Министерство образования и науки Российской Федерации

Вид материала

Документы

Содержание Методика эксперимента Результаты экспериментов и их обсуждение

Подобный материал:

• Российской Федерации Министерство образования и науки Российской Федерации Государственный, 343.55kb.
• Министерство образования и науки российской федерации федеральное государственное научное, 1938.46kb.
• Министерство образования и науки российской федерации «утверждаю» Минобрнауки России, 7940.78kb.
• Министерство образования и науки российской федерации федеральное агентство по образованию, 32.48kb.
• Государственная программа Российской Федерации «Доступная среда» на 2011 2015 годы, 1560.95kb.
• Вторая всероссийская научно-практическая конференция «Рынок образования и рынок труда:, 36.95kb.
• Реферат по дисциплине «Методология программной инженерии» Тема: «case технологии разработки, 116.96kb.
• Министерство образования и науки Российской Федерации, 427.21kb.
• Министерство министерство образования и науки информационных российской федерации технологий, 47.51kb.
• Правительства Российской Федерации от 11 июля 2005 г. №422. Государственным заказчиком, 268.73kb.

МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА

Исследования проводились на Ni-Zn-ферритах марки 1000НН, полученных по керамической технологии. Смесь исходных оксидов Fe₂O₃, NiO, CuO, ZnO после 3 часового измельчения в вибрационной мельнице прокаливали при 910⁰С. Полученную шихту 3 часа измельчали в вибрационной мельнице с введением легирующей добавки в виде тонкого порошка оксида висмута. Оксид висмута, как легкоплавкая добавка, активирует спекание, формируя диэлектрическую прослойку по границам зерен [6]. В измельченную шихту вводили связку в виде 10 % раствора поливинилового спирта с последующим гранулированием смеси протиркой через сетки 0,500 и 0,315 мм. Из гранулированного порошка прессовали на гидравлическом прессе кольцевые заготовки К16х7х6 мм под давлением 200 МПа. Спекание проводили при температуре 1310⁰С в туннельной печи «Гипербола» с регулируемой атмосферой азота и кислорода. Спеченные заготовки шлифовали по высоте, внутреннему и наружному диаметрам с целью обеспечения требуемых геометрических размеров.

Всего было изготовлены 6 партий. 1-я партия без добавок. 2-я партия с добавками 1 % Вi₂O₃, 3-я с добавками 1% крупной фракции частиц феррита размером 180-200 мкм, 4-я с с добавками 1 % Вi₂O₃ и 1% крупной фракции частиц феррита размером 200-315 мкм. Первые 4 партии спекалась и охлаждалась в воздушной среде. 5-ю партию стехиометрического состава спекали и охлаждали в интервале температур от 1300 до 600⁰С в среде с пониженным парциальным давлением кислорода (2500 Па). 6-я партия без добавок с избытком оксида железа сверх стехиометрии (52,5 мол %) спекалась и охлаждалась в воздушной среде.

Измерения частотной зависимости действительной и мнимой составляющих магнитной проницаемости, коэффициента отражения от образцов в диапазоне частот 0.3  1300 МГц проводились на лабораторном стенде, на базе измерителя комплексных коэффициентов передачи "Обзор-103", сопряженного с компьютерной системой регистрации и обработки сигнала. Кольцевые образцы, размещенные на кольцевой металлической пластине, помещались в коаксиальную измерительную ячейку сечением 16х6.95 мм, согласованную с коаксиальным измерительным трактом и включенную в режим измерения ослаблений (пропускания). Тракт обеспечивает распространение волны ТЕМ-моды. Достоверность измерений амплитуды и фазы ослабленного сигнала проверялась включением набора фиксированных аттенюаторов, эталонных нагрузок или эталонных отрезков линии соответствующего частотного диапазона. Микроструктурный анализ проводился на сканирующем микроскопе фирмы «Карл Цейс Йена». Рентгеноспектральный анализ образцов проводился на установке «Дрон-3».


РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТОВ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Образцы не легированной оксидом висмута партии (партия 1), прошедших обжиг в атмосфере воздуха, характеризовались однородной структурой со средним размером зерен около 10 мкм (рис. 1). Легирование 1% оксида висмута привело к увеличению размеров зерен в 2-3 раза (партия 2), что можно объяснить активированием спекания в результате формирования легкоплавкой эвтектики вдоль границ зерен (рис. 2). На рисунке видны тонкие светлые зернограничные слои, обогащенные висмутом. Рентгеноспектральный анализ проб из глубины зерна и границы зерна Ni-Zn феррита легированной оксидом висмута партии показал, что по границам зерен преимущественно выделяются оксиды висмута и цинка.

Рост зерен наблюдается при предварительном введении 1% масс. крупных частиц в порошок (партия 3) перед спеканием (рисунок 3). Крупные частицы размером 180-200 мкм изготавливались дроблением спеченных ферритов того же состава с последующим отсевом через сетки. Перемешивание крупной фракции с ферритовой шихтой проводили в коническом смесителе в течении 2 часов.




Рис. 1. Микроструктура не легированной висмутом феррита (партия 1)



Рис. 2. Микроструктура феррита, легированной 1% масс. оксидом висмута (партия 2)



Рис. 3. Микроструктура феррита, с дошихтовкой 1% масс. крупной частиц перед спеканием

(партия 3)

Данные о влиянии добавок на коэффициент отражения приведены на рисунке 4. Из данных видно, что наилучшие результаты достигаются при одновременном введении оксида висмута и крупной фракции (партия 4).



Рис. 4. Частотная зависимость коэффициента отражения мощности от поверхности феррита6 1- без добавок ; 2 – с 1 %. масс. оксида висмута; 3 – с 1 % масс. крупной фракции; 4 - с 1 %. масс. оксида висмута и с 1 % масс. крупной фракции

Из данных, приведенных на рис. 5, видно, что спекание и последующее охлаждение в среде с пониженным парциальным давлением кислорода приводит к увеличению диэлектрической проницаемости. Увеличение диэлектрической проницаемости достигается также на партии, спеченной в воздушной среде с нормальным парциальным давлением кислорода, но содержащем избыточное над стехиометрическим составом количество оксида железа (рис.6).




Рис. 5. Спектры комплексной диэлектрической проницаемости образцов Ni-Zn феррита 1000НН партий: 2) спекание и последующее охлаждение в среде воздуха; 5) спекание и охлаждение в среде с пониженным парциальным давлением кислорода




Рис.6. Спектр комплексной диэлектрической проницаемости образца Ni-Zn фе

ррита 1000НН партии с избыточным содержанием оксида железа сверх стехиометрии (партия 6)


Увеличение диэлектрической проницаемости в партиях, с избыточным содержанием оксида железа сверх стехиометрии и спеченных в среде с пониженным содержанием кислорода можно объяснить увеличением содержания ионов Fe²⁺ в феррите. В результате повышается электропроводность феррита при сохранении диэлектрических свойств границ зерен, приводящее к увеличению диэлектрической проницаемости феррита [2].

Высокие значения диэлектрической проницаемости, достигаемые при спекании в среде с пониженным парциальным давлением кислорода, можно также объяснить уменьшением испарения оксида висмута.

На рис. 7 приведены частотные зависимости коэффициента отражения мощности от поверхности ферритовых образцов исследованных партий. Из данных видно, что наибольшее поглощение мощности наблюдается на образце, спеченной в среде с пониженным давлением кислорода. Это можно объяснить высокими значениями диэлектрических потерь, обусловленным как увеличением проводимости зерен, так и увеличением диэлектрической проницаемости границ зерен в результате формирования висмут содержащих прослоек.




Рис. 7. Частотная зависимость коэффициента отражения мощности от поверхности феррита партий: 2) спекание и последующее охлаждение в среде воздуха; 5) спекание и охлаждение в среде с пониженным парциальным давлением кислорода; 6) с избыточным содержанием оксида железа сверх стехиометрии.


ВЫВОДЫ

Исследования подтвердили эффективность формирования крупнозернистой микроструктуры в Ni-Zn-феррите с целью расширения частотного интервала и уровня радипоглощения. Поставленная цель достигается при легировании оксидом висмута и введением в шихту перед спеканием крупной фракции частиц феррита того же состава размером 180-200 мкм. Наибольший эффект достигается при совместном легировании оксидом висмута и введении крупной фракции частиц.

