Композиционный материал на полимерной основе для комбинированной защиты гамма, нейтронного и электромагнитного излучения, наполненный нанопорошком вольфрама, нитрида бора и технического углерода



Композиционный материал на полимерной основе для комбинированной защиты гамма, нейтронного и электромагнитного излучения, наполненный нанопорошком вольфрама, нитрида бора и технического углерода
Композиционный материал на полимерной основе для комбинированной защиты гамма, нейтронного и электромагнитного излучения, наполненный нанопорошком вольфрама, нитрида бора и технического углерода
Композиционный материал на полимерной основе для комбинированной защиты гамма, нейтронного и электромагнитного излучения, наполненный нанопорошком вольфрама, нитрида бора и технического углерода
Композиционный материал на полимерной основе для комбинированной защиты гамма, нейтронного и электромагнитного излучения, наполненный нанопорошком вольфрама, нитрида бора и технического углерода
Композиционный материал на полимерной основе для комбинированной защиты гамма, нейтронного и электромагнитного излучения, наполненный нанопорошком вольфрама, нитрида бора и технического углерода

 


Владельцы патента RU 2632934:

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" (RU)

Изобретение относится к области защиты от ионизирующего и сверхвысокочастотного излучения. Предлагаемый композиционный материал состоит из сверхвысокомолекулярного полиэтилена 40-62 мас.%, порошка вольфрама 18-20 мас.%, нитрида бора 15-20 мас.% и технического углерода УМ-76 5-20 мас.%. Изобретение позволяет комбинировать свойства поглощения гамма, нейтронного и СВЧ-излучения. 1 ил., 3 табл.

 

Изобретение относится к композиционным материалам, обладающим комбинированными свойствами по защите от гамма, нейтронного и электромагнитного излучения, в частности к материалам на основе полимерного связующего, в качестве которого используется сверхвысокомолекулярный полиэтилен (СВМПЭ), наполненный радио- и радиационно-защитными неорганическими компонентами. Изобретение может быть использовано для изготовления изделий, применяемых в средствах индивидуальной защиты медицинских и аварийно-спасательных служб, а также в атомной, авиакосмической, атомной отраслях промышленности и в медицине. Особенностью данного материала является способность поглощения быстрых нейтронов полимерной матрицей, которые впоследствии затормаживаются до тепловых нейтронов, которые поглощает нитрид бора, тяжелый металл нанопорошок вольфрама ослабляет поток гамма-квантов, а технический углерод, образуя пространственную токопроводящую сеть ,поглощает электромагнитное излучение.

Известен способ изготовления композиционного материала для защиты от электромагнитного излучения поглощением (RU 2242487 C1, опубл. 20.12.2004), включающий смешение электропроводящего наполнителя, содержащего модифицированный графит, и полимерного связующего с последующим термоударом при 250-310°C, с последующим формованием. Композиционный материал характеризуется в диапазоне длин волн от 0,8 до 25 см. В качестве полимерного связующего выбирают из группы, включающей полиолефин, полистирол, фторопласт, ПВХ-пластизоль и кремнийорганический каучук СКТВ, а в качестве модифицированного графита используют продукт модифицирования графита концентрированными серной и азотной кислотами.

Такой материал имеет следующие недостатки:

- предварительная обработка кислотами поглощающего электромагнитное излучение материала;

- виды смешения не позволяют равномерно распределить наполнитель в полимерной матрице;

- не поглощает нейтронное и гамма-излучение.

Известен композит для защиты от космической радиации (RU 2515493 C1, опубл. 10.05.2014), 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.

Недостатками данного материала являются:

- сложность процесса изготовления прекурсоров конечного продукта;

- не поглощает нейтронное излучение.

Прототипом является (RU 2491667 C1, опубл. 27.08.2013), в котором композиционный материал для защиты от радиоктивного излучения содержит компоненты полиуретана, частицы металлов, огнезащитные компоненты и вспомогательные вещества. При этом он дополнительно содержит борную кислоту при следующем соотношении компонентов, мас.%: полиуретан 10,0-80,0; частицы металлов 10,0-60,0; борная кислота 3,0-20,0; огнезащитные компоненты 2,0-8,0; вспомогательные вещества 0,1-3,0. Указанный материал может дополнительно содержать маркирующие компоненты 0.2-1.0 мас.%. Изобретение позволяет создать композиционный материал для защиты от радиоактивного излучения, имеющий огнестойкость более 1000°C и поглощающий излучение нейтронов наряду с поглощением композиционный материал для защиты от радиоактивного излучения.

