Диэлектрическая полимерная пена и линза для радиоволн с ее использованием

Диэлектрическая полимерная пена и линза для радиоволн с ее использованием

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники

Настоящее изобретение относится к диэлектрической полимерной пене и линзе для радиоволн с ее использованием. Более конкретно, настоящее изобретение относится к диэлектрической полимерной пене, которая имеет превосходные диэлектрические свойства и небольшой вес, размеры которой к тому же могут быть уменьшены при ее получении, обеспечивая ее предпочтительное применение в качестве диэлектрического материала для электронных устройств в области передачи информации и телекоммуникации, таких как антенны, конденсоры, многослойные подложки для интегральных схем, соединители, запоминающие устройства и т.п., а также линзы для радиоволн, использующие диэлектрический полимерный материал.

Предшествующий уровень техники

Недавнее резкое увеличение объема информации в сигнале, передаваемом радиоволнами, произошедшее благодаря значительному усовершенствованию информационных и телекоммуникационных технологий, требует большей точности и большей скорости передачи сигнальной информации, дальнейшего увеличения объема передаваемой информации, а также вызывает стремительное движение в сторону использования высокочастотных радиоволн, что, в свою очередь, приводит к полномасштабному использованию высокочастотного диапазона, например, 1 ГГц и выше, а более конкретно - от 10 до 20 ГГц, который не использовался ранее.

Например, при использовании спутниковой связи прием и передачу радиоволн в основном осуществляют при помощи параболической антенны с фиксированным направлением при использовании стационарного спутника. Однако такая передающая и принимающая система способна обрабатывать ограниченный объем информации, что вызвало необходимость разработки коммуникационной системы, способной обрабатывать больший объем информации. Недавно установленная радиоволновая коммуникационная система включает в себя множество трансляционных спутников на низкой околоземной орбите, через которые передают и принимают радиоволны, а также подвижную антенну, расположенную на земле, которая следит за трансляционными спутниками. Неоспоримым преимуществом такой коммуникационной системы является то, что каждый домашний пользователь может передавать и получать через нее большой объем информации, сравнимый с передающими возможностями оптического волокна.

В качестве линзовой антенны, применяемой в подвижной системе антенн для слежения за трансляционными спутниками на низкой околоземной орбите, применяют линзовую антенну Люнеберга (куполообразная антенна, т.е. антенна, содержащая линзу Люнеберга). Преимущество такой антенны заключается в том, что она может одновременно обрабатывать радиоволны, приходящие с или передаваемые (транслируемые) в различных направлениях, поэтому она больше всего подходит для подвижной системы антенн, предназначенной для слежения за трансляционными спутниками на низкой околоземной орбите.

Линзовая антенна Люнеберга включает в себя линзу Люнеберга, способную, например, фокусировать радиоволны. Линза, используемая в такой антенне, должна обладать превосходными диэлектрическими свойствами (т.е. высокой удельной диэлектрической проницаемостью и низкими диэлектрическими потерями) для того, чтобы она могла обрабатывать большой объем информации, т.е. высокочастотные радиоволны, а также иметь небольшие размеры и небольшую массу для обеспечения технологичности и безопасности, поскольку антенну с такой линзой устанавливают на крышах домов (зданий). С этой целью в Европе массу линзовой антенны Люнеберга официально стандартизируют при проведении монтажных работ.

В качестве диэлектрических материалов были разработаны различные диэлектрические полимерные композиции с хорошими технологическими свойствами, необходимыми для широкомасштабного производства, каждая из которых содержит синтетический полимер и диэлектрический неорганический наполнитель с целью уменьшения размеров, снижения массы и улучшения эксплуатационных характеристик диэлектрических деталей, составляющих электронные устройства, такие как антенна, конденсор, многослойная подложка для интегральной схемы, соединитель и запоминающее устройство.

Например, известна диэлектрическая полимерная композиция, включающая в себя синтетический полимер и порошковое диэлектрическое вещество, такое как титанатная соль щелочноземельного металла (к примеру, титанат бария, титанат стронция и титанат бария-стронция) и т.п.

