Композиция изделий авиационного остекления на основе монолитного поликарбоната

Изобретение относится к области изготовления композиций авиационного остекления на основе монолитного поликарбоната.

Современная авиационная техника все шире использует остекление кабин пилотов с многофункциональными защитными покрытиями на основе оксидов индий-олово и золота. Такого рода покрытия снижают заметность объекта на радарах, обеспечивают защиту экипажа от воздействия электромагнитного излучения, тепла солнечной радиации.

Покрытия наносятся, как правило, только с внутренней стороны остекления. Это обусловлено тем, что покрытия имеют слабую адгезию к подложке (силикатному или органическому стеклу) и их может оторвать в процессе полета под воздействием мощного аэродинамического потока. Наносимые на покрытия защитные лаки также не решают данной проблемы из-за недостаточной адгезии к материалу покрытия.

В то же время покрытия, расположенные с внутренней стороны остекления кабины пилота, малоэффективны в плане радиолокационной защиты. Это обусловлено отражением радиолокационных волн от стекла, находящегося над покрытием. Таким образом, это приводит к снижению тактико-технических характеристик как остекления, так и объекта в целом.

Используемые в настоящее время композиции авиационного остекления выполняются в основном из двух типов материалов, это силикатное стекло и полиметилметакрилат (органическое стекло). Однако их использование для остекления современных сверхзвуковых летательных аппаратов достигло своего технического предела и становится проблематичным в основном из-за низких прочностных характеристик данных материалов.

Например, для получения высокопрочной композиции остекления из силикатного стекла ее выполняют путем склеивания нескольких слоев стекла, предварительно упрочненных путем длительной выдержки в расплаве калиевой селитры или путем химического травления в смеси серной и плавиковой кислот. Композиции получаются весьма тяжелыми и дорогостоящими, что крайне нежелательно для летательных аппаратов.

Для повышения прочности органического стекла проводят операцию его ориентирования (нагрев и растягивание листа). Кроме того, температурный предел использования органического стекла ограничивается его температурой размягчения 110-120°C.

Известна композиция, используемая для ослабления электромагнитного излучения, солнечного тепла и содержащая прозрачный нижний слой и чередующиеся слои диэлектрика из группы оксидов индия, цинка, олова или их сплавов и инфракрасно-отражающего металлического слоя из группы: серебро, золото, медь или их сплавов по заявке WO 9928258, МПК С03С 17/36, опубл. 10.06.1999. При этом композиция содержит внешний покровный слой из стекла или прозрачного полимерного материала.

Недостатком известной композиции является то, что оксиды металлов из вышеуказанной группы имеют неудовлетворительную адгезию к органическому стеклу. Кроме того, внешний покровный слой из стекла или полимерного материала также имеет неудовлетворительную адгезию к оксидам металлов указанной группы. Проводимый тест на скотч подтверждает это. То есть такая композиция может разрушиться в рабочих условиях.

Наиболее близкой к изобретению является композиция по заявке RU патент 2495839, МПК C03C 17/38, опубл. 20.10.2013, используемая для ослабления электромагнитного излучения, солнечного тепла, снижения радиолокационной заметности и коэффициента отражения, состоящая из ориентированного органического стекла, на поверхность которого наносят слой бесцветного лака толщиной 5-6 мкм на основе полиметилфенилсилсесквиоксана, привитого к наноразмерным глобулам двуокиси кремния. Далее размещают два слоя из сплава оксидов индий-олово, между которыми расположен слой золота. Затем на слой на основе сплава оксидов индий-олово наносят грунтовочный слой толщиной 4-5 мкм на основе хлорированных полиолефинов, который покрывают полимерным материалом.

Недостатком известной композиции является то, что из-за недостаточной адгезии покровных материалов к органическому стеклу, композицию можно использовать только лишь таким образом, чтобы покрытие располагалось с внутренней стороны кабины пилота. В случае расположения слоев покрытия снаружи (со стороны атмосферы) при эксплуатации самолета их может сорвать мощным аэродинамическим потоком.

В то же время расположение композиции слоями оксидов индий-олово и нанесенных на него защитных лаков вовнутрь кабины пилота снижает радиолокационную незаметность объекта на радарах.

Кроме того, за основу композиции взят ориентированный органический материал марки AO-120, ударная прочность которого недостаточна, и при соударении с птицей может произойти разрушение остекления.

Задачей изобретения является повышение радиолокационной незаметности композиций авиационного остекления.

