Полимерная композиция

 

Предлагаемое изобретение относится к области лазеропрочных полимерных материалов и может быть использовано для изготовления элементов силовой оптики мощных лазеров, таких как линзы, призмы, пластинки и т.д.

Описана полимерная композиция для изготовления элементов силовой оптики лазеров, содержащая полиметилметакрилат и модифицирующую добавку - соединения общей формулы

или ,

где R₁=CH₃ - C₅ H₁₁, R=H, CH₃ - C₅H₁₁ ,

при следующем соотношении компонентов, об.%:

модифицирующая добавка 10-25полиметилметакрилат остальное

Технический эффект - повышение пороговой лазерной прочности. 1 табл.

Предлагаемое изобретение относится к области лазеропрочных полимерных материалов и может быть использовано для изготовления элементов силовой оптики мощных лазеров, таких как линзы, призмы, пластинки и т.д.

В последние годы к элементам силовой оптики мощных лазеров предъявляются жесткие требования как по многократной лазерной прочности (ресурсу стабильной работы, т.е. количеству вспышек излучения лазера при фиксированной плотности энергии, за которое в объеме полимера не возникает механических разрушений), так и к пороговой (однократной) лазерной прочности, определяемой по максимальной плотности энергии излучения, при которой в полимере за 1 вспышку излучения не возникает механических разрушений.

Известен состав лазеропрочного полимерного материала с повышенной многократной лазерной прочностью на основе алкил-ω-оксикарбонилоксиэтиленметакрилата [авт.св. СССР № 1840103, МКИ-2, C 08 F, 1980 г.] Однако низкая формоустойчивость этого материала в диапазоне температур -50-+50°С делает его непригодным для изготовления блочных оптических элементов лазеров.

Известен состав полимерного материала для элементов силовой оптики лазеров на основе полиметилметакрилата (ПММА), модифицированного добавками из классов алкилзамещенных фосфатов, фосфитов, фосфонатов, дифосфатов, дифосфонатов, дифосфитов при соотношении компонентов, об.%:

модифицирующая добавка 5÷25полиметилметакрилат остальное

обладающий высокой многократной лазерной прочностью (Pd(N)=2-30 Дж/см ²) и высокой стабильностью геометрических характеристик в диапазоне температур -50-+50°С, что позволяет использовать такой состав для изготовления лазерных оптических элементов. Pd(N) - минимальное значение плотности энергии излучения, при которой в образце возникают разрушения за 200 вспышек излучения.

Однако указанный состав не может быть использован для изготовления оптических элементов лазеров, к которым предъявляются повышенные требования по пороговой лазерной прочности (не менее 400 Дж/см ²), так как пороговая лазерная прочность такого материала относительно невелика и не превышает 40-80 Дж/см².

Целью настоящего изобретения является разработка состава полимерного материала для элементов силовой оптики лазеров, обладающего повышенной пороговой лазерной прочностью при сохранении высокой многократной лазерной прочности. С этой целью в состав полимерного материала на основе полиметилметакрилата вводят модифицирующую добавку из классов алкилпроизводных серной кислоты общей формулы

где R₁=CH₃ - C₅ H₁₁,

или алкилзамещенных амидов алифатических карбоновых кислот общей формулы

где R=H, CH₃ - C₅H ₁₁,

R₁=CH₃ - С₅H ₁₁

при следующем соотношении компонентов, об.%:

модифицирующая добавка - из классов  алкилзамещенных производных серной кислоты  или алкилзамещенных амидов алифатических  карбоновых кислот 10-25полиметилметакрилат остальное

Предлагаемый состав полимерного материала обладает повышенной пороговой лазерной прочностью (≥400-1400 Дж/см²), что превышает пороговую лазерную прочность традиционного оптического материала - стекла К-8 (420 Дж/см²), а по многократной лазерной прочности (Pd(N)) не уступает прототипу (см. таблицу).

Для лучшего понимания сути предлагаемого изобретения приводятся следующие примеры приготовления заявляемых составов и их характеристики.

Пример 1.

В стеклянную ампулу заливают мономерную смесь, состоящую из 20 об.% 20 мл диметилсульфата (R₁=CH₃) и 80% 80 мл метилметакрилата. Вводят 0,1 г инициатора - динитрила азоизомасляной кислоты. Смесь дегазируют, после чего ампулу запаивают. Полимеризацию проводят при 50-100°С в течение 3÷12 час. После завершения полимеризации полимер извлекают из ампулы, разрезают на цилиндры ⊘15-20 ми и высотой 8-10 мм, шлифуют и полируют до оптического качества поверхностей. Проводят исследования пороговой и многократной лазерной прочности (данные приведены в таблице).

Примеры 2-12.

Компонентный состав и данные о лазерной прочности приведены в таблице. Приготовление полимерных составов аналогично примеру 1.

  Компонентный состав и данные о лазерной прочности заявляемого составаПример Состав полимерного материала (ПММА=100% - содержание модификатора) Лазерная прочность  тип модификатора RR₁ содержание модификатора, об.%пороговая, Дж/см ²многократная Pd(N), Дж/см ²1 Алкилпроизводные серной кислоты- CH₃20 1000>26 2-"- -СН₃ 101400 183 -"-- CH₃25 950>25 4-"- -C₂ H₅20 800>25 5-"- -C₅ H₁₁15 65017 6Алкилзамещенные амиды карбоновой кислоты НCH₃ 20700 207 -"-Н С₂Н₅ 2065020 8-"- HC₅ H₁₁25 40022 9-"-CH ₃C₂H ₅20 80018 10-"-CH ₃CH₃ 1075012 11-"- C₂H₅ C₃H ₇15 50014 12-"-C ₅H₁₁C ₅H₁₁ 25600>25 Прототип Дифосфат   2080 20

Как следует из данных, приведенных в таблице, использование полимерных материалов заявляемого состава позволяет в 5-20 раз повысить пороговую лазерную прочность по сравнению с составом-прототипом при сохранении высокой многократной лазерной прочности. Это делает весьма перспективным использование заявляемого состава для изготовления элементов силовой оптики мощных лазеров.

Базовый объект совпадает с прототипом изобретения.

Формула изобретения

Полимерная композиция для изготовления элементов силовой оптики лазеров, содержащая полиметилметакрилат и модифицирующую добавку, отличающаяся тем, что, с целью повышения пороговой лазерной прочности элементов, она содержит в качестве модифицирующей добавки соединения общей формулы

или ,

где R₁=CH₃ - C₅ H₁₁, R=H, CH₃ - C₅H_11,

при следующем соотношении компонентов, об.%:

Модифицирующая добавка 10-25Полиметилметакрилат Остальное