Диссертация (1150237), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Изменения свойств полимеров при ихадсорбции на поверхности наполнителя столь значительны, что наполненныйполимер можно рассматривать как трехкомпонентную систему: наполненныйполимер, адсорбированный полимер, образующий граничный слой сизмененными свойствами на поверхности наполнителя, и наполнитель.Рис. 1.1.
Относительный модуль упругости в зависимости от объемнойдоли частиц в композитных гелях, согласно уравнениям Ван-дер-Поела(пунктирные линии) и Смита с V = 0.5 и φm = 0.64 (сплошные линии), при20различных значениях относительной твердости частиц наполнителя иматрицы (M = G'f / G'm). Стрелка указывает на эффект увеличения M дляданной объемной доли частиц.Ван-дер-Поелом [45] была предложена модель для расчета модулясдвига композита, состоящего из сфер, погруженных в матрицу.
Сферыпрочно прикреплены к матрице, и равномерно распределены в ней. Каждаясфера наполнителя с радиусом а окружена оболочкой из материала матрицы(радиуса R = 1), которая в свою очередь находится в однородном материале.В работе Смит [46] упростил формулу расчета по этой модели. Результатырасчетов представлены на рисунке 1.1.Рассмотренные выше факторы относятся главным образом к усилениюэластомеров, т.е. полимеров с гибкими макромолекулами (упруговязкиесистемы). Упрочнение жесткоцепных полимеров обусловлено в основном неориентирующимперенапряжениядействиемнакраяхнаполнителя,растущихатрещин.изменениемРостусловийразвивающейсямакротрещины, встречающей на пути наполнитель, ограничивается, идальнейшее ее развитие требует повышения напряжения [47].В работе Виролайнен с соавт.
[48] наблюдалось повышение прочностиКМ на основе лестосила (40% толуольный раствор) и карбонильного железаР10, предварительно модифицированного ионогенными ПАВ (соотношениеКЖ : лестосил – 90 : 100 мас. ч.), по сравнению с КМ на основенемодифицированного наполнителя. При этом лучшие результаты былиполучены для анионного ПАВ (табл. 1.1).
Модификация наполнителя ПАВтакже повышает термическую стабильность КМ (табл. 1.2). Повышениетермостойкости связано с образованием прочных химических связейполимера с модифицированной поверхностью наполнителя и со снижениемкинетической подвижности адсорбированных макромолекул.21Таблица 1.1. Физико-механические свойства КМ на основе лестосила икарбонильного железа Р10Удельнаяразрывнаянагрузка,г с/мм2125Относительноеудлинение приразрыве,%150Цетилпиридиний бромид14513116.44Додецилсульфат натрия15312617.47МодификаторБез модификатораУсилиеразрыва,Н13.13Таблица 1.2.
Температурные и массовые параметры процесса деструкцииКМ на основе лестосила и карбонильного железа Р10МодификаторТн, °СТмах, °СВесовые потери, %300°400°500°600°Без модификатора4205102.69.02535Цетилпиридиний бромид4155202.35.71821Додецилсульфат натрия4155202.43.713.727ВМГУподруководствомА.Р.Хохловаразрабатываютсямагнитоуправляемые эластомеры (МУЭ) [33, 49-51].
МУЭ принадлежат кновомутипумагнитореологических«интеллектуальных»материалов,способных изменять свои свойства под действием внешним магнитныхполей. Они представляют собой полимерные матрицы с внедренными в нихмагнитными частицами железа и его окислов нано и/или микро размера.МУЭ обладают небольшим модулем Юнга (порядка нескольких десятковкПа), так что упругие силы полимерной матрицы и магнитные силы,действующие между частицами магнитного наполнителя в магнитном поле,оказываютсясравнимыпопорядкувеличины.Врезультатемагнитоуправляемого структурирования наполнителя внутри полимернойматрицы эластомеры демонстрируют (а) уникальную способность к быстрыми контролируемым значительным изменениям вязкоупругих свойств под22действием внешних магнитных полей (магнитореологический эффект); (б)уникальную способность к быстрым и контролируемым крупномасштабнымдеформациям в градиентных магнитных полях (магнитодеформационныйэффект);(в)эффектпамятиформы,илиэффектпластичности,индуцированной магнитным полем.
Перечисленные выше свойства МУЭзависят от типа и содержания магнитного наполнителя, а также свойствполимерной матрицы.На основе полимерных композитов с магнитным наполнителем могутбыть получены и поглотители электромагнитных волн (ПЭВ), которыенаходят сразу несколько применений в самых различных сферах, это:– маскировка военной техники от радиолокационного обнаружения;– защита информации, то есть предупреждение от несанкционированногосъема по электромагнитному каналу;– решение проблем электромагнитной совместимости радиоэлектроннойаппаратуры;– решение проблем медико-биологической электромагнитной безопасности(защита от вредного воздействия побочных излучений электронныхприборов).При этом наиболее эффективные поглотители электромагнитных волндолжны обладать сочетанием диэлектрических и магнитных потерь вшироком диапазоне частот.Вработе[52]рассмотренынекоторыепримерыприменениянанотехнологий для поглотителей электромагнитных волн.