Была также предложена линза Люнеберга с использованием указанной диэлектрической полимерной композиции (публикации заявок на японские патенты №№ Sho-45-17242 и Sho-56-17767). Однако для получения диэлектрических свойств (высокая диэлектрическая постоянная и низкие диэлектрические потери), позволяющих обрабатывать высокочастотные радиоволны благодаря лишь введению порошкового диэлектрического вещества в синтетический полимер, необходимо вводить большое количество указанного диэлектрического вещества, что препятствует снижению массы и уменьшению размеров указанных диэлектрических деталей.

Была также предложена диэлектрическая полимерная композиция, включающая в себя синтетический полимер и волокнистый титанат щелочноземельного металла (например, выложенная заявка на японский патент № Hei-5-299871). Волокнистое диэлектрическое вещество способно придавать диэлектрические свойства, обеспечивающие обработку высокочастотных радиоволн даже в том случае, если его содержание меньше содержания порошкового диэлектрического вещества, поэтому оно может способствовать некоторому снижению массы. С другой стороны, волокнистое диэлектрическое вещество обладает таким свойством, как ориентированность в одном направлении в синтетическом полимере, и поэтому проявляет различные диэлектрические свойства в веществе при переходе от направления ориентации к перпендикулярному ему направлению. Данное свойство не представляет собой главную проблему при практическом использовании существующих электронных устройств. Однако по мере расширения использования высокочастотных радиоволн и разработки соответствующих электронных устройств возникает потребность в диэлектрических деталях для данных устройств, имеющих улучшенные и более равномерные диэлектрические свойства, поэтому желательно их дальнейшее усовершенствование.

Далее, к примеру, выложенный японский патент № Hei-8-133832 описывает диэлектрическую полимерную композицию, в которой пластинчатое диэлектрическое вещество, содержащее в качестве основных компонентов барий, титан и редкоземельные элементы, смешивают с синтетическим полимером. Поскольку пластинчатое диэлектрическое вещество, даже если оно содержится в количестве, меньшем, чем количество порошкового диэлектрического вещества, может придавать диэлектрические свойства, способные обеспечивать радиоволновую связь в высокочастотном диапазоне, то оно способствует некоторому снижению массы таким же образом, как и волокнистое диэлектрическое вещество. Однако пластинчатое вещество также ориентировано в синтетическом полимере, хотя и не в такой степени, как волокнистое вещество. Такая ориентация вещества может создать неравномерный диэлектрический профиль, из-за чего все еще сохраняется потребность в усовершенствовании с целью обеспечения более равномерных диэлектрических свойств.

С другой стороны, выложенная заявка на японский патент № Hei-7-320537 описывает диэлектрическую полиуретановую пену, получаемую в результате введения в полиуретан порошкового титаната щелочноземельного металла и вспенивания смеси. Однако для улучшения диэлектрических характеристик указанной пены до степени, обеспечивающей использование высокочастотной радиоволны, необходимо вводить большое количество порошкового диэлектрического вещества, что затрудняет уменьшение размеров и снижение массы. Более того, большое количество вводимого диэлектрического вещества вызывает существенное снижение механической прочности получаемой пены, что делает применение пены непрактичным.

Сущность изобретения

Поэтому авторы настоящего изобретения провели интенсивные исследования с целью решения вышеуказанных проблем известных способов и преуспели в получении новой диэлектрической полимерной пены, которая является предметом данного изобретения.

В частности, настоящее изобретение относится к диэлектрической полимерной пене, полученной вспениванием полимерной композиции, содержащей синтетический полимер и по меньшей мере один диэлектрический неорганический наполнитель, выбранный из волокнистого титаната щелочноземельного металла и пластинчатого титаната щелочноземельного металла, причем упомянутая диэлектрическая полимерная пена имеет диэлектрическую проницаемость не менее 1,5 при 12 ГГц и 25°С.

В данном описании термин «по меньшей мере один диэлектрический неорганический наполнитель» подразумевает один или оба наполнителя сразу из волокнистого и пластинчатого диэлектрических неорганических наполнителей.

Авторы данного изобретения обнаружили, что при формовании со вспениванием диэлектрической полимерной композиции с получением сферической формы после введения в синтетический полимер волокнистого или пластинчатого диэлектрического неорганического наполнителя, а не простого введения в синтетический полимер наполнителя, пластинчатый или волокнистый диэлектрический неорганический наполнитель не ориентирован в синтетическом полимере в одном направлении, а диспергирован по разным направлениям, таким образом обеспечивая не только превосходные, но и равномерные диэлектрические свойства полимерной пены.

