Verwendung von metallisierten, textilen Flächengebilden als Reflexionsmedien für Mikrowellen

Abstract

 Metallisierte, textile Flächengebilde aus synthetischen Polymeren oder nativen Fasern, auf denen eine Metallschicht nasschemisch stromlos niedergeschlagen worden ist, eignen sich besonders als Reflektoren für elektromagnetische Wellen im Bereich von 10 MHz bis 1000 GHz. Bei gestreckten, metallisierten Geweben ist die reflektierende Strahlung teilweise polarisiert, was die Erkennbarkeit eines Objektes mit Radarstrahlen erleichtern bzw. erhöhen kann. Durch periodisches Recken und Entlasten des Gewebes kann sogar eine Modulation der reflektierten Mikrowellen erreicht werden.

Beschreibung

[0001] Walt verbreiter ist die Ortung mit Radar auch und besonders bei Nebel oder unsichtigem Wetter. Besonders in der Seefahrt sollen auch kleine Objekte (z.B. Rettungsinseln, kleine Boote u.a.) in einer Entfernung bis ca. 10 km erkannt warden die Ortbarkeit wird jedoch bei s-carkam Seegang erschwert, weil bereits Wasser eine verhält- hizmäßig hohe (ca. 50 %) Reflexion für Radarwellen hat. Die interessierenden Objekte sollen daher mindestens ein Reflexionsvermögen von 90 % haben. Kompaktes Material, das Radarstrahlung mit geringen Verlusten reflektiert, kannt als Außenverkleidung oft nicht in Frage. Aus technischen oder Gewichtsgründen kann die Außenwand kleiner Objekte auf See nicht mit einer kompakten metallischen Oberfläche versehen werden.

[0002] Aufgabe der Erfindung ist es, die Erkennbarkeit kleinerer Objekte mit Radarstrahlen, besonders im Bereich der See-und Luftfahrt und im Rettungswesen, zu verbessern. Es wurde nun gefunden, daß die Erkennbarkeit durch Radar, besonders bei kleinen Objekten, verbessert wird, wenn an den Objekten metallisierte textile Flächengebilde angebracht sind, wobei das Metall nach Aktivierung der textilen Flächengebilde auf diesen mit einer Gesamtmetallschichtdicke zwischen 0,02 und 2,5_/um naßchemisch stromlos niedergeschlagen worden ist. Unter textilen Flächengebilden werden Webwaren, Maschenwaren und Vliese verstanden. Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung von metallisierten textilen Flächengebilden als reflektierendes Material für Mikro- und Dezimeterwellenstrahlung.

[0003] Man kann die Polarisation der an gestreckten metallisierten Geweben reflektierten Strahlung ausnutzen, um die Objekterkennbarkeit zu erleichtern bzw. zu erhöhen. Durch periodisches Recken und Entlasten kann eine pulsierende Polarisation der reflektierten Mikrowellen erreicht werden.

[0004] Von besonderem Vorteil ist, daß bereits dünne Metallschichten eine ausreichend hohe Reflexion ergeben. Die Oberflächenleitfähigkeit der textilen Flächengebilde ist erheblich größer, als wenn die gleiche Metallmenge durch Bedampfen aufgebracht worden wäre. Der Oberflächenwiderstand, gemessen nach DIN 54345 bei 23°C und 50 % rF., ist dabei größenordnungsmäßig um oder unter 1 . 10²Ω. Es überrascht, daß selbst Schichtdicken im Bereich der Skintiefe noch ein hohes Reflexionsvermögen aufweisen, was mit der textilen Unterlage zusammenhängen dürfte. Bei Nickelschichten ist beispielsweise die Skintiefe bei 3 GHz 0,27,um, bei 9 GHz 0,16 µm.

[0005] Durch die verbesserte Erkennbarkeit auch kleiner Objekte, deren Oberfläche wenigstens teilweise mit metallisierten textilen Flächengebilden belegt ist, wird die Sicherheit, besonders im Bereich der Schiffahrt, Luftfahrt und des Rettungswesens, erhöht.

