Научный журнал
Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований

ISSN 1996-3955
ИФ РИНЦ = 0,580

РАДИАЦИОННО-ЗАЩИТНЫЕ НАНОНАПОЛНЕННЫЕ ПОЛИМЕРЫ

Ястребинская А.В. 1 Черкашина Н.И. 1 Матюхин П.В. 1
1 ФГБОУ ВПО «Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова»
Авторами исследованы физико-химических и технологических особенности получения термостойких радиационно-защитных композиционных материалов на основе полиимидной матрицы, армированной нанотрубчатыми наполненными волокнами. Разработана лабораторная установка для получения полиимидной наполненной плёнки. Режимы температурной обработки подбирали по результатам термогравиметрического исследования полиимидного лака АД-9103. На основе термогравиметрического исследования выбраны режимы температурной обработки полиимидной пленки: на воздухе – 10 мин; при 85ºС – 20 мин; при 200ºС – 60 мин; отжиг: при 250 °С – 30 мин, при 300 °С – 20 мин, при 350 °С – 10 мин, при 410 °С – 15 мин. Обработка при температуре 400 – 420 °С значительно повышает механическую прочность и термостабильность готовой плёнки. В дальнейшем на эти образцы плёнки вакуумно-плазменным методом проведено напыление вольфрама толщиной слоя 1 – 5 мкм. В результате получены образцы фольгированной вольфрамом полиимидной плёнки, наполненной синтетическим нанотрубчатым хризотилом. Соединение нескольких слоёв пленки позволяет получить многослойный композиционный материал с повышенными физико-механическими и радиационно-защитными свойствами.
радиационная защита
полиимидная матрица
нанотрубчатый наполнитель
1. Едаменко О.Д., Ястребинский Р.Н., Соколенко И.В., Ястребинская А.В. Нанонаполненные полимерные композиционные радиационно-защитные материалы авиационно-космического назначения // Современные проблемы науки и образования. – 2012. – № 6. – С. 128.
2. Матюхин П.В., Павленко В.И., Ястребинский Р.Н. Композиционный материал, стойкий к воздействию высокоэнергетических излучений // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. – 2012. – № 2. – С. 25–27.
3. Матюхин П.В., Павленко В.И., Ястребинский Р.Н., Бондаренко Ю.М. Перспективы создания современных высококонструкционных радиационно-защитных металлокомпозитов // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. – 2011. – № 2. – С. 27–29.
4. Матюхин П.В., Павленко В.И., Ястребинский Р.Н., Бондаренко Ю.М. Композиционный материал для радиационной защиты // Патент РФ №2470395, 20.12.2010.
5. Матюхин П.В., Ястребинский Р.Н. Исследование механизмов модифицирования поверхности природных железорудных минералов алкилсиликонатами // Известия высших учебных заведений. Серия: Химия и химическая технология. – 2005. – Т. 48. – № 4. – С. 140.
6. Огрель Л.Ю., Ястребинская А.В., Бондаренко Г.Н. Полимеризация эпоксидного связующего в присутствии добавки полиметилсилоксана // Строительные материалы. – 2005. – № 9. – С. 82–87.
7. Огрель Л.Ю., Ястребинская А.В. Структурообразование и свойства легированных эпоксидных композитов // Строительные материалы. – 2004. – № 8. – С. 48–49.
8. Павленко В.И., Ястребинский Р.Н. Полимерные радиационно-защитные композиты / Монография. – Белгород, БГТУ им. В.Г. Шухова, 2009. – 199 с.
9. Павленко В.И., Епифановский И.С., Ястребинский Р.Н., Куприева О.В. Термопластичные конструкционные композиционные материалы для радиационной защиты // Перспективные материалы. – 2010. – № 6. – С. 22–28.
10. Павленко В.И., Едаменко О.Д., Ястребинский Р.Н., Черкашина Н.И. Радиационно-защитный композиционный материал на основе полистирольной матрицы // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. – 2011. – № 3. – С. 113–116.
