообразного связующего с его послойным спеканием при 50°С в течение 10 минут на каждый слой (режим отличен в сравнении с аналогом по патенту РФ 2784939);- laying the calculated number of layers of the web into the matrix with simultaneous, uniform layer-by-layer laying between the layers of the calculated amount of powdered binder with its layer-by-layer sintering at 50°C for 10 minutes for each layer (the mode differs in comparison with the analogue according to the Russian Federation patent 2784939);
- полученную композицию отверждают в автоклаве, нагревая до температуры 190°С со скоростью 0,5°С/мин с выдержкой в течение 4 часов под давлением 8 бар;- the resulting composition is cured in an autoclave, heating to a temperature of 190°C at a rate of 0.5°C/min with a holding time of 4 hours under a pressure of 8 bar;
- постотверждение отформованного материала (плит, заготовок и др.) или изделия из него в термопечи при температуре 330°С в течение 8 часов и атмосферном давлении.- post-curing of the molded material (plates, blanks, etc.) or a product made from it in a thermal furnace at a temperature of 330°C for 8 hours and atmospheric pressure.
Физико-механические характеристики ВРКМ после испытаний изготовленных образцов, проведенных аккредитованной лабораторией в нормальных условиях (при 20°С), представлены в табл. 1.The physical and mechanical characteristics of the VRKM after testing of manufactured samples, carried out by an accredited laboratory under normal conditions (at 20°C), are presented in Table 1.
После испытаний образцов материала с воздействием высокоскоростного теплового потока с температурой 1800°С и временем выдержки 250 сек при температуре 1400°С на поверхности материала, проведенные аккредитованной лабораторией Центрального института авиационных материалов (ЦИАМ) его механическая прочность составила:After testing samples of the material under the influence of a high-speed heat flow with a temperature of 1800°C and a holding time of 250 seconds at a temperature of 1400°C on the surface of the material, carried out by an accredited laboratory of the Central Institute of Aviation Materials (CIAM), its mechanical strength was:
- разрушающее напряжение при сжатии - 16 МПа;- compressive strength - 16 MPa;
- разрушающее напряжение при изгибе - 9,5 МПа.- breaking stress in bending - 9.5 MPa.
Испытания по определению диэлектрической проницаемости ε' и тангенса угла диэлектрических потерь tgδ образцов ВРКМ проводились на измерительном комплексе Novocontrol BDS-80 производства фирмы NOVOCONTROL Technologies GmbH & Со. Результаты испытаний по определению значений диэлектрических характеристик образцов представлены в табл. 2.Tests to determine the permittivity ε' and the dielectric loss tangent tgδ of the VRKM samples were carried out on a Novocontrol BDS-80 measuring complex manufactured by NOVOCONTROL Technologies GmbH & Co. The results of tests to determine the values of the dielectric characteristics of the samples are presented in Table 2.
После определения диэлектрических характеристик при частотах выше 106 Гц с использованием функции Джоншера на указанном оборудовании были получены результаты диэлектрических характеристик (табл. 3, фиг. 1).After determining the dielectric characteristics at frequencies above 10 6 Hz using the Jonscher function on the specified equipment, the results of the dielectric characteristics were obtained (Table 3, Fig. 1).
Кривая зависимости тангенса угла диэлектрических потерь и частот представлена на фиг. 1. Как видно из графической зависимости минимальное значение тангенса угла диэлектрических потерь фиксируется на частотах, близких к 108 Гц. Это связано с релаксационными процессами, происходящими в соединениях связующего и армирующего наполнителя на частотах больше 108 Гц и возрастанием при этом значения тангенса угла диэлектрических потерь. Эту особенность материала необходимо учитывать при установке и эксплуатации антенного оборудования на изделия.The curve of the dielectric loss tangent and frequency dependence is shown in Fig. 1. As can be seen from the graphical dependence, the minimum value of the dielectric loss tangent is fixed at frequencies close to 10 8 Hz. This is due to the relaxation processes occurring in the connections of the binder and reinforcing filler at frequencies greater than 10 8 Hz and the increase in the value of the dielectric loss tangent. This feature of the material must be taken into account when installing and operating antenna equipment on products.
Одновременно, как видно из представленных таблиц и графического материала, значение диэлектрической проницаемости остается стабильно постоянным независимо от термических режимов эксплуатации материала.At the same time, as can be seen from the presented tables and graphic material, the value of the dielectric constant remains stably constant regardless of the thermal operating conditions of the material.
