DK150051B - Fremgangsmaade til fremstilling af en metalliseret plastreflektor - Google Patents

Description

150051

Opfindelsen angår en fremgangsmåde til fremstilling af en metalliseret plastreflektor til på konvergerende måde at reflektere elektromagnetisk stråling og indeholdende et krummet overlag af en syntetisk harpiks, der er forstærket med fibre og fremstillet ved anvendelse af en form, og på den konvekse side forsynet med et metallag, som igen er forsynet med et understøtningslag af en med fibrøst materiale forstærket syntetisk harpiks, ved hvilken fremgangsmåde en film eller et væv af fibrøst materiale anbringes over en konveks overflade af formen, mættes med en termohærdende syntetisk harpiks, hærdes og ved en sprøjteproces forsynes med metallaget, hvorpå understøtningslaget af det med fibrøst materiale forstærkede syntetiske harpiks anbringes, hvorefter formen fjernes.

En sådan fremgangsmåde kendes fra US patentskrift nr. 2.805.974. I dette tilfælde udføres der en sandblæsning af overlaget før påføringen af metallaget.

2 150051

Dette har til formål at sikre god vedhæftning af metallaget til overlaget. Sandblæsningen betyder imidlertid en tidsrøvende komplicering af fremgangsmåden, og endvidere får metallaget en ru overflade, hvilket fører til uønskede elektriske tab.

En anden fremgangsmåde kendes fra US patentskrift nr. 3.150.030. Ifølge denne kendte fremgangsmåde, ved hvilken der især fremstilles parabolske reflekto-' rer eller radarantenner, tilvejebringes der først et lag af harpiks, f.eks. umættet polyesterharpiks, over overfladen af formen, på hvilket lag der derefter lægges et fuldstændigt harpiksimprægneret glasfibermateriale, og samlingen hærdes ved en temperatur på ca. 120°C i nogle få timer. Efter hærdningen gøres overfladen ru ved sandblæsning. Et væv af metalstrimler fremstilles særskilt, og efter ætsning forsynes det med et lag af et phenolbindemiddel.

Vævet af metalstrimler deformeres derefter i overensstemmelse med formen af glasfiberharpiks-måtten, der er beliggende på formen og bringes derefter til at binde til måttens ru overflade. Ovenpå anbringes et andet lag af harpiksimprægneret glasfiberklæde. Samlingen udpumpes og hærdes derefter, og det resulterende laminat fjernes til sidst mekanisk fra formen.

Denne kendte fremgangsmåde har den ulempe, at den er meget operationskrævende og derfor tidsrøvende og kostbar, og den er især mindre velegnet til massefabrikation af reflektorer. Endvidere skal vævstrukturen af metalstrimlerne være meget fin for at opnå optimale elektriske egenskaber, hvilket hæmmer deformerin-gen af vævet og den korrekte permanente anbringelse af dette. Finheden af metalvævet spiller en væsentlig rolle specielt i tilfælde af elektromagnetisk stråling med høj frekvens, f.eks. HF- og SHF-stråling med et frekvensområde fra 1 til 20 GHz.

Det er endvidere foreslået at fremstille en plastreflektor ved på den konvekse overflade af en form at tilvejebringe et understøtningslag af glasfiberforstærket polyester og at fjerne formen efter hærdning og gøre den resulterende konkave overflade af understøtningslaget ru ved sandblæsning, hvorefter der sprøjtes et metallag, der så dækkes med et lag lak. Den nødvendige opruning af overfladen forårsager, at det påsprøjtede metallag har en ru overflade, hvilket fører til uønskede elektriske tab. En anden ulempe ved denne fremgangsmåde er, at formen, der bestemmer formen af metallagets overflade, skal fjernes i løbet af fremstillingen. Dette kan give anledning til, at den konkave overflade af understøtningslaget, hvorpå metallaget anbringes, deformeres, selv om disse deformationer kan være små.

