RU2515493C1 - Композит для защиты от космической радиации - Google Patents
Композит для защиты от космической радиации Download PDFInfo
- Publication number
- RU2515493C1 RU2515493C1 RU2012148234/04A RU2012148234A RU2515493C1 RU 2515493 C1 RU2515493 C1 RU 2515493C1 RU 2012148234/04 A RU2012148234/04 A RU 2012148234/04A RU 2012148234 A RU2012148234 A RU 2012148234A RU 2515493 C1 RU2515493 C1 RU 2515493C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- composite
- radiation
- polytetrafluoroethylene
- penta
- protection
- Prior art date
Links
Landscapes
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
- Laminated Bodies (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области защиты от ионизирующего излучения и может применяться в качестве защиты электронных приборов космического аппарата (КА), работающего на геостационарной орбите, от воздействия поражающего фактора магнитных бурь. Целью изобретения является повышение защитных характеристик по отношению к γ-излучению и потоку высокоэнергетических электронов с сохранением возможности вывода накопленного объемного заряда, расширение температурного диапазона использования, а также повышение прочностных характеристик композита. Композит для защиты от космической радиации, включающий кремнийорганическую жидкость, порошок оксида тяжелого металла, отличающийся тем, что в качестве составляющих компонентов содержит политетрафторэтилен (матрица), а используемую кремнийорганическую жидкость «Пента-808» применяют в качестве модификатора поверхности оксида висмута Bi2O3 при следующем соотношении компонентов, мас.%: политетрафторэтилен 37-45, модифицированный оксид висмута Bi2O3 55-63, кремнийорганическая жидкость «Пента-808», взятая по отношению к массе чистого Bi2O3 0,8-1,0. 2 табл.
Description
Изобретение относится к области защиты от ионизирующего излучения и может применяться в качестве защиты электронных приборов космического аппарата (КА), работающего на геостационарной орбите, от воздействия поражающего фактора магнитных бурь.
Известна композиция для защиты от радиации [RU №2105363 «Композиция для защиты от радиации»], состоящая из следующих компонентов, мас.%:
жидкое стекло | 54,3-57,1 |
модифицирующая добавка - кремнийорганическая | 0,7-1,0 |
жидкость | 136-41 |
отвердитель - феррохромовый шлак | 14,4-23,9 |
наполнитель - молотые отходы оптического стекла, | 18,6-30, |
содержащий Na2O, K2O, Al2O3, PbO, SiO2, при этом количество PbO составляет 70,93 мас.%.
Недостатками указанной композиции являются высокая хрупкость, низкие радиационно-защитные характеристики, так как она содержит малое количество атомов Pb и применяется в качестве покрытий, а также может использоваться только в качестве временной защиты от ионизирующего излучения.
Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является материал для защиты от космической радиации [RU №2275704, «Материал для защиты от космической»], состоящий из следующих компонентов, мас.%:
кремнийорганический полимер | 8,2-37,1 |
порошки тяжелых металлов, их оксиды и карбиды | 60,7-92,0 |
структурирующий агент | 0,2-0,5 |
технологический структурирующий агент | 0,2-0,5 |
вулканизирующий агент в виде диэтилдикаприлата | |
олова или катализатор в виде раствора аминосилана | |
в эфирах ортокремниевой кислоты | 0,9-1 |
Недостатком данного материала также является то, что он используется в качестве покрытий, а значит не способен обеспечить высоких показателей ослабления γ-излучения из-за малой толщины; в случае использования наполнителя для съема накопленного заряда не будет реализовываться защитный эффект от электрического поля накопленного заряда; очевидна невысокая механическая прочность.
Целью изобретения является повышение защитных характеристик по отношению к γ-излучению и потоку высокоэнергетических электронов с сохранением возможности вывода накопленного объемного заряда, расширение температурного диапазона использования, а также повышение прочностных характеристик композита.
Поставленная цель достигается тем, что заявленный композит для защиты от космической радиации содержит в качестве составляющих компонентов кремнийорганическую жидкость, порошок оксида тяжелого металла - модифицированный оксид висмута Bi2O3 с размером частиц до 10 мкм, политетрафторэтилен (матрица), а используемая кремнийорганическая жидкость «Пента-808» (аналог жидкости 136-41, имеет более высокую стойкость к повышенной температуре) применяется в качестве модификатора поверхности оксида висмута Bi2O3 при следующем соотношении компонентов, мас.%:
политетрафторэтилен | 37-45 |
модифицированный оксид висмута Bi2O3 | 55-63 |
кремнийорганическая жидкость «Пента-808», | |
взятая по отношению к массе чистого Bi2O3 | 0,8-1,0 |
Применение политетрафторэтилена обусловлено комплексом его уникальных свойств: повышенные термо- и огнестойкость, наибольшая стойкость к химическому воздействию, высокие диэлектрические свойства, а также способность сохранять эти свойства в широком интервале рабочих температур и давлений.