11. Павленко В.И., Ястребинская А.В., Павленко З.В., Ястребинский Р.Н. Высокодисперсные органосвинецсилоксановые наполнители полимерных матриц // Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. Серия: Технические науки. – 2010. – № 2. – С. 99–103.
12. Павленко В.И., Ястребинский Р.Н., Ястребинская А.В. Полимерные диэлектрические композиты с эффектом активной защиты // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. – 2009. – № 3. – С. 62–66.
13. Павленко В.И., Липканский В.М., Ястребинский Р.Н. Расчеты процессов прохождения гамма-квантов через полимерный радиационно-защитный композит // Инженерно-физический журнал. – 2004. – Т. 77, № 1. – С. 12–15.
14. Павленко В.И., Епифановский И.С., Ястребинский Р.Н. Радиационно-защитный бетон для биологической защиты ядерных реакторов // Перспективные материалы. – 2006. – № 3. – С. 22.
15. Павленко В.И., Воронов Д.В., Ястребинский Р.Н. Радиационно-защитный тяжелый бетон на основе железорудного минерального сырья // Известия высших учебных заведений. Строительство. – 2007. – № 4. – С. 40–42.
16. Павленко В.И., Ястребинский Р.Н., Смоликов А.А., Дегтярев С.В., Воронов Д.В. Радиационно-защитный бетон для биологической защиты ядерных реакторов // Перспективные материалы. – 2006. – № 2. – С. 47–50.
17. Павленко В.И., Ястребинский Р.Н., Воронов Д.В. Тяжелый бетон для защиты от ионизирующих излучений // Строительные материалы. – 2007. – № 8. – С. 48–49.
18. Павленко В.И., Ястребинский Р.Н., Воронов Д.В. Исследование тяжелого радиационно-защитного бетона после активации быстрыми нейтронами и гамма-излучением // Инженерно-физический журнал. – 2008. – Т. 81. – № 4. – С. 661–665.
19. Павленко В.И., Смоликов А.А., Ястребинский Р.Н., Дегтярев С.В., Панкратьев Ю.В., Орлов Ю.В. Радиационно-защитный бетон для АЭС c РБМК на основе железо-серпентинитовых композиций с цементным связующим // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. – 2004. – № 8. – С. 66.
20. Павленко В.И., Куприева О.В., Черкашина Н.И., Ястребинский Р.Н. Дефектность кристаллов модифицированного гидрида титана, подвергнутого термической обработке // Известия высших учебных заведений. Физика. – 2015. – Т. 58, № 5. – С. 125–129.
21. Павленко В.И., Ястребинский Р.Н., Матюхин П.В., Ястребинская А.В., Куприева О.В., Самойлова Ю.М. Радиационно-защитные транспортные контейнеры отработавшего ядерного топлива на основе высоконаполненной полимерной матрицы и железорудного сырья КМА // В сборнике: Региональная научно-техническая конференция по итогам конкурса ориентированных фундаментальных исследований по междисциплинарным темам, проводимого РФФИ и Правительством Белгородской области. – Белгород: БГТУ им. В.Г. Шухова, 2015. – С. 320–330.
22. Соколенко И.В., Ястребинский Р.Н., Крайний А.А., Матюхин П.В., Тарасов Д.Г. Моделирование прохождения высокоэнергетических электронов в высоконаполненном полимерном композите // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. – 2013. – № 6. – С. 145–148.
23. Ястребинская А.В., Огрель Л.Ю. Разработка и применение композиционного материала на основе эпоксидиановой смолы для строительных конструкций и теплоэнергетики // Современные наукоемкие технологии. – 2004. – № 2. – С. 173.
24. Ястребинская А.В., Павленко В.И., Ястребинский Р.Н. Коррозионностойкие полимеркомпозиты на основе эпоксидных и полиэфирных олигомеров для строительства // Перспективы развития строительного комплекса. – 2012. – Т. 1. – С. 243–247.