Det er endvidere i US patentskrift nr. 3.536.800 foreslået at forsyne den konvekse overflade af en form med en film af polyvinylalkohol og på denne at sprøjte et metallag, hvorefter der til slut tilvejebringes et understøtningslag 150051 3 af f.eks. glasfiberforstærket polyester. I sammenligning med den ovenfor nævnte, kendte fremgangsmåde har denne fremgangsmåde den fordel, at overfladen af metallaget er mindre ru og stemmer mere nøjagtigt overens med den ønskede overflade, der er bestemt af formen. Ulempen ved denne fremgangsmåde er, at metallaget i den resulterende reflektor ikke er beskyttet mod påvirkning fra omgivelserne, f.eks. vejrets påvirkninger. Det er desuden fundet i praksis, at det er meget vanskeligt at få en polyvinylalkoholfilm til at passe meget jævnt med formen. Dette opnås ganske vist med godt resultat, når formen sprøjtes med en opløsning af polyvinyl-alkohol og opløsningsmidlet derefter bringes til at fordampe, men i så tilfælde optræder der problemer med at løsne formen fra polyvinylalkoholfilmen. Det er også fundet, at polyvinylalkoholfilmen under påsprøjtningen af metallet kan løsne sig lokalt fra formen.

Opfindelsen går ud på at tilvejebringe en fremgangsmåde af den indledningsvis omhandlede art, som ikke udviser de ovenfor nævnte ulemper. Til opnåelse heraf er fremgangsmåden ifølge opfindelsen ejendommelig ved, at den i filmen eller vævet af fibrøst materiale værende syntetiske harpiks kun hærdes ufuldstændigt før anbringelsen af metallaget derpå, at der i understøtningslaget anvendes en termohærdende harpiks, og at samlingen af lag hærdes fuldstændigt efter anbringelsen af støttelaget, men før formen fjernes. Som følge af den ufuldstændige hærdning af overlaget før påføringen af metallaget opnås en særdeles god vedhæftning mellem disse lag uden en forudgående sandblæsning af overlaget. De ovenfor anførte, fra sandblædningen hidrørende ulemper er herved undgået.

Det fibrøse materiale, hvoraf filmen eller vævet fremstilles, består fortrinsvis af glasfibre. Andre fibre, f.eks. kulfibre og fibre af syntetisk harpiks kan også anvendes. Med hensyn til fibre af syntetisk harpiks skal det bemærkes, at de syntetiske harpikser er egnede, hvoraf der kan spindes fine fibre, og som er både kemisk uaktive - hvorfor fibrene ikke angribes af den derpå anbragte termohærdende syntetiske harpiks - og elektrisk inaktive, hvilket vil sige, at de ikke forårsager store elektriske tab ved spredning af den elektromagnetiske stråling. Egnede fibre af syntetisk harpiks er f.eks. mættede polyesterfibre og endvidere fibre af plast. Hvis den anvendte film eller væv af fibrøst materiale er lidt mindre fleksibelt, anbefales det at konstruere filmen eller vævet i segmenter, og at tilpasse dem kontinuerligt og glat til formen.

I en foretrukken udførelsesform for fremgangsmåden ifølge opfindelsen er lagtykkelsen af filmen eller vævet af fibrøst materiale, der er mættet med den termohærdende syntetiske harpiks som anbringes på den konvekse overflade af formen, højst 0,8 mm.

Med denne gunstige udførelsesform opnås det, at energitabene i den resulterende reflektor som følge af spredning af den elektromagnetiske stråling i 150051 4 overlaget er lille og højst 0,5 dB.

Ved en anden hensigtsmæssig udførelsesform er lagtykkelsen fra 0,2-0,5 mm.

De energitab, der optræder som følge af spredning, er særlig små, så at der med denne udførelsesform fås en reflektor, som er udmærket egnet til brug også ved lave effekter af den elektromagnetiske stråling.