Исследования подтвердили эффективность спекания Ni-Zn-ферритов в среде с пониженным давлением кислорода с целью расширения частотного интервала и уровня радипоглощения. В результате формируется микроструктура, состоящая из зерен с определенной электропроводностью, изолированных диэлектрическими границами зерен, обеспечивающая высокие значения электроемкости, повышенные значения диэлектрической проницаемости и диэлектрических потерь. Для увеличения диэлектрических потерь в ферритах представляется также целесообразным легирование добавками, формирующими высокоомные диэлектрические слои по границам зерен.


ЛИТЕРАТУРА

1. Я.Смит, Х.Вейн. Ферриты. Физические свойства и практическое применение. М.: Издательство иностранной литературы, 1962. – 504 С.

2. Д.Н.Покусин, Э.А.Чухлебов, М.Ю.Залесский. Комплексная магнитная проницаемость ферритов в области естественного ферромагнитного резонанса. // Радиотехника и электроника, 1991, т. 36, №11. С. 2085-2091

3. Г.Ж.Ранкис. Динамика намагничивания поликристаллических ферритов. Рига: Зинатне, 1981. – 186 С.

4. A.Gurevich and G.Melkov. Magnetic oscillations and waves. Moscow: Nauka, 1994, pp.464.

5. Н.Н.Шольц, К.А.Пискарев. Ферриты для радиочастот.- Л.: Энергия, 1966.- 324с.

6. A.N.Titov, S.B.Bibikov, E.I.Kulikovskij. Proceedings of the Four International Conference on Ultrawideband and Ultrashort Impulse Signals, 2008, Sevastopol, Ukraine, pp. 248-250.


А. Кудашов (КИИУТ, 08КМ1)

Научный руководитель: доцент кафедры ЕНиТД Меньшова С.Б.

Способы снижения горючести радиопоглощающих

материалов.

Важным требованием к гибким РПМ является требование трудногорючести в процессе их применения как внутри помещений, так и в натурных условиях.

Большинство полимерных композиционных материалов при температуре 300–400 ºC разлагаются с дымообразованием и выделением газов.

Введение добавок, снижающих горючесть РПМ, обычно приводит к некоторому ухудшению физико-механических, диэлектрических и других эксплуатационных свойств, а также повышению стоимости материала. Поэтому снижение горючести РПМ является задачей по оптимизации комплекса характеристик создаваемого изделия.

Горение РПМ, созданных на основе различных полимеров, представляет собой сложный физико-химический процесс (схема 1), включающий химические реакции деструкции, сшивания и карбонизации полимера в конденсированной фазе, химические реакции превращения и окисления газовых продуктов, а также физические процессы интенсивной тепло- и массопередачи.



Схема 1 –Процесс горения органических полимеров.

Снижение температуры пламени по тем или иным причинам приводит к скачкообразному переходу от одного режима окисления - горения - к другому - очень медленному окислению. Эти режимы различаются между собой по скоростям на многие порядки. Поэтому можно говорить о существовании критических условий, определяющих границы возможного горения данного материала. Следует отметить, что эти условия зависят от геометрии образцов и пламени, температуры полимера и газовой среды и не являются абсолютными характеристиками данного материала.

Критическая концентрация кислорода в смеси (в об. %), выше которой самостоятельное горение возможно, а ниже нет, называется кислородным индексом (КИ) и характеризует горючесть данного материала.

Например, при оборудовании безэховых камер он должен удовлетворять международным стандартам по горючести (равен или более 27).

Снижение горючести полимеров возможно физическими и химическими способами.

К числу физических способов воздействия на процесс горения относятся:

- замедление подвода тепла к полимерному материалу (например, теплоизолирующее экранирование его поверхности);

- охлаждение зон горения в результате увеличения физических стоков тепла в окружающую среду (например, отток тепла от полимерного покрытия через теплопроводящую подложку, потери на испарение компонентов, унос тепла расплавленными каплями);

- ухудшение условий переноса реагентов к фронту пламени (создание физического барьера между полимером и окружающей средой, замедление диффузии горючих компонентов в композитах);

- срыв пламени потоком газа;

- воздействие акустического, гравитационного полей и др.