Отличием является полимерная матрица и нейтронно-поглощающие наполнители, а также способность материала поглощать СВЧ- диапазон.

Технический результат изобретения заключается в комбинации свойств, таких как поглощение гамма, нейтронного и электромагнитного излучения за счет введения в полимерную матрицу (поглотитель быстрых нейтронов) вольфрамсодержащего порошка (поглотитель гамма-квантов), борсодержащего порошка (поглотитель тепловых нейтронов) и углеродного компонента (поглотитель электромагнитного излучения).

Технический результат достигается следующим образом.

Радио-, радиационно-защитный материал на полимерной основе содержит сверхвысокомолекулярный полиэтилен с наночастицами вольфрама, нитрида бора и технического углерода при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Сверхвысокомолекулярный полиэтилен 40-62
Вольфрам 18-20
Нитрид бора 15-20
Технический углерод марки УМ-76 5-20

Изображением (см. чертеж) поясняется хорошее распределение и адгезионное взаимодействие между наполнителем и полимерной матрицей.

В предлагаемом материале комбинирование свойств по поглощению гамма, нейтронного и электромагнитного излучения достигается за счет введенного в композит нанопорошка вольфрама дисперсностью 50-100 нм, нитрида бора с размером частиц 1-10 мкм и технического углерода дисперсностью 5-10 нм. Введение нанопорошка вольфрама в количестве 18-20 мас.% обеспечивает коэффициент ослабления гамма-излучения с энергией от 200 кэВ до 1,4 МэВ лежит в пределах 1,387-1,024. Введение частиц нитрида бора в композит в количестве 15-20 мас.% обеспечивает высокий уровень защитных свойств от нейтронного излучения, вплоть до полного поглощения. Введение технического углерода в количестве 5-20 мас.% способствует высокому уровню поглощающих свойств электромагнитного излучения. Эффективное распределение наполнителей в объеме полимерной матрицы обеспечивается за счет ступенчатого введения наполнителей в ходе механического синтеза в высокоэнергетических планетарных мельницах с металлическими мелящими телами. Получение готового продукта необходимой формы из композиции осуществляется методом термопрессования при температуре 170-190°C. Композиционный материал податлив механической обработке, поэтому конечный продукт может изготавливаться практически любой сложной формы.

Возможность промышленной применимости предлагаемого материала и его использования в качестве радио-, радиационнозащитного материала подтверждается следующим примером реализации.

Пример.

В качестве исходных материалов использовались сверхвысокомолекулярный полиэтилен (СВМПЭ) марки GUR 4120, нанопорошок вольфрма дисперсностью 50-100 нм, полученный методом восстановления в токе водорода специально подготовленного прекурсора на основе вольфрамовой кислоты, и гексогональный нитрид бора и порошок технического углерода марки УМ-76, полученный термоокислительным разложением высокоароматизированного сырья и размером частиц 5-10 нм.

Порошки СВМПЭ, вольфрама, нитрида бора и технического углерода проходят предварительную сушку при температуре 110°C. Затем в металлические барабаны планетарной мельницы FRITSCH Pulverisette 5 с металлическими мелящими телами засыпают СВМПЭ с техническим углеродом для создания пространственной токопроводящей сетки, проводят смешивание в течение 30 минут в режиме 5 минут помола 10 минут «отдых». Затем к полученной смеси добавляется нитрид бора и вольфрам с теми же режимами смешения. Были получены следующие композиции: 18% мас. вольфрама, 10% мас. нитрид бора, технический углерод УМ-76 5% мас., СВМПЭ - остальное; 18% мас. вольфрама, 15% мас. нитрид бора, технический углерод УМ-76 5% мас., CBMПЭ - остальное; 18% мас. вольфрама, 20% мас., нитрид бора, технический углерод УМ-76 10% мас., СВМПЭ - остальное; 18% мас. вольфрама, 20% мас. нитрид бора, технический углерод УМ-76 20% мас., СВМПЭ - остальное; 20% мас. вольфрама, 20% мас. нитрид бора, технический углерод УМ-76 20% мас., СВМПЭ - остальное. Полученные композиции подвергались термопрессованию при температуре 170-190°C и давлении 20-40 МПа.