25. Ястребинский Р.Н., Павленко В.И., Ястребинская А.В., Матюхин П.В. Структурообразование металлоолигомерных водных дисперсий // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. – 2012. – № 2. – С. 121–123.
26. Ястребинский Р.Н., Павленко В.И., Матюхин П.В., Воронов Д.В., Павленко З.В., Самойлова Ю.М. Конструкционные радиационно-защитные композиционные материалы на основе модифицированных железорудных пород КМА // В сборнике: Региональная научно-техническая конференция по итогам конкурса ориентированных фундаментальных исследований по междисциплинарным темам, проводимого РФФИ и Правительством Белгородской области. – Белгород: БГТУ им. В.Г. Шухова, 2015. –С. 491–499.
27. Ястребинская А.В., Павленко В.И., Матюхин П.В., Воронов Д.В. Механическая активация полимерных диэлектрических композиционных материалов в непрерывном режиме // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. – 2009. – № 3. – С. 74–77.
28. Ястребинский Р.Н., Павленко В.И., Матюхин П.В., Четвериков Н.А. Композиционный материал для защиты от гамма-излучения // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. – 2011. – № 3. – С. 17–20.
29. Ястребинская А.В. Модифицированный конструкционный стеклопластик на основе эпоксидных олигомеров для строительных изделий: Автореф. дис. канд. техн. наук. / Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова. Белгород. Изд-во БГТУ им. В.Г. Шухова, 2004. – 19 с.
30. Ястребинский Р.Н., Павленко В.И., Бондаренко Г.Г., Ястребинская А.В., Черкашина Н.И. Модифицированные железооксидные системы – эффективные сорбенты радионуклидов // Перспективные материалы. – 2013. – № 5. – С. 39–43.
31. Ястребинский Р.Н., Бондаренко Г.Г., Павленко В.И. Транспортный упаковочный комплект для радиоактивных отходов на основе радиационно-защитной полимерной матрицы / Перспективные материалы. – 2015. – № 6. – С. 25–31.
32. Pavlenko V.I., Yastrebinskii R.N., Kuprieva O.V., Epifanovskii I.S. Thermoplastic constructional composite material for radiation protection // Inorganic Materials: Applied Research. – 2011. – Т. 2, № 2. – Р. 136–141.
33. Pavlenko V.I., Yastrebinskii R.N., Lipkanskii V.M. Simulation of the processes of gamma-radiation transport through shielding containers for radioactive waste // Russian Physics Journal. – 2003. – Т. 46, № 10. – Р. 1062–1065.
34. Pavlenko V.I., Yastrebinskij R.N., Degtyarev S.V. Modeling of processes of interaction of high-energy radiations with radiation-protective oxide of iron composites // Электромагнитные волны и электронные системы. – 2005. – Т. 10, № 1–2. – Р. 46–51.
35. Едаменко О.Д., Ястребинский Р.Н., Соколенко И.В., Ястребинская А.В. Нанонаполненные полимерные композиционные радиационно-защитные материалы авиационно-космического назначения // Современные проблемы науки и образования. – 2012. – № 6. – С. 128.
36. Матюхин П.В., Павленко В.И., Ястребинский Р.Н. Композиционный материал, стойкий к воздействию высокоэнергетических излучений // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. – 2012. – № 2. – С. 25–27.
37. Матюхин П.В., Павленко В.И., Ястребинский Р.Н., Бондаренко Ю.М. Перспективы создания современных высококонструкционных радиационно-защитных металлокомпозитов // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. – 2011. – № 2. – С. 27–29.
38. Матюхин П.В., Павленко В.И., Ястребинский Р.Н., Бондаренко Ю.М. Композиционный материал для радиационной защиты // Патент РФ №2470395, 20.12.2010.