К химическим мерам воздействия могут быть отнесены следующие:

- целенаправленное изменение строения и структуры полимерного вещества, состава и соотношения компонентов материалов, что приводит к изменению кинетики и механизма химических реакций разложения полимеров, воспламенения и горения горючих продуктов, к ингибированию этих реакций;

- воздействие на пламя химических реагентов – ингибиторов газофазных реакций горения.

Снижение горючести существующих полимерных материалов осуществляется по двум основным направлениям:

1) применение антипиренов;

2) применение наполнителей.


Применение антипиренов.

При введении в материал огнезащитных добавок (антипиренов) изменяется состав и структура материала, что приводит к снижению горючести.

Антипирены способствуют снижению горючести различным образом:

- ингибируют реакцию горения;

- уменьшают долю возвращенной теплоты горения;

-приводят к получению менее горючих продуктов пиролиза.

Так, одни антипирены эффективны на первой стадии горения, поскольку предотвращают разогрев материала до температур разложения, другие ингибируют процесс деструкции материала, направляя их в сторону преимущественно структурирования, коксования, третьи препятствуют взаимодействию активных радикалов с полимером или продуктами его деструкции, снижают концентрацию горючих газов в предпламенной зоне.

Исходя из этого, антипирены делят на группы:

а) первичные;

б) синергисты и активаторы;

в) добавки, изменяющие физический характер действия антипиренов.

К первичным добавкам относят фосфор- и галогенсодержащие соединения; к активаторам и синергистам — соединения, содержащие азот и сурьму, к добавкам третьей группы — гидроокись алюминия, соединения бора, силикаты, карбонаты.

Накопленный экспериментальный материал по снижению горючести полимеров свидетельствует о том, что наиболее эффективными и практически универсальными антипиренами являются фосфор- и галогенсодержащие соединения.

Галогенсодержащие антипирены наиболее эффективны как ингибиторы горения в поверхностной и предпламенной зонах, кроме того, они служат источником негорючих летучих продуктов. Обычно галогенсодержащие антипирены разрушаются при сравнительно низких температурах с образованием галогеноводородов, галогенов и, реже, сложных соединений.

На практике нередко используют первичные антипирены в сочетании с синергистами, стабилизаторами антипиренов и другими добавками. Широко известен синергизм соединений, содержащих сурьму и галоген, а также фосфор и галоген.

Так, например, для придания полимеру свойства самозатухаемости необходимо ввести в него не менее 5% фосфора, 10% брома и 35% хлора.

Синергизм антипиренов проявляется в увеличении скорости диффузии и концентрации частиц в поверхностной или предпламенной зоне, а также в ускорении карбонизации и коксования при малом содержании антипиренов.

Наиболее вероятно получение огнестойких полимеров и материалов на их основе при введении в цепи групп, обусловливающих ускорение коксования материала в поверхностных слоях.

Образование кокса приводит к снижению выхода горючих продуктов в газовую фазу и уменьшению потока горючих газов к пламени.

На рисунке 2 приведена корреляционная прямая, связывающая КИ и коксовый остаток при горении полимеров.



Рисунок 2 - Зависимость кислородного индекса и коксового остатка.

Идея защиты материала от огня путем образования на его поверхности коксовой "шапки" была доведена до логического конца, когда стали разрабатываться и применяться так называемые вспучивающиеся покрытия. Эти покрытия при воздействии огня образуют пористый пенококс, увеличивая свою толщину в десятки раз. Вспучивающиеся покрытия представляют собой сложные композиции, состоящие из полимерного связующего и целого ряда добавок для обеспечения вспенивания, необходимой вязкости и быстрой карбонизации при нагреве.

