Гибкие радиопрозрачные полимерные нетканые материалы.

На нашем предприятии разработаны технологии и запущено производство гибких радиопрозрачных материалов на основе волокон политетрафторэтилена (Ф-4) и сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ).

Свойства

Диэлектрическая проницаемость (ε): 1.35–1.45 (от 1 МГц до 40 ГГц)
Тангенс угла диэлектрических потерь (tan δ): ≤0.0005
Температура эксплуатации: –200…+260 °C
Водопоглощение: <0.01% гидрофобный материал
Прочность на разрыв: 15–30 МПа (в зависимости от степени вытяжки)

Листы выпускаются с толщинами от 1 мм до 6 мм. Мембраны от 20 мкм и выше. Но предпочтительно изготавливать в виде многослойного материала с тонкими слоями и с армирующей тонкой стеклосеткой.

Преимущества

Наивысшая радиопрозрачность среди полимерных материалов. Этот материал является эталоном радиопрозрачности.
Не поглощает влагу → стабильность свойств в любых условиях.
Химическая инертность (устойчив к кислотам, щелочам, растворителям).
Лёгкий, плотность 0.7–0.8 г/см³.

Недостатки

Низкая прочность по сравнению с армированными композитами.
Требует поверхностной активации коронным разрядом для нанесения клеевого слоя для приклеивания к поверхности.
Подвержен радиационному старению.
Дорогой материал из-за сложной технологии получения.

Применение

Обтекатели РЛС (радомы),
Диэлектрические прокладки в СВЧ-трактах,
Подложки для антенных решёток.

Микропористые листы и мембраны из фторопласта

Микропористые листы (1–5 мм толщ) из фторопласта, полученные рам-экструзией и высокотемпературной вытяжкой. Пористость: 60–70%. Плотность: 0.7–0.8 г/см³. Поры меньше 2 мкм (“закрытые поры”) и микропористые широкие пленки (толщ 20–100 мкм).

Фото микропористого листа Ф-4 толщ 3 мм и двухосноориентированной мембраны 30 мкм, полученных высокотемпературной вытяжкой.

Фетр из микроволокон фторопласта Ф-4

Нетканое полотно из микроволокон Ф-4, полученных механическим фибриллированием, иглопробивкой и термосвязыванием. Плотность можно варьировать в диапазоне 0.7–1.5 г/см³. Пористость: 30–70%. Поры до 20 мкм (“открытые поры”). Выпускается толщиной 1–6 мм или в виде тонких мембран от 50 мкм и выше.

Фото фетра толщ. 3 мм из микроволокон Ф-4 и его структуры:

Основные свойства

ε: 1.8–2.0
tan δ: 0.001–0.002
Температура: –200…+260 °C
Водопоглощение: <0.1% гидрофобный материал

Преимущества

Гибкий, мягкий, легко режется, шьётся, формуется.
Самый дешевый фторопластовый материал с приемлемой радиопрозрачностью.
Можно легко варьировать степень пористости и толщину.

Недостатки

Прочность ниже, чем у фторопласта с “закрытой” пористостью. Мембраны требуют армирования стеклосеткой.
Не подходит для несущих конструкций без пропитки смолами.
Диэлектрическая проницаемость выше, чем у фторопласта с “закрытыми” порами.
Подвержен радиационному старению.
Требует тщательного контроля размера пор, плотности и толщины полотна.

Применение

Мягкие радиопрозрачные экраны
Прокладки в радиоэлектронной аппаратуре.
Подложки для гибких антенн.

Фетр из микроволокон СВМПЭ (UHMWPE)

Нетканое полотно из неориентированных микроволокон сверхвысокомолекулярного полиэтилена, технология получения которых разработана на нашем предприятии. Неориентированное волокно имеет лучшие характеристики по радиопрозрачности, чем высокоориентированные высокомодульные “Spectra” и “Dyneema”. Плотность: 0.3–0.5 г/см³. Пористость: 30–60%. Поры до 10 мкм. Выпускается толщиной 1–6 мм или в виде мембран толщ. от 50 мкм и выше.

Фото фетра толщ. 3 мм из неориентированных волокон СВМПЭ:

А) Фетр
Б) Структура фетра

Основные свойства

ε: 2.3–2.4
tan δ: 0.0002–0.0004
Температура: –150…+100 °C (кратковременно до 120 °C)
Водопоглощение: <0.1% гидрофобный материал

Преимущества

Очень низкий вес с приемлемыми диэлектрическими потерями. Эти свойства его являются эталонными. Композиты с эпоксидным связующим – наилегчайший конструкционный материал.
Волокно связывается термообработкой и иглопробивкой, т.е. вписывается в традиционные текстильные технологии и оборудование.
Дешевле фторопластовых материалов.
Хорошая радиационная стойкость.

