Автор: Мурзин Ильдар Шухратович

Рубрика: Физика

Опубликовано в Молодой учёный №16 (120) август-2 2016 г.

Дата публикации: 07.08.2016

Статья просмотрена: 41 раз

Библиографическое описание:

Мурзин И. Ш. Исследование влияния гранулометрических характеристик функциональных наполнителей на свойства композиционных материалов // Молодой ученый. — 2016. — №16. — С. 16-21.



Исследование влияния гранулометрических характеристик функциональных наполнителей на свойства композиционных материалов

В представленной работе исследовалась возможность создания новых полимерных композиционных материалов с радиопоглощающими и радиоэкранирующими свойствами. Актуальность данного направления обосновывается необходимостью защиты от электромагнитных помех (мобильная связь, электронная техника, линии электропередач, трансформаторы); защиты информации (защита устройств для несанкционированного съема информации, защита помещений и средств связи); создание безэховых камер для проверки электронных совместимостей компонентов, для настройки и испытания специализированной техники.

Ключевые слова: ЭМИ — электромагнитное излучение, КМ — композиционный материал, ПКМ — полимерный композиционный материал, РПМ — радиопоглощающий материал, ПЭМВ (ПЭВ) — поглотитель электромагнитных волн, ЭМВ — электромагнитная волна, ВЧ — высокие частоты, СВЧ — сверхвысокие частоты

К настоящему времени установлена эффективность гетерогенных композиционных поглотителей ЭМВ при использовании многокомпонентных функциональных наполнителей, в том числе на основе комбинации ферритов и карбонильного железа. Но некоторые вопросы, связанные с ролью размеров частиц наполнителей остались не выясненными. Поэтому цель работы — выявить дополнительные возможности повышения функциональных свойств выбранных материалов и реализовать это на практике путем оптимизации гранулометрического состава наполнителей. Научная новизна работы заключается в получение дополнительного (сверхсуммарного) эффекта при создании многокомпонентных (не менее 3-х составляющих) композиционных материалов для повышения их функциональных свойств путем фракционирования наполнителей методом воздушной классификации и возможностью получения заданного размера частиц.

Задачи, поставленные вданной работе:

  1. Определить оптимальные методы измельчения и фракционирования функциональных наполнителей с выделением мелкодисперсных фракций и разработать соответствующие методики с учетом специфики исследуемых материалов.
  2. Определить влияние состава композиции, в том числе вида наполнителя и его гранулометрических характеристик на электромагнитные свойства радиопоглощающих и экранирующих покрытий.
  3. Выявить и обосновать составы полимерных композиционных материалов (ПКМ), обеспечивающих повышение функциональных параметров по сравнению с аналогами.
  1. В работе использовались следующие материалы:

Ферриты 1000НН, 2000НМ (Крошка крупные гранулы размером 4-7 мм, эффективные поглощающие свойства) и карбонильное железо Р20 (Порошок с, Размером частиц 5–7 мкм., эффективные поглощающие свойства), аморфно кристаллический сплав амаг-120 (Быстро закалённая лента, толщиной 0, 2 мм., эффективные экранирующие свойства), так как эти материалы являются наиболее популярными, доступными, относительно дешевыми по сравнению с аналогами на сегодняшний день.

В качестве связующего вещества был выбран полиуретановый латекс и эпоксидная смола, т. к. они обладают хорошей адгезией и достаточно технологичны в использовании. В свою очередь латекс обладает высокой экологичностью, т. к. имеет водную основу, а эпоксидная смола обладает высокой прочностью.

  1. Оборудование для подготовки наполнителя.

Основным элементом работы являлось подготовка наполнителя. Необходимый материал помещают в ВМКД-10, он дробится путем стирания дробящим конусом о стенки наружной брони, ведущий и ведомый дебалансы компенсируют нагрузку возникшую между конусом и наружной броней, ограничитель амплитуды регулирует необходимый диапазон разделения от 10–100 мкм.

схема ВКМД-10.jpg

Рис. 1. Вибрационно-конусная мельница-дробилка ВКМД-10. Размер фракций после дробления 10–100 мкм

Следующим шагом является разделение получившего после дробления материала с помощью вибрационного сита, отделяется крупная фракция 100–90мкм не прошедшая разделения и отправляется повторно на дробление.

http://www.scales-thermo.ru/userfiles/Images/%D0%A1%D1%85%D0%B5%D0%BC%D0%B0%20%D0%B0%D0%BD%D0%B0%D0%BB%D0%B8%D0%B7%D0%B0%D1%82%D0%BE%D1%80%D0%B0%20schema_A.jpg

Рис. 2. Вибрационное сито отсеивает крупную фракцию 100–90 мкм

Метод воздушного классифицирования основан на воздушном всасывании, которое происходит после вращающегося ротора, подключенного к пульту управления. Задавая более высокую частоту вращения ротора, мы получаем фракции меньшего размера от 10 до 30 мкм. В свою очередь более крупная фракция не прошедшая этот этап, оседает раньше в сосуде перед ротором. Уменьшая частоту вращения ротора, мы получаем фракцию большего размера. Пока не дойдем до значений, когда весь материал будет отсортирован.

C:\Users\A7N65EA\Desktop\скачанные файлы.jpg

Рис. 3. Воздушный классификатор «Гефест» «Гольф-2». Размер фракций после классификации 10–80 мкм

Последним шагом является смешение наполнителя необходимого размера и нужно концентрации в лопастном диспергаторе.