В последние годы интенсивное развитие получило введение антипиреновых добавок в полимерные композиции в виде микрокапсул. Оболочка капсулы изготовлена из полимера, например из желатина, поливинилового спирта, размеры ее составляют десятки или сотни микрон. Антипирены, используемые для этих целей, можно разделить на две группы:

- высококипящие, температура кипения которых выше температуры вскрытия микрокапсул;

- низкокипящие, температура кипения которых значительно ниже температуры вскрытия микрокапсул.

К первой группе относятся, например, трихлорэтилфосфат и трисдибромпропилфосфат. Основные проблемы микрокапсулирования в этом случае состоят в улучшении совместимости антипирена с полимером, затруднении его "выпотевания" - выделения из полимера при длительной эксплуатации и повышении физико-механических свойств материала.

Совершенно новый и весьма эффективный механизм действия обнаружен для соединений второй группы. Это, например, четыреххлористый углерод, тетрафтордибромэтан и другие фреоны - галоидуглеводороды. Эти соединения в микрокапсулированном виде намного эффективнее снижают горючесть полимерной композиции, нежели введенные в чистом виде. Даже такое инертное при обычном способе введения соединение, как четыреххлористый углерод, при микрокапсулировании становится очень эффективным антипиреном.

Следует отметить, что многие способы ингибирования процессов горения основаны на введении в материал добавок (антипиренов), содержащих атомы хлора или брома, или на химической модификации полимеров также путем введения в них хлора или брома. В то же время сейчас уже однозначно установлено, что эти элементы, попадая в атмосферу, способствуют разрушению озонного слоя Земли. Поэтому одной из главных задач современного полимерного материаловедения является разработка безгалоидных способов снижения горючести.


Применение наполнителей.

Различают газонаполнение, наполнение порошковыми наполнителями, армирование нитями, волокнами, тканями.

В пенопластах или пенорезинах нередко наполнителями являются углекислый газ, азот, меламин, гуаномин. Азотсодержащие вещества действуют по принципу поглощения тепла и образования негорючих газов в зоне огня. Этот принцип требует потребления большего количества тепла для плавления, сублимации и разложения, что связано с выделением аммиака и других негорючих газов во время термической деструкции антипирена, содержащего азот.

В качестве порошкообразных наполнителей, способствующих снижению горючести, применяют окислы и гидроокиси некоторых металлов, окислы кремния, сурьмы, природные неорганические вещества типа каолина, пемзы, гипса, перлита, верникулита, оксилаты и карбонаты.

На горючесть наполненных полимерных материалов оказывает влияние не только природа наполнителя, но и его дисперсность, а также прочность сцепления наполнителя и связующего. С увеличением адгезии возрастает прочность материала, что зачастую сопровождается увеличением огнестойкости и стабильности к термоокислению. Однако даже в случае удачного подбора наполнителя процесс воспламенения и горения композиционных материалов определяется степенью однородности и изотропности материала, концентрацией негорючих частиц в поверхностных слоях материала.

Широкий круг композиционных материалов включает такие, при изготовлении которых пользуются различными неорганическими волокнами, и которые наряду с увеличением прочности и теплостойкости способствуют повышению огнестойкости материалов. При использовании в качестве наполнителей волокон наблюдается анизотропия свойств ряда материалов, причем разрушающее напряжение при сжатии в продольном направлении, перпендикулярном волокнам, обычно выше, а поджечь материал в указанном направлении труднее, чем вдоль волокна. Кроме того, волокнистые наполнители позволяют повысить прочностные и деформационные характеристики.

На рынке наполнителей появились модифицированные системы на основе олигомеров ненасыщенных карбоновых кислот (например, олеиновой). По результатам промышленных испытаний, олигомеры более эффективны при производстве негорючих материалов на основе полипропилена, содержащих большие количества гидроксидов металлов.

По температурной устойчивости наполнители можно разделить на две группы:

- минеральные наполнители, устойчивые до температуры 1000ºС - оксиды металлов, фториды кальция и лития, силикаты, технический углерод, неорганическое стекло, порошкообразные металлы и т.п.;

- вещества, разлагающиеся при температурах ниже 400 - 500ºС с поглощением тепла и обычно с выделением углекислого газа и/или паров воды, аммиака - гидроксиды, карбонаты, гидрокарбонаты металлов, аммонийфосфаты и т.д.