[0006] Von besonderem Vorteil bei der erfindungsgemäßen Verwendung ist das leichte Gewicht und die Flexibilität des Materials. Es läßt sich auf unebenen Flächen befestigen und kann auf beliebige Größen zugeschnitten werden. Es ist so leicht, daß durch das zusätzlich angebrachte Material das Gesamtgewicht kaum verändert wird. Es ist eine neuartiqe, technische Methode, das Reflexionsverhalten eines nichtmetallischen Objekts für Radarstrahlen zu erhöhen. Auch die Haltbarkeit der stromlos abgeschiedenen Schicht ist höher, als man es bei einer aufgedampften Metallschicht erwarten würde. Zudem ist es möglich, die Metallschicht durch eine weitere Schutzschicht, z.B. durch eine Lackierung, Kaschierung oder Beschichtung, zusätzlich zu schützen. In einem Bereich zwischen 0,02 und 1000 GHz, also in einem weit größeren Bereich als nur der "klassischen" Radarstrahlung, ist das Reflexionsvermögen sehr hoch.

[0007] Das textile Flächengebilde kann aus'Baumwolle, Polyacrylnitril, Polyamid, Aramid, Polyester, Viskose, Modacryl, Polyolefin, Polyurethan, PVC alleine oder auch untereinander kombiniert bestehen. Die stromlos abgeschiedene Metallschicht besteht bevorzugt aus Nickel, Kobalt, Kupfer, Silber, Gold, auch in Kombinationen oder als Legierung.

[0008] Die Maschengröße bzw. Kreuzungspunkte der Schuß- und Kettfäden bei Geweben soll kleiner als die halbe Wellenlänge der zu reflektierenden Strahlung sein; bevorzugt ist ein textiles Flächengebilde, wo die Größe der Maschen ein Zehntel der Wellenlänge nicht überschreitet. Die Reflexion hängt außerdem von der Form der textilen Konstruktion ab. Man wird daher eine möglichst isotrope textile Konstruktion wählen, wenn die Reflexion isotrop sein soll. Andererseits läßt sich durch Verspannen eine lockeren, grobmaschigeren, textilen Flächengebildes erreichen, daß die Mikrowellenstrahlen nach der Reflexion teilweise polarisiert sind, wenn unpolarisierte Strahlung einfällt, bzw. ist bei linear polarisierter, auftreffender Strahlung die Reflexion besonders groß, wenn die mechanische Spannung und der Vektor der elektrischen Feldstärke aufeinander senkrecht stehen.

[0009] Die Erfindung ist im folgenden weiter beispielhaft beschrieben.

Beispiel 1

[0010] Ein 100 %-Polyacrylnitril-Filamentgarngewebe hat folgende textiltechnische Konstruktion:

Kette und Schuß: 238 dtex (effektiv) aus dtex 220 f 96 Z150, 38,5 Kettfäden/cm und 27 Schußfäden/cm,

Es wird bei Raumtemperatur in ein salzsaures Bad (pH ≦ 1) einer kolloidalen Palladiumlösung gemäß DE-AS 1 197 720 eingetaucht. Nach Verweilen unter leichter Warenbewegung bis etwa 2 Minuten wird das Gut entnommen und mit Wasser bei Raumtemperatur gespült. Dann gibt man es etwa 1,5 Minuten in eine 5 %ige Natronlauge bei Raumtemperatur. Danach spült man bei Raumtemperatur mit Wasser ca. 30 Sekunden lang und trägt es in eine Lösung bei Raumtemperatur ein, bestehend aus 0,2 Mol/l Nickel-II-chlorid, 0,9 Mol/1 Ammoniumhydroxid, 0,2 Mol/1 Natriumhypophosphit, in das man soviel Ammoniak einleitet, daß der pH-Wert bei 20°C ca. 9,4 beträgt. Bereits nach 10 Sekunden beginnt sich die Probe dunkel unter Nickelabscheidung zu verfärben. Nach 20 Sekunden schwimmt die Probe unter Wasserstoffgasentwicklung nach oben und ist bereits vollständig mit Nickel bedeckt. Man läßt die Probe etwa 20 Minuten im Metallsalzbad, entnimmt, spült und trocknet.

[0011] Innerhalb dieser 20 Minuten hat die Probe (Trockengewicht 7,2 g) etwa 3,1 g, d.h. ca. 40 Gew.-% Nickelmetall, aufgenommen. Es überrascht die schnelle Aktivierbarkeit und die hohe Metallabscheidung bei Raumtemperatur. Die Nickelschichtdicke auf der Faseroberfläche beträgt 0,77 µm.

[0012] Nach diesem soeben beschriebenen Verfahren wurden verschieden dick mit Nickel beschichtete textile Flächengebilde hergestellt und die Reflexionsverluste zwischen 2 und 25 GHz gemessen. Das Meßverfahren ist beispielsweise in H. Groll, Mikrowellenmeßtechnik, F. Vieweg & Sohn, Braun- sc_hweig, 1969, S. 353 ff, beschrieben. Der Reflexionsverlust ist in dB angegeben. Zur Eliminierung des Effekts stehender Wellen im Bereich vor dem Meßobjekt (Grenzflächenreflexion) wird eine breitbandig frequenzmodulierte Strahlung konstanter Leistung, z.B. 1,9 bis 2,4 GHz, 7 bis 8 GHz, verwendet.

