НАНОТРУБЧАТЫЕ НАПОЛНИТЕЛИ РАДИАЦИОННО-ЗАЩИТНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

Матюхин П. В.

Кандидат технических наук, доцент, Белгородский государственный технологический университет им. В. Г. Шухова

НАНОТРУБЧАТЫЕ НАПОЛНИТЕЛИ РАДИАЦИОННО-ЗАЩИТНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

Аннотация

Получен волокнистый нанотрубчатый хризотил с повышенной способностью замедления и поглощения нейтронов. Разработаны научно-технические основы создания высокопрочных облегченных радиационно-защитных композиционных материалов на основе термостойкой полиимидной матрицы, армированной нанотрубчатыми волокнами.

Ключевые слова: нанотрубчатый хризотил, полиимидная матрица, нейтронное излучение, наполненные полимеры.

Matyuhin P. V.

PhD in technica, Associate professor, Belgorod State Technological University named after V. G. Shukhova

NANOTUBULAR FILLERS OF RADIATION AND PROTECTIVE COMPOSITE MATERIALS

Abstract

It is received fibrous nanotubular hrizotil with the increased ability of delay and absorption of neutrons. Scientific and technical bases of creation of the high-strength facilitated radiation protective composite materials on the basis of the heat-resistant poliimidny matrix reinforced by nanotubular fibers are developed.

Keywords: nanotubular hrizotil, a poliimidny matrix, the neutron radiation, the filled polymers.

Ограниченность использование ядерных энергетических установок (ЯЭУ) в космосе обусловлена возможностью возникновения аварийных ситуаций и последующего радиационного загрязнения атмосферы. Кроме того, должна быть обеспечена эффективная биологическая защита персонала космических аппаратов не только от внешнего космического излучения, но и от излучения самого ядерного реактора. Создание легкой эффективной биологической защиты – одна из основных проблем, ограничивающих возможность использования ЯЭУ в космосе и наземной авиации [1-5].

Разработаны научно-технические основы создания высокопрочных облегченных радиационно-защитных композиционных материалов на основе термостойкой полиимидной матрицы, армированной нанотрубчатыми волокнами с повышенной способностью поглощения нейтронов [6-9]. Получен волокнистый нанотрубчатый хризотил с повышенной способностью замедления и поглощения нейтронов, содержащий 10,9% масс. атомов бора, 5% масс. кристаллогидрата двухвалентного железа, удельной поверхностью 52 м²/г и плотностью 2,6 г/см³. Максимальное содержание атомов бора в молекуле нанотрубчатого хризотила получено при соотношении компонентов MgO:SiO₂:B₂O₃ = 2,4:0,1:1,5, при давлении 9,81∙10⁶ Па и температуре 423°K.

Синтез микро слоев многослойных полиимидных композиционных материалов проводили на основе электроизоляционного полиимидного лака АД-9103 по температурному режиму: 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. Степень наполнения волокнистым нанотрубчатым борсодержащим хризотилом составила 25 % масс. Толщина покрытий тяжелых металлов на поверхности полиимидной матрицы составила 1-2 мкм. Показано, что на формирование рельефа нанопокрытий тяжелых металлов определяющее влияние оказывают процессы релаксации внутренних напряжений и диффузионные процессы [10-16].

Работа выполнялась при поддержке гранта РФФИ № 14-08-00325.

Литература

1. Павленко В. И. Радиационно-защитный композиционный материал на основе полистирольной матрицы / Павленко В. И., Ястребинский Р. Н., Черкашина Н. И. // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2011. №3. С. 113-116.
2. Высокодисперсные органосвинецсилоксановые наполнители полимерных матриц / Павленко В. И., Ястребинская А. В., Павленко З. В., Ястребинский Р. Н. // Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. Серия: Технические науки. 2010. № 2. С. 99-103.
3. Павленко В. И. Полимерные диэлектрические композиты с эффектом активной защиты / Павленко В. И., Ястребинский Р. Н., Ястребинская А. В. // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2009. № 3. С. 62-66.
4. Полимерные радиационно-защитные композиты / Павленко В. И. монография // В. И. Павленко, Р. Н. Ястребинский. Белгород. 2009.
5. Термопластичные конструкционные композиционные материалы для радиационной защиты / Павленко В. И., Епифановский И. С., Ястребинский Р. Н., Куприева О. В. // Перспективные материалы. 2010. № 6. С. 22-28.
6. Расчеты процессов прохождения гамма-квантов через полимерный радиационно-защитный композит /Павленко В. И., Липканский В. М., Ястребинский Р.Н.//Инженерно-физический журнал. 2004. Т.77. №1. С.12-15.
7. Моделирование прохождения высокоэнергетических электронов в высоконаполненном полимерном композите / Соколенко И. В., Ястребинский Р. Н., Крайний А. А., Матюхин П.В., Тарасов Д. Г. // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2013. №6. С.145-148.
8. Pavlenko V. I. Simulation of the processes of gamma-radiation transport through shielding containers for radioactive waste / Pavlenko V.I., Yastrebinskii R.N., Lipkanskii V.M. // Russian Physics Journal. 2003. Т. 46. №10. С.1062-1065.
9. Pavlenko V. I. Modeling of processes of interaction of high-energy radiations with radiation-protective oxide of iron composites / Pavlenko V. I., Yastrebinskij R. N., Degtyarev S. V. // Электромагнитные волны и электронные системы. 2005. Т. 10. № 1-2. С. 46-51.
10. Ястребинская А. В. Разработка и применение композиционного материала на основе эпоксидиановой смолы для строительных конструкций и теплоэнергетики / Ястребинская А. В., Огрель Л. Ю. // Современные наукоемкие технологии. 2004. № 2. С. 173.
11. Нанонаполненные полимерные композиционные радиационно-защитные материалы авиационно-космического назначения / Едаменко О. Д., Ястребинский Р. Н., Соколенко И. В., Ястребинская А. В. // Современные проблемы науки и образования. 2012. № 6. С. 128.
12. Thermoplastic constructional composite material for radiation protection Pavlenko V. I., Yastrebinskii R. N., Kuprieva O. V., Epifanovskii I. S. // Inorganic Materials: Applied Research. 2011. Т. 2. № 2. С. 136-141.
13. Структурообразование металлоолигомерных водных дисперсий / Ястребинский Р. Н., Павленко В. И., Ястребинская А. В., Матюхин П. В. // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2012. № 2. С. 121-123.
14. Механическая активация полимерных диэлектрических композиционных материалов в непрерывном режиме / Ястребинская А. В., Павленко В. И., Матюхин П.В., Воронов Д. В. // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2009. № 3. С. 74-77.
15. Огрель Л. Ю. Полимеризация эпоксидного связующего в присутствии добавки полиметилсилоксана / Огрель Л. Ю., Ястребинская А. В., Бондаренко Г. Н. / Строительные материалы. 2005. № 9. С. 82-87.
16. Огрель Л. Ю. Структурообразование и свойства легированных эпоксидных композитов / Огрель Л. Ю., Ястребинская А. В. // Строительные материалы. 2004. № 8. С. 48-49.