К ИСПОЛЬЗОВАНИЮ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПАСТ МАЛОЙ ПЛОТНОСТИ ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ ОБЛЕГЧЕННОГО СОГЛАСУЮЩЕГОСЯ МНОГОДИАПАЗОННОГО АНТЕННОГО ОБТЕКАТЕЛЯ
(Ультразвуковой смеситель для высоковязких композиций)
Как показала практика отечественного и зарубежного обтекателестроения, работа РЛС в нескольких диапазонах частот обеспечивается достаточно надежно при многослойной (например 5-ти) конструкции стенок обтекателя. При этом наиболее часто используются сотовые конструкции, обеспечивающие не только высокую прочность и жесткость, но и приемлемое соотношение диэлектрической проницаемости материала наружной и внутренней обшивок с диэлектрической проницаемостью прилежащих сотовых слоев. Необходимость выполнения заданных технических (обусловленных РТ расчетом) требований к среднему согласующему слою приводила к использованию в конструкции стенки стеклотекстолита специальных марок на базе с/тканей, изготавливаемых из полых волокон. Несмотря на последнее обстоятельство, плотность материала среднего слоя оставалась достаточно высокой, а при его значительной толщине по сравнению с толщиной внешнего и внутреннего силовых слоев вес обтекателя был довольно значительным. Кроме того формирование толстостенного среднего согласующего слоя на одной формообразующей поверхности (что характерно для такого типа изделий) приводит к достаточно существенному разбросу по толщине, а, следовательно, и качественным показателям конструкции в целом [2].
Известны работы по использованию синпрегов и др. подобных материалов для изготовления многодиапазонных обтекателей связаны с весьма дорогой технологической оснасткой, характеризующейся двумя формообразующими жесткими поверхностями при гарантированной величине зазора между ними.
Сотовый заполнитель, позволяющий достаточно надежно контролировать его толщину в технологическом процессе, в чистом виде не приемлем для формования согласующего слоя из-за низкой величины диэлектрической проницаемости.
Заполнение сот диэлектрической пастой малой плотности позволило весьма эффективно решать задачу формирования облегченного согласующего слоя антенного обтекателя. Поиски состава, технологии изготовления и применения такой пасты привели к композиции на основе полисульфона, двуокиси титана (рутил) и стеклянных микросфер в растворе, представляющем собой смесь толуола и ацетона с добавкой фенольной смолы.
В процессе отработки технологии такой пасты выяснилось, что стабильность ее свойств в значительной степени определяется качеством подготовки исходного сырья, а также технологией смешения. Использование традиционных методов подготовки и смешения привело к весьма трудоемкому и длительному процессу изготовления пасты, требующему к тому же и достаточно надежного пооперационного и окончательного контроля, т.к. паста имела консистенцию мягкой глины и не очень хотела равномерно внедряться в сотовый слой стеклотекстолита.
При приготовлении диэлектрической пасты основной задачей было получение однородной массы с достаточной текучестью и максимальным коэффициентом диэлектрической проницаемости ε при сохранении минимальных диэлектрических потерь, определяемых tgδ.
Ранее в работах Пешковского С.Л. и Тукачинского А.И. было показано, что в высоковязких средах (например, резина, расплавы полимеров и т.д.) кавитационные процессы протекают иначе, чем в воде и прочих жидких средах.
Была проделана предварительная работа по определению основных технологических приемов при ультразвуковом смешении пасты. Вязкость пасты нарастала по мере добавления компонентов. Было предположено, что с повышением вязкости глубина кавитационной зоны под излучателем уменьшается до 1 мм. С повышением вязкости перемешивание пришлось вести медленно, стараясь не пропустить никакой области в перемешиваемом объеме. В результате получилась такая схема: ультразвуковой излучатель диаметром, равным радиусу рабочей емкости, находясь возле стенки сосуда, перемещается сверху вниз до дна сосуда, потом аккуратно вверх до самой поверхности. Затем перемещается на 2/3 диаметра излучателя в сторону и опять вниз, потом вверх. И так повторять, пока не будет пройден весь объем, как минимум, два раза.
Ультразвуковое воздействие на готовую пасту позволило существенным образом снизить требования к жесткости технологии ее изготовления. Тонкое диспергирование и смешение на заключительной стадии изготовления, достигаемое при ультразвуковой обработке, позволяет стабилизировать такие важные показатели пасты, как плотность и диэлектрическая проницаемость, уменьшение вязкости и, следовательно, улучшение технологии переработки. На глазах эта масса приобретала хорошую текучесть и прекрасно заполняла соты.
Сравнение диэлектрических параметров и плотности стандартных образцов, сделанных из пасты, приготовленной по одному рецепту, но при разных типах замесов, приведенное в таблице, хорошо показывает преимущества ультразвукового замеса перед механическим.
Ультразвуковой замес | Механический замес |
Плотность, г/см3 |
ε |
tgδ |
Плотность, г/см3 |
ε |
tgδ |
1,1 |
4,15 |
0,01 |
0,8 |
3,02 |
0,01 |
С учетом проведенных экспериментов была создана опытная установка для приготовления пасты (см. фото). При выборе типа процесса ультразвукового смешения был выбран периодический, т.к. по сравнении с непрерывным, он дешевле в аппаратурной реализации и гораздо проще в практической эксплуатации.
В состав установки входят стандартные приборы: ультразвуковой генератор УЗГ 3-4М, магнитострикционный преобразователь ПМС15А-18, электромеханические приводы и специально рассчитанный для этой установки трансформатор-волновод гантельного типа с коэффициентом усиления Кус= 2,5 и выходным диаметром 100 мм, а также сосуд для смешения с системами перемещения. Все это, кроме генератора, укреплено на специальной станине.
Установка обеспечивает: автоматическое перемещение сосуда для смешения по вертикали с плавной регулировкой скорости перемещения, вращение сосуда для смешения с плавной регулировкой скорости, ручное перемещение волновода-излучателя относительно оси вращения сосуда. Диаметр сосуда равен двум диаметрам излучателя.
Габариты установки без генератора 1000х1400х2000. Потребляемая мощность до 4 кВт.
Установка построена в 1991 г. и работает до сих пор.
В разные периоды своего существования установка помимо приготовления диэлектрических паст
применялась для смешения пигмента с различными смолами (полиэфирной, эпоксидной и др.) при изготовлении материалов для протезирования.
Можно высокоэффективно смешивать глины в керамическом производстве, например, ЛФЗ и т.д.
Литература:
- В.А.Каплун. Обтекатели антенн СВЧ. Москва. «Советское радио». 1974, 240 стр.
- Технология изготовления клеевых конструкций. Под ред. М.Боднара. Перевод с англ. В.П.Батизата и И.М.Заманского. Под ред. А.А.Кардашова
- В.В.Сербин, С.Л.Пешковский, Е.В.Сербина, М.С.Макаров. Ультразвуковой смеситель для высоковязких композиций. Докл. На конф. «Ультразвук в технологии машиностроения – 91», Архангельск, 23-29 июля 1991 г.
- А.И. Тукачинский, С. Л. Пешковский. Воздействие ультразвука на расплавы полимеров.
«Переработка наполненных композиционных материалов», М. 1982г. cтр. 168 – 179
- С.Л. Пешковский. «Ультразвуковая интенсификация процессов экструзии полимерных
Материалов», кандидатская диссертация, МИХМ 1971 г.