RU2655187C1 - Радиопоглощающий композиционный материал строительного назначения и способ его получения - Google Patents
Радиопоглощающий композиционный материал строительного назначения и способ его получения Download PDFInfo
- Publication number
- RU2655187C1 RU2655187C1 RU2017112609A RU2017112609A RU2655187C1 RU 2655187 C1 RU2655187 C1 RU 2655187C1 RU 2017112609 A RU2017112609 A RU 2017112609A RU 2017112609 A RU2017112609 A RU 2017112609A RU 2655187 C1 RU2655187 C1 RU 2655187C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cement
- carbon
- radar
- filler
- composite material
- Prior art date
Links
- 238000010276 construction Methods 0.000 title claims abstract description 9
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 8
- 239000002250 absorbent Substances 0.000 title abstract description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title abstract description 5
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 44
- 239000004568 cement Substances 0.000 claims abstract description 38
- 239000000945 filler Substances 0.000 claims abstract description 24
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 claims abstract description 22
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 claims abstract description 21
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 20
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims abstract description 18
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 claims abstract description 13
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 8
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 7
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 3
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical class C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 239000002134 carbon nanofiber Substances 0.000 claims description 9
- -1 moreover Substances 0.000 claims description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000002121 nanofiber Substances 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 18
- 239000000463 material Substances 0.000 description 18
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 13
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 13
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 12
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 10
- 239000004566 building material Substances 0.000 description 10
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 10
- 239000002717 carbon nanostructure Substances 0.000 description 9
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 8
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 description 6
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 6
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 6
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 6
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 5
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 5
- 230000004223 radioprotective effect Effects 0.000 description 5
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 description 4
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 4
- 239000004567 concrete Substances 0.000 description 4
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 description 4
- 235000019353 potassium silicate Nutrition 0.000 description 4
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 4
- 239000000047 product Substances 0.000 description 4
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylformamide Chemical compound CN(C)C=O ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000011358 absorbing material Substances 0.000 description 3
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 3
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 3
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 3
- 239000013068 control sample Substances 0.000 description 3
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 3
- 239000010881 fly ash Substances 0.000 description 3
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 3
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 3
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 3
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 description 2
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 2
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N Iron oxide Chemical compound [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004952 Polyamide Substances 0.000 description 2
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 2
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 2
- 239000012300 argon atmosphere Substances 0.000 description 2
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 description 2
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 description 2
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 description 2
- 239000004035 construction material Substances 0.000 description 2
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 2
- 239000012767 functional filler Substances 0.000 description 2
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000002262 irrigation Effects 0.000 description 2
- 238000003973 irrigation Methods 0.000 description 2
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 2
- 239000000395 magnesium oxide Substances 0.000 description 2
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N magnesium oxide Inorganic materials [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N magnesium;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[Mg+2] AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- NUJOXMJBOLGQSY-UHFFFAOYSA-N manganese dioxide Chemical compound O=[Mn]=O NUJOXMJBOLGQSY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002557 mineral fiber Substances 0.000 description 2
- 239000002071 nanotube Substances 0.000 description 2
- 239000002798 polar solvent Substances 0.000 description 2
- 229920002239 polyacrylonitrile Polymers 0.000 description 2
- 229920002647 polyamide Polymers 0.000 description 2
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 2
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 2
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 description 2
- 238000001308 synthesis method Methods 0.000 description 2
