Просмотр сведений о научной статье

Обложка номера

Заголовок

Полимерные материалы, модифицированные карбидом бора B₄C и механокомпозитом B₄C/W, для радиационной защиты в космических аппаратах

Авторы

¹П.А. Витязь, ¹С.А. Ковалева, ¹В.И. Жорник, ¹M.A. Белоцерковский, ²А.Д. Дубинчук, ³Т.Ф. Григорьева, ³Н.З. Ляхов

Организации

¹Объединенный институт машиностроения НАН Беларуси
г. Минск, Республика Беларусь
²Белорусский государственный университет
г. Минск, Республика Беларусь
³Институт химии твердого тела и механохимии СО РАН
г. Новосибирск, Российская Федерация

Аннотация

Композиты на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена, модифицированные наночастицами карбида бора B₄C и композита B₄C/W, для материалов защиты от быстрых и медленных (тепловых) нейтронов и γ-излучения сформированы методом механохимического синтеза в высокоэнергетических планетарных шаровых мельницах. Фазовый состав и микроструктурные характеристики композитов изучены методами рентгенографического фазового анализа (дифрактометр D8 Advance, Bruker), электронной микроскопии (сканирующий электронный микроскоп CamScan 4) и инфракрасной Фурье-спектроскопии (Фурье-спектрометр Nikolet iS10). Совместная механическая обработка в планетарной мельнице порошков сверхвысокомолекулярного полиэтилена и карбида бора В₄С приводит к формированию полимерных композиционных частиц чешуйчатой формы с хаотичным распределением в них частиц карбида бора и равномерным распределением нанокристаллического железа в матрице полимера (~ 9 масс. %). Кроме того, формируется структура карбида бора с меньшим содержанием углерода (В_6.5С), а также происходит разрыв молекулярных цепочек полиэтилена и его аморфизация. Совместная обработка в планетарной мельнице сверхвысокомолекулярного полиэтилена и механокомпозита B₄C/W приводит к формированию полимерных композиционных частиц чешуйчатой формы с равномерным распределением в полимерной матрице частиц карбида бора и вольфрама. Изменяются параметры тонкой структуры карбида бора B₄C. В результате взаимодействия полимерной матрицы и дисперсных порошков модификатора происходит образование поперечно сшитых структур и деструкция полимера с уменьшением его молекулярной массы.

Ключевые слова

механохимические реакции, сверхвысокомолекулярный полиэтилен, карбид бора B₄C, композит B₄C/W, рентгенографический фазовый анализ, электронная микроскопия, инфракрасная Фурье-спектроскопия

Список литературы

[1] Ястребинская А. В., Черкашина Н. И., Матюхин П. В. Радиационно-защитные нанонаполненные полимеры для космических систем // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2015. № 12. С. 1191–1194.

[2] Все о радиации и радиационной защите [Электронный ресурс]. URL: http://rad-stop.ru/shhit-ot-radiatsii (дата обращения: 14.09.2018).

[3] Tcherdyntsev V. V., Kaloshkin S. D., Lunkova A. A., Musalitin A. M., Danilov V. D., Borisova Yu. V., Boykov A. A., Sudarchikov V. A. Structure, mechanical and tribological properties of radiation cross-linked ultrahigh molecular weight polyethylene and composite materials based on it // Journal of Alloys and Compounds, 2014, vol. 586, Suppl. 1, pp. S443-S445.

[4] Охлопкова А. А., Петрова П. Н., Попов С. Н., Слепцова С. А. Полимерные композиционные материалы триботехнического назначения на основе политетрафторэтилена // Российский химический журнал. 2008. Т. LII. № 3. С. 147–152.

[5] Калошкин С. Д., Горшенков М. В., Чердынцев В. В., Гульбин В. Н., Бойков А. А. Радиационно-защитный материал на полимерной основе с повышенными рентгенозащитными и нейтронозащитными свойствами. Пат. № 2561989, Российская Федерация, 2015, бюл. № 25.

[6] Калошкин С. Д., Горшенков М. В., Чердынцев В. В., Гульбин В. Н., Бойков А. А. Способ получения радиационно-защитного материала на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена с повышеными радиационнозащитными свойствами. Пат. № 2563650, Российская Федерация, 2015, бюл. № 26.

[7] Wannasri S., Panina S. V., Ivanova L. R., Kornienko L. A., Piriyayon S. Increasing wear resistance of UHMWPE by mechanical activation and chemical modification combined with addition of nanofibers // Procedia Engineering, 2009, vol. 1, pp. 67–70.

[8] Domnich V., Reynaud S., Haber R. A., Chhowalla M. Boron Carbide: Structure, Properties, and Stability under Stress // Journal of the American Ceramic Society, 2011, vol. 94 (11), pp. 3605–3628.

[9] Aselage T. L., Tissot R. G. Lattice Constants of Boron Carbide // Journal of the American Ceramic Society, 1992, vol. 75 (8), pp. 2207–2212.

[10] Kuhlmann U., Werheit H., Schwetz K. A. Distribution of Carbon Atoms on the Boron Carbide Structure Elements // Journal of Alloys and Compounds, 1992, vol. 189, issue 2, pp. 249–258.

[11] Лифшиц Е. В., Шевякова Э. П., Остапенко И. Т., Березняк Е. П., Саенко Л. А. ИК-спектроскопия карбидов бора различной стехиометрии // Вопросы атомной науки и техники. 2004. № 3. С. 19–22.

[12] Дехант И., Данц Р., Киммер В., Шмольке Р. Инфракрасная спектроскопия полимеров / Пер. с нем., под ред. Э. Ф. Олейника. М. : Химия, 1976. 472 с.

Дополнительные сведения

Работа выполнена в рамках совместного проекта БРФФИ-РФФИ, при финансовой поддержке БРФФИ (Проект № T18Р-187) и РФФИ (Проект № 18-53-00029).

Цитирование данной статьи

Витязь П.А., Ковалева С.А., Жорник В.И., Белоцерковский M.A., Дубинчук А.Д., Григорьева Т.Ф., Ляхов Н.З. Полимерные материалы, модифицированные карбидом бора B₄C и механокомпозитом B₄C/W, для радиационной защиты в космических аппаратах // Космические аппараты и технологии. 2018. Т. 2. № 4. С. 204-211. doi: 10.26732/2618-7957-2018-4-204-211

Данная статья лицензирована по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial» («Атрибуция — Некоммерческое использование») 4.0 Всемирная.