Forsøg har f.eks. vist, at tabene som følge af spredning kun er 0,16 dB, når der anvendes et overlag,som består af en glasfiberfilm eller væv,der er mættet med polyesterharpiks med en lagtykkelse på 0,2 mm og et metallisk refleksionslag af en Sn/Sb-legering med et smeltepunktsområde fra 240°C-360°C.Med en tykkelse på 0,5 mm er tabene 0,28 dB. Når der anvendes et påsprøjtet Al-lag som reflekterende lag, er tabene en lille smule større og ca. 0,27 dB i det ovenfor nævnte, 0,2 mm tykke overlag og er ca. 0,41 dB i et 0,5 mm tykt overlag.

Diameteren af fibrene, der anvendes i filmen, skal ikke holdes inden for snævre grænser. Både tyndere fibre med en diameter på ca. 7 μ, og tykkere fibre med en diameter på ca. 10 μ kan anvendes. Strukturen af filmen eller vævet kan følgelig være temmelig grov, f.eks. en måtte af metalliserede fibre med en vægt på 225 g/m2, men kan også være meget fin, f.eks. en måtte med en vægt, der er mindre end 100 g/m2. En tynd film eller et væv med en fin struktur er at foretrække, således som det vil blive forklaret i det følgende.

Før filmen eller vævet anbringes på den konvekse overflade af formen, forsynes formens overflade med et sædvanligt løsnemiddel. Selvfølgelig afhænger typen af løsnemidlet af den syntetiske harpiks, der anvendes i filmen eller vævet. For eksempel kan der til polyesterharpiks som løsnemiddel anvendes en voks, f.eks. naturlig voks eller en syntetisk voks. Polyvinylalkohol kan også anvendes. Vævet eller filmen skal arrangeres omhyggeligt og i særdeleshed glat mod overfladen af formen, hvorefter filmen eller vævet mættes med en termohærdende syntetisk harpiks. Dette er fortrinsvis en umættet polyesterharpiks, men andre kendte termohærdende syntetiske harpikser, f.eks. en epoxyharpiks kan også anvendes.

I sammenligning med en polyesterharpiks er en epoxyharpiks lidt mere viskos og kræver almindeligvis en længere hærdningstid samt er lidt mere vanskelig at behandle, så polyesterharpiks vil være at foretrække. En sådan umættet polyesterharpiks indeholder de sædvanlige ingredienser som er nødvendige for hærdning, f.eks. monostyren, samt en accelerator, f.eks. et organisk amin, f.eks. dimethyl-anilin, og en hærder, f.eks. et organisk peroxid, f.eks. benzoylperoxid. Harpiksen indeholder fortrinsvis ingen paraffin. I denne forbindelse skal det bemærkes, at oxygen, f.eks. luftens oxygen, hæmmer hærdningen. Ved tilføjelse af paraffin aflukkes harpiksen over for luftens oxygen, så at en fuldstændig hærdning nås.

For fremgangsmåden ifølge opfindelsen er det et karakteristisk træk, at harpiksen ikke hærder fuldstændigt. Dette kan opnås ved, at der ikke indføres paraffin i 5 150051 harpiksen, så at det yderste lag af harpiksen, der befinder sig i luft, ikke hærder fuldstændigt og har en svagt klæbrig konsistens. Det er også et karakteristisk træk ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen, at filmen eller vævet mættes med harpiks. Dette vil sige, at overfladen af filmen eller vævet, der vender væk fra formen, ikke behøver at dækkes med et lag harpiks, hvori der ikke findes fibre.

I en gunstig udførelsesform for fremgangsmåden ifølge opfindelsen anvendes en film eller et væv af glasfibre, som er mættet med en polyesterharpiks på en sådan måde, at glasfibrene på den side, der vender væk fra formen, findes lige over eller tæt under overfladen af harpiksen. Det yderste lag fibre er så enten netop dækket fuldstændig med harpiks eller rager lige netop ud fra harpiksen.