- MCMFEZDRQOJKMN-UHFFFAOYSA-N 1-butylimidazole Chemical compound CCCCN1C=CN=C1 MCMFEZDRQOJKMN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- LDLCZOVUSADOIV-UHFFFAOYSA-N 2-bromoethanol Chemical compound OCCBr LDLCZOVUSADOIV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HLBLWEWZXPIGSM-UHFFFAOYSA-N 4-Aminophenyl ether Chemical compound C1=CC(N)=CC=C1OC1=CC=C(N)C=C1 HLBLWEWZXPIGSM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ATLMFJTZZPOKLC-UHFFFAOYSA-N C70 fullerene Chemical compound C12=C(C3=C4C5=C67)C8=C9C%10=C%11C%12=C%13C(C%14=C%15C%16=%17)=C%18C%19=C%20C%21=C%22C%23=C%24C%21=C%21C(C=%25%26)=C%20C%18=C%12C%26=C%10C8=C4C=%25C%21=C5C%24=C6C(C4=C56)=C%23C5=C5C%22=C%19C%14=C5C=%17C6=C5C6=C4C7=C3C1=C6C1=C5C%16=C3C%15=C%13C%11=C4C9=C2C1=C34 ATLMFJTZZPOKLC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920001410 Microfiber Polymers 0.000 description 1
- FXHOOIRPVKKKFG-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylacetamide Chemical compound CN(C)C(C)=O FXHOOIRPVKKKFG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical class O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 description 1
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002745 absorbent Effects 0.000 description 1
- GTDPSWPPOUPBNX-UHFFFAOYSA-N ac1mqpva Chemical compound CC12C(=O)OC(=O)C1(C)C1(C)C2(C)C(=O)OC1=O GTDPSWPPOUPBNX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012790 adhesive layer Substances 0.000 description 1
- HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N alpha-acetylene Natural products C#C HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920005550 ammonium lignosulfonate Polymers 0.000 description 1
- 239000012736 aqueous medium Substances 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 229910052599 brucite Inorganic materials 0.000 description 1
- BRPQOXSCLDDYGP-UHFFFAOYSA-N calcium oxide Chemical compound [O-2].[Ca+2] BRPQOXSCLDDYGP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000292 calcium oxide Substances 0.000 description 1
- ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N calcium oxide Inorganic materials [Ca]=O ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011852 carbon nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 239000003518 caustics Substances 0.000 description 1
- 239000011083 cement mortar Substances 0.000 description 1
- 238000005234 chemical deposition Methods 0.000 description 1
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 1
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 239000002270 dispersing agent Substances 0.000 description 1
- 230000005670 electromagnetic radiation Effects 0.000 description 1
- 125000002534 ethynyl group Chemical group [H]C#C* 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 239000002657 fibrous material Substances 0.000 description 1
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 1
- 239000010419 fine particle Substances 0.000 description 1
- 239000002223 garnet Substances 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 1
- 229910052602 gypsum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010440 gypsum Substances 0.000 description 1
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 description 1
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000003658 microfiber Substances 0.000 description 1
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 1
- 235000010755 mineral Nutrition 0.000 description 1
- 239000002114 nanocomposite Substances 0.000 description 1
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 229920005596 polymer binder Polymers 0.000 description 1
- 239000002491 polymer binding agent Substances 0.000 description 1
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 description 1
- 239000012047 saturated solution Substances 0.000 description 1
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 1
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920005552 sodium lignosulfonate Polymers 0.000 description 1
- NTHWMYGWWRZVTN-UHFFFAOYSA-N sodium silicate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-][Si]([O-])=O NTHWMYGWWRZVTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001495 sodium tetrafluoroborate Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012798 spherical particle Substances 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000003624 transition metals Chemical class 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B7/00—Hydraulic cements
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
-
- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21F—PROTECTION AGAINST X-RADIATION, GAMMA RADIATION, CORPUSCULAR RADIATION OR PARTICLE BOMBARDMENT; TREATING RADIOACTIVELY CONTAMINATED MATERIAL; DECONTAMINATION ARRANGEMENTS THEREFOR
- G21F1/00—Shielding characterised by the composition of the materials
- G21F1/02—Selection of uniform shielding materials
- G21F1/04—Concretes; Other hydraulic hardening materials
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
- Shielding Devices Or Components To Electric Or Magnetic Fields (AREA)
Abstract
Изобретение относится к радиопоглощающим композиционным материалам строительного назначения. Техническим результатом является повышение радиопоглощающих свойств и прочностных характеристик. Радиопоглощающий композиционный материал строительного назначения получен из смеси, состоящей из связующего на основе цементно-углеродного материала, воды затворения и наполнителя. В качестве цементно-углеродного материала используют цемент с присоединенными к его поверхности углеродными нанотрубками и нановолокнами в количестве 0,1-10% от массы цемента. В качестве наполнителя используют ферритовый порошок или карбонильное железо, или смесь данных компонентов. Исходные компоненты берутся в следующем массовом соотношении: цементно-углеродный материал: функциональный радиопоглощающий наполнитель: вода затворения 1:(1,5-4):(0,4-0,7) соответственно. 1 ил., 3 табл., 5 пр.
Description
Настоящее изобретение относится к области строительных материалов и изделий, в частности создания строительных материалов и изделий с функциональными радиопоглощающими свойствами.
Техническим результатом заявленного изобретения является получение строительных материалов, обладающих повышенными радиопоглощающими свойствами наряду с высокими прочностными характеристиками и изделий на их основе. Повышение радиопоглощающих свойств материала достигается путем нанесения углеродных нанотрубок и нановолокон на связующий материал в виде цемента газофазным способом и использованием функциональных радиопоглощающих наполнителей, в частности ферритовых порошков, в том числе с нанесенными на них газофазным способом углеродных нанотрубок и нановолокон.
