Конструкционная термостойкая боросодержащая композиция и способ её изготовления

Изобретение относится к области композиционных материалов, содержащих карбид бора, и предназначено для изготовления конструкционных элементов изделий для защиты от тепловых нейтронов. Композиция содержит фенолформальдегидную смолу новолачного типа в количестве 20-28 мас.%, гексаметилентетрамин в количестве 1,8-2,8 мас.% и карбид бора остальное. Технический результат заключается в снижении трудоемкости изготовления композиции и повышении ее качества. 2 н.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл., 5 пр.

 

Изобретение относится к области композиционных материалов, содержащих карбид бора, и предназначено для изготовления конструкционных элементов изделий для защиты от тепловых нейтронов.

Известна полимерная композиция для радиационной защиты электронных приборов. Данная композиция содержит полимерное связующее, литий и бор в качестве экранирующих наполнителей в составе соединения тетрагидридобората лития капсулированного при следующем соотношении ингредиентов, мас.%: тетрагидридоборат лития - не более 5; полиэтилен и/или полипропилен - остальное. Все компоненты предлагаемой полимерной композиции были подвергнуты смешению и отверждению по заданному технологическому циклу. Первоначально брали порошкообразный полипропилен и смешивали с порошком капсулированного тетрагидридобората лития в течение 1 часа. Полученную смесь в среде, исключающей взаимодействие с агрессивными атмосферными факторами, подвергали формованию под давлением при повышенной температуре. Патент на изобретение RU 2530002, МПК G21F 1/10, G21F 1/08, 16.11.2014.

Недостатками данной композиции являются: низкая эффективность экранирования относительно Н2O, равная 0,88, невозможность изготовления конструкционных деталей сложной геометрической формы, низкая теплостойкость композиции, определяемая температурой плавления полипропилена, которая не превышает 160-165°С.

Известна боросодержащая композиция, применяемая для биологической защиты от нейтронных излучений. Патент на изобретение RU 2196788, МПК C08J 3/20, C08L 23/12, С08K 3/20, С08K 3/38, 20.01.2003. Боросодержащая композиция содержит полиолефиновый полимер (полипропилен) в качестве связующего и борный ангидрид при следующем соотношении ингридиентов, мас.%: борный ангидрид - 15, полипропилен - 85. Гранулы борного ангидрида перед смешиванием подвергали измельчению до порошкообразного состояния дисперсностью 400 мкм, смешивали с полипропиленом в барабанном смесителе в течение 2-3 ч, а затем экструдировали при температуре 200-220°С в пресс-форму и прессовали при удельном давлении 400-500 кг/см2. Недостатками данной композиции являются низкая теплостойкость композиции, определяемая температурой плавления полипропилена, которая не превышает 160-165°С, а также гигроскопичность композиции, составляющая 0,1%. Недостатком способа изготовления является необходимость предварительного дробления ангидрида бора до дисперсности 400 мкм, возможность попадания частиц материала барабанного смесителя в состав композиции и сложность обеспечения высокой точности геометрических размеров заготовки.

Задачей изобретений является создание композиции с повышенной теплостойкостью и термостойкостью, отсутствием гигроскопичности, нерастворимой в агрессивных средах, обеспечивающей ослабление фона по тепловым нейтронам и изготовление конструкционных элементов изделий с высокой механической прочностью и работающих в широком диапазоне температур.

Техническим результатом композиции является повышение защиты от тепловых нейтронов и возможность создания конструкционных элементов изделий с высокой механической прочностью и работающих в широком диапазоне температур.

Техническим результатом способа является снижение трудоемкости изготовления композиции и повышение ее качества.

Технический результат достигается за счет того, что конструкционная термостойкая боросодержащая композиция состоит из фенолоформальдегидной смолы новолачного типа, гексаметилентетрамина и карбида бора в следующем соотношении, мас.%:

фенолоформальдегидная смола 20-28;
гексаметилентетрамин 1,8-2,8;
карбид бора остальное.

Технический результат достигается также за счет применения способа изготовления конструкционной термостойкой боросодержащей композиции, характеризующийся тем, что в стакан помещают порошки компонентов в указанной выше пропорции и шары из фторопласта диаметром 16-20 мм, стакан помещают в установку планетарного типа и смешивают компоненты до гомогенного состояния в течение не менее 15 минут при соотношении скоростей вращения диска и стакана 2:1, при этом диск вращается по часовой, а стакан против часовой стрелки.