Некоторые примеры таких соединений и реакции их разложения приведены на схеме 2.

На рисунке 1 приведены данные по изменению кислородного индекса при введении в полиэтилен и полиоксиметилен (полиформальдегид, полиацеталь) окиси алюминия (кривые 3 и 4 соответственно), штриховой линией (5) обозначен кислородный индекс материала. Как видно, величина кислородного индекса равного 27 достигается при степени наполнения 85 – 90 мас.%.



Основным недостатком данного способа является то, что при больших степенях наполнения значительно ухудшаются прочностные свойства полимера.

С целью снижения горючести гибких РПМ в НПП «Радиострим» были апробированы добавки на основе неорганических частиц (каолин, перлит, AL(OH)₃), модифицированных органическими соединениями, например: фосдиолом (ФД), фостетролом (ФТ), трифенилфосфином (ТФФ). Смешение неорганических частиц с фосфорсодержащими соединениями проводилось в соотношении 1:5.

Образцы РПМ типа «Мох» на основе ППУ, в рецептуру которых были введены до 10 масс.% ФД, ФТ и красного фосфора показали значения КИ 26, 28, 32, соответственно. Без введения в рецептуру изготовления ППУ фосфорсодержащих соединений кислородный индекс равнялся 17.

Обычная пропитка образцов ППУ с кажущейся плотностью 100 кг/м³ растворами модифицированного жидкого стекла плотностью: 1,11; 1,15; 1,27 привела к значениям КИ: 24, 26, 28 соответственно.

Также были проведены исследования по изучению возможности использования в качестве антипиренов соединений внедрения на основе AI(OH)₃. Установлено, что при горении полимерного материала механизм огнезащитного действия гидрата оксида алюминия основан на эндотермическом разложении выше 220^оС с образованием оксида алюминия и воды. Летучие продукты реакций деструкции реагируют с кислородом, поглощают часть теплоты сгорания и снижают скорость горения. Образование соединений внедрения подтверждено данными рентгенофазового анализа (РФА), по увеличению межслоевого расстояния. Определено, что кислородный индекс образца поливинилацетата без антипирена AI(OH)₃ равный КИ = 21.0 возрастал при введении гидрата оксида алюминия и гидрата оксида алюминия, модифицированного хлоридом лития: [LiAI₂(OH)₆]+ CI- H₂O при одинаковых наполнениях (30 масс.%) соответственно для AI(OH)₃: 27,3, а для модифицированного гидрата оксида алюминия :- 31,5.

Полимерными нанокомпозитами являются структуры, которые образованы из полимеров и кристаллических соединений слоистого типа, таких как алюмосиликаты, различного сорта природных глин (монтморрилонит), графиты и некоторые другие неорганические вещества. Нанокомпозитная (интеркалированная/деламинированная) структура представляет собой кристаллические слои неорганических соединений между которыми находятся звенья полимерных цепей. Расстояние между такими слоями достигает несколько нанометров. Такие соединения обладают повышенными физико-химическими характеристиками по сравнению с исходными полимерами. Кроме того, они обладают повышенной огнестойкостью благодаря возможности коксообразования. Наиболее широко используемым вариантом интеркалирования органических молекул (обычно алкиламмониевых солей) является замещение катионов, находящихся в межслоевом пространстве, с образованием органическимодифицированного слоистого силиката (ОМСС). Алифатическая цепь ОМСС позволяет проводить интеркаляцию практически любых типов полимеров. Интеркаляция или деламинирование полимер-силикатных гибридов зависит от того сохраняется ламинарность силикатных слоёв или происходит их деламинирование, с распространением последних в полимерной матрице. Органические молекулы или полимеры, содержащие функциональные группы (карбоксильная, гидроксильная, сложная эфирная, альдегидная или кетонная), несущие частичный отрицательный заряд могут замещать молекулы воды в межплоскостном пространстве силикатов. В результате образуется органический/неорганический материал называемый «интеркалированным гибридом», а метод получения, основанный на этом принципе, стал известен как ион-дипольный метод.