Существует ряд технических решений по созданию радиопоглощающих материалов (РПМ) и покрытий (РПП) на основе различных связующих в комбинации с функциональным радиопоглощающим наполнителем, в том числе строительного назначения.
Поскольку радиопоглощающими свойствами в той или иной степени обладают все строительные материалы, в дальнейшем под РПМ понимаются материалы, в которых радиопоглощающие свойства создаются специально.
Среди изделий строительного назначения с радиопоглощающими свойствами используются обычно традиционные материалы с включением специальных поглощающих компонентов.
В качестве радиопоглощающего наполнителя используют технический углерод, ферриты различных марок, карбонильное железо, шунгит и другие ингредиенты, а в качестве связующего полимеры различных марок, цемент, гипс, жидкое стекло и прочие материалы, обладающими вяжущими свойствами. Для повышения функциональных характеристик используют комбинации наполнителей, в том числе наноразмерных, а также связующих со специальными свойствами.
Так, известно техническое решение, когда в строительную бетонную смесь или цементный раствор добавляется радиозащитная углеродсодержащая композиция, которая включает радиозащитный углеродный наполнитель, диспергатор в виде водного раствора натриевого жидкого стекла и стабилизатор [Патент RU 2519244, опубл. 10.06.2014].
Известен радиозащитный строительный бетон, полученный из смеси, состоящей из цемента, песка, воды затворения, заполнителя, а одним из компонентов является углеродсодержащий радиопоглощающий наполнитель, отличающийся тем, что углеродсодержащий радиопоглощающий наполнитель представляет собой структурированный гель, содержащий 51-63 мас. % 5-10%-ного водного раствора поливинилового спирта, 4-7 мас. % лигносульфоната натрия, 9-12 мас. % водного 25%-ного раствора аммиака и 24-30 мас. % электропроводного технического углерода [Патент RU 2545585, опубл. 10.04.2015].
Известен радиопоглощающий материал, состоящий из природного граната, который получен по плазменной технологи и связующего вещества, дополнительно содержащего мелкодисперсные частицы кобальта [Патент RU 2502766, опубл. 27.12.2013].
Известна сухая композиция на основе шунгита для получения материалов с уникальным сочетанием свойств (Шунгилит), включающая активный оксид магния - порошок магнезитовый каустический, модифицирующую добавку и природный минерал шунгит, отличающаяся тем, что активный оксид магния дополнительно взят в виде порошка каустического брусита. Данная строительная смесь позволяет получать материалы, обладающие комбинациями различных свойств, в том числе и защитой от электромагнитного излучения [Патент RU 2540747, опубл. 10.02.2015].
Известны технические решения с использованием цемента или аналогичных связующих материалов в качестве матрицы, а достижение радиопоглощающих свойств достигается путем внесения радиопоглощающих наполнителей. Ими может быть технический углерод, зола уноса [Li Baoyi, Duan Yuping, Liu Shunhua, The electromagnetic characteristics of fly ash and absorbing properties of cement-based composites using fly ash as cement replacement, Construction and Building Materials, Volume 27, Issue 1, February 2012, Pages 184-188], углеродные волокна, в том числе покрытые графеном [Juan Chen, Dan Zhao, Heyi Ge, Jian Wang, Graphene oxide-deposited carbon fiber/cement composites for electromagnetic interference shielding application, Construction and Building Materials, Volume 84, 1 June 2015, Pages 66-72], керамические гранулы [Sabar D. Hutagalung, Nor Hidayah Sahrol, Zainal A. Ahmad, Mohd Fadzil Ain, Mohamadariff Othman, Effect of MnO2 additive on the dielectric and electromagnetic interference shielding properties of sintered cement-based ceramics, Ceramics International, Volume 38, Issue 1, January 2012, Pages 671-678].
Основное количество патентов получения РПМ на основе цемента посвящено созданию бетонов с радиопоглощающими свойствами за счет введения функциональных наполнителей.
Так, в Патенте US 9278887 B1, опубл. 08.03.2016, заявлено использование металлического проводящего материала и проводящих частиц углерода, а в Патенте US 8968461, опубл. 03.03.2015 г. эффективность обеспечивается разной концентрацией традиционных составляющих.
Представляет интерес использование для получения радиопоглощающего материала строительного материала на основе цемента функционального наполнителя в виде углеродных нанотрубок и нановолокон (D. Micheli et al. / Materials Science and Engineering В 188 (2014) 119-129).
В последнее время активно используются в качестве радиопоглощающих компонентов наноразмерные частицы, углеродные нанотрубки и нановолокна.