На чертеже представлен пример структуры композита, снятой на сканирующем электронном микроскопе, путем получения хрупкого излома композита при замораживании его в жидком азоте.

Механические, радио- и радиационнозащитные свойства композитов приведены в таблицах 1, 2, 3.

Композиционный материал для комбинированной радио- и радиационной защиты на полимерной основе, состоящий из сверхвысокомолекулярного полиэтилена и наполненного наночастицами вольфрама, нитрида бора и технического углерода УМ-76 в мас.% соотношении:

Сверхвысокомолекулярный полиэтилен 40-62
Вольфрам 18-20
Нитрид бора 15-20
Технический углерод марки УМ-76 5-20



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области защиты от ионизирующего и сверхвысокочастотного излучения. Предлагаемый композиционный материал состоит из: сверхвысокомолекулярного полиэтилена - 50-75 масс.%, пентаборида дивольфрама - 20-30 масс.% и технического углерода УМ-76 - 5-20 масс.%.

Изобретение относится к способам изготовления электроизоляционных эпоксидных заливочных компаундов, наполненных порошковым ультрадисперсным наполнителем или их смесью, в частности для создания монолитных радиотехнических схем или их узлов.

Изобретение относится к способу получения радиационно-защитного материала на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена для изготовления конструкционных изделий радиационной защиты.

Изобретение относится к ядерной технике, а именно к материалам для защиты от ионизирующего излучения, и предназначено для использования при изготовлении элементов радиационно-защитных экранов.

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.
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.

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.
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.
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 защиты от ионизирующего и сверхвысокочастотного излучения. Предлагаемый композиционный материал состоит из: сверхвысокомолекулярного полиэтилена - 50-75 масс.%, пентаборида дивольфрама - 20-30 масс.% и технического углерода УМ-76 - 5-20 масс.%.

Изобретение относится к области химии, а именно к катализаторам, предназначенным для процесса гидроизомеризации н-алканов, а также прямогонных и гидроочищенных дизельных фракций, и может быть использовано в нефтеперерабатывающей промышленности.

Изобретение относится к области химии, а именно к катализаторам, предназначенным для процесса гидроизомеризации н-алканов, а также прямогонных и гидроочищенных дизельных фракций, и может быть использовано в нефтеперерабатывающей промышленности.
Изобретение относится к технологии получения синтетических алмазов методом динамического детонационного синтеза и может быть использовано для очистки и извлечения высокочистого алмаза из первичных продуктов.
Изобретение может быть использовано в наноэлектронике. Частицы графита помещают в вакуум между электродами, при этом разность потенциалов устанавливают достаточной для электродинамического ожижения частиц и получения ими энергии, превышающей работу, необходимую для их раскола по плоскостям спайности на слои графена при хрупком разрушении во время ударов об электроды.
Изобретение относится к области нанотехнологии, а более конкретно, к нанокомпозитным материалам с пленочным углеродсодержащим покрытием, получаемым осаждением ионов из газовой фазы углеводородов посредством ионно-стимулированного осаждения.Нанокомпозитный материал с биологической активностью включает подложку из биосовместимого полимера, преимущественно политетрафторэтилена или полиэтилентерефталата, имеющую наноструктурированную поверхность в результате ее травления потоками ионов тетрафторметана до формирования среднеквадратичной шероховатости Rq величиной 5-200 нм, при этом рельеф поверхности подложки модифицирован углеродсодержащей наноразмерной пленкой, полученной ионно-стимулированным осаждением в вакууме из циклогексана.Новым является то, что модифицирующая углеродсодержащая пленка, которая получена при осаждении из плазмообразующей смеси тетрафторметана и циклогексана, дополнительно содержит фтор в массовом соотношении к углероду в диапазоне 0,5-1,3, а рельеф наноструктурированной поверхности подложки образован выступами, отстоящими между собой на расстоянии 0,3-1,0 мкм, высота которых, как минимум, вдвое превышает радиус их основания, причем модифицирующая пленка содержит фтор и углерод в следующем их массовом соотношении 32-55% и 65-42% соответственно.Предложенное техническое решение полностью исключило адгезию микроорганизмов на поверхности наноструктурированного материала, супергидрофобность которого достигнута за счет оптимизированного содержания фтора и углерода на заданном нанорельефе поверхности подложки, при этом полученная оптическая прозрачность материала в видимом спектральном диапазоне обеспечила пригодность для использования в политронике..

