Композит для защиты от космической радиации


 


Владельцы патента RU 2515493:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова" (RU)

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.

 

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 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.

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



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к средствам защиты от радиоактивного излучения и может применяться в производстве контейнеров для хранения радиоактивных материалов, а также изоляции помещений.

Изобретение относится к области космического материаловедения и может быть использовано в качестве терморегулирующих покрытий на внешней стороне космического аппарата в области низких земных орбит.
Изобретение относится к области разработки материалов, обладающих нейтронопоглощающими свойствами, и может быть использовано в качестве защитного слоя при изготовлении транспортно-упаковочных конструкций (ТУК) для транспортировки и хранения отработанного ядерного топлива, а также для биологической защиты от других случаев нейтронных излучений.

Изобретение относится к лантаноидсодержащим соединениям, состоящим из сополимера этилметакрилата и 3-аллилпентандиона-2,4 (100:1), связанного через -дикетонатную группу с ионом лантаноида (+3), который, в свою очередь, связан с молекулами лиганда, представляющего собой -дикетон, общей формулы где Ln - ион лантаноида (+3) (La 3+, Pr3+, Nd3+ Sm3+, Eu 3+, Gd3+, Tb3+, Dy3+, Ho3+, Er3+, Tm3+, Yb3+ ), n - количество звеньев этилметакрилата в цепи сополимера; m - количество лантаноидсодержащих звеньев в цепи сополимера; R1, R2, R3, R4 - органические радикалы (СН3-метил, С6Н 5-фенил): R1=R2=R3=R 4=СН3 - ион лантаноида (+3), связанный с полимерной частью соединения через фрагмент пентандион-2,4 (ацетилацетона) и лигандом, представляющим собой ацетилацетон; R1=R 3=СН3, R2=R4=С6 Н5 - ион лантаноида (+3), связанный с полимерной частью соединения через фрагмент бензоилацетона и лигандом, представляющим собой бензоилацетон; R1=R2=R3 =R4=С6Н5 - ион лантаноида (+3), связанный с полимерной частью соединения через фрагмент дибензоилметана и лигандом, представляющим собой дибензоилметан; R1 =R3=R4=СН3, R2=С 6Н5 - ион лантаноида (+3), связанный с полимерной частью соединения через фрагмент бензоилацетона и лигандом, представляющим собой ацетилацетон; R1=R2=С6 Н5, R3=R4=СН3 - ион лантаноида (+3), связанный с полимерной частью соединения через фрагмент дибензоилметана и лигандом, представляющим собой ацетилацетон; R1=R2=R3=С6Н 5, R4=СН3 - ион лантаноида (+3), связанный с полимерной частью соединения через фрагмент дибензоилметана и лигандом, представляющим собой бензоилацетон.
Изобретение относится к области композиционных пленкообразующих материалов и предназначено для создания тонкослойных полимерных рентгенозащитных покрытий. .
Изобретение относится к материалам для защиты от радиационных излучений, которые могут быть использованы для создания защитной одежды, экранов, облицовки и других изделий.
Изобретение относится к полимерным композициям на основе порошковых вольфрама, железа и полипропилена, которые могут применяться для изготовления конструкционных изделий для биологической защиты от радиоактивных излучений.
Изобретение относится к изготовлению крупногабаритных толстостенных деталей диаметром до 1500 мм толщиной до 500 мм из композиции на основе порошковых вольфрама, железа и полипропилена и предназначено для защиты от радиоактивных излучений при эксплуатации атомных энергетических установок.

Изобретение относится к радиационно-защитным материалам. .