Известен способ изготовления поглощающего покрытия, где технический результат достигается тем, что на пластине-носителе последовательно формируют:
- адгезионный слой;
- полиамидный слой с углеродными нанотрубками из раствора пиромилитовогодиангидрида и оксидианилина в полярном растворителе методом центрифугирования или полива с последующей сушкой;
- на высушенном полиимидном слое с углеродными нанотрубками формируют методом центрифугирования или полива слой из дисперсии углеродных нанотрубок в полярном растворителе (диметилформамиде или диметилацетамиде), который растворяет приповерхностный слой полиимида и углеродные нанотрубки частично внедряются в растворенный слой;
- проводят сушку и термоимидизацию полиамидного слоя с углеродными нанотрубками и с углеродными нанотрубками из дисперсии, внедренными частично в растворенный приповерхностный слой полиимида;
- на поверхности слоя из углеродных нанотрубок из дисперсии, внедренных частично в растворенный приповерхностный слой полиимида и выступающих из него, прошедшего термоимидизацию, формируют упрочняющий и поглощающий слой из нитрида кремния методом плазмохимического осаждения [Патент RU 2503103, опубл. 27.12.2013].
Предложено, в частности, применение углеродсодержащей композиции для радиозащитных материалов, которая включает: воду, связующее в виде водного раствора натриевого жидкого стекла, радиозащитный углеродный наполнитель и стабилизатор, отличающаяся тем, что содержит ультрадисперсный активный углерод [Патент RU 2519244, опубл. 10.06.2014].
Известно радиопоглощающее покрытие на волокнах, включающее минеральные волокна диаметром 4…9 мкм в качестве основы, отличающееся тем, что на минеральных волокнах создано углеродное покрытие из химически активированных в смеси серной и азотной кислот плоских углеродных частиц толщиной 4,0…7,0 нм и размером в слоевой плоскости 800…3000 нм [Патент RU 2 526 838, опубл. 27.08.2014].
Известно применение ультрадисперсного углерода размерами от 50 до 200 нм как составляющей части в смеси с карбидом кремния, оксидом кремния, которые представляют частицы сферической формы в полимерном связующем для антирадарных целей [Патент RU 2470425, опубл. 20.12.2012].
Известен материал с матрицей, прозрачной для излучения радиоволнового диапазона с применением меди, или феррита, или фуллерена С70, распределенного равномерно во всем объеме материала матрицы в форме нанокластеров [Патент RU 2355081, опубл. 10.05.2009].
Известно применение пресс-композиции для радиозащитных плитных материалов, включающая заполнитель, изготовленный из дисперсного и/или волокнистого материала синтетического или растительного происхождения, и связующее, отличающаяся тем, что связующее представляет собой раствор 4-15 мас. % ультрадисперсного активного углерода с размером частиц 20-80 нм и удельной поверхностью 50-200 м2/г в жидком стекле с концентрацией SiO2 18-24 мас. %, стабилизированный добавкой 3-6 мас. % насыщенного раствора лигносульфоната аммония, причем связующее берется в количестве 22-65% по сухому веществу от общей массы плитного материала [Патент RU 2531817, опубл. 27.10.2014].
Известны также примеры использования при получении РПМ функциональной с точки зрения поглощения ЭМВ жидкой фазы, например техническое решение [Патент US 8,703,902 В2, опубл. 22.04.2014], в котором заявлена эффективность использования в составе РПМ полярных жидкостей, а именно 2-bromoethanol, 1-butyl imidazole, NaBF4. Однако в таких технических решениях жидкая фаза не является эффективным связующим компонентом.
Исследование патентов по синтезу углеродных нанотрубок и нановолокон (УНТ и УНВ) из газовой фазы показало, что общим для всех патентов является стадия приготовления катализатора и/или подложек для получения конечного продукта. В качестве катализатора обычно используются наночастицы переходных металлов, полученные непосредственно в реакторе [Патент РФ 2364569, опубл. 20.08.2009, Патент РФ 2294892 С1, опубл. 10.03.2007, Патент РФ 2338686, опубл. 20.11.2008]. Однако в данном техническом решении как и в других, предполагается использование специальных катализаторов для роста углеродных наноструктур.
Известен поглотитель электромагнитных волн на основе гибридных нанокомпозитных структур, состоящий из слоев нетканого углеродосодержащего полимерного материала с малой плотностью, в которых концентрация углерода монотонно изменяется от слоя к слою, в качестве нетканого углеродосодержащего полимерного материала используют карбонизированный полиакрилонитрил, слои которого пропитаны суспензией, содержащей углеродные нанопористые микроволокна и многослойные углеродные наночастицы фуллероидного типа тороподобной формы, причем слои полиакрилонитрила карбонизированы до концентрации углерода от 1 мас. % до 99,999 мас. % с возрастанием от поверхностных к центральному слою [Патент RU 2594363, опубл. 20.08.2016].