Efter at harpiksen er hærdet ved stuetemperatur på den ovenfor beskrevne måde, sprøjtes et lag metal ud på overfladen ved en sædvanlig sprøjtemetode. Dette metallag binder meget let til det underliggende materiale og udviser heller ikke revner efter længere tids forløb.

1 overensstemmelse med den erkendelse, som ansøgerne er kommet til og som er understøttet af forsøg, opnås dette gunstige træk ved, at fibrene, der er beliggende i overlaget, f.eks. glasfibre, udfører en låsningsvirkning på det påsprøjtede metallag i overlaget. Med andre ord danner fibrene som findes i overfladen, der skal påsprøjtes metallaget, broer til at binde metallaget. 1 denne hensigt skal det være muligt, at fibrene kan nås af det påsprøjtede metal,og følgelig skal fibrene rage frem fra overfladen af overlaget. Det er fundet, at, når fibrene netop dækkes med harpiks,fås en god vedhængning af metallaget, idet trykket og den termiske belastning, som udøves på overlaget når det påsprøjtes metaldråber, delvis frigiver fibrene, der findes lige under overfladen, og det under dannelse værende metallag omgiver disse frigivne fiberdele, så at de binder. Det er klart, at fibre, som lige netop rager frem fra harpikslaget, let kan nås af de påsprøjtede metal, så at der dannes broer til at binde metallaget. Harpiksen mellem broerne tvinges sædvanligvis tilbage en lille smule, og man kan tale om bropartier til låsning af metallaget.

Det skal specielt bemærkes, at overlaget ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen ikke skal gøres ru ved f.eks. sandblæsning. Endvidere anvendes der intet bindemiddel, f.eks. lim.

Fåsprøjtning af metallaget kan udføres på kendt måde, f.eks. ved trådsprøjtning, som til tider kaldes Schoop-metoden, hvor en metaltråd smeltes i en flamme af f.eks. acetylen og oxygen og påsprøjtes ved hjælp af komprimeret luft.

En metalpulver-sprøjteproces kan også anvendes, f.eks. hvor metalpulver tilføres en flamme og smeltes i denne og transporteres af flammen til den overflade, der skal behandles. Ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen kan der anvendes forskellige metaller. Når et monolag af metal,, som er et lag af samme sammensætning, kom- 6 150051 mer i betragtning, må metal eller metallegeringer med et smeltepunkt mellem 150° og 700°C foretrækkes.

Ved en fordelagtig udførelsesform anbringes et lag af tin eller en tinlegering ved hjælp af en flammepåsprøjtningsproces på filmen eller vævet af glasfibre, der er mættet med syntetisk harpiks.

Anvendelsen af en tinlegering er meget velegnet, specielt en Sn/Sb-legering, såsom det såkaldte Babbits dvs. en tinlegering, som indeholder 7,5¾ Sb, 3,5% Cn og 0,25% Pb, og som udviser et smeltepunktsområde fra 240° til 360°C.

Sådanne metallag tilvejebragt ved hjælp af en flammesprøjtningsproces udviser en sådan koherens, at der opnås en høj refleksionskoefficient for elektromagnetisk stråling. I denne forbindelse henvises til de ovenfor nævnte forsøg med et Sn/Sb-metallag og et overlag af polyestermættet glasfilm eller glasvæv.

Eksempler på andre anvendelige metaller er Zn med et smeltepunkt på 420°C og Al med et smeltepunkt på 660°G. Metallaget kan også være dannet af adskillige lag med hver sin sammensætning. I dette tilfælde anbringes et metal, f.eks. Zn, med lavt smeltepunkt på laget af syntetisk harpiks, hvorefter der på Zn-laget på-sprøjtes metal, f.eks. Ctf, med højere smeltepunkt.