Изобретение относится к технологии изготовления материалов для защиты от нейтронного излучения. Пастообразный материал для защиты от нейтронного излучения включает консистентную смазку ВНИИНП-293 и порошкообразный бор аморфный в качестве наполнителя при массовом соотношении компонентов (%) 91-97 и 3-9 соответственно, при этом удельная поверхность порошка бора аморфного составляет не менее 15 м2/г. Способ приготовления заявленного материала включает перемешивание консистентной смазки ВНИИНП-293 и наполнителя - порошкообразного бора аморфного в массовом соотношении (%) соответственно 91-97 и 3-9. Техническим результатом является обеспечение сечения поглощения тепловых электронов от 7 до 21 см-1 в зависимости от массового содержания бора (3-9% соответственно); температуры каплепадения не ниже 170°C; вязкости, определяемой капиллярным вискозиметром при плюс 50°C и среднем градиенте скорости деформации 1000 с-1, в пределах 0,3-1,4 Па·с, а при минус 50°C и среднем градиенте скорости деформации 100 с-1 - не более 19 Па·с; коллоидной стабильности при нагрузке 3H (процент выделенного масла) не более 25%; содержания воды менее 0,01%; а также обеспечение возможности с помощью данной композиции заполнять объемы различной конфигурации, в том числе длинные каналы малого сечения (диаметром менее 4 мм), в диапазоне температур от минус 50°C до плюс 50°C. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 4 ил., 2 табл.
Изобретение относится к полимерной композиции для радиационной защиты электронных приборов, содержащей полимерное связующее, литий и бор в качестве экранирующих наполнителей (агентов), которая может быть использована для изготовления защитных материалов для биологической защиты, в качестве теневой защиты ядерных энергетических установок, аппаратуры ядерно-опасных объектов. Заявленная композиция содержит в качестве связующего полипропилен и/или полиэтилен, а литий и бор в составе соединения тетрагидридобората лития (ТГБЛ) капсулированного при следующем соотношении ингредиентов, % мас.: порошкообразный экранирующий наполнитель -   тетрагидридоборат лития не более 5 полиэтилен и/или полипропилен остальное Предлагаемая композиция обеспечивает повышение эффективности радиационно-защитных свойств и уменьшение образования гамма-квантов. 1 з.п. ф-лы, 1 табл., 1 пр.

Изобретение относится к сельскому хозяйству и защите окружающей среды, в частности к средствам для дезактивации почв, зараженных радиоактивными элементами. Средство для дезактивации почв, зараженных радиоактивными элементами, содержит в своем составе поли-N,N-диалкил-3,4-диметиленпирролидиний галогенид общей формулы в которой R1 и R2 означают независимо друг от друга линейный или разветвленный алкил с 1-6 атомами углерода и X означает фтор, хлор, бром, йод или тетрафторборат, причем средняя молекулярная масса полимера составляет от 75000 до 100000 г/моль. Заявлен также способ дезактивации почв, зараженных радиоактивными элементами, с применением указанных средств. Технический результат - заявленное вещество связывает радиоактивные элементы, снижает содержание их водорастворимых форм, продолжительно действует на структуру почв и урожайность, упрощает процесс дезактивации земель, зараженных радиоактивными элементами. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 8 табл., 6 пр.

Изобретение относится к ядерной технике, а именно к материалам для защиты от ионизирующего излучения, и предназначено для использования при изготовлении элементов радиационно-защитных экранов. Радиационно-защитный материал на полимерной основе содержит сверхвысокомолекулярный полиэтилен с наночастицами вольфрама и карбида бора. Изобретение обеспечивает увеличение поглощения ионизирующего излучения. 1 ил., 3 табл., 1 пр.

Изобретение относится к способу получения радиационно-защитного материала на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена для изготовления конструкционных изделий радиационной защиты. Способ включает предварительную сушку при температуре 100-130°C порошков сверхвысокомолекулярного полиэтилена, вольфрама и карбида бора. Затем порошки сверхвысокомолекулярного полиэтилена в количестве 32 мас.%, вольфрама - 60 мас.% и карбида бора - 8 мас.% смешивают и подвергают обработке в высокоэнергетичной планетарной мельнице с металлическими мелящими телами, с последующим термопрессованием смеси порошков при температуре 180-200°C и давлении 35-40 МПа. 1 ил., 1 пр.
Наверх