Наши журналы
Опубликовать статью Вход и регистрация
Расширенный поиск
Разделы статьи

МОДИФИЦИРОВАННЫЕ НАНОВОЛОКНА ДЛЯ ТЕРМОРЕГУЛИРУЮЩИХ ПОКРЫТИЙ

Научная статья
Черкашина Н.И.
Выпуск: № 8 (39), 2015
Опубликована:
2015/09/15
PDF

Черкашина Н.И.

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

МОДИФИЦИРОВАННЫЕ НАНОВОЛОКНА ДЛЯ ТЕРМОРЕГУЛИРУЮЩИХ ПОКРЫТИЙ

Аннотация

Разработан метод получения полиэдрального олигомерного алюмосилсесквиоксана в присутствии вольфрамата свинца методом гетерофазного взаимодействия для их использования в качестве наполнителя терморегулирующих покрытий.

Ключевые слова: терморегулирующие покрытия, композиционный материал, гидролитическая конденсация

Cherkashina N.I.

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

THE MODIFIED NANOFIBRES FOR TEMPERATURE-CONTROLLED COVERINGS

Abstract

The method of receiving a poliedralny oligomerny alyumosilseskvioksan in the presence of a lead tungstate by method of heterophase interaction is developed for their use as a filler of temperature-controlled coverings.

Keywords: temperature-controlled coverings, composite material, hydrolytic condensation

При эксплуатации космических аппаратов возникает проблема регулирования теплового режима внешней оболочки для обеспечения стабильной работы радиоэлектронного оборудования. Материалы, из которых изготовлены покрытия, должны обладать не только терморегулирующими свойствами, но и высокой стойкостью к агрессивным факторам космического пространства. Для предотвращения возникновения помех в работе бортовой аппаратуры, перегрева и потери жесткости деталей из углепластика необходимо обеспечить их терморегулирование и защиту от радиации [1-16].

В работе проведены исследования по получению радиационно-стойких полимерных композиционных материалов. В качестве связующего  выбрана полиалканимидная матрица, как одна из наиболее стойких к ионизирующему излучению полимерных матриц, обладающая высокой термостабильностью свойств, а в качестве наполнителя – радиационно-защитный вольфрамат свинца, модифицированный нановолокнами алюмосилсесквиоксанов.

Разработан метод получения полиэдрального олигомерного алюмосилсесквиоксана в присутствии вольфрамата свинца методом гетерофазного взаимодействия [17-30].

Были синтезированы кристаллы PbWO4, полученные осаждением из водных растворов Na2WO4 и Pb(CH3COO)2. Осажденный при помощи разработанной методики нанокристаллический PbWO4, имеет средний размер частиц около 50 нм и истинную плотность 4,8 г/см3.

Для получения алюмосилсесквиоксанов в ацетоне растворяют хлорид алюминия и RSiCl3, где R -цикло-С6Н11. Методом гидролитической конденсацией при комнатной температуре (20 °С) в течение 24 часов происходит синтез полиэдральных олигосилсесквиоксанов частично конденсированной структуры. По данным рентгенофазового анализа и ИК-спектроскопии установлено, что полученным продуктом является смесь, содержащая около 13-17 %  соединений с двумя группами ОН- и 43-49% соединения с тремя группами ОН-.

Данная смесь легко разделяется при момощи центрифугирования на малых оборотах 2000/мин (более тяжелое соединение уходит вниз пробирки, а более легкое поднимается вверх).

Синтез монофункциональных полиэдральных олигосилсесквиоксанов конденсированной структуры осуществлялся по золь-гель технологии путем взаимодействия олигосилсесквиоксанов частично конденсированной структуры с четыреххлористым силаном (SiCl4) при нормальных условиях.