39. Матюхин П.В., Ястребинский Р.Н. Исследование механизмов модифицирования поверхности природных железорудных минералов алкилсиликонатами // Известия высших учебных заведений. Серия: Химия и химическая технология. – 2005. – Т. 48. – № 4. – С. 140.
40. Огрель Л.Ю., Ястребинская А.В., Бондаренко Г.Н. Полимеризация эпоксидного связующего в присутствии добавки полиметилсилоксана // Строительные материалы. – 2005. – № 9. – С. 82–87.
41. Огрель Л.Ю., Ястребинская А.В. Структурообразование и свойства легированных эпоксидных композитов // Строительные материалы. – 2004. – № 8. – С. 48–49.
42. Павленко В.И., Ястребинский Р.Н. Полимерные радиационно-защитные композиты / Монография. – Белгород, БГТУ им. В.Г. Шухова, 2009. – 199 с.
43. Павленко В.И., Епифановский И.С., Ястребинский Р.Н., Куприева О.В. Термопластичные конструкционные композиционные материалы для радиационной защиты // Перспективные материалы. – 2010. – № 6. – С. 22–28.
44. Павленко В.И., Едаменко О.Д., Ястребинский Р.Н., Черкашина Н.И. Радиационно-защитный композиционный материал на основе полистирольной матрицы // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. – 2011. – № 3. – С. 113–116.
45. Павленко В.И., Ястребинская А.В., Павленко З.В., Ястребинский Р.Н. Высокодисперсные органосвинецсилоксановые наполнители полимерных матриц // Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. Серия: Технические науки. – 2010. – № 2. – С. 99–103.
46. Павленко В.И., Ястребинский Р.Н., Ястребинская А.В. Полимерные диэлектрические композиты с эффектом активной защиты // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. – 2009. – № 3. – С. 62–66.
47. Павленко В.И., Липканский В.М., Ястребинский Р.Н. Расчеты процессов прохождения гамма-квантов через полимерный радиационно-защитный композит // Инженерно-физический журнал. – 2004. – Т. 77, № 1. – С. 12–15.
48. Павленко В.И., Епифановский И.С., Ястребинский Р.Н. Радиационно-защитный бетон для биологической защиты ядерных реакторов // Перспективные материалы. – 2006. – № 3. – С. 22.
49. Павленко В.И., Воронов Д.В., Ястребинский Р.Н. Радиационно-защитный тяжелый бетон на основе железорудного минерального сырья // Известия высших учебных заведений. Строительство. – 2007. – № 4. – С. 40–42.
50. Павленко В.И., Ястребинский Р.Н., Смоликов А.А., Дегтярев С.В., Воронов Д.В. Радиационно-защитный бетон для биологической защиты ядерных реакторов // Перспективные материалы. – 2006. – № 2. – С. 47–50.
51. Павленко В.И., Ястребинский Р.Н., Воронов Д.В. Тяжелый бетон для защиты от ионизирующих излучений // Строительные материалы. – 2007. – № 8. – С. 48–49.
52. Павленко В.И., Ястребинский Р.Н., Воронов Д.В. Исследование тяжелого радиационно-защитного бетона после активации быстрыми нейтронами и гамма-излучением // Инженерно-физический журнал. – 2008. – Т. 81. – № 4. – С. 661–665.
53. Павленко В.И., Смоликов А.А., Ястребинский Р.Н., Дегтярев С.В., Панкратьев Ю.В., Орлов Ю.В. Радиационно-защитный бетон для АЭС c РБМК на основе железо-серпентинитовых композиций с цементным связующим // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. – 2004. – № 8. – С. 66.
54. Павленко В.И., Куприева О.В., Черкашина Н.И., Ястребинский Р.Н. Дефектность кристаллов модифицированного гидрида титана, подвергнутого термической обработке // Известия высших учебных заведений. Физика. – 2015. – Т. 58, № 5. – С. 125–129.
55. Павленко В.И., Ястребинский Р.Н., Матюхин П.В., Ястребинская А.В., Куприева О.В., Самойлова Ю.М. Радиационно-защитные транспортные контейнеры отработавшего ядерного топлива на основе высоконаполненной полимерной матрицы и железорудного сырья КМА // В сборнике: Региональная научно-техническая конференция по итогам конкурса ориентированных фундаментальных исследований по междисциплинарным темам, проводимого РФФИ и Правительством Белгородской области. – Белгород: БГТУ им. В.Г. Шухова, 2015. – С. 320–330.