Следовательно, диэлектрическая полимерная пена согласно настоящему изобретению обладает превосходными диэлектрическими свойствами, обеспечивающими использование высокочастотных радиоволн, т.е. высокую диэлектрическую проницаемость, низкие диэлектрические потери и т.п., а также обладает вполне равномерными диэлектрическими свойствами. Помимо этого, ввиду того, что пена имеет небольшую массу, она может быть подвергнута миниатюризации. Более того, поскольку пена содержит волокнистый и/или пластинчатый диэлектрический неорганический наполнитель, она имеет высокую механическую прочность и теплостойкость.

Диэлектрическая полимерная пена согласно настоящему изобретению может быть предпочтительно использована в качестве материала для различных диэлектрических деталей электронных устройств, относящихся к информационным и телекоммуникационным технологиям, таких как антенна, конденсор, многослойная подложка для интегральных схем, соединитель и запоминающее устройство.

Кроме того, линзу, изготовленную из диэлектрической полимерной пены согласно настоящему изобретению, подвергли миниатюризации и снижению массы при сохранении высоких и равномерных диэлектрических свойств. Такая линза имеет сферическую форму или форму, подобную линзе Люнеберга (каждая из них включает в себя полусферическую форму), таким образом, что передаваемые и принимаемые со всех направлений радиоволны могут быть сфокусированы или равномерно рассеяны без электроволновых помех.

Согласно данному описанию, линза Люнеберга имеет сферическую форму (включая полусферическую форму) с множеством слоев, имеющих различные удельные диэлектрические проницаемости и концентрически наложенных один на другой с образованием концентрической сферы. Слои, как правило, располагают таким образом, чтобы периферический (наружный) слой имел более низкую диэлектрическую проницаемость.

Например, линза Люнеберга, установленная в линзовой антенне Люнеберга для слежения за спутником на низкой околоземной орбите, может иметь диэлектрическую проницаемость не менее 1,5 при 12 ГГц и температуре 25°С, а также удельную массу не более 0,5, а предпочтительно - диэлектрическую проницаемость не менее 2,0 и удельную массу не более 0,5 в вышеуказанных условиях. Такая линза может функционировать в высокочастотном диапазоне не менее 10 ГГц, конкретно - в интервале от 12 до 20 ГГц. Поскольку линза имеет такие превосходные диэлектрические свойства и низкую удельную массу, она может быть подвергнута миниатюризации и снижению массы, например, она может иметь диаметр, составляющий приблизительно от 10 до 30 см, и массу приблизительно в несколько килограммов.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 представляет собой фотографию, сделанную при помощи электронного микроскопа (100х увеличение), в качестве варианта фигуры, показывающей состояние дисперсии диэлектрического неорганического наполнителя в плоскости среза диэлектрической полимерной пены в соответствии с настоящим изобретением (пример 6).

Фиг.2 представляет собой такую же фотографию, сделанную при помощи электронного микроскопа, как и на фиг.1 (1000х увеличение).

Фиг.3 представляет собой фотографию, сделанную при помощи электронного микроскопа (1500х увеличение), показывающую состояние дисперсии диэлектрического неорганического наполнителя в плоскости среза отлитой формы диэлектрического полимера в соответствии со сравнительным примером 3.

Фиг.4 представляет собой схематическое изображение, показывающее прибор для измерения величины усиления основных лучей в примерах 8 и 9, а также в сравнительных примерах 4 и 5.