Для достижения задачи изобретения предложена композиция, содержащая стекло, расположенные на его поверхности слой прозрачного лака и два слоя из сплава оксидов индий-олово, между которыми расположен слой золота, при этом внешний слой из сплава оксидов индий-олово покрыт прозрачным слоем из полимерного материала, отличающаяся тем, что композиция содержит монолитный поликарбонат и расположенный на его поверхности слой бесцветного кремнийорганического лака на основе изопропилового спирта толщиной 4-5 мкм, а между слоями из сплава оксидов индий-олово и полимерного материала содержится дополнительный адгезионный подслой в виде пленки кремния толщиной 8-10 нм.

Слой бесцветного кремнийорганического лака на основе изопропилового спирта толщиной 4-5 мкм, расположенный на поверхности монолитного поликарбоната, обеспечивает хорошую адгезию его как к поверхности поликарбоната, так и к слою сплав оксидов индий-олово. В свою очередь, дополнительный адгезионный подслой толщиной 8-10 нм, полученный в виде пленки кремния, расположенный между слоями из сплава оксидов индий-олово и полимерного материала, также обеспечивает хорошую адгезию между указанными слоями.

Вместе с тем хорошая адгезия вышеупомянутых материалов друг к другу позволяет располагать композицию наружу нанесенными слоями сплава оксида индий-олова и золота, что обеспечивает высокую радиолокационную незаметность кабины пилота и объекта в целом.

Кроме того, поликарбонатное стекло обеспечивает более высокую ударную прочность композиции, так как ударная вязкость монолитного поликарбоната на порядок выше ударной вязкости органического стекла. Фиг.1 - композиция изделий авиационного остекления на основе монолитного поликарбоната.

Композиция содержит лист стекла с необходимыми геометрическими размерами, выполненного из монолитного поликарбоната 1. На поверхности стекла 1 расположен слой бесцветного кремнийорганического лака на основе изопропилового спирта 2 толщиной 4-5 мкм. Между слоями 3, состоящими из сплава оксидов индий-олово, расположен слой 4, состоящий из золота. Адгезионный подслой 5 толщиной 8-10 нм, полученный в виде пленки кремния, расположен между слоями из сплава оксидов индий-олово и полимерного материала 6.

Пример 1. На поверхность стекла (плоского или криволинейного), выполненного из монолитного поликарбоната, наносят слой бесцветного кремнийорганического лака на основе изопропилового спирта. Стекло с нанесенным на его поверхность лаком просушивают при нормальных условиях и с помощью микрометра определяют толщину лакового покрытия. После чего стекло устанавливают в термошкаф, где при термообработке лак полимеризуется.

Далее стекло устанавливают в вакуумную магнетронную установку с размещенными в ней мишенями из сплава индий-олово и золота, а также плазматроном. Рабочее пространство установки вакуумируют, подают в нее кислород, напряжение на мишень со сплавом индий-олово и наносят слой сплава оксидов индий-олово. Затем в рабочую камеру подают аргон, напряжение на мишень с золотом и наносят слой золота. После чего повторяют технологическую операцию по нанесению сплава оксидов индий-олова.

Далее, включают плазматрон и на поверхность сплава оксидов индий-олово наносится адгезионный подслой в виде пленки кремния толщиной 8-10 нм. Толщины слоев сплава индий-олово, золота и кремния измеряют в режиме реального нанесения покрытий с помощью быстродействующего спектрофотометра. После этого наносится слой бесцветного кремнийорганического лака на основе изопропилового спирта.

Изделия авиационного остекления на основе монолитного поликарбоната, полученные по примеру 1, были испытаны на специальных установках и стендах. Результаты испытаний, в сравнении с аналогом из ориентированного органического стекла АО-120, приведены в таблице 1.

Из характеристик предложенной композиции на основе монолитного поликарбоната, приведенных в таблице 1, видно, что она обеспечивает высокое поглощение радиолокационных волн и, кроме того, высокую ударную прочность при сохранении других характеристик (ослабление потоков электромагнитного излучения, тепла солнечной радиации, при сохранении уровня светопропускания, соответствующего авиационным правилам).

Наряду с вышеперечисленными положительными факторами предложенная композиция обеспечивает высокую адгезию материалов как к монолитному поликарбонату, так и относительно друг друга, что позволяет располагать стекло в кабине самолета покрытиями наружу.

Таким образом, заявленное в композиции количество слоев покрытия, их толщины, а также материалы покрытий и подложки являются необходимыми и достаточными для достижения цели.

Источники информации

1. Заявка WO 9928258, МПК C03C 17/36, опубл. 10.06.1999.

2. Патент RU 2495839, МПК C03C 17/38, опубл. 20.10.2013 – прототип.