В частности,ОАО "ЦКБ РМ" совместно с Московским институтом стали и сплавов былразработанрадиопоглощающийматериалнаосновемакропористогоносителя с частицами никеля размером 10 - 100 нм. В качестве носителя былвыбран материал ТЗМК 10, который применялся на космическом аппарате"Буран". Энергия падающей электромагнитной волны (ЭМВ) преобразуется втепловую за счет колебаний частиц, при этом благодаря различному размеру23последних, поглощение осуществляется в широком диапазоне частот.Коэффициент отражения такого РПМ не хуже 15 дБ в диапазоне 8 - 30 ГГц.При наполнении магнитными частицами могут быть получены ирадиопоглощающие пленочные материалы (РПМ).
В работе [53] предложенРПМ клей «Элатон» на основе латекса и порошкообразного феррита иликарбонильного железа (80:20 – 20:80 мас.%). С его с его помощью получаютпрочные, термостойкие, тонкопленочные (1-2 мм) радиопоглощающиепокрытия. При этом магнитные частицы можно рассматривать какэлементарные,переизлучающиехаотичнопадающеерасположенныенанихСВЧдиполи,отражающиеизлучениевиразличныхнаправлениях. Вследствие этого коэффициент отражения электромагнитнойэнергии в направлении источника излучения уменьшается.В работе Д.О.
Смирнова [54] разработана методика нанесениякомпозиционных радиопоглощающих покрытий со связующим из латекса,наполненного ферритами, позволяющая формировать изделия любой формы.Там же предложено и опробовано применение углеродных нанотрубок вкачестве добавок в композиционные радиопоглощающиематериалы,позволяющих увеличить поглощение электромагнитного излучения на 15 дБили приблизительно в 30 раз (при добавке УНТ в количестве 1 мас.%). Приэтом также происходит увеличение действительной и мнимой частейдиэлектрической проницаемости композита и тангенса угла диэлектрическихпотерь.В ОАО "НИИ "Феррит-Домен" разработана технология полученияРПМ на основе тонких пленок аморфного гидрогенизированного углерода снаночастицами 3d металлов (Ni, Co, Fe и др.), нанесенных методом ионноплазменного магнетронного напыления на гибкие подложки из арамиднойткани (кевлар) [55].
Новые материалы позволяют создавать легкиесверхширокополосные радиопоглощающие покрытия с высоким уровнемпоглощения электромагнитного излучения (модуль коэффициента отражения24электромагнитной волны не хуже -10 дБ) в сверхвысокочастотном,инфракрасном и оптическом диапазонах частот.В работе [32] показано, что композиционные материалы на основекарбонильного железа обладают хорошими поглощающими свойствами вдиапазоне частот от ~3 до 37 ГГц и выше при малых толщинах слоев. Онимогут быть использованы как в качестве маскирующих покрытий,расположенных на металлической поверхности, так и в качестве защитныхнеотражающихпокрытийсмалымикоэффициентамиотраженияипрохождения.
Наличие минимума коэффициента отражения от двухслойнойструктуры на частотах выше 37 ГГц открывает возможность создаватьрадиопоглощающиематериалыинаболеевысокиечастоты,присоответствующем выборе толщины слоев.В работах [31, 56, 57] предложено в качестве наполнителейкомпозиционныхРПМдляСВЧдиапазонаиспользоватьпорошкикарбонильного железа. Исследование спектров комплексных магнитной идиэлектрической проницаемостей композитов с разными коэффициентаминаполнения на частотах до 18 ГГц показало, что данные материалы обладаютзаметными магнитными и диэлектрическими потерями и перспективны дляприменения в качестве ПЭВ СВЧ диапазона.
Показано также, что меньшимикоэффициентами отражения и большей широкополосностью обладаютдвухслойные РПМ [56] по сравнению с однослойными [57]. Они состоят изсильно поглощающего слоя, расположенного на металлической поверхностиислоясменьшимизначениямимагнитнойидиэлектрическойпроницаемостей, согласующего ПЭВ со свободным пространством.1.4.
Жидкие металлополимерные композиционные материалыСуспензии магнитных частиц размером 5-10 нм или порядка 1-5 мкмназываютсямагнитнымиимагнитореологическимижидкостями,соответственно. Они принадлежат к умным материалам, поскольку спомощью внешнего магнитного поля можно управлять их текучестью и25реологическими свойствами [58-60]. Магнитные жидкости – суспензииколлоидных магнитных частиц, стабилизированных с использованиемповерхностно-активных веществ, в жидких средах [61, 62]. В качествемагнитнойфазывферрофлюидахиспользуютмагнетит,ферриты,наночастицы железа, получающиеся при термораспаде Fe(CO)5, обычноприменяемые жидкие фазы – декалин, силиконовые жидкости [63]. Впоставляемых на рынок магнитных жидкостях чаще всего содержитсямагнетит.
Типичными магнитными частицами для МРЖ могут бытьпарамагнитные, суперпарамагнитные или ферромагнитные соединения,состоящие из железа и его оксидов, никеля, кобальта и их сплавов [64-68].Диспергированные в инертной (немагнитной) жидкости такой, как масло,включая жидкости на основе парафина, натуральных жирных кислот,минеральных, углеводородных и силиконовых масел, при наложениивнешнего магнитного поля свободно перемещающиеся частицы становятсяполяризованными, и соединяются с соседними частицами, образуя цепочкивдольнаправленияСоответственно,МРЖприложенногодемонстрируетмагнитногорезкоеполяувеличение(рис.1.2.).кажущейсясдвиговой вязкости и модуля упругости, которые можно контролировать,изменяя интенсивность магнитного поля.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