Ранее метод газофазного синтеза углеродных наноструктур пытались применить для упрочнения материалов на основе цемента (Л.И. Насибулина, С.Д. Шандаков, А.Г. Насибулин, Т.С. Кольцова, Э.И. Каупинен. Синтез углеродных нанотрубок и нановолокон на цементных частицах. Научно-технические ведомости СПбГПУ. Том 2. №4-2 (89). 2009. С 13-19; А.Г. Насибулин, «Разработка технологий получения наноразмерных порошков и углеродных нанотрубок методом химического осаждения из газовой фазы», дисс.на соискание ученой степени доктора технических наук. СПбГПУ. Санкт-Петербург. 2011).
Данных по созданию и использованию эффективного радиопоглощающего связующего или увеличению поглощающих свойств подобных материалов за счет модификации связующего (типа цемента или аналогичных материалов), однако не представлены.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому по совокупности существенных признаков, назначению и достигнутому уровню поглощения является поглотитель электромагнитных волн согласно патенту US 9276326, опубл. 01.03.2016, содержащий цемент, воду затворения и углеродные нанотрубки в количестве от 2 до 10% к общей массе поглотителя и имеющий абсолютное значение комплексной магнитной проницаемости в пределах от 2,0-10,0 при частоте 1-110 ГГц и минимальным тангенсом потерь 0,35 и выше в частотном диапазоне от 1 до 110 ГГц.
Однако в приведенном в патенте-аналоге связующий цемент не обладает радиопоглощающими свойствами, в связи с чем радиопоглощение материала на его основе определяется только наполнителем в виде углеродных нанотрубок и не может быть существенным при одновременно высокой прочности. Кроме того, использование нанотрубок ограничивается технологическими и экономическими факторами. В частности, получение нанотрубок согласно существующим технологиям требует достаточно сложного технологичного процесса и применения специальных катализаторов.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является получение строительного материала с повышенными радиопоглощающими характеристиками, обеспечивающего механические и другие эксплуатационные характеристики не ниже существующих строительных материалов.
Заявляемое техническое решение заключается в получении смеси, состоящей из связующего на основе цемента, воды затворения и наполнителя, и отличается тем, что связующим веществом является цементно-углеродный материал (ЦУМ), представляющий собой цемент с присоединенными к его поверхности углеродными нанотрубками и нановолокнами, который вследствие этого приобретает радиопоглощающие свойства. В результате происходит задействование связующего (ЦУМ) в качестве поглощающего компонента, дополнительно к другим компонентам смеси. Исключение стадии приготовления катализаторов достигается тем, что связующий цемент сам является катализатором синтеза образования и формирования на его поверхности углеродных наноструктур при использовании метода газофазного синтеза. При этом дополнительные функциональны свойства обеспечивают эффективные радиопоглощающие наполнители с определенным соотношением компонентов.
Примеры способов изготовления и составов радиопоглощающего композиционного материала строительного назначения приводится ниже. Во всех примерах использовался нейтральный с точки зрения радиопоглощения наполнитель – песок. Соотношение песка и модифицированного или чистого цемента одинаково для каждого случая и составляет 3:1. Водоцементное отношение равно 0,53.
Пример 1. Контрольный образец.
Смешали 10 г чистого не модифицированного цемента марки М500 с 30 г песка и добавили 5,3 г воды до получения однородной массы. Полученную смесь поместили в форму размером 53×30×2 мм. В течение 7 суток происходило отверждение. После чего производилось испытание образцов.
Пример 2
Методом газофазного синтеза были выращены углеродные наноструктуры на поверхности цементного порошка марки М500 в следующей последовательности. Чистый цемент предварительно нагревался в печи в атмосфере аргона при температуре 650°С, затем в атмосферу аргона добавлялся водород, и в течение 10 минут происходило восстановление оксида железа (расход аргона 400 см3/мин, водорода 440 см3/мин). Затем аргон-водородная атмосфера замещалась ацетилен-водородной смесью и в течение 5 мин происходил синтез углеродных наноструктур на поверхности цементного порошка при соотношении водорода к ацетилену 8,3/1. Затем, используя полученный модифицированный цемент, аналогично примеру 1 были получены образцы.
Пример 3
Аналогично примеру 2, только продолжительность синтеза углеродных наноструктур происходило в течение 10 минут.