56. Соколенко И.В., Ястребинский Р.Н., Крайний А.А., Матюхин П.В., Тарасов Д.Г. Моделирование прохождения высокоэнергетических электронов в высоконаполненном полимерном композите // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. – 2013. – № 6. – С. 145–148.
57. Ястребинская А.В., Огрель Л.Ю. Разработка и применение композиционного материала на основе эпоксидиановой смолы для строительных конструкций и теплоэнергетики // Современные наукоемкие технологии. – 2004. – № 2. – С. 173.
58. Ястребинская А.В., Павленко В.И., Ястребинский Р.Н. Коррозионностойкие полимеркомпозиты на основе эпоксидных и полиэфирных олигомеров для строительства // Перспективы развития строительного комплекса. – 2012. – Т. 1. – С. 243–247.
59. Ястребинский Р.Н., Павленко В.И., Ястребинская А.В., Матюхин П.В. Структурообразование металлоолигомерных водных дисперсий // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. – 2012. – № 2. – С. 121–123.
60. Ястребинский Р.Н., Павленко В.И., Матюхин П.В., Воронов Д.В., Павленко З.В., Самойлова Ю.М. Конструкционные радиационно-защитные композиционные материалы на основе модифицированных железорудных пород КМА // В сборнике: Региональная научно-техническая конференция по итогам конкурса ориентированных фундаментальных исследований по междисциплинарным темам, проводимого РФФИ и Правительством Белгородской области. – Белгород: БГТУ им. В.Г. Шухова, 2015. –С. 491–499.
61. Ястребинская А.В., Павленко В.И., Матюхин П.В., Воронов Д.В. Механическая активация полимерных диэлектрических композиционных материалов в непрерывном режиме // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. – 2009. – № 3. – С. 74–77.
62. Ястребинский Р.Н., Павленко В.И., Матюхин П.В., Четвериков Н.А. Композиционный материал для защиты от гамма-излучения // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. – 2011. – № 3. – С. 17–20.
63. Ястребинская А.В. Модифицированный конструкционный стеклопластик на основе эпоксидных олигомеров для строительных изделий: Автореф. дис. канд. техн. наук. / Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова. Белгород. Изд-во БГТУ им. В.Г. Шухова, 2004. – 19 с.
64. Ястребинский Р.Н., Павленко В.И., Бондаренко Г.Г., Ястребинская А.В., Черкашина Н.И. Модифицированные железооксидные системы – эффективные сорбенты радионуклидов // Перспективные материалы. – 2013. – № 5. – С. 39–43.
65. Ястребинский Р.Н., Бондаренко Г.Г., Павленко В.И. Транспортный упаковочный комплект для радиоактивных отходов на основе радиационно-защитной полимерной матрицы / Перспективные материалы. – 2015. – № 6. – С. 25–31.
66. Pavlenko V.I., Yastrebinskii R.N., Kuprieva O.V., Epifanovskii I.S. Thermoplastic constructional composite material for radiation protection // Inorganic Materials: Applied Research. – 2011. – Т. 2, № 2. – Р. 136–141.
67. Pavlenko V.I., Yastrebinskii R.N., Lipkanskii V.M. Simulation of the processes of gamma-radiation transport through shielding containers for radioactive waste // Russian Physics Journal. – 2003. – Т. 46, № 10. – Р. 1062–1065.
68. Pavlenko V.I., Yastrebinskij R.N., Degtyarev S.V. Modeling of processes of interaction of high-energy radiations with radiation-protective oxide of iron composites // Электромагнитные волны и электронные системы. – 2005. – Т. 10, № 1–2. – Р. 46–51.