Предпочтительный вариант осуществления настоящего изобретения

Синтетический полимер, применяемый в соответствии с настоящим изобретением, не имеет конкретных ограничений: могут быть использованы различные термопластичные и термоотверждающиеся полимеры. Конкретные примеры термопластичного полимера включают в себя, например, полиэтилен, полипропилен, полиизопрен, хлорированный полиэтилен, поливинилхлорид, полибутадиен, полистирол, ударопрочный полистирол, стирол-акрилонитриловый сополимер (САН-полимер), акрилонитрил-бутадиен-стироловый сополимер (АБС-полимер), метилметакрилат-бутадиен-стироловый сополимер (МБС-полимер), метилметакрилат-акрилонитрил-бутадиен-стироловый сополимер (МАБС-полимер), сополимер акрилового эфира (каучука), стирола и акрилонитрил (АСА-полимер), полиакриловый полимер, сложный полиэфир (полиэтилентерефталат, полибутилентерефталат, полиэтиленнафталат и т.п.), поликарбонат, простой полифениленовый эфир, модифицированный простой полифениленовый эфир, алифатический полиамид, ароматический полиамид, полифениленсульфид, полиимид, простой эфиркетон полиэфира, полисульфон, полиакрилат, полиэфиркетон, полиэфирнитрил, политиоэфирсульфон, полиэфирсульфон, полибензимидазол, полиамидоимид, полиэфиримид, жидкий кристаллический полимер и т.п. Из вышеуказанных полимеров предпочтительными являются полиэтилен, полипропилен, полистирол, полиакриловый полимер и т.п. относительно их способности к формованию со вспениванием (расширением), диэлектрических свойств (особенно низких диэлектрических потерь) и т.п. Один из термопластичных полимеров может быть использован отдельно, либо при необходимости может быть использована смесь двух и большего количества указанных полимеров. Конкретные примеры термоотверждающегося полимера включают в себя, например, полиуретан, фенольный полимер, меламиновый полимер, карбамидный полимер (полимочевину), ненасыщенный полимер на основе сложных полиэфиров, диаллилфталевый полимер, силиконовый (кремнийорганический) полимер, эпоксидную смолу (эпоксидные смолы типа бисфенола А, типа бисфенола F, типа бисфенола AD, типа новолачного фенола, типа новолачного крезола, циклоалифатическая эпоксидная смола, эпоксидная смола на основе сложного глицидилового эфира, эпоксидная смола на основе глицидилового амина, гетероциклическая эпоксидная смола, модифицированная уретаном эпоксидная смола, бромированная эпоксидная смола типа бисфенола А) и т.п. Из вышеуказанных полимеров предпочтительными являются силиконовый полимер, полиуретан, эпоксидная смола и т.п. Один из термоотверждающихся полимеров может быть использован отдельно, либо при необходимости может быть использована смесь двух и большего количества указанных полимеров.

В соответствии с настоящим изобретением из синтетических полимеров предпочтительно применяют термопластичные полимеры благодаря их технологическим свойствам и т.п.

Например, если для изготовления линзы, особенно сферической линзы или линзы Люнеберга, применяют диэлектрическую полимерную пену в соответствии с настоящим изобретением, то предпочтительными являются термопластичные полимеры с учетом формуемости, диэлектрических свойств, стойкости к атмосферным воздействиям и т.п., из которых особенно предпочтительными являются полиолефины, такие как полиэтилен, полипропилен, полистирол и т.п.

Волокнистый или пластинчатый диэлектрический неорганический наполнитель, вводимый в синтетический полимер, может включать в себя, например, наполнитель, имеющий состав, представленный общей формулой МО·nTiO₂ (в которой М представляет собой один или несколько двухвалентных металлов, а n равно целому числу не ниже 1), и имеющий волокнистую или пластинчатую форму.

Двухвалентные металлы, представленные М в вышеприведенной общей формуле, включают в себя, но не ограничиваются конкретно (при условии, что оксид сохраняет диэлектрические свойства), например, щелочноземельные металлы, такие как барий, стронций, кальций, магний и т.п., а также свинец и т.п. Термин «пластинчатый» также означает чешуйчатую, слюдяную, хлопьевидную и т.п. форму.

Могут быть использованы любые известные соединения как волокнистого титаната щелочноземельного металла, так и волокнистого титаната свинца.

Пластинчатый титанат щелочноземельного металла и пластинчатый титанат свинца могут быть получены, например, взаимодействием смеси пластинчатого оксида титана с одним или несколькими соединениями, такими как оксид, гидроксид, соль неорганической кислоты, соль органической кислоты и т.п. щелочноземельного металла или свинца, при температуре от 500 до 1400°С, либо иными способами. Пластинчатый оксид титана как один из исходных материалов может быть получен известными способами, описанными, например, в публикации заявки на японский патент № Hei-6-88786, выложенных заявках на японские патенты №№ Hei-5-221795 и Hei-10-95617. Взаимодействие пластинчатого оксида титана с соединением щелочноземельного металла или свинца может быть осуществлено в соответствии с методикой взаимодействия волокнистого оксида титана с соединением щелочноземельного металла или свинца (описана ниже). Взаимодействие волокнистого оксида титана с соединением щелочноземельного металла или свинца известно и может быть осуществлено, например, с использованием гидротермального способа, спекания (отжига), спекания с влажным осаждением, расплавного способа и т.п.