Пример 4
Аналогично примеру 3, только продолжительность синтеза углеродных наноструктур происходило в течение 15 минут.
Пример 5
Аналогично примеру 3, только вместо песка использован функциональный поглощающий наполнитель на основе ферритов марки 6000 НМ.
На Фиг. 1 приведена зависимость поглощения электромагнитной волны образцами размером 30×53 мм и толщиной 2 мм в соответствии с примерами №1-4.
Испытания проводились коаксиально-волновым методом при частоте 3,2 ГГц. (Данная частота выбрана как наиболее востребованная и проблемная с точки зрения достижения высокой эффективности поглощения). Измерение коэффициентов отражения и поглощения ЭМВ ЭМП производилось при помощи измерителя КСВН панорамного типа Я2Р-67 ГГц. Образец радиопоглощающего композиционного материала строительного назначения размером 53×30×2 мм размещался в волноводной ячейке. Далее измерялось по индикатору ослабление, получаемое за счет отражения от испытуемого образца материала и за счет поглощения. Затем по индикатору значения измерялся коэффициент стоячей волны по напряжению КСВН. Температура и время синтеза ограничиваются появлением аморфной составляющей углерода, свободного оксида кальция, которые являются нежелательными составляющими, а также самой возможностью получения углеродных наноструктур.
Результаты испытаний образцов приведены в таблице 1. Номер образца соответствует номеру примера.
Результаты приведены для частот в диапазоне 3,2-5,6 ГГц. Данные частоты выбраны как наиболее востребованные и проблемные для получения необходимых параметров поглощения.
По сравнению с прототипом, который способен поглощать 10 дБ на сантиметр толщины при содержании 0,5% углеродных нанотрубок по массе поглотителя, заявляемый материал поглощает до 11,5 дБ на сантиметр толщины при содержании 0,25% углеродных нанотрубок по массе поглотителя. Учитывая, что в предлагаемом техническом решении образцы представляли собой смесь цементно-углеродного материала с нейтральным наполнителем (песок), а в прототипе представлены образцы без наполнителя, реальное преимущество предлагаемого материала и способа его получения существенно выше.
В частности, открываются возможности замены нейтрального поглотителя (песок) на радиопоглощающий.
В таблице 2 приведены данные для образцов на основе ЦУМ с наполнителем на основе ферритов (образец 5) и песка (образец 3), обладающим поглощающими свойствами.
Таким образом, по сравнению с контрольным образцом, в котором поглощение ЭМВ практически отсутствует, зафиксированы существенные радиопоглощающие свойства образцов, полученных согласно предлагаемому техническому решению. Поскольку с увеличением продолжительности синтеза углеродных наноструктур на поверхности цемента увеличивается их количество, наблюдается и возрастание коэффициента поглощения.
Поскольку для материала строительного назначения существенное значение имеет также его прочность, проведены испытания на прочностные показатели. Ниже приведены результаты соответствующих испытаний образцов с частичной заменой чистого цемента модифицированным цементно-углеродным материалом.
Соотношение песка и цемента во всех образцах составляет 3:1. Водоцементное соотношение 0,48.
Пример 6. Контрольный образец.
Смешали 500 г чистого цемента марки М500 и 1500 г речного песка. По ГОСТ 310.4 изготовили цементные призматические образцы (балочки). После отверждения их в водной среде при Т=20°С через 28 суток образцы были испытаны на изгиб и сжатие.
Пример 7
В отличие от примера 6 было взято 495 г чистого цемента марки М500 и 5 г цементно-углеродного материала.
Пример 8
В отличие от примера 6 было взято 475 г чистого цемента марки М500 и 25 г цементно-углеродного материала.
Пример 9
В отличие от примера 6 было взято 450 г чистого цемента марки М500 и 50 г цементно-углеродного материала.
Результаты испытания образцов на прочность приведены в таблице 2. Номер образца соответствует номеру примера.
Таким образом, применяемый цементно-углеродный материал не влияет заметно на прочностные характеристики бетона. Прослеживается тенденция к увеличению прочности при сжатии и некоторое снижение при растяжении, однако различия находятся в пределах погрешности эксперимента.