Использование в качестве наполнителя оксида висмута Bi2O3 обусловлено его высокими радиационно-защитными характеристиками, нетоксичностью (в отличие от соединений свинца), а также присущими ему полупроводниковыми свойствами (полупроводник р-типа), что позволит выводить накопленный объемный электрический заряд и использовать поле не выведенного заряда для ослабления потока электронов.
Использование модификатора поверхности кремнийорганической жидкости «Пента-808» обусловлено необходимостью придания гидрофобных свойств поверхности наполнителя, что улучшает распределение наполнителя в матрице, а также создания возможности протекания реакций радиационной сшивки между матрицей и хемосорбированной оболочкой модификатора.
На основании результатов определения продольного модуля упругости по скорости прохождения УЗ-волн в материале определены составы с наибольшими физико-механическими показателями. Количественное содержание компонентов предлагаемого композита приведено в табл.1.
Таблица 1 | |||||
Составы предлагаемого композита | |||||
Компонент | Содержание, мас.% | ||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | |
Политетрафторэтилен | 37 | 39 | 41 | 43 | 45 |
Модифицированный оксид висмута | 63 | 61 | 59 | 57 | 55 |
Кремнийорганическая жидкость «Пента-808» (взята по отношению к массе чистого Bi2O3) | 0,9 | 0,9 | 0,9 | 0,9 | 0,9 |
На первом этапе изготовления композита синтезируется наполнитель - модифицированный оксид висмута. Предварительная подготовка порошка с целью осаждения на поверхности оксида активных гидроксильных групп, по которым протекает хемосорбция модификатора кремнийорганической жидкости, заключается в мокром помоле, с последующим кипячением, обработкой ультразвуком (22 кГц) и сушке продукта при 120°С в кипящем слое. Хемосорбцию модификатора проводят в растворе модификатора в н-гексане. После удаления из продукта растворителя необходимо проводить процедуру полимеризации модификатора при температуре 160°С в течение 10 мин.
Технология изготовления композита включает следующие операции.
Разогрев смеси материалов в пресс-форме до температуры 200°С, подпрессовка материала до Руд.=10 МПа (экспозиция τ=10 мин), подъем давления до максимального Руд.=1200 МПа (τ=1-2 мин), охлаждение пресс-формы под давлением до 100°С, сброс давления.
После выпрессовки композит подвергается спеканию при температуре 340°С в течение >3 часов (продолжительность спекания зависит от толщины изделия, так для 5 мм толщины время составляет 3 ч), с последующим медленным охлаждением до температуры 250°С в течение 1,5-2 часов.
Как известно, политетрафторэтилен обладает высокой ползучестью и низкой радиационной стойкостью, что может быть устранено γ-модифицированием готовых изделий [RU №2304592, «Способ радиационно-химического модифицирования политетрафторэтилена и материал на его основе»]. Спеченный композит необходимо нагреть до температуры выше температуры плавления кристаллитов (в случае заявляемого композита температура была 340°С), после чего при поддержании заданной температуры происходит облучение γ-излучением в вакууме (10-2 мм рт.ст.) с источником 60Со, мощностью 3-5 Гр/с до интегральной дозы 0,2 МГр. В результате радиационной обработки политетрафторэтилен приобретает повышенную радиационную стойкость, и протекают процессы сшивки матрицы с наполнителем, за счет чего значительно повышаются прочностные характеристики.
Из предложенного материала были изготовлены образцы, на которых исследовались физические, механические, радиационно-защитные свойства, а также оценена радиационная стойкость по уменьшению прочности композита в 2 раза. Полученные характеристики приведены в табл.2.