Det strålingsreflekterende metallag, der tilvejebringes ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen, har meget stor nøjagtighed, dvs. at det passer meget nøjagtigt til den konvekse overflade af formen, der svarer til de Ønskede teoretiske overflader, f.eks. en parabolsk overflade. Endvidere har det reflekterende metallag en udmærket overfladenøjagtighed og derfor lille overfladeruhed, hvilket er af stor betydning for reflektorens elektriske egenskaber, specielt for at opnå mindst mulig spredning af den indfaldende elektromagnetiske stråling. I denne forbindelse bemærkes det, at reflektoren, der er fremstillet ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen, er særlig velegnet til brug i apparater til HF- og SHF-elektromagnetisk stråling med et frekvensområde på ca. 1 til 20 GHz. Specielt kan reflektoren anvendes til antenner, specielt satellitantenner, til f.eks. 200 watt og en elektromagnetisk stråling på ca. 12 GHz.

Denne høje frekvens svarer til en bølgelængde på nogle få centimeter (mikrobølger), hvilket vil sige, at der skal pålægges meget strenge krav til nøjagtigheden af form og overfladen af den reflekterende metalliske overflade.

Endvidere skal denne nøjagtighed realiseres' over et forholdsvis stort areal. For- eksempel kræves der til en satelliteffekt på 200 watt en reflektordiameter på ca. 1,6 m.

Metallaget, der fås ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen, har en overfladenøjagtighed på 0,3-0,5 mm ved den ovenfor nævnte diameter på ca. 1,6 m. Denne værdi er beregnet under anvendelse af metoden med "den kvadratiske middelværdi" η 150051 ifølge udtrykket \Γ^ r,m.s. = - n-1 hvor n er antallet af målesteder, i = 1, 2, 3....n, x.. er den målte værdi og x den teoretiske værdi.

Formnøjagtigheden bliver gunstigere, hvis tykkelsen af filmen eller vævet, der er anbragt på formen, er lille. For at opnå optimal formnøjagtighed er det også fordelagtigt at anvende en film eller et væv af meget fine fibre, f.eks. glasfibre. Filmen eller vævet kan så optimalt tilpasses konturerne af formen. Endvidere er anvendelsen af fine fibre hensigtsmæssig med hensyn til vedhængningen af metallaget til overlaget. Det vil være klart, at antallet af låsesteder eller broer, hvormed metallaget bindes til det underliggende lag, er større end hvis der anvendes grovere fibre.

Af prismæssige grunde er tykkelsen af metallaget begrænset. Ϊ en hensigtsmæssig udførelsesform for fremgangsmåden ifølge opfindelsen er tykkelsen af metallaget, der dannes ved hjælp af en sprøjteproces, højst 100 μ. Ansøgerne har fundet, at i denne gunstige udførelsesform har det i overensstemmelse med opfindelsen påprøjtede metallag en væskegennemtrængelig porøs struktur. Dette fænomen afhænger af tykkelsen af metallaget men findes stadig i tilfælde af en tykkelse på 100 μ. En egnet tykkelse af metallaget er mellem 20 og 80 μ, og tykkelsen er fortrinsvis ca. 30 μ.

Ved anbringelse af understøtningslaget vil den flydende harpiks i dette binde til den syntetiske harpiks, der findes i overlaget, gennem porerne i metallaget. Som følge heraf opnås, at det reflekterende metallag meget let indesluttes mellem overlaget og understøtningslaget, hvilket medfører den ekstra fordel, at muligheden for deformation af metallaget er et minimum. Understøtningslaget bestemmer styrken og stivheden af den fremstillede reflektor. Understøtningslaget omfatter en med fibrøstmateriale forstærket termohærdende syntetisk harpiks. Foruden at være stærk skal konstruktionen også være let. Egnede fibrøse materialer er de, som allerede er nævnt tidligere under omtalen af overlaget. Der foretrækkes glasfibre, som eventuelt kan anvendes i form af et væv eller som film. Der anvendes fortrinsvis en epoxyharpiks eller en polyesterharpiks som termohærdende syntetisk harpiks.