C:\Users\Роман\Desktop\75110571.jpg

Рис.4. Лопастной диспергатор для смешения наполнителей

  1. Экспериментальная часть.

Ключевым моментом работы является дробление и фракционирование, на рисунке 5 мы наблюдаем результат дробления Ni-Zn феррита 1000НН, вместе с более мелкой фракцией заметны частицы неопределенной формы размером до 80–90 мкм.

Рис. 5. Феррит Ni-Zn 1000НН после дробления до классификации: а) изображение увеличенное в 9 раз, б) изображение увеличенное в 21 раз

На рисунке 6 представлен уже классифицированный ферритовый порошок 1000НН размером частиц 10–30 мкм. Это говорит о том, что метод воздушной классификации достаточно эффективен. После фракционирования материал смешивался со связующим, и формовались образцы для испытаний.

Наблюдение в оптический микроскоп смешанной фракции порядка 10–30мкм:

Рис. 6. Феррит Ni-Zn 1000НН после дробления и классификации: а) изображение увеличенное в 9 раз, б) изображение увеличенное в 21 раз

  1. Влияние размера фракций на поглощающие иотражающие свойства.

На рисунке 7 наблюдаем зависимость, которая показывает тенденцию роста поглощения с уменьшением размера частиц. Что доказывает правильность направления и выбранных методик данной работы и важность получения мелкой фракции, что мы и предполагали вначале данной работы.

Рис. 7. Распределение поглощающих свойств феррита 1000НН в зависимости от размера частиц

Ниже, на рисунке 8 представлена зависимость отражения от размера частиц. На графике видна тенденция роста значения отражения с увеличением размера частиц. Что говорит нам о том, что более крупная фракция обладает лучшим значением отражения. Данный материал можно использовать для безэховых камер, а также в системах стелс.

Рис. 8. Распределение отражающих свойств феррита 1000НН в зависимости от размера частиц

На рисунке 9 показан тот факт, что при определенной схеме комбинации наполнителей различного состава может быть обеспечено существенное повышение поглощающих свойств, в данном случае для феррита определенной фракции 10–30 мкм.

C:\Users\A7N65EA\Desktop\123123123123.png

Рис. 9. Результаты измерения рупорным методом

По вышеизложенному можно привести в пример уже имеющиеся конструкции, такие как безэховые камеры. Принцип их работы можно объяснить на примере любого источника излучения электромагнитной волны. Снаружи корпуса метал, обладающий отражающими свойствами, внутри конструкции композиционный материал с высоким уровнем поглощения.

E:\УМНИК\схема бэ камеры.jpg

Рис. 10. Безэховая камера

Заключение.

Анализ современного состояния вопроса в области получения поглотителей ЭМВ из КМ указывает, что данной области науки и техники перспективным является направление, связанное с комплексным решения задачи создания полимерных композиционных материалов с необходимыми функциональными (поглощение ЭМИ) свойствами. На основании проведенного анализа современного состояния вопроса в области создания изделий, поглощающих ЭМВ, показано, что одним из наиболее перспективных направлений является использование ПКМ, сочетающих магнитные и диэлектрические свойства (магнитодиэлектриков). Предложены и изготовлены композиции на основе функциональных наполнителей различного типа и связующих, обычно используемых при получении изделий из ПКМ. Выбрана методика реологических испытаний с учетом специфики материалов и потребностей настоящей работы. В ходе проделанной работы видно, что с уменьшением размера зерна материала поглощающие свойства усиливаются, что позволяет использовать материал мелкой фракции в качестве композита (наполнителя). Исходя из совокупности приведенных выше результатов, на наш взгляд следует, что гетерогенные ПЭВ имеют преимущество перед гомогенными в возможности создания новых, эффективных поглотителей.

Литература:

  1. Ковнеристый Ю. К. Материалы, поглощающие СВЧ-излучения. — М.: Наука, 1982. — 164 с.
  2. Землянухин Ю. П. Электромагнитные характеристики композиционных радиоматериалов, активно взаимодействующих с электромагнитным излучением мм. диапазона. Томск, 2014г., 188 с.
  3. Патент РФ 2119216. Поглотитель электромагнитных волн и способ его изготовления.
  4. Магнитные материалы и элементы / Преображенский А. А. // Высшая школа, -М., — 1986. 352с.
  5. Гефест (Гольф2) — Производственно-коммерческая группа «Гранат».
Основные термины (генерируются автоматически): размера частиц, функциональных наполнителей, композиционных материалов, полимерных композиционных материалов, характеристик функциональных наполнителей, свойства композиционных материалов, изображение увеличенное, композиционный материал, гранулометрических характеристик функциональных, феррита 1000НН, свойств феррита 1000НН, крупная фракция, фракционирования функциональных наполнителей, наполнителей различного, многокомпонентных функциональных наполнителей, частоту вращения ротора, размеров частиц наполнителей, уменьшением размера, влияния гранулометрических характеристик, уменьшением размера частиц.

Ключевые слова

ЭМИ — электромагнитное излучение, КМ — композиционный материал, ПКМ — полимерный композиционный материал, РПМ — радиопоглощающий материал, ПЭМВ (ПЭВ) — поглотитель электромагнитных волн, ЭМВ — электромагнитная волна, ВЧ — высокие частоты, СВЧ — сверхвысокие частоты

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle
Задать вопрос