Конкретные примеры волокнистого или пластинчатого титаната щелочноземельного металла и свинца могут включать в себя, например, титанат бария, титанат кальция, титанат магния, титанат стронция, титанат бария-стронция, титанат бария-кальция, титанат кальция-стронция, титанат свинца и т.п., каждый из которых имеет волокнистую или пластинчатую форму. Они могут представлять собой композиционный материал с другими керамическими материалами, такими как оксид титана. Из указанных соединений предпочтительно применяют титанат кальция, поскольку он имеет низкие диэлектрические потери в высокочастотном диапазоне. Один из волокнистых и пластинчатых титанатов щелочноземельного металла, либо волокнистый или пластинчатый титанат свинца может быть использован отдельно, либо может быть использовано сочетание двух и большего количества из указанных соединений. Более того, может быть использовано сочетание волокнистых и пластинчатых соединений.

Хотя размер волокнистого диэлектрического неорганического наполнителя конкретно не ограничен, может быть использован волокнистый наполнитель, обычно имеющий средний диаметр волокна, составляющий приблизительно от 0,01 до 1 мкм, предпочтительно, приблизительно от 0,05 до 0,5 мкм, среднюю длину волокна, составляющую приблизительно от 0,5 до 100 мкм, предпочтительно, приблизительно от 30 до 50 мкм, и отношение размеров (средняя длина волокна/средний диаметр волокна), составляющее не менее 5, предпочтительно, не менее 10. Подобным же образом, хотя размер пластинчатого диэлектрического неорганического наполнителя конкретно не ограничен, может быть использован пластинчатый наполнитель, имеющий средний размер по длине, составляющий приблизительно от 0,5 до 100 мкм, предпочтительно, приблизительно от 1 до 20 мкм, средний размер по ширине, составляющий приблизительно от 0,2 до 100 мкм, предпочтительно, приблизительно от 0,5 до 20 мкм, среднюю толщину, составляющую приблизительно от 0,01 до 10 мкм, предпочтительно, приблизительно от 0,05 до 5 мкм, и отношение размеров (средний размер по длине/средняя толщина), составляющее приблизительно от 3 до 100, предпочтительно, приблизительно от 5 до 50.

Количество волокнистого и/или пластинчатого диэлектрического неорганического наполнителя, вводимого в синтетический полимер, конкретно не ограничено и может быть целесообразно выбрано из широкого интервала в зависимости от различных условий, таких как вид синтетического полимера, вид(ы) волокнистого и/или пластинчатого неорганического наполнителя и его форма (включая отдельное применение волокнистого или пластинчатого наполнителя либо их совместное применение), назначение получаемого материала, вид(ы) полимерных добавок, при необходимости вводимых в полимер, количество вводимой добавки (добавок) и т.п. Например, в полимер предпочтительно вводят волокнистый и/или пластинчатый диэлектрический неорганический наполнитель в количестве, обычно составляющем от 30 до 80 мас.%, предпочтительно от 45 до 75 мас.%, от общего количества диэлектрической полимерной композиции, ввиду легкости стабилизации диэлектрической постоянной в предпочтительном интервале (интервал, в котором диэлектрическая постоянная при 12 ГГц и 25°С составляет не менее 1,5, особенно не менее 2,0), получения хороших технологических свойств и вспениваемости (включая свойства регулировки вспениваемости во время обработки) и т.п.

Диэлектрическая полимерная пена в соответствии с настоящим изобретением может быть получена в результате смешивания синтетического полимера, волокнистого и/или пластинчатого диэлектрического неорганического наполнителя и, при необходимости, полимерной добавки с получением диэлектрической полимерной композиции, и формования со вспениванием диэлектрической полимерной композиции в сферическую или подобную ей форму.