Изобретение относится к области фармацевтики, а именно к способу получения нанокапсул лекарственных препаратов группы пенициллинов, выбранных из амоксициллина, натриевой соли бензилпенициллина, ампициллина, заключающемуся в том, что в качестве оболочек нанокапсул используется конжаковая камедь, а в качестве ядра - препарат группы пенициллинов, при массовом соотношении ядро:оболочка 1:1, при этом указанный препарат группы пенициллинов добавляют в суспензию конжаковой камеди в бутаноле в присутствии 0,01 г Е472с, затем добавляют метиленхлорид, полученную суспензию нанокапсул отфильтровывают и сушат при 25°С.
Изобретение относится к технологии получения игольчатых монокристаллов оксида молибдена VI MoO3. Поверхность молибденовой ленты, надежно закрепленной своими концами и выгнутой кверху в виде арки, разогревают с помощью резистивного, индукционного или лучевого воздействия до температуры 650-700°С в окислительной газовой среде, содержащей от 10 до 40% кислорода и инертный газ или смесь инертных газов при давлении, превышающем 100 Па, выдерживают при этой температуре в течение не менее 10 с с момента появления паров MoO3 белого цвета, затем нагрев прекращают и молибденовую ленту остужают до 25°С, после чего нагрев возобновляют при температуре 650-700°С до образования на торцах и поверхности молибденовой ленты из паров MoO3 тонких игольчатых монокристаллов оксида молибдена длиной до 5 мм.

Изобретение относится к области электрохимии, в частности к технологии получения пористого покрытия, представляющего собой высокоупорядоченный массив нанотрубок диоксида титана, и может быть использовано в устройствах для очистки воды и воздуха от органических соединений, в производстве комплексов промышленной экологии, а также в устройствах для выработки водорода.

Группа изобретений относится к области медицины, а именно к наночастицам для введения одного или более терапевтических, профилактических и/или диагностических средств, которые получают эмульгированием раствора одного или более биосовместимых полимеров, формирующих ядро наночастиц, одного или более полиэтиленгликолей (ПЭГ), формирующих покрытие наночастиц, одного или более терапевтических, профилактических и/или диагностических средств и одного или более низкомолекулярных эмульгаторов в органическом растворителе при перемешивании в течение по меньшей мере трех часов для испарения органического растворителя и диффундирования и сбора цепей ПЭГ на поверхности наночастиц, при этом покрытие наночастиц характеризуется отношением [Г/Г*] больше 2, где Г – это поверхностная плотность ПЭГ, характеризующая число молекул ПЭГ на 100 нм2 поверхности наночастицы, а Г* – это полное покрытие поверхности наночастицы, характеризующее теоретическое число свободно расположенных молекул ПЭГ, необходимое для полного покрытия 100 нм2 поверхности наночастицы; а также к способу их получения и фармацевтической композиции, содержащей такие наночастицы.

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано при изготовлении имплантатов. Способ формирования нанопористого оксида на поверхности имплантата из порошкового ниобия, включающий обработку в ультразвуковой ванне последовательно в ацетоне и этаноле, промывку в дистиллированной воде, сушку на воздухе и анодирование в водном растворе 1М H2SO4+1% HF в гальваностатическом режиме при плотности тока 0.01 А/дм2 в течение одного часа. Технический результат: увеличение удельной поверхности покрытия, повышение смачиваемости покрытия водой и физиологическим раствором и сохранение высокой коррозионной стойкости имплантата в биосредах. 3 пр., 2 ил.
Наверх