Claims (1)
- Радиопоглощающий композиционный материал строительного назначения, полученный из смеси, состоящей из связующего на основе цементно-углеродного материала, воды затворения и наполнителя, причем в качестве цементно-углеродного материала используют цемент с присоединенными к его поверхности углеродными нанотрубками и нановолокнами в количестве 0,1-10% от массы цемента, а в качестве наполнителя - ферритовый порошок или карбонильное железо, или смесь данных компонентов, причем исходные компоненты берутся в следующем массовом соотношении: цементно-углеродный материал: функциональный радиопоглощающий наполнитель: вода затворения 1:(1,5-4):(0,4-0,7) соответственно.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017112609A RU2655187C1 (ru) | 2017-04-12 | 2017-04-12 | Радиопоглощающий композиционный материал строительного назначения и способ его получения |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017112609A RU2655187C1 (ru) | 2017-04-12 | 2017-04-12 | Радиопоглощающий композиционный материал строительного назначения и способ его получения |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2655187C1 true RU2655187C1 (ru) | 2018-05-25 |
Family
ID=62202520
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017112609A RU2655187C1 (ru) | 2017-04-12 | 2017-04-12 | Радиопоглощающий композиционный материал строительного назначения и способ его получения |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2655187C1 (ru) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2735004C1 (ru) * | 2019-03-14 | 2020-10-27 | Общество с ограниченной ответственностью "ЦЕНТР РЕСТАВРАЦИИ" | Способ производства сухих строительных смесей |
| CN114059682A (zh) * | 2021-11-19 | 2022-02-18 | 西南石油大学 | 一种宽频高效多层型泡沫水泥基吸波板 |
| CN115925304A (zh) * | 2022-11-25 | 2023-04-07 | 邯郸浩翔新型建材有限公司 | 一种高强混凝土专用方圆颗粒机制砂 |
| RU2798073C1 (ru) * | 2022-11-21 | 2023-06-14 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва" | Самоклеящийся радиопоглощающий материал |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2503103C1 (ru) * | 2012-12-27 | 2013-12-27 | Открытое акционерное общество "Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем" (ОАО "Российские космические системы") | Способ изготовления поглощающего покрытия |
| RU2519244C1 (ru) * | 2012-10-24 | 2014-06-10 | Открытое акционерное общество "Инженерно-маркетинговый центр Концерна "Вега" ОАО "ИМЦ Концерна "Вега" | Углеродсодержащая композиция для радиозащитных материалов |
| RU2545585C1 (ru) * | 2013-10-22 | 2015-04-10 | Открытое акционерное общество "Инженерно-маркетинговый центр Концерна "Вега" ОАО "ИМЦ Концерна "Вега" | Радиозащитный строительный бетон и способ его изготовления |
| US9276326B2 (en) * | 2012-07-10 | 2016-03-01 | Kabushiki Kaisha Riken | Electromagnetic wave absorber |
-
2017
- 2017-04-12 RU RU2017112609A patent/RU2655187C1/ru active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9276326B2 (en) * | 2012-07-10 | 2016-03-01 | Kabushiki Kaisha Riken | Electromagnetic wave absorber |
| RU2519244C1 (ru) * | 2012-10-24 | 2014-06-10 | Открытое акционерное общество "Инженерно-маркетинговый центр Концерна "Вега" ОАО "ИМЦ Концерна "Вега" | Углеродсодержащая композиция для радиозащитных материалов |
| RU2503103C1 (ru) * | 2012-12-27 | 2013-12-27 | Открытое акционерное общество "Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем" (ОАО "Российские космические системы") | Способ изготовления поглощающего покрытия |
| RU2545585C1 (ru) * | 2013-10-22 | 2015-04-10 | Открытое акционерное общество "Инженерно-маркетинговый центр Концерна "Вега" ОАО "ИМЦ Концерна "Вега" | Радиозащитный строительный бетон и способ его изготовления |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| АВТО ДИССЕРТАЦИИ "РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЙ ПОЛУЧЕНИЯ НАНОРАЗМЕРНЫХ ПОРОШКОВ И УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК МЕТОДОМ ХИМИЧЕСКОГО ОСАЖДЕНИЯ ИЗ ГАЗОВОЙ ФАЗЫ", НАСИБУЛИН А.Г., САНКТ-ПЕТЕРБУРГ, 2011 г., всего 32 с. Ф.САНЧЕЗ, К.СОБОЛЕВ, "Нанотехнологии в производстве бетонов.Обзор", Вестник ТГАСУ, 3, 2013. * |