Во время горения на поверхности нанокомпозита сначала начинает формироваться карбонизованный слой, которой влияет на процессы тепло- и массопереноса на поверхности полимера, тем самым, препятствуя распространению фронта горения.

Введение модифицированных графитов в полимерные композиции, лаки, краски также позволяет получить материалы пониженной горючести. Идея таких материалов основана на свойстве материалов со слоистым наполнителем терморасширяться и формировать слой, препятствующий распространению фронта горения.

Применительно к металлизированным никелем ПЭТФ плёнкам понижение горючести осуществлялось введением в состав фторопластовой эмали ФП и эмали ХС частиц интеркалированного графита и частиц полифосфата. Затем лакокрасочные покрытия наносились на плёнки краскопультом толщиной от 100 до 300 мк.

Изменения огнезащитных свойств покрытий, лакокрасочных составов осуществляли по регистрации изменений веса образцов при соприкосновении с пламенем.

В процессе исследований были изготовлены образцы покрытий на металлизированных плёнках следующих толщин (с одной стороны):

- ФП-30% №1-220 мк (увеличение веса по сравнению с исходной плёнкой в 2,5раза);

- ФП-30% №2 - 186 мк (в 2,6 раза);

- ФП- 30% №3 - 110 мк (в 2,9 раза);

- ХС- 30% №1 - 300 мк (в 2,7 раза);

- ФП- 50% №2(белый) - 200мк (в 4,6 раза);

- ХС- 50% №1- 320 мк (в 6 раз).

Все испытанные покрытия обеспечили огнезащиту металлизированной плёнки. Установлено, что с разбавлением концентрата эмали частицами окисленного графита до 20-30 масс % достигается уменьшения "разлёта" частиц терморасширенного графита. При таких концентрациях достигается сочетание процесса расширения антипиренов с плавлением полимера.

Огнезащиту образцов электропроводящей саженаполненной бумаги осуществляли лакокрасочными составами, содержащими частицы окисленного графита и суспензиями из окисленных крахмалов.

Горючесть образцов РПМ на основе пенополиуретана (ППУ) снижалась пропиткой электропроводящими составами на основе вибромолотого графита и добавок: окисленного крахмала, окисленного графита.

Интерес к терморасширяющим интеркалированным графитам в настоящее время возрастает в связи с созданием паст, красок термовспенивающегося типа. При температурах выше 180ºС покрытия на основе таких паст, красок, нанесённые на поверхность материала, вспучиваются за счёт газовыделений из окисленных графитов. Образующийся на поверхности теплоизоляционный слой препятствует распространению фронта горения. Не менее активно в огнезащитных составах красок применяют полифосфаты аммония, которые в покрытиях при действии пламени вспениваются с увеличением обьёма и образуют препятствующий распространению тепла пенококс.

В отличие от указанных терморасширяющихся компонентов в работе также использовались составы, полученные из отходов крахмалсодержащего сырья окислением кислородом в присутствии катализатора и щелочи, обеспечивающие получение материалов пониженной горючести. Для таких окисленных химических веществ также наблюдается вспенивание за счет газообразования при терморазложении продуктов окисления. В состав суспензий из окисленного крахмала вводили частицы вибромолотого графита и такой композицией пропитывались образцы ППУ.

В результате исследований были получены образцы материалов с необходимой проводимостью и пониженной горючестью.

Установлено, что методы, основанные на введении различных веществ внутрь полимеров, обладают значительными недостатками, влияющими на функциональные свойства полимеров. С этой точки зрения более предпочтительными являются способы снижения горючести, основанные на создании теплоизолирующих покрытий на поверхности полимеров.


П. Савельев (КИИУТ, 09КП1)

Научный руководитель: доцент кафедры ЕНиТД Меньшова С.Б.

Модификация технологического процесса изготовления   Ni-Zn ферритов с целью увеличения магнитной

проницаемости и магнитных потерь

Потери электромагнитной энергии в ферритах обусловлены процессами релаксации. Наибольшее поглощение энергии связывают с резонансом доменных границ (РДГ) и естественным ферромагнитным резонансом (ЕФМР), которые описываются уравнениями Деринга и Ландау – Лифшица соответственно. Цель настоящей работы - установить связь между размером зерна и магнитной проницаемостью, а также магнитными потерями Ni-Zn ферритов.