На фиг. 1 представлена расчетная модель эффективности защиты от тепловых нейтронов полученной композиции материала.

На фиг. 2 представлена зависимость коэффициента ослабления от толщины фильтра: кривая А - по числу тепловых нейтронов, кривая Б - по числу событий в сцинтилляторе.

На фиг. 3 представлен пример фильтра, изготовленного из полученной композиции.

Для изготовления боросодержащей композиции берется 20-28 массовых частей порошка новолачной фенолоформальдегидной смолы, 1,8-2,8 массовых частей гексаметилентетрамина, остальное - порошок карбида бора с размером зерна 14-40 мкм (зернистость М14-М40 согласно ГОСТ 3647-80). Затем компоненты гомогенно смешиваются в установке планетарного типа в течение 15 мин при соотношении скоростей вращения диска и стакана с компонентами композиции 2:1 и вращением диска по часовой, а стакана - против часовой стрелки. Для гарантированного качественного перемешивания составных частей композиции используются шары из фторопласта диаметром 16-20 мм: использование шаров из фторопласта при перемешивании полностью исключает попадание материала стаканов установки в композицию.

Фильтры из полученной композиции изготавливаются прессованием. Полученную смесь загружают в пресс-форму с учетом объема прессуемого изделия и прессуют на вертикальном прессе под давлением, обеспечивающим фиксирование заданного объема изделия при нагреве пресс-формы до 175-185°С и выдержке при данной температуре не менее 15 мин. Далее пресс-форму с композицией охлаждают до температуры не более 100°С вне пресса и производят выпрессовывание готового изделия из композиции.

Для изготовления диска из предлагаемой композиции диаметром 52 мм с допуском на диаметр 0,190 мм и толщиной 3 мм с допуском на толщину - 0,06 мм брали компоненты в соответствии с таблицей с учетом объема изделия, помещали в стакан планетарной машины вместе с шарами из фторопласта диаметром 20 мм, смешивали до гомогенного состояния при соотношении скоростей вращения диска и стакана планетарной машины 2:1 в течение 15 мин; затем полученную смесь загрузили в пресс-форму, установили пресс-форму на пресс, нагрели пресс-форму до 180°С и прессовали 15 минут, затем сняли давление пресса, охладили пресс-форму при нормальных климатических условиях до температуры 100°С и выпрессовали диск (фиг. 3). Геометрические размеры диска из композиции находились в пределах полей допусков на размеры.

Результаты механических испытаний образцов приведены в таблице. Твердость по Роквеллу определялась на твердомере ТК-2М шариком диаметром 5 мм при нагрузке 588 Н. Прочность на сжатие определялась на образцах из предлагаемой композиции диаметром 20 мм на испытательной машине МИРС.

Анализ результатов испытаний показывает, что для изготовления изделий из предлагаемой композиции с высокими механическими свойствами без дефектов оптимальными являются соотношения компонентов композиции, указанные в примерах 2-4. Увеличение количества фенолформальдегидной смолы приводит к образованию пористости изделия и, как следствие, снижению его прочностных свойств. Увеличение карбида бора приводит к недостатку количества фенолформальдегидной смолы, необходимой для его смачивания, что приводит к появлению трещин в изделии из композиции и снижению прочностных свойств.

Эффективность защиты от тепловых нейтронов полученной композиции проверяли расчетным способом. Расчет проводили при условиях, обеспечивающих наименьший коэффициент ослабления, а именно (фиг. 1):

- спектр нейтронов соответствует допустимой максимальной температуре;

- поток тепловых нейтронов падает перпендикулярно поверхности экрана из предлагаемой композиции.

Предполагали, что поток тепловых нейтронов имеет максвелловское распределение (средняя энергия 38,3 мэВ),

где Е - энергия нейтрона,

С - нормировочная константа для выполнения условия;

а=38,3 мэВ.

Предполагали, что импульс на детекторе производится при неупругих взаимодействиях нейтронов с материалом детектора. В тепловой области сечение неупругих взаимодействий пропорционально Е-0,5, поэтому в расчете приняли, что количество импульсов детектора пропорционально, что было определено как поток через поверхность с дозовым коэффициентом, равным Е-0,5.

В результате расчета методом Монте-Карло была получена зависимость коэффициента ослабления от толщины фильтра (фиг. 2).