Tykkelsen af understøtningslaget afhænger af de krav, der stilles med hensyn til styrken af reflektoren og er sædvanligvis fra 2 til 10 mm. En gunstig tykkelse for en reflektordiameter på 1,6 m er fra 3 til 6 mm. På den side, der vender bort fra metallaget, kan understøtningslaget være forsynet med forstærkningsribber eller ringe til forbindelse af et stativ og til det nødvendige apparatur, f.eks. en motor, hvormed reflektoren kan bevæges i forhold til stativet.

8 150051 Sådanne forstærkningsorganer kan f.eks. fremstilles af glasfiberforstærket polyester og være påført på sædvanlig måde, f.eks. ved laminering. Efter at understøtningslaget er forsynet med forstærkningsorganer, hærdes det hele, f.eks. ved stuetemperatur, og til slut fjernes reflektoren fra formen.

Opfindelsen forklares i det følgende nærmere under henvisning til den skematiske tegning, hvor fig. 1 viser en snit gennem en form med en derpå fremstillet reflektor, og fig. 2 en satellitantenne med en reflektor fremstillet ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen.

1 fig. 1 er vist en form 1, som er fremstillet af træ, syntetisk harpiks eller metal, og som har en parabolsk overflade 2 med en diameter på 1,6 m. Den parabolske overflade er sleben meget glat. Overfladen 2 er begrænset af en horisontal ring 3 med en opstående kant 4. Overfladen 2 er forsynet med et løsningsmiddel for polyesterharpiks, hvilket middel i dette tilfælde er en voks, og derefter bringes en glasfiberfilm 5 med en tykkelse på 0,3 mm og en vægt på 2 100 g/m meget omhyggeligt til at passe til overfladen 2. Filmen forsynes lige op til mætning med polyesterharpiksopløsning, som foruden den umættede polyester indeholder monostyren, dimethylanilin og benzoylperoxid. Opløsningen indeholder ingen paraffin. Efter anbringelsen af harpiksen er strukturen af filmen 5 stadig synlig, så at filmen 5 findes umiddelbart under overfladen af harpiksen. Harpiksen hærder ved normal temperatur, hvorved det yderste lag af harpiksen som følge af fraværelse af paraffin ikke hærder fuldstændig men har en klæbrig konsistens. På filmen 5, der er mættet med harpiks, anbringes så et lag 6 af en Sn/Sb-legering med et smeltepunktsområde mellem 240° og 350°C, idet der anvendes flamme-påsprøjtning. Laget har en tykkelse på 30 μ og udviser en porøs struktur, som ikke er synlig for det blotte øje. Metallaget 6, ringen 3 og kanten 4 forsynes med et understøtningslag 7 af glasfiberforstærket polyesterharpiks, som påføres på sædvanlig måde, f.eks. ved rulning. Denne gang indeholder polyesterharpiksen paraffin. De i understøtningslaget anvendte glasfibre er fortrinsvis an- 2 bragt i en vævstruktur med en vægt på ca. 200 g/m . Harpiksen i understøtningslaget 7 vil forbinde sig med harpiksen, der findes i filmen 5 gennem metallaget 6. En forstærkningsring 8 bestående af glasfiberforstærket polyester er anbragt på laget 7, som har en tykkelse på 4 mm. Efter hærdningen aftages samlingen til slut fra formen 1.

1 fig. 2 er vist en reflektor 9, der er fremstillet ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen, og som har en parabolsk overflade 10 med en diameter på 1,6 m. Langs omkredsen har reflektoren en opstående kant 11, der er 10 cm bred, og centralt findes et understøtningsorgan 12 for et reflektorhorn 13. Understøtningsorganet 12 har en stabilisator 14. Reflektoren omfatter endvidere på