Полимерная добавка может быть введена в полимер при условии, что она не ухудшает предпочтительные свойства диэлектрической полимерной пены в соответствии с настоящим изобретением и не затрудняет последующую процедуру вспенивания (расширения). В качестве полимерной добавки могут быть использованы любые добавки, обычно вводимые в синтетические полимеры, которые включают в себя, например, термостабилизатор (к примеру, фосфористую кислоту, пространственно-затрудненный фенол, фосфат), смазывающий агент, смазку для облегчения извлечения из форм, краситель и пигмент (к примеру, краситель хромовый желтый), поглотитель ультрафиолетовых лучей (к примеру, бензотриазоловый поглотитель ультрафиолетовых лучей), антипирен, т.е. огнезащитный состав (к примеру, фосфазен, сложный эфир фосфата), наполнитель (к примеру, диоксид титана, карбонат кальция, тальк) и т.п. Может быть использовано сочетание двух и более указанных полимерных добавок.

Более того, в соответствии с настоящим изобретением обычно применяемое порошковое диэлектрическое вещество также может быть введено в полимер помимо волокнистого и/или пластинчатого диэлектрического неорганического наполнителя в таком количестве, чтобы не ухудшить предпочтительные свойства диэлектрической полимерной пены в соответствии с данным изобретением.

Смешивание синтетического полимера, волокнистого и/или пластинчатого диэлектрического неорганического наполнителя, полимерной добавки и т.п. может быть осуществлено в соответствии с известными способами, например, материалы могут быть смешаны с использованием различных смесителей, таких как двуосный экструдер, одноосный шнековый экструдер, совместная месильная машина, многоосный шнековый экструдер, месильная машина, смесительные вальцы, мешалка, смеситель Бенбери и т.п.

Способ формования со вспениванием полученной таким образом диэлектрической полимерной композиции в сферическую или подобную ей форму конкретно не ограничен и может быть осуществлен с использованием любых способов, таких как способ вспенивания с термическим разложением, способ вспенивания гранул, способ вспенивания с использованием сверхкритической жидкости и т.п.

Предпочтительным является применение вспенивания с термическим разложением терморазлагаемого соединения (порофора), поскольку данный способ является легким и недорогим. При использовании терморазлагаемого соединения, т.е. вспенивающей добавки, расширение осуществляют, смешивая указанную добавку с синтетическим полимером, волокнистым и/или пластинчатым диэлектрическим неорганическим наполнителем, полимерной добавкой и т.п.; загружая полученную полимерную композицию в подходящую изложницу, имеющую сферическую или подобную ей форму, и нагревая ее под давлением или без него. В качестве вспенивающей добавки может быть использован известный агент, такой как, например,

ADCA (азодикарбоксиликамид),

OBSH (p,p'-оксибисбензолсульфонилгидразид),

DPT (динитропентаметилентетрамин),

TSH (р-толуолсульфонилгидразид), BSH (бензолсульфонилгидразид), а также их соли, такие как соли кальция, алюминия, бария, стронция и т.п., бикарбонат натрия, мононатриевый лимонный ангидрид и т.п. Из вышеуказанных соединений предпочтительно применение ADCA, поскольку он способен обеспечить получение равномерной и мелкодисперсной пены, а также способствует сохранению прочности материала и обеспечивает низкий тангенс (угла) диэлектрических потерь. Количество используемой вспенивающей добавки обычно составляет от 1 до 20 массовых частей, предпочтительно, от 3 до 10 массовых частей на 100 массовых частей невспененного материала. Во время вспенивания с термическим разложением могут быть использованы различные адъюванты или активаторы с целью контроля над скоростью вспенивания, предотвращения ухудшения материала и т.п. Такие адъюванты включают в себя, например, трехосновный сульфат свинца, двухосновную фосфитную соль, стеарат свинца, стеарат цинка, карбонат цинка, оксид цинка, стеарат бария, стеарат алюминия, стеарат кальция, малат дибутилолова, мочевину, малеиновую кислоту и т.п.

Хотя коэффициент вспенивания пены, получаемой с применением термически разлагаемой вспенивающей добавки, конкретно не ограничен, вспенивание обычно осуществляют до коэффициента вспенивания, составляющего приблизительно от 2 до 20, предпочтительно, приблизительно от 5 до 15 раз, с учетом снижения прочности по причине пластической деформации получаемого материала или снижения массы и т.п.