В результате проведенного расчета и испытаний можно сделать вывод, что экран из предлагаемой композиции обеспечивает ослабление фона по тепловым нейтронам в 3000 раз при толщине 3 мм при объемной плотности бора 1667 мг/см3, эффективность экранирования относительно Н2O составляет 2122.

Предлагаемая композиция отличается высокой теплостойкостью до 300-350°С, способностью выдерживать локальный нагрев до 700°С, нерастворимостью в агрессивных средах, отсутствием гигроскопичности.

Теплостойкость проверяли, поместив диски из предлагаемой композиции в термокамеру и нагрев их до темапературы 350°С. После выдержки дисков в течение 1 часа не произошло потери формы и изменения геометрических размеров дисков из предлагаемой композиции.

Предлагаемая композиция с заявляемым диапазоном массовых соотношений компонентов обеспечивает возможность изготовления конструкционных элементов изделий с высокой точностью геометрических размеров, высокой механической прочностью и работающих в широком диапазоне температур.

Прессование с учетом объема готового изделия, а также изготовление изделия из композиции предложенным способом позволяют снизить трудоемкость изготовления за счет отсутствия необходимости предварительного дробления карбида бора, повысить качество приготавливаемой смеси за счет использования шаров из фторопласта. Прессование по объему, а не по давлению позволяет получать детали различной сложности с высокой точностью геометрических размеров не хуже 11 квалитета согласно ГОСТ 25346-89, которые можно в дальнейшем подвергать механической обработке.

1. Конструкционная термостойкая боросодержащая композиция, состоящая из фенолформальдегидной смолы новолачного типа, гексаметилентетрамин и карбида бора в следующем соотношении, мас.%:

фенолформальдегидная смола 20-28
гексаметилентетрамин 1,8-2,8
карбид бора остальное.

2. Способ изготовления конструкционной термостойкой боросодержащей композиции, характеризующийся тем, что в стакан помещают шары из фторопласта диаметром 16-20 мм и порошки компонентов в следующем соотношении, мас.%:

фенолформальдегидная смола 20-28
гексаметилентетрамин 1,8-2,8
карбид бора: порошок с размером зерна 14-40 мкм остальное,

при этом стакан помещают в установку планетарного типа, смешивают компоненты до гомогенного состояния в течение не менее 15 мин при соотношении скоростей вращения диска и стакана 2:1, при этом диск вращается по часовой, а стакан против часовой стрелки.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к теплозащитным покрытиям (материалам), предназначенным для защиты узлов и агрегатов, работающих в условиях воздействия аэродинамических и газодинамических тепловых потоков.

Изобретение относится к продукту из стекловолокна, который может быть использован для тепло- и звукоизоляции крыш и стен в жилых и коммерческих строениях. Продукт из стекловолокна содержит связующую композицию, где связующая композиция до отверждения содержит фенолформальдегидную смолу и один или несколько модификаторов, выбранных из группы, включающей сополимер, содержащий одно или несколько элементарных звеньев на основе производных виниловых ароматических соединений и по меньшей мере одно вещество из малеинового ангидрида и малеиновой кислоты или аддукт стирола, по меньшей мере одного вещества из малеинового ангидрида и малеиновой кислоты и по меньшей мере одного вещества из акриловой кислоты и акрилата, или любую их комбинацию.

Группа изобретений относится к связующим типа фенольно-фурановых связующих, используемым для изготовления изделий общепромышленного назначения, в том числе композиционных материалов, способам получения таких связующих, а также к композиционным материалам на их основе.

Изобретение относится к эпоксидному связующему для армированных пластиков и может использоваться в машиностроении, ракетно-космической технике, авиастроении, для транспортировки и хранения легковоспламеняющихся и взрывчатых веществ.
Изобретение относится к эпоксидному связующему для армированного пластика, применяемого в строительстве, машиностроении, ракетно-космической технике и т.п. .
Изобретение относится к полимерным композиционным материалам, предназначенным для изготовления пожаробезопасных деталей интерьера в авиации, судостроении, автомобилестроении, железнодорожном транспорте и строительстве, в том числе и для изготовления крупногабаритных изделий сложной конфигурации.

Изобретение относится к производству вспененных теплоизоляционных материалов и может быть использовано для тепловой изоляции строительных ограждающих конструкций и промышленного оборудования.