Beispiel 2

[0013] Reflexionsverluste an metallisierten textilen Flächengebilden in dB bei schrägem Einfall.

[0014] Die textilen Flächengebilde sind die gleichen wie im Beispiel 1; sie sind auch wie in Beispiel 1 mit Nickel beschichtet. Der Einfallswinkel beträgt 30°.

Beispiel 3

[0015] Bei einem groben Spinnfasergewebe aus Polyacrylnitrilspinnfasern in Leinwandbindung mit großem Abstand der Kreuzungspunkte zwischen Kett- und Schußfaden (1,5 mm Zwischenraum zwischen den beiden Kett- bzw. Schußfäden; 50,4 Kettfäden/10 cm, 42,2 Schußfäden/10 cm, L 1/1) zeigt eine Abnahme des Reflexionsvermögens bei zunehmender Frequenz.

[0016] Zur Erzielung guter Reflexion bei kurzen Wellenlängen , sind daher dichte Gewebe erforderlich.

Beispiel 4

[0017] Kombination zweier Metallschichten.

[0018] Ein textiles Flächengebilde nach Beispiel 1 wird wie dort beschrieben mit einer 0,2 µm Nickelauflage beschichtet. Es wird direkt nach dem Spülen in noch nassem Zustand in ein Goldcyanidbad bei 78°C gegeben. Das Goldbad auf Basis Kaliumgoldcyanid wird bei einem Goldgehalt von 4 g/1 mittels Ammoniak auf einen pH von 10,5 eingestellt. Nach 20 Sekunden ist auf der glänzenden Nickelschicht ein goldglänzender Metallfilm abgeschieden. Innerhalb von 5 Minuten beträgt die Goldschichtdicke auf der vernickelten Oberfläche 0,2 _/um. Die Reflexionsverluste in dB bei senkrechtem Einfall sind nachfolgend dargestellt.

Beispiel 5

[0019] Der Reflexionsgrad hängt von mechanischen Spannungen ab.

[0020] Es fällt linear polarisierte Mikrowellenstrahlung senkrecht auf ein Gestrick eines Acrylnitril-Copolymerisates, auf dem eine 0,75 µm dicke Nickelschicht abgeschieden ist. In Zeile II sind die Reflexionsverluste in dB angegeben, wenn das Gestrick nicht mechanisch beansprucht ist. In Zeile I sind die Verluste bei Zugbeanspruchung angegeben (Spannungsrichtung arallel zum E-Vektor).

[0021] Eine periodische Variation der Zugbeanspruchung führt zu einer periodischen Variation der reflektierten Mikrowellenintensität. Dadurch kann die Erkennbarkeit eines durch Radar gesuchten Objekts innerhalb einer isotrop oder zumindest zeitlich konstant reflektierenden Umgebung erheblich gesteigert werden (Seenotrettungsdienst, Freund/Feind-Erkennung usw.). Man geht entweder von einer linear polarisierten Strahlung aus und bewertet die Intensitätsvariation des Reflektors, oder man benutzt zirkular polarisierte Radarstrahlung, wobei das reflektierte Signal eine periodische Variation der Elliptizität der Polarisation aufweist, die durch einen Analysator auf der Empfangsseite nachgewiesen werden kann.

Beispiel 6

[0022] Ein Polyäthylenpapier, d.h. ein Vlies aus Polyolefinstapelfasern, wird wie vorstehend beschrieben, mit einer stromlos abgeschiedenen Nickelschicht versehen. Bei einer 0,4 µm dicken Nickelschicht ergeben sich die nachfolgend dargestellten Reflexionsverluste in dB:

Dieses metallisierte, textile Flächengebilde ist besonders als Erkennungsmaterial geeignet, z.B. als Kreuz für Suchhubschrauber. Wegen seines geringen Gewichts kann es einfach bei Expeditionen mitgeführt werden.

Beispiel 7

[0023] Ein Polyester-Baumwoll-Mischgewebe, bestehend aus 65 Gew.-% Polyesterstapelfasern auf Basis Polyäthylenterephthalat und 35 Gew.-% Baumwolle, zeigt bei einer 0,7_/um dicken Nickelschicht die nachfolgend angegebenen Reflexionsverluste in dB.