| АВТОРЕФЕРАТ ДИССЕРТАЦИИ "РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЙ ПОЛУЧЕНИЯ НАНОРАЗМЕРНЫХ ПОРОШКОВ И УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК МЕТОДОМ ХИМИЧЕСКОГО ОСАЖДЕНИЯ ИЗ ГАЗОВОЙ ФАЗЫ", НАСИБУЛИН А.Г., САНКТ-ПЕТЕРБУРГ, 2011 г., всего 32 с. Ф.САНЧЕЗ, К.СОБОЛЕВ, "Нанотехнологии в производстве бетонов.Обзор", Вестник ТГАСУ, 3, 2013. * |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2735004C1 (ru) * | 2019-03-14 | 2020-10-27 | Общество с ограниченной ответственностью "ЦЕНТР РЕСТАВРАЦИИ" | Способ производства сухих строительных смесей |
| CN114059682A (zh) * | 2021-11-19 | 2022-02-18 | 西南石油大学 | 一种宽频高效多层型泡沫水泥基吸波板 |
| CN114059682B (zh) * | 2021-11-19 | 2023-04-21 | 西南石油大学 | 一种水泥基泡沫吸波材料、吸波板及其制备方法 |
| RU2798073C1 (ru) * | 2022-11-21 | 2023-06-14 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва" | Самоклеящийся радиопоглощающий материал |
| CN115925304A (zh) * | 2022-11-25 | 2023-04-07 | 邯郸浩翔新型建材有限公司 | 一种高强混凝土专用方圆颗粒机制砂 |
| RU2807589C1 (ru) * | 2022-12-16 | 2023-11-16 | Публичное акционерное общество "Объединенная авиастроительная корпорация" (ПАО "ОАК") | Управляемый поглощающий экран |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Xie et al. | Electromagnetic wave absorption properties of helical carbon fibers and expanded glass beads filled cement-based composites | |
| Zhou et al. | High‐temperature electromagnetic wave absorption properties of Cf/SiCNFs/Si3N4 composites | |
| Cheng et al. | The outside-in approach to construct Fe3O4 nanocrystals/mesoporous carbon hollow spheres core–shell hybrids toward microwave absorption | |
| Hou et al. | Reduced graphene oxide/silicon nitride composite for cooperative electromagnetic absorption in wide temperature spectrum with excellent thermal stability | |
| Hou et al. | Electrospinning of Fe/SiC hybrid fibers for highly efficient microwave absorption | |
| Long et al. | Continuous SiCN fibers with interfacial SiC x N y phase as structural materials for electromagnetic absorbing applications | |
| Long et al. | Dielectric response and electromagnetic wave absorption of novel macroporous short carbon fibers/mullite composites | |
| Ma et al. | Electromagnetic wave absorption performance of magnesium phosphate cement functionalized by nano-Fe3O4 magnetic fluid and hollow glass microspheres | |
| Ye et al. | Novel three-dimensional SiC/melamine-derived carbon foam-reinforced SiO2 aerogel composite with low dielectric loss and high impedance matching ratio | |
| Ding et al. | A review of 1D carbon-based materials assembly design for lightweight microwave absorption | |
| RU2655187C1 (ru) | Радиопоглощающий композиционный материал строительного назначения и способ его получения | |
| Zhu et al. | Synthesis and microwave absorption properties of Fe-loaded fly ash-based ceramic composites | |
| Wu et al. | Hierarchical porous carbon fibers for broadband and tunable high-performance microwave absorption | |
| Liu et al. | Uniform core–shell PPy@ carbon microsphere composites with a tunable shell thickness: the synthesis and their excellent microwave absorption performances in the X-band | |
| Wei et al. | In situ synthesis of ternary BaTiO 3/MWNT/PBO electromagnetic microwave absorption composites with excellent mechanical properties and thermostabilities | |
| Qiu et al. | High electromagnetic wave absorbing performance of activated hollow carbon fibers decorated with CNTs and Ni nanoparticles | |
| Li et al. | Preparation and microwave absorption properties of double-layer hollow reticulated SiC foam | |
| Fan et al. | Enhanced microwave absorption of epoxy composite by constructing 3D Co–C–MWCNTs derived from metal organic frameworks | |
| Li et al. | Conductive Ag microspheres with lychee-like morphology on the enhanced microwave absorption properties of MWCNTs | |
| Xu et al. | Hybrid effects of polyvinyl alcohol (PVA) and basalt fibers on microwave absorption of cement composites with fly ash | |
| Hu et al. | State-of-the-art in carbides/carbon composites for electromagnetic wave absorption | |
| Wang et al. | 3D porous Ni@ BPC composites for enhanced electromagnetic wave absorption | |
| Dhawan et al. | Investigation on pitch derived mesocarbon spheres based metal composites for highly efficient electromagnetic interference shielding | |
| Deng et al. | Porous NFG/SiCnw composites fabricated by SLS for structural load-bearing and functionally integrated electromagnetic absorption | |
| Mahani et al. | Electromagnetic and microwave absorption characteristics of PMMA composites filled with a nanoporous resorcinol formaldehyde based carbon aerogel |