Кроме того, для получения пены в соответствии с настоящим изобретением также эффективен способ вспенивания гранул. В соответствии с данным изобретением вспенивание гранул может быть осуществлено с использованием известного способа. Например, диэлектрическая полимерная пена в соответствии с настоящим изобретением может быть получена перемешиванием расплава синтетического полимера и волокнистого и/или пластинчатого диэлектрического неорганического наполнителя с получением частиц (гранул), имеющих желаемую форму, предварительным вспениванием частиц до предварительно вспененных частиц с последующим необязательным воздействием на частицы температуры в диапазоне от комнатной до температуры, превышающей комнатную температуру приблизительно на 10-30°С, в течение приблизительно нескольких часов, загрузкой частиц в изложницу, имеющую сферическую или подобную ей форму, и нагреванием частиц под давлением или без него с целью расплавления и формования со вспениванием предварительно вспененных частиц.

Для замешивания расплавленной смеси синтетического полимера и волокнистого и/или пластинчатого диэлектрического неорганического наполнителя могут быть использованы вышеперечисленные общие устройства для перемешивания. Форма частиц, получаемых в результате замешивания расплава, конкретно не ограничена: частицы могут иметь любую желаемую форму, например, цилиндрическую, эллиптикосферическую, сферическую, кубическую, кубоидную, форму параллелепипеда и т.п. Хотя размер частиц и не ограничен, как правило, он составляет приблизительно от 0,05 до 5 мм, предпочтительно, приблизительно от 0,1 до 3 мм, с учетом технологичности и других свойств, таких как механическая прочность получаемой линзы, подобной линзе Люнеберга. Во время замешивания расплава синтетического полимера и волокнистого и/или пластинчатого диэлектрического неорганического наполнителя может быть введено нужное количество других полимерных добавок. Такие полимерные добавки могут, например, включать в себя регулятор воздушных пузырьков, такой как порошок талька, зародышеобразователь, такой как карбонат натрия, антиоксидант, термостабилизатор, поглотитель ультрафиолетовых лучей, смазывающий агент, смазку для облегчения извлечения из форм, краситель, пигмент, антистатик, наполнитель и т.п. Может быть использована одна из полимерных добавок отдельно, либо может быть использовано сочетание двух и более указанных добавок.

Предварительное вспенивание частиц синтетического полимера и волокнистого и/или пластинчатого диэлектрического неорганического наполнителя может быть осуществлено известными способами. Например, водную дисперсию частиц смешивают с летучей вспенивающей добавкой, получая смесь, которую затем перемешивают в горячем виде под давлением в выдерживающей давление емкости, такой как автоклав, для того, чтобы импрегнировать или ввести в частицы летучую вспенивающую добавку. Импрегнированные таким образом частицы затем подвергают воздействию более низкого давления, чем давление в специальной емкости или атмосферное давление, вызывая вспенивание для получения предварительно вспененных частиц.

Во время диспергирования частиц синтетического полимера и волокнистого и/или пластинчатого диэлектрического неорганического наполнителя в воде в качестве диспергирующего агента может быть введен, например, основной трифосфат кальция, основной карбонат магния, карбонат кальция и т.п., а в качестве вспомогательного диспергирующего средства может быть введен, например, додецилбензолсульфонат натрия, н-паллафинсульфонат натрия, α-олефинсульфонат натрия и т.п. Хотя количество вводимого диспергирующего агента и вспомогательного диспергирующего средства конкретно не ограничено и может быть соответствующим образом выбрано из широкого интервала в зависимости от условий, таких как вид синтетического полимера, форма и вид диэлектрического неорганического наполнителя и т.п., как правило, вводят приблизительно от 0,1 до 5 массовых частей диспергирующего агента и приблизительно от 0,001 до 3 массовых частей вспомогательного диспергирующего средства на 100 массовых частей воды.