Таблица 2 | ||||||
Свойства композита для защиты от космической радиации | ||||||
Показатель | Предлагаемый композит | Известный композит (прототип) | ||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | |
Плотность ρ, кг/м3 | 4500 | 4420 | 4340 | 4260 | 4180 | 4,66 |
Толщина композита с поглощающей способностью для электронов с Е=2 МэВ>90%, мм | 1,78 | 1,80 | 1,83 | 1,87 | 1,94 | 2,00 |
Радиационная стойкость, МГр | 5 | 5 | 4,9 | 4,8 | 4,7 | 2,4 |
Массовый коэффициент ослабления γ-излучения с Е=200 кэВ, см2/г | 1,23 | 1,21 | 1,19 | 1,17 | 1,15 | 1,15 |
Прочность при растяжении, МПа | 10,9 | 10,9 | 10,9 | 11 | 11,2 | - |
Прочность при изгибе, МПа | 17,2 | 17,5 | 17,5 | 17,3 | 17,1 | - |
Нижний предел эксплуатации, °С | -170 | -170 | -170 | -170 | -170 | -130 |
Верхний предел эксплуатации, °С | 270 | 270 | 270 | 270 | 270 | 250 |
Преимущества предлагаемого материала заключаются в следующем:
- предлагаемый материал имеет радиационную стойкость, превышающую стойкость прототипа в 2 раза;
- расширен температурный диапазон использования композита для защиты от космической радиации от -170 до 270°С;
- композит имеет повышенные прочностные характеристики, в отличие от пластичного прототипа;
- повышена поглощающая способность электронов, при меньшей плотности композита, что снизит массу изделия;
- композит имеет возможность съема заряда, при сохранении частичного экранирования электронов за счет электрического поля объемного заряда.
Таким образом, заявляемый состав компонентов придает композиту новые, более высокие показатели защиты от космической радиации.
Claims (1)
- Композит для защиты от космической радиации, включающий кремнийорганическую жидкость, порошок оксида тяжелого металла, отличающийся тем, что в качестве составляющих компонентов содержит политетрафторэтилен (матрица), а используемую кремнийорганическую жидкость «Пента-808» применяют в качестве модификатора поверхности оксида висмута Bi2O3 при следующем соотношении компонентов, мас.%:
политетрафторэтилен 37-45 модифицированный оксид висмута Bi2O3 55-63 кремнийорганическая жидкость «Пента-808», взятая по отношению к массе чистого Bi2O3 0,8-1,0
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012148234/04A RU2515493C1 (ru) | 2012-11-12 | 2012-11-12 | Композит для защиты от космической радиации |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012148234/04A RU2515493C1 (ru) | 2012-11-12 | 2012-11-12 | Композит для защиты от космической радиации |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2515493C1 true RU2515493C1 (ru) | 2014-05-10 |
Family
ID=50629868
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012148234/04A RU2515493C1 (ru) | 2012-11-12 | 2012-11-12 | Композит для защиты от космической радиации |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2515493C1 (ru) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2664715C2 (ru) * | 2017-02-03 | 2018-08-22 | Акционерное общество "Военно-промышленная корпорация "Научно-производственное объединение машиностроения" | Защитный экран от ионизирующего излучения для бортового комплекса оборудования |
RU2673336C1 (ru) * | 2017-10-16 | 2018-11-26 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Белгородский государственный технологический университет им В.Г. Шухова" | Полимерный композит для защиты от космической радиации и способ его получения |
RU2748157C1 (ru) * | 2020-10-20 | 2021-05-20 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Белгородский государственный технологический университет им. В.Г.Шухова" | Полимерный нанокомпозит для защиты от космического воздействия и способ его получения |
RU2782759C1 (ru) * | 2022-03-31 | 2022-11-02 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова" | Композиционный материал для защиты от космической радиации и способ его получения |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20050258404A1 (en) * | 2004-05-22 | 2005-11-24 | Mccord Stuart J | Bismuth compounds composite |
RU2275704C2 (ru) * | 2003-11-13 | 2006-04-27 | Федеральное унитарное государственное предприятие "Научно-производственное объединение машиностроения" | Материал для защиты от космической радиации |
WO2009097833A1 (de) * | 2008-02-09 | 2009-08-13 | Engelmann Hans-Juergen | Abschirmmaterial zum abschirmen von strahlung |
-
2012
- 2012-11-12 RU RU2012148234/04A patent/RU2515493C1/ru active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2275704C2 (ru) * | 2003-11-13 | 2006-04-27 | Федеральное унитарное государственное предприятие "Научно-производственное объединение машиностроения" | Материал для защиты от космической радиации |