Уравнение Деринга колебаний доменной границы имеет вид [1]:

(1)

где эффективная масса доменной границы, характеризующая её инертность; x – обобщенная координата границы, ξ – обобщенный квазиупругий коэффициент; – обобщенный диссипативный коэффициент, - сторонняя сила со стороны внешнего магнитного поля напряженностью . Добротность колебательной системы доменных границ можно выразить отношением:

(2)

из которого следует, что для увеличения потерь колебательной системы ДГ необходимо увеличивать диссипативную составляющую , что достигается формированием антиструктурных дефектов и межзеренных прослоек. Необходимо также уменьшать коэффициент уравнения (1), характеризующий жесткость колебательной системы, и эффективную массу доменных границ, которая является мерой инертности границ доменов. Поэтому с увеличением среднего размера зерна подвижность доменных границ возрастает, а эффективная масса и обобщенный квазиупругий коэффициент – уменьшаются, что снижает добротность.

Уравнение Ландау – Лифшица, имеет вид:

,

(3)

где приближенно учитывает диссипацию энергии, обусловленную процессами спин-спиновой и спин-решеточной релаксации. Формируя крупнозернистую структуру, соответственно, увеличивая средний размер доменов с большим количеством электронов в домене, связанных силами ближнего взаимодействия, а также формируя неоднородности и антиструктурные дефекты, можно увеличить потери в материал, вызванные РДГ и ЕФМР.

Мы предлагаем увеличивать размер зерна легированием феррита небольшим количеством оксида висмута, а также дошихтовкой более крупной фракцией готового феррита того же состава. Это активирует процессы спекания и вторичной рекристаллизации.

Были изготовлены экспериментальные партии – «1», «2» и «3» путем модификации стандартной технологии получения Ni-Zn феррита (партия «0») марки 1000НН. Для партии «1» использовали легирующую добавку Bi₂O₃, добавляемую на стадии второго помола. Для партии «2» использовали дошихтовку 2,5 % крупной фракции (50-100 мкм) феррита, соответствующего изготавливаемому по химическому составу. Температура спекания для партий «1» и «2» составляла 1300ºС, тогда как у партии «0» базового состава она составила 1350ºС. Партия «3» отличалась от партии «2» меньшим количеством крупной фракции (2%), вводимой перед операцией прессования.

Образцы Ni-Zn ферритов были выполнены в форме шайб с наружным диаметром 16 мм и внутренним диаметром 7_-0,05 мм. Измерения комплексных коэффициентов передачи в диапазоне частот 0.3 МГц  1300 МГц проводились на лабораторном стенде, созданном на базе измерителя комплексных коэффициентов передачи "Обзор-103". Расчёт комплексной магнитной проницаемости и относительного тангенса угла магнитных потерь проводился по разработанной лабораторной программе [2].

Экспериментальные спектры магнитной проницаемости, полученные в диапазоне частот 300 кГц – 1,3 ГГц, показали, что у образцов партий 1 и 3 активная и мнимая составляющие комплексной магнитной проницаемости примерно в несколько раз больше, чем у образцов партий «0» и «2», и достигали значений 1200 и 400 соответственно. Снимки микроструктуры, полученные на сканирующем микроскопе фирмы «Карл Цейс Йена», показали, что у образцов партии «0» средний размер зерна около 10 мкм, у образцов партии «2» он крупнее в 1,5 раза, а у образцов партий «1» и «3» - крупнее в 2-3 раза. Сравнительный рентгеноструктурный анализ проб из глубины зерна и по границам зерен Ni-Zn партии «1» (легированной оксидом висмута) показал, что по границам зерен выделяется фаза в виде ортоферрита висмута, создающий антиструктурные дефекты, имеющие игольчатую форму.

Таким образом, увеличение среднего размера зерна Ni-Zn ферритов приводит к увеличению магнитной проницаемости и магнитных потерь, что делает целесообразным использование данных ферритов в качестве радиопоглощающих.

Список литературы