Claims (1)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2830745C1 true RU2830745C1 (en) | 2024-11-25 |
Family
ID=
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2572139C1 (en) * | 2014-06-10 | 2015-12-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | Method for obtaining carbon fibre-reinforced polymers based of heat-resistant binding agent |
RU2610048C2 (en) * | 2015-07-28 | 2017-02-07 | Акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" им. А.Г. Ромашина" | High-heat resistant radiotransparent inorganic fibre-glass and method for production thereof |
RU2656317C1 (en) * | 2017-03-27 | 2018-06-04 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) | Method of making details of fiber polymer composite material |
RU2767683C2 (en) * | 2020-09-09 | 2022-03-18 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова» (МГУ) | Protective coating based on fluorine-containing phthalonitrile oligomers for polymer composite materials |
WO2022090680A1 (en) * | 2020-11-02 | 2022-05-05 | Communications Research & IP Holdings Ltd | A radio equipment housing for electronic communications apparatus |
RU2777234C1 (en) * | 2022-02-04 | 2022-08-01 | Акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" им. А.Г.Ромашина" | Radio transparent heat-resistant three-layer honeycomb construction |
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2572139C1 (en) * | 2014-06-10 | 2015-12-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | Method for obtaining carbon fibre-reinforced polymers based of heat-resistant binding agent |
RU2610048C2 (en) * | 2015-07-28 | 2017-02-07 | Акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" им. А.Г. Ромашина" | High-heat resistant radiotransparent inorganic fibre-glass and method for production thereof |
RU2656317C1 (en) * | 2017-03-27 | 2018-06-04 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) | Method of making details of fiber polymer composite material |
RU2767683C2 (en) * | 2020-09-09 | 2022-03-18 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова» (МГУ) | Protective coating based on fluorine-containing phthalonitrile oligomers for polymer composite materials |
WO2022090680A1 (en) * | 2020-11-02 | 2022-05-05 | Communications Research & IP Holdings Ltd | A radio equipment housing for electronic communications apparatus |
RU2777234C1 (en) * | 2022-02-04 | 2022-08-01 | Акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" им. А.Г.Ромашина" | Radio transparent heat-resistant three-layer honeycomb construction |
RU2784939C1 (en) * | 2022-06-15 | 2022-12-01 | Публичное акционерное общество "Машиностроительный завод имени М.И. Калинина, г. Екатеринбург" | Method for producing a high-temperature composite material |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6013361A (en) | High performance structural laminate composite material for use to 1000° F and above, apparatus for and method of manufacturing same, and articles made with same | |
US20070096371A1 (en) | Process of producing ceramic matrix composites | |
Liu et al. | Mechanical behavior of 2.5 D (shallow bend-joint) and 3D orthogonal quartzf/silica composites by silicasol-infiltration-sintering | |
US4983422A (en) | Process for forming aluminum oxide ceramic composites | |
RU2830745C1 (en) | High temperature resistant radiotransparent composite material | |
Keith et al. | Shear damage mechanisms in a woven, nicalon‐reinforced ceramic‐matrix composite | |
KR100899304B1 (en) | Method of manufacturing full-wave permeable ceramic composite using inorganic adhesive | |
US4960629A (en) | Fiber reinforced composite article | |
de Omena Pina et al. | Carbon fiber/ceramic matrix composites: processing, oxidation and mechanical properties | |
WO2008042456A2 (en) | Moldable and low-temperature cure high-temperature composites | |
RU2754144C1 (en) | Flexible layered composite material with high ablation resistance | |
Tredway et al. | Fiber-matrix interfacial effects in carbon-fiber-reinforced glass matrix composites | |
Kessel et al. | Three-dimensional preforming via wet-laid nonwoven technology for ceramic matrix composites | |
Cruz et al. | Properties of two carbon composite materials using LTM25 epoxy resin | |
US5104636A (en) | Method of making aluminum oxide precursors | |
Domnanovich et al. | Elastic moduli and interlaminar shear strength of a bidirectional carboncarbon composite after heat treatment | |
Lyudogovskii et al. | Development, Production, and Testing of High-Heat-Resistant Radiotransparent Composite Material | |
CA2038859C (en) | Process for the manufacture of a thermostructural composite material having a carbon interphase between its reinforcement fibers and its matrix | |
KR102621975B1 (en) | Ceramic composite for Radar absorbing at high temperature and the manufacturing method thereof | |
Kogo et al. | Examination of strength-controlling factors in C/C composites using bundle composites | |
Kangutkar et al. | Fabrication of optically transparent sicaon fiber reinforced glass matrix composites | |
RU2596619C1 (en) | Method of producing high-temperature resistance radioparent material (article) based phosphate binder and quartz fabric | |
RU2604541C1 (en) | Radio-transparent protective coating of articles from ceramics, glass-ceramic, glass ceramic and method for production thereof | |
Klug et al. | Preparation of C-fibre borosilicate glass composites: Influence of the fibre type on mechanical properties | |
RU2720119C1 (en) | Polymer structural material and method of its production |