В качестве летучей вспенивающей добавки могут быть использованы любые вещества, обычно применяемые для вспенивания гранул и включающие в себя, например, алифатические углеводороды, такие как пропан, бутан, изобутан, пентан и гексан; алициклические углеводороды, такие как циклобутан, циклопентан и циклогексан; низшие спирты, такие как метанол, этанол, пропанол, изопропанол и бутанол; галогенированные углеводороды, такие как метилхлорид, метилендихлорид, этилхлорид, трихлортрифторметан, дихлордифторметан, дихлортетрафторэтан и трихлортрифторметан; инертный газ, такой как двуокись углерода и азот. Может быть использована одна летучая вспенивающая добавка, либо может быть использовано сочетание двух и более указанных добавок. Хотя количество применяемой летучей вспенивающей добавки конкретно не ограничено и может быть соответствующим образом выбрано из широкого интервала в зависимости от установленного коэффициента вспенивания получаемых предварительно вспениваемых частиц и получаемой в дальнейшем пены, вида синтетического полимера, вида и формы диэлектрического неорганического наполнителя, формы и размера предварительно вспениваемых частиц и т.п., обычно оно составляет приблизительно от 1 до 80 массовых частей, предпочтительно, приблизительно от 5 до 60 массовых частей, при условии, что общая масса синтетического полимера в предварительно вспениваемых частицах составляет 100 массовых частей.

С целью импрегнирования частиц летучей вспенивающей добавки частицы могут быть подвергнуты нагреванию при температуре, составляющей приблизительно от 100 до 150°С, и давлении, составляющем приблизительно от 10 до 50 кгс/см², как правило, в течение приблизительно 30 минут. Частицы, импрегнированные летучей вспенивающей добавкой, затем выпускают на воздух, например, через отверстие диаметром приблизительно от 1 до 10 мм, расположенное на вершине крышки, выдерживающей давление емкости, получая предварительно вспененные частицы. Хотя коэффициент расширения предварительно вспененных частиц конкретно не ограничен, он обычно составляет приблизительно от 2 до 100, предпочтительно, приблизительно от 5 до 70, с учетом такого свойства, как формуемость при вспенивании.

Предварительно вспененные частицы могут быть при необходимости подвергнуты воздействию температуры в диапазоне от комнатной до температуры, превышающей комнатную температуру на величину приблизительно от 10 до 30°С, в течение приблизительно нескольких часов, а затем загружены в изложницу, подвергнуты нагреванию и формованию со вспениванием. Загрузка предварительно вспененных частиц в изложницу может быть осуществлена известными способами. Например, предварительно вспененные частицы могут быть загружены в изложницу под давлением сжатого воздуха. Применяют также какой-либо способ нагревания. Например, нагревание осуществляют, подавая в изложницу пар под давлением, составляющим приблизительно от 0,5 до 5 кгс/см², предпочтительно, приблизительно от 1,0 до 3,5 кгс/см². Время нагревания обычно составляет приблизительно от нескольких секунд до нескольких минут, предпочтительно, приблизительно от 10 до 60 секунд. По завершении формования со вспениванием частицы могут быть охлаждены с использованием водяного, воздушного охлаждения и т.п. Как таковая пена в соответствии с настоящим изобретением может быть получена способом вспенивания гранул.

Более того, способ вспенивания с применением сверхкритической жидкости может включать в себя импрегнирование смеси полимера и волокнистого и/или пластинчатого диэлектрического неорганического наполнителя сверхкритической двуокисью углерода и быстрое снижение давления.

Диэлектрическая полимерная пена в соответствии с настоящим изобретением может быть подвергнута формованию со вспениванием в изложнице вышеописанным способом, либо сформована после вспенивания с использованием обычного способа, такого как резка, с целью получения вспененного продукта, имеющего желаемую форму.

Диэлектрическая полимерная пена в соответствии с настоящим изобретением может иметь полую, сферическую форму (форма сферической раковины). Более того, диэлектрическая полимерная пена в соответствии с настоящим изобретением может иметь сферическую форму с многослойной структурой, в которой два или большее количество слоев, имеющих различные удельные диэлектрические проницаемости, концентрически накладываются один на другой, образуя концентрическую сферу (т.е. форма, подобная линзе Люнеберга).

При использовании диэлектрической полимерной пены в соответствии с настоящим изобретением для сферической линзы или линзы Люнеберга может быть получена пена в виде блока, разрезаемая и обрабатываемая до нужной формы (например, сферическая форма, форма сферической раковины, форма полусферической раковины и т.п.). Однако формование диэлектрического полимера в сферическую форму либо любые иные желательные формы предпочтит