Для получения алюмосилсесквиоксанов повышают температуру свыше 65 ºС и создаются условия глубокого вакуума, происходит замещение ионов H+ в группе ОН- на ион Al3+. Так как ион алюминия трехвалентен, то каждый ион алюминия способен присоединить к себе да 3-х полиэдральных олигосилсесквиоксанов частично конденсированной структуры (рисунок).

31-08-2015 08-35-18

Рис. 1 – Структурные формулы полученных алюмосилсесквиоксанов

Далее технологический процесс получения наполнителя состоит в промывке полученного золя от SiCl4 и HCl с использованием центрифугирования и дальнейшее высушивание геля в вакууме (давление не более 20 Па) – получение порошкообразного продукта.

Полученные алюмосилсесквиоксаны представляют собой осадок белого цвета. Дальнейшие действия направлены на отмывку полученного вещества от ацетона. Обычно используют центрифугирование на больших  оборотах 6000/мин. для отделения твердой фазы от исходных продуктов реакции с последующей промывкой и повтором данных операций несколько раз.

При исследовании полученного модификатора–алюмосилсесквиоксана были использованы рентгенографический, ИК-спектроскопический и микроскопический методы исследования.

Установлено, что кристаллические рефлексы (пики) принадлежат полиэдральным силсесквиоксанам, которые являются наноструктурированными молекулярными системами, имеющими кристаллическую ячейку и способность агрегироваться и формировать нанокристаллы. В то же время гибридные материалы не являются индивидуальными соединениями. Согласно масс-спектроскопическим исследованиям, в нем содержатся также олигосилсесквиоксаны со значе-ниями массы, не соответствующими полиэдральным структурам, вследствие чего профиль широкоугловой рентгеновской дифрактограммы содержит как кристаллические рефлексы (соответствующие алюминиевой составляющей), так и аморфное гало (соответствующее кремниевой составляющей).

Работа выполнена при поддержке проектной части Государственного задания Минобрнауки РФ, проект № 11.2034.2014/K и гранта РФФИ, проект. № 14-41-08059.