Изобретение относится к области производства полимерного материала, который может быть использован для изготовления пористых углеродных изделий конструкционного назначения, при этом в качестве наполнителя композиция содержит отвержденную фенолоформальдегидную смолу и комплекс ванадия общей формулы VO(С36Н49 O5N2), образующийся при извлечении ванадия из сбросных технологических растворов переработки передельных шлаков черной металлургии и представляющий собой порошок продукта взаимодействия метаванадата и бисаминофенолоформальдегидного олигомера, и дополнительно содержит смазку при следующем соотношении компонентов, мас.%: пульвербакелит 36-43,8, отвержденная феноло-формальдегидная смола 36-43,8, комплекс ванадия 10-25, смазка 2,4-3,0.

Изобретение относится к области получения эпоксидных связующих для пропитки армированных материалов - пресс-материалов, стекло- и углепластиков, перерабатываемых методами прямого прессования, сухой намотки и т.д.

Изобретение относится к агентам подавления образования нароста на стенках реактора при полимеризации винилхлорида или винилацетата. .

Изобретение относится к биодеградируемым полимерным композиционным материалам, а именно к области экологической биотехнологии. Описан биодеградируемый композиционный материал, содержащий полимерную матрицу на основе отходов формальдегидной смолы и наполнитель, включающий крахмал, дрожжи, казеиновый клей, отличающийся тем, что наполнитель содержит гидрокарбонат натрия при следующем соотношении компонентов, мас.ч.: отходы фенолформальдегидной смолы СФ-010 50,8-55,5, гидрокарбонат натрия 15,0-16,5, крахмал 11,0-13,0, казеиновый клей 11,0-16,0, дрожжи 6,0-6,5.

Изобретение относится к области теплотехники, в частности к производству легковесных огнеупорных теплоизоляционных изделий. Композиция включает связующее и легкий заполнитель и дополнительно содержит карбамидофурановую смолу марки ФК и катализатор отверждения марки ОК в количестве 10% от массы смолы.

Изобретение относится к теплозащитным материалам на основе этиленпропилендиеновых каучуков, которые могут использоваться в авиа- и ракетостроении. Теплозащитный материал на основе этиленпропилендиенового каучука включает следующее соотношение компонентов, мас.

Изобретение относится к стеклопластикам, фенолформальдегидным связующим и композиционным материалам на их основе, предназначенным для изготовления пожаробезопасных изделий.

Изобретение относится к способу получения пористого теплоизолирующего заполнителя для теплоизолирующих многослойных панелей и оболочек. Изобретение может быть использовано в авиа- и судостроении, а также в химическом машиностроении.
Изобретение относится к способу обработки мелкодисперсных порошковых наполнителей композиционных материалов и может быть использовано при производстве композиционных материалов фрикционного назначения.
Изобретение относится к способу обработки волокнистых армирующих наполнителей композиционных материалов и может быть использовано при производстве композиционных материалов фрикционного назначения.

Изобретение относится к полимерным составам на основе фенолформальдегидной смолы, бутадиен-нитрильного каучука в бутилацетате, порошкообразных и волокнистых наполнителей для изготовления полуфабриката прессовочного материала общепромышленного назначения.

Изобретение относится к полимерным композиционным материалам, которые могут быть использованы для изготовления изделий конструкционного назначения в авиационной, автомобильной, бытовой и других областях техники.

Изобретение относится к полимерным композициям для получения теплоизоляционного материала, который может быть использован при создании наружных теплоизоляционных и защитных покрытий при возведении и реконструкции зданий и сооружений, теплоизоляции жилых и производственных зданий, магистральных и локальных нефте- и газопроводов и иных энергонеэффктивных конструкций.
Изобретение относится к области неорганической химии и может найти применение для изготовления тепло- и звукоизоляционного материала, который наносится на подготовленную поверхность, требующую изолировать.

Изобретение относится к области композиционных материалов, содержащих карбид бора, и предназначено для изготовления конструкционных элементов изделий для защиты от тепловых нейтронов. Композиция содержит фенолформальдегидную смолу новолачного типа в количестве 20-28 мас., гексаметилентетрамин в количестве 1,8-2,8 мас. и карбид бора остальное. Технический результат заключается в снижении трудоемкости изготовления композиции и повышении ее качества. 2 н.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл., 5 пр.

Наверх