Наличие на борту космического летательного аппарата ядерной энергетической установки обусловливает появление ряда дополнительных требований по обеспечению радиационной безопасности космического полета, связанных с необходимостью снижения до допустимого уровня воздействия ионизирующих излучений на организм членов экипажа при осуществлении пилотируемого полета или на системы корабля при его беспилотной эксплуатации. Наибольшие трудности, как и в случае эксплуатации наземных ядерно-технических установок вызывает снижение потоков нейтронов и гамма-квантов. Так как космическая среда практически не рассеивает нейтроны и γ- излучение, для беспилотных аппаратов, как правило, используется теневая защита. Такая защита обеспечивает создание зоны с пониженным уровнем излучений в ограниченном объеме пространства [1-12].

Требования предъявляемые к материалам защиты КЛА предполагают использование полимерных композиционных материалов на основе высокотермостойкой матрицы, обладающей повышенными термоустойчивостью, теплостойкостью и огнестойкостью. Эти материалы должны обладать стойкостью к ударным нагрузкам, растрескиванию, сохранять стабильность размеров при разных температурах (от минус 90 до плюс 250 °С). Полимерная матрица должна быть трудногорюча, обладать высокой электрической прочностью, химической и радиационной стойкостью.

Анализ существующих проблем в области создания защиты космической ЯЭУ показал, что необходим принципиально новый подход к конструированию биологической защиты, позволяющий ослабить влияние ионизирующего излучения до установленных норм при меньшей массе защиты космической ЯЭУ [13-24].

В этом направлении наиболее перспективна разработка термостойких, высокопрочных радиационно-защитных композиционных материалов на основе полиимидной матрицы, армированной нанотрубчатыми волокнами с повышенной способностью поглощения нейтронов. Благодаря использованию особого механизма послойного формирования композита с чередованием микро- и нано- слоев различной плотности, за счет рассеивания и внутреннего многократного отражения гамма-квантов, радиационно-защитные свойства разрабатываемых материалов будут значительно превосходить все имеющиеся аналоги [25-34].

Цель исследования

Исследование физико-химических и технологических особенностей получения термостойких радиационно-защитных композиционных материалов на основе полиимидной матрицы, армированной нанотрубчатыми наполненными волокнами.

Материалы и методы исследования

Для синтеза полиимидной матрицы был использован готовый раствор полиамидокислоты (ПАК) в виде полиимиднго лака АД-9103.

В качестве нейтроно- и гамма- поглощающего наполнителя использован борсодержащий хризотил с содержанием атомов бора 10,9 % масс, заполненный тугоплавким малорастворимым соединением на основе вольфрамата свинца.

Экспериментально было определено следующее соотношение компонентов: лак АД-9103 – 45 масс. %, нанотрубчатый борсодержащий хризотил 25 масс. %, N,N – диметилформамид 30 масс. %. Перемешивание компонентов производилось в течение 150 мин. при температуре 45 °С. Время перемешивания было обусловлено необходимостью равномерного диспергирования хризотила в растворе ПАК.

Для изготовления плёнки была собрана лабораторная установка, включающая ёмкость предварительного смешения компонентов 1, накопительную ёмкость 2, прижимной стальной полированный валок 3, щелевой фильер 4 и стальную полированную плиту-форму 5 с профрезерованной мелкой кюветой (рисунок).

Результаты исследования и их обсуждение

В ёмкость предварительного смешения, представляющую собой металлический обогреваемый сосуд, оборудованный пропеллерной мешалкой, подавались компоненты: лак АД-9103, синтезированный нанотрубчатый хризотил и N,N – диметилформамид в качестве растворителя. Соотношение выбиралось таким образом, чтобы условная вязкость готовой смеси не превышала 300 дин/сек.