Литература

  1. Полимерные радиационно-защитные композиты / Павленко В.И. монография // В. И. Павленко, Р. Н. Ястребинский. Белгород. 2009.
  2. 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.
  3. 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.
  4. Радиационно-защитный композиционный материал на основе полистирольной матрицы / Павленко В. И., Едаменко О. Д., Ястребинский Р. Н., Черкашина Н. И. // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. - 2011. - № 3. - С. 113-116..
  5. 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.
  6. 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.
  7. 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.
  8. 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.
  9. Ястребинская А. В. Коррозионностойкие полимеркомпозиты на основе эпоксидных и полиэфирных олигомеров для строительства / Ястребинская А. В., Павленко В. И., Ястребинский Р. Н. // Перспективы развития строительного комплекса. - 2012. - Т. 1. - С. 243-247.
  10. 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.
  11. 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.
  12. 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.
  13. Огрель Л. Ю. Структурообразование и свойства легированных эпоксидных композитов / Огрель Л. Ю., Ястребинская А. В. // Строительные материалы. 2004. № 8. С. 48-49.
  14. 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.
  15. 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.
  16. 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.
  17. 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.
  18. Матюхин П. В. Композиционный материал, стойкий к воздействию высокоэнергетических излучений / Матюхин П. В., Павленко В. И., Ястребинский Р. Н. // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2012. № 2. С. 25-27.
  19. Композиционный материал для защиты от гамма-излучения / Ястребинский Р. Н., Павленко В. И., Матюхин П. В., Четвериков Н. А. // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2011. № 3. С. 17-20.
  20. 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. 2004. 19 с.
  21. Ястребинский Р. Н. Модифицированные железооксидные системы – эффективные сорбенты радионуклидов / Ястребинский Р. Н., Павленко В. И., Бондаренко Г. Г., Ястребинская А. В., Черкашина Н. И. // Перспективные материалы. - 2013. - № 5. - С. 39-43.
  22. Перспективы создания современных высококонструкционных радиационно-защитных металлокомпозитов / Матюхин П. В., Павленко В. И., Ястребинский Р. Н., Бондаренко Ю. М. // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. - 2011. - № 2. - С. 27-29.
  23. Композиционный материал для радиационной защиты / Матюхин П. В., Павленко В. И., Ястребинский Р. Н., Бондаренко Ю. М. // Патент на изобретение, RUS 2470395, 20.12.2010.
  24. Матюхин П. В. Исследование механизмов модифицирования поверхности природных железорудных минералов алкилсиликонатами / Матюхин П. В., Ястребинский Р. Н. // Известия высших учебных заведений. Серия: Химия и химическая технология. - 2005. - Т. 48. - № 4. - С. 140.
  25. Павленко В. И. Радиационно-защитный бетон для биологической защиты ядерных реакторов / Павленко В. И., Епифановский И. С., Ястребинский Р. Н. // Перспективные материалы. - 2006. - № 3. - С. 22.
  26. Павленко В. И. Радиационно-защитный тяжелый бетон на основе железорудного минерального сырья / Павленко В. И., Воронов Д. В., Ястребинский Р. Н. // Известия высших учебных заведений. Строительство. - 2007. - № 4. - С. 40-42.
  27. Радиационно-защитный бетон для биологической защиты ядерных реакторов / Павленко В. И., Ястребинский Р. Н., Смоликов А. А., Дегтярев С. В., Воронов Д. В. // Перспективные материалы. - 2006. - № 2. - С. 47-50.
  28. Павленко В. И. Тяжелый бетон для защиты от ионизирующих излучений / Павленко В. И., Ястребинский Р. Н., Воронов Д. В. // Строительные материалы. - 2007. - № 8. - С. 48-49.
  29. Павленко В. И. Исследование тяжелого радиационно-защитного бетона после активации быстрыми нейтронами и гамма-излучением / Павленко В. И., Ястребинский Р. Н., Воронов Д. В. // Инженерно-физический журнал. - 2008. - Т. 81. - № 4. - С. 661-665.
  30. Радиационно-защитный бетон для АЭС c РБМК на основе железо-серпентинитовых композиций с цементным связующим / Павленко В. И., Смоликов А. А., Ястребинский Р. Н., Дегтярев С. В., Панкратьев Ю. В., Орлов Ю. В. // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. - 2004. - № 8. - С. 66.