US20050258404A1 (en) * | 2004-05-22 | 2005-11-24 | Mccord Stuart J | Bismuth compounds composite |
WO2009097833A1 (de) * | 2008-02-09 | 2009-08-13 | Engelmann Hans-Juergen | Abschirmmaterial zum abschirmen von strahlung |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2664715C2 (ru) * | 2017-02-03 | 2018-08-22 | Акционерное общество "Военно-промышленная корпорация "Научно-производственное объединение машиностроения" | Защитный экран от ионизирующего излучения для бортового комплекса оборудования |
RU2673336C1 (ru) * | 2017-10-16 | 2018-11-26 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Белгородский государственный технологический университет им В.Г. Шухова" | Полимерный композит для защиты от космической радиации и способ его получения |
RU2748157C1 (ru) * | 2020-10-20 | 2021-05-20 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Белгородский государственный технологический университет им. В.Г.Шухова" | Полимерный нанокомпозит для защиты от космического воздействия и способ его получения |
RU2782759C1 (ru) * | 2022-03-31 | 2022-11-02 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова" | Композиционный материал для защиты от космической радиации и способ его получения |
RU2799773C1 (ru) * | 2022-12-22 | 2023-07-11 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова" | Композиционный материал для защиты от ионизирующего излучения и способ его получения |
RU2807842C1 (ru) * | 2023-04-21 | 2023-11-21 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" | Композиционный материал на основе полиэтилена, модифицированного наночастицами ZrO2 |
RU2807355C1 (ru) * | 2023-09-15 | 2023-11-14 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" | Композиционный материал на основе полиэтилена, модифицированного наночастицами диоксида кремния |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Mahmoud et al. | Fabrication, characterization and gamma rays shielding properties of nano and micro lead oxide-dispersed-high density polyethylene composites | |
Nambiar et al. | Polymer-composite materials for radiation protection | |
Kim et al. | Enhanced X-ray shielding ability of polymer–nonleaded metal composites by multilayer structuring | |
RU2515493C1 (ru) | Композит для защиты от космической радиации | |
KR101145703B1 (ko) | 방사선 차폐 시트 | |
Abdali | Structural, morphological, and gamma ray shielding (GRS) characterization of HVCMC/PVP/PEG polymer blend encapsulated with silicon dioxide nanoparticles | |
Low et al. | Polymer composites and nanocomposites for X-rays shielding | |
KR101261340B1 (ko) | 방사선 차폐 시트 | |
Li et al. | Barbican-inspired bimetallic core–shell nanoparticles for fabricating natural leather-based radiation protective materials with enhanced X-ray shielding capability | |
Gouda et al. | Gamma-ray attenuation parameters of HDPE filled with different nano-size and Bulk WO3 | |
KR102114825B1 (ko) | 방사선 차폐용 복합재료 제조방법 | |
RU2275704C2 (ru) | Материал для защиты от космической радиации | |
KR20200061943A (ko) | 치과용 근관 충전재 및 이의 제조방법 | |
KR20230058216A (ko) | 방사선 차폐기능을 갖는 실란트 조성물 및 이의 제조방법 | |
Naga et al. | Nuclear radiation attenuation and physicomechanical features for yttrium aluminum garnet/cerium zirconate composites | |
Chakraborty et al. | Effect of space charge density and high voltage breakdown of surface modified alumina reinforced epoxy composites | |
Cui et al. | Construction of MAPbBr3/EP composites with blocking path for high-performance gamma-rays shielding | |
RU2673336C1 (ru) | Полимерный композит для защиты от космической радиации и способ его получения | |
JP6957538B2 (ja) | 放射線遮蔽材用液状シリコーンエラストマー組成物、放射線遮蔽材用液状シリコーンエラストマー組成物の製造方法、及び放射線遮蔽シリコーンゴム成型物 | |
Cui et al. | Crystal plane engineering of MAPbI 3 in epoxy-based materials for superior gamma-ray shielding performance | |
Dejangah et al. | Study gamma radiation protection properties of silicon rubber-bismuth oxide nanocomposites: synthesis, characterization and simulation | |
CN113956846B (zh) | 一种用于空间带电粒子辐射防护的稀土氧化物纳米颗粒掺杂Mxene材料及复合涂层以及制备方法 | |
Özcan | Effect of waste fly ash incorporated into the polymer matrix and surface interactions on radiation shielding effectiveness | |
Liu et al. | Self-healing, thermally managed, wearable gamma-ray shielding artifacts based on a tantalum (V) oxide filled self-made polyborosiloxane-hydrogen-terminated phenyl polysiloxane double network elastomer | |
Abdous et al. | Investigating the Radiation Shielding Properties of Hexagonal-Boron Nitride Nanocomposite with Bisphenol A-Based Polybenzoxazine Matrix |