Недостатки

Ограниченная термостойкость (не выше 100 °C).
Подвержен УФ-старению.
Растворяется в ароматических углеводородах.
Сырье иностранного происхождения.
Диэлектрическая проницаемость выше, чем у фторопластов.
Сравнительно низкая прочность на разрыв. Мембраны требуют армирования стеклосеткой.
Требует тщательного контроля распределения плотности и толщины полотна.

Многослойные конструкции из представленных материалов

На основе разработанных на предприятии микропористых листов и нетканых материалов из политетрафторэтилена (Ф-4) и сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ) создаются гибридные многослойные композиты, сочетающие высокую радиопрозрачность, механическую устойчивость, лёгкость и технологичность.

Принцип построения конструкции

Многослойная структура строится по принципу «функциональной специализации слоёв»:

Наружный слой — слоистая микропористая мембрана Ф-4 (плотность 0.7–0.8 г/см³, «закрытые поры» <2 мкм) с чередованием слоев из тонкой кварцевой или E-стеклосетки (30–50 г/см²)
→ обеспечивает максимальную радиопрозрачность (ε = 1.35–1.45) и абсолютную влагонепроницаемость, и прочность мембраны.

Центральный (несущий) слой — фетр из Ф-4 или СВМПЭ
→ служит лёгким, пористым «ядром», определяющим общую толщину и гибкость, и достаточную жесткость конструкции.
→ выбор материала зависит от условий эксплуатации:

Ф-4-фетр — для высокотемпературных (до +260 °C) и агрессивных сред,
СВМПЭ-фетр — для сверхлёгких конструкций с минимальными диэлектрическими потерями (tan δ ≈ 0.0003) при умеренных температурах (до +100 °C).

Преимущества многослойного подхода

Параметр	Преимущество
Радиопрозрачность	Эффективная ε = 1.4–1.8 (в зависимости от толщины и состава), tan δ ≤ 0.001 — сопоставимо с лучшими зарубежными аналогами.
Механическая прочность	На 2–3 порядка выше, чем у однослойного микропористого Ф-4, ФЕТРА из Ф-4 и СВМПЭ благодаря армированию.
Термостойкость	До +260 °C (при использовании Ф-4 и до 100 °C при использовании СВМПЭ).
Масса	Минимальная: 0.4–0.8 кг/м² для листа с общей толщиной 2–3 мм.
Технологичность	Возможна термосварка, резка, формовка, локальное упрочнение.
Стоимость	На 30–50% ниже, чем у монолитных радомов, за счёт использования недорогих нетканых материалов в качестве «заполнителя».

Возможные типовые конструкции:

«Жёсткий радом» (для стационарных РЛС):

Микропористая мембрана (30 мкм) / кварцевая сетка (50 г/м²) / Ф-4-фетр (2.5–3 мм) / кварцевая сетка / микропористая мембрана 30 мкм.
Оценочные свойства ε ≈ 1.55, tan δ ≈ 0.0008, прочность на изгиб >8 МПа.

«Лёгкий обтекатель» (для БПЛА, носимых систем):

Микропористая мембрана Ф-4 (100 мкм) / СВМПЭ-фетр (3 мм) / ткань из СВМПЭ (50 г/м²)
Оценочные свойства масса <0.5 кг/м², ε ≈ 1.85, tan δ ≈ 0.0004, гибкий, устойчив к вибрации.

«Гибкий экран» (для антенных фартуков, маскирующих покрытий):

Тонкая микропористая мембрана - плёнка (30 мкм) / фетр из Ф-4 (1–2 мм)
Оценочные свойства ε ≈ 1.9, tan δ ≈ 0.0002, не требует армирования, устойчив к многократному изгибу.

Заключение

Многослойные конструкции на основе собственных материалов позволяют точно «настраивать» композит под задачу: от сверхлёгких гибких экранов до жёстких радомов с рекордно низким ε. Они сочетают российские технологические компетенции с высокими эксплуатационными характеристиками, обеспечивая импортозамещение в критически важных областях радиоэлектроники и радиолокации.

Общие характеристики всех материалов:

Не подходят для несущих конструкций без пропитки связующими.
Требуют контроля толщины и плотности нетканых материалов при работе на частотах >20 ГГц.
Для приклеивания — обязательна предварительная активация поверхности.
Такие РПМ могут быть использованы для изготовления камуфляжных покрытий, элементов некоторых строительных конструкций, обладают низкой удельной массой, гибкостью, эластичностью, способностью принимать сложную форму.