References

  1. Polimernye radiacionno-zashhitnye kompozity / Pavlenko V.I. monografija // V. I. Pavlenko, R. N. Jastrebinskij. Belgorod. 2009.
  2. Termoplastichnye konstrukcionnye kompozicionnye materialy dlja radiacionnoj zashhity / Pavlenko V. I., Epifanovskij I. S., Jastrebinskij R. N., Kuprieva O. V. // Perspektivnye materialy. 2010. № 6. S. 22-28.
  3. Nanonapolnennye polimernye kompozicionnye radiacionno-zashhitnye materialy aviacionno-kosmicheskogo naznachenija / Edamenko O. D., Jastrebinskij R. N., Sokolenko I. V., Jastrebinskaja A.V. // Sovremennye problemy nauki i obrazovanija. 2012. № 6. S. 128.
  4. Radiacionno-zashhitnyj kompozicionnyj material na osnove polistirol'noj matricy / Pavlenko V. I., Edamenko O. D., Jastrebinskij R. N., Cherkashina N. I. // Vestnik Belgorodskogo gosudarstvennogo tehnologicheskogo universiteta im. V.G. Shuhova. - 2011. - № 3. - S. 113-116..
  5. Vysokodispersnye organosvinecsiloksanovye napolniteli polimernyh matric / Pavlenko V. I., Jastrebinskaja A. V., Pavlenko Z. V., Jastrebinskij R. N. // Izvestija vysshih uchebnyh zavedenij. Severo-Kavkazskij region. Serija: Tehnicheskie nauki. 2010. № 2. S. 99-103.
  6. Pavlenko V. I. Polimernye dijelektricheskie kompozity s jeffektom aktivnoj zashhity / Pavlenko V. I., Jastrebinskij R. N., Jastrebinskaja A. V. // Vestnik Belgorodskogo gosudarstvennogo tehnologicheskogo universiteta im. V.G. Shuhova. 2009. № 3. S. 62-66.
  7. 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.
  8. Jastrebinskaja A. V. Razrabotka i primenenie kompozicionnogo materiala na osnove jepoksidianovoj smoly dlja stroitel'nyh konstrukcij i teplojenergetiki / Jastrebinskaja A. V., Ogrel' L. Ju. // Sovremennye naukoemkie tehnologii. 2004. № 2. S. 173.
  9. Jastrebinskaja A. V. Korrozionnostojkie polimerkompozity na osnove jepoksidnyh i polijefirnyh oligomerov dlja stroitel'stva / Jastrebinskaja A. V., Pavlenko V. I., Jastrebinskij R. N. // Perspektivy razvitija stroitel'nogo kompleksa. - 2012. - T. 1. - S. 243-247.
  10. Strukturoobrazovanie metallooligomernyh vodnyh dispersij / Jastrebinskij R. N., Pavlenko V. I., Jastrebinskaja A. V., Matjuhin P. V. // Vestnik Belgorodskogo gosudarstvennogo tehnologicheskogo universiteta im. V.G. Shuhova. 2012. № 2. S. 121-123.
  11. Mehanicheskaja aktivacija polimernyh dijelektricheskih kompozicionnyh materialov v nepreryvnom rezhime / Jastrebinskaja A. V., Pavlenko V. I., Matjuhin P. V., Voronov D. V. // Vestnik Belgorodskogo gosudarstvennogo tehnologicheskogo universiteta im. V.G. Shuhova. 2009. № 3. S. 74-77.
  12. Ogrel' L. Ju. Polimerizacija jepoksidnogo svjazujushhego v prisutstvii dobavki polimetilsiloksana / Ogrel' L. Ju., Jastrebinskaja A. V., Bondarenko G. N. / Stroitel'nye materialy. 2005. № 9. S. 82-87.
  13. Ogrel' L. Ju. Strukturoobrazovanie i svojstva legirovannyh jepoksidnyh kompozitov / Ogrel' L. Ju., Jastrebinskaja A. V. // Stroitel'nye materialy. 2004. № 8. S. 48-49.
  14. Raschety processov prohozhdenija gamma-kvantov cherez polimernyj radiacionno-zashhitnyj kompozit/ Pavlenko V. I., Lipkanskij V .M., Jastrebinskij R.N.//Inzhenerno-fizicheskij zhurnal. 2004. T.77. №1. S.12-15.
  15. Modelirovanie prohozhdenija vysokojenergeticheskih jelektronov v vysokonapolnennom polimernom kompozite / Sokolenko I. V., Jastrebinskij R.N., Krajnij A. A., Matjuhin P. V., Tarasov D. G. // Vestnik Belgorodskogo gosudarstvennogo tehnologicheskogo universiteta im. V.G. Shuhova. 2013. №6. S.145-148.