[0024] Dieses metallisierte Material ist geeignet für Zelte, Rucksäche oder Bekleidungsstücke für Skifahrer und Wanderer. Das Gewebe ist nur unmerklich schwerer geworden durch die Metallisierung; es hat seine textilelastischen Eigenschaften nicht verloren. Wenn man es mit einer Weich-PVC-Schicht überzieht, um es regenfest zu machen, kann es zusätzlich mit _Warnfarben versehen werden. Personen, die solche Rucksäcke oder Kleidungsstücke tragen, sind mit Radargeräten auffindbar, wenn sie sich in Wüstengebieten oder in der Tundra verirrt haben.

Beispiel 8

[0025] Ein Ballongewebe, z.B. aus einem Polyesterfilament^garngewebe oder Nylon-6,6-gewebe wird mit einer ca. 0,7 µm dicken stranlos abgeschiedenen Nickelschicht überzogen. Außerdem erhält es einen schützenden Überzug aus PVC, Gummi oder Polyurethanlack. Diese nachträgliche Kaschierung stört nicht das Reflexionsvermögen der Flächengebilde. In Zeile I sind die Reflexionsverluste in dB dieses Gewebes angegeben, wenn es nur mit einer 0,7_/um dicken Nickelschicht versehen ist, In Zeile II die Verluste bei einer zusätzlichen Gummierung.

Ein Freiballon, der aus solchem Material hergestellt ist, kann mit dem Bordradar eines Verkehrsflugzeuges leicht geortet werden.

[0026] Das Gewebe kann beim Segelflugzeugbau auch als letzte Lage in Polyesterharz eingebettet werden, was die Radarortbarkeit von Segelflugzeugen erhöht.

Beispiel 9

[0027] Verwendung von metallisierten, kaschierten Geweben im Rettungswesen.

[0028] Ein Polyamid- oder Polyesterfilamentgarngewebe wird mit einer ca. 0,65 µm dicken Nickelschicht versehen. In Zeile I der nachfolgenden Tabelle sind die Reflexionsverluste in dB angegeben, durch Kaschieren mit einem PVC-Überzug (Zeile II) oder mit einer Polyäthylenbeschichtung (Zeile III) wird das Reflexionsvermögen des metallisierten Gewebes praktisch nicht verändert.

Aus diesem metallisierten Gewebe lassen sich in vorteilhafter Weise Schwimmwesten herstellen, die zusätzlich mit der vorgeschriebenen Warnfarbe RAL 2002 versehen werden können. Auch an Rettungsinseln kann das Gewebe angebracht werden. Wenn das Gewebe in den Mastspitzen von Segelbooten angebracht wird, sind sie leichter mit Radar zu orten, ohne daß das Segelboot kopflastig wird.

[0029] Es kann bei den metallisierten, textilen Flächengebilden ein weiterer Vorteil sein, daß sie elektrisch aufgeheizt werden können.

Ansprüche

1. Verwendung von metallisierten, textilen Flächengebilden aus synthetischen Polymeren oder nativen Fasern, wobei das Metall nach Aktivierung der textilen Flächengebilde auf diesen mit einer Gesamtmetallschichtdicke zwischen 0,02 und 2,5_/um naßchemisch stromlos niedergeschlagenen worden ist, als reflektierendes Material für Mikrowellen- und Hochfrequenzstrahlung im Bereich von 0,01 bis 1000 GHz.

2. Verwendung von metallisierten, textilen Flächengebilden nach Anspruch 1 als Reflektoren von Radarwellen an Luft-, Land- und Seefahrzeugen oder Geräten.

3. Verwendung von metallisierten, textilen Flächengebilden nach Ansprüchen 1 und 2, gekennzeichnet durch eine Maschenweite kleiner als ein Zehntel der Wellenlänge der zu reflektierenden Strahlung.

4. Verwendung von metallisierten, textilen Flächengebilden nach Ansprüchen 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine zusätzlich galvanisch aufgebrachte Metallschicht.

5. Verwendung von metallisierten, textilen Flächengebilden nach Ansprüchen 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine Schutzschicht auf dem textilen Flächengebilde.

6. Verwendung von metallisierten, textilen Flächen--gebilden nach Ansprüchen 1 bis 5 als Reflektoren, wobei durch ein- oder zweiachsige Streckung der textilen Flächengebilde der Polarisationsgrad der reflektierten Strahlung verändert ist.

7. Verwendung von metallisierten, textilen Flächengebilden nach Anspruch 6 als variable Reflektoren, wobei die mechanische Streckung zeitabhängig ist.