Готовую суспензию через щелевой фильер под давлением наносили на полированную стальную плиту толщиной 0,5 см с профрезерованной кюветой глубиной 0,2 мм. Плиту-форму с помощью роликового механизма протягивали под прижимным полированным стальным валком, обеспечивающим равномерную толщину плёнки. Все поверхности перед нанесением суспензии были тщательно обезжирены ацетоном и обработаны антиадгезивом (жидкость ГКЖ).

Плиту-форму с плёнкой помещали в сушильный шкаф и подвергали просушке под вакуумом 0,01 МПа для удаления растворителя в течение 120 мин. при температуре 90 °С. Далее плёнку подвергали имидизации посредством термообработки.

Режимы температурной обработки подбирали по результатам термогравиметрического исследования полиимидного лака АД-9103. На основе термогравиметрического исследования выбраны режимы температурной обработки полиимидной пленки: на воздухе – 10 мин; при 85 °С – 20 мин; при 200ºС – 60 мин; отжиг: при 250 °С – 30 мин, при 300 °С – 20 мин, при 350 °С – 10 мин, при 410 °С – 15 мин. Обработка при температуре 400 – 420 °С значительно повышает механическую прочность и термостабильность готовой плёнки.

После отжига и охлаждения плёнки её снимали с плиты-формы. Таким образом, были получены образцы плёнки размером 140х190 мм, средней толщиной 0,12 мм. Очевидно, что меньшая толщина получалась в результате термоусадки материала при обжиге. Полученные образцы имели следующие физико-механические характеристики, представленные в таблице.

jstreb1.wmf

Лабораторная установка для получения полиимидной наполненной плёнки: 1 – ёмкость предварительного смешения компонентов; 2 – накопительная ёмкость; 3 – прижимной валок; 4 – щелевой фильер; 5 – фрезерованная плита-форма, 6 – роликовый протяжный механизм

Физико-механические характеристики полиимидной пленки, армированной нанотрубчатыми наполненными волокнами

Наименование характеристик

Показатели

Прочность при разрыве, МПа

120 – 150

Относительное удлинение при разрыве, %

60 – 75

Модуль упругости при растяжении, МПа

2700 – 3000

Электрическая прочность, кВ/мм

210...270

Диэлектрическая проницаемость (частота 103 Гц)

3,0...3,5

Удельное объемное электрическое сопротивление, Ом·м

1014 – 1015

Удельная теплоемкость от 20 до 300 °С, Дж/кг·К

1013 – 1014

Коэффициент линейного теплового расширения (20-250) °С

(20 – 30)·1016

В дальнейшем на эти образцы плёнки вакуумно-плазменным методом проведено напыление вольфрама толщиной слоя 1–5 мкм. В результате получены образцы фольгированной вольфрамом полиимидной плёнки, наполненной синтетическим нанотрубчатым хризотилом. Соединение нескольких слоёв пленки позволяет получить многослойный композиционный материал с повышенными физико-механическими и радиационно-защитными свойствами.

Заключение

Разработан механизм послойного формирования полимерного композита на основе нанонаполненной полиимидной матрицы с чередованием микро- и нано- слоев различной плотности, позволяющий за счет рассеивания и внутреннего многократного отражения гамма-квантов значительно повысить радиационно-защитные свойства материала.

Работа выполнена при поддержке проектной части Государственного задания Минобрнауки РФ, проект № 11.2034.2014/K и гранта РФФИ, проект. № 14-08-00325.


Библиографическая ссылка

Ястребинская А.В., Черкашина Н.И., Матюхин П.В. РАДИАЦИОННО-ЗАЩИТНЫЕ НАНОНАПОЛНЕННЫЕ ПОЛИМЕРЫ // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2015. – № 12-7. – С. 1191-1194;
URL: http://applied-research.ru/ru/article/view?id=8113 (дата обращения: 22.09.2020).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074