  16. 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.
  17. 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.
  18. Matjuhin P. V. Kompozicionnyj material, stojkij k vozdejstviju vysokojenergeticheskih izluchenij / Matjuhin P. V., Pavlenko V. I., Jastrebinskij R. N. // Vestnik Belgorodskogo gosudarstvennogo tehnologicheskogo universiteta im. V.G. Shuhova. 2012. № 2. S. 25-27.
  19. Kompozicionnyj material dlja zashhity ot gamma-izluchenija / Jastrebinskij R. N., Pavlenko V. I., Matjuhin P. V., Chetverikov N. A. // Vestnik Belgorodskogo gosudarstvennogo tehnologicheskogo universiteta im. V.G. Shuhova. 2011. № 3. S. 17-20.
  20. Jastrebinskaja A. V. Modificirovannyj konstrukcionnyj stekloplastik na osnove jepoksidnyh oligomerov dlja stroitel'nyh izdelij: Avtoref. dis. kand. tehn. nauk. / Belgorodskij gosudarstvennyj tehnologicheskij universitet im. V.G. Shuhova. Belgorod. 2004. 19 s.
  21. Jastrebinskij R. N. Modificirovannye zhelezooksidnye sistemy – jeffektivnye sorbenty radionuklidov / Jastrebinskij R. N., Pavlenko V. I., Bondarenko G. G., Jastrebinskaja A. V., Cherkashina N. I. // Perspektivnye materialy. - 2013. - № 5. - S. 39-43.
  22. Perspektivy sozdanija sovremennyh vysokokonstrukcionnyh radiacionno-zashhitnyh metallokompozitov / Matjuhin P. V., Pavlenko V. I., Jastrebinskij R. N., Bondarenko Ju. M. // Vestnik Belgorodskogo gosudarstvennogo tehnologicheskogo universiteta im. V.G. Shuhova. - 2011. - № 2. - S. 27-29.
  23. Kompozicionnyj material dlja radiacionnoj zashhity / Matjuhin P. V., Pavlenko V. I., Jastrebinskij R. N., Bondarenko Ju. M. // Patent na izobretenie, RUS 2470395, 20.12.2010.
  24. Matjuhin P. V. Issledovanie mehanizmov modificirovanija poverhnosti prirodnyh zhelezorudnyh mineralov alkilsilikonatami / Matjuhin P. V., Jastrebinskij R. N. // Izvestija vysshih uchebnyh zavedenij. Serija: Himija i himicheskaja tehnologija. - 2005. - T. 48. - № 4. - S. 140.
  25. Pavlenko V. I. Radiacionno-zashhitnyj beton dlja biologicheskoj zashhity jadernyh reaktorov / Pavlenko V. I., Epifanovskij I. S., Jastrebinskij R. N. // Perspektivnye materialy. - 2006. - № 3. - S. 22.
  26. Pavlenko V. I. Radiacionno-zashhitnyj tjazhelyj beton na osnove zhelezorudnogo mineral'nogo syr'ja / Pavlenko V. I., Voronov D. V., Jastrebinskij R. N. // Izvestija vysshih uchebnyh zavedenij. Stroitel'stvo. - 2007. - № 4. - S. 40-42.
  27. Radiacionno-zashhitnyj beton dlja biologicheskoj zashhity jadernyh reaktorov / Pavlenko V. I., Jastrebinskij R. N., Smolikov A. A., Degtjarev S. V., Voronov D. V. // Perspektivnye materialy. - 2006. - № 2. - S. 47-50.
  28. Pavlenko V. I. Tjazhelyj beton dlja zashhity ot ionizirujushhih izluchenij / Pavlenko V. I., Jastrebinskij R. N., Voronov D. V. // Stroitel'nye materialy. - 2007. - № 8. - S. 48-49.
  29. Pavlenko V. I. Issledovanie tjazhelogo radiacionno-zashhitnogo betona posle aktivacii bystrymi nejtronami i gamma-izlucheniem / Pavlenko V. I., Jastrebinskij R. N., Voronov D. V. // Inzhenerno-fizicheskij zhurnal. - 2008. - T. 81. - № 4. - S. 661-665.
  30. Radiacionno-zashhitnyj beton dlja AJeS c RBMK na osnove zhelezo-serpentinitovyh kompozicij s cementnym svjazujushhim / Pavlenko V. I., Smolikov A. A., Jastrebinskij R. N., Degtjarev S. V., Pankrat'ev Ju. V., Orlov Ju. V. // Vestnik Belgorodskogo gosudarstvennogo tehnologicheskogo universiteta im. V.G. Shuhova. - 2004. - № 8. - S. 66.