РАДИАЦИОННО-ЗАЩИТНОЕ ПОКРЫТИЕ Российский патент 2023 года по МПК G21F1/00 

Защитное покрытие предназначено для аэрокосмической и других видов техники и может быть использовано в качестве внешней защиты от ионизирующего и радиоизлучения, вредного влияния электродинамических и гравитационных полей, геомагнитных и ионосферных факторов, а также больших перепадов тепловых возмущений.

Создание эффективного радиационно-стойкого и теплозащитного покрытия с небольшими массогабаритными характеристиками является актуальной задачей в решении вопроса безопасности и длительности полета аэрокосмической техники и жизненного цикла машиностроительных изделий.

Известен теплоизоляционный полимерный материал (RU2558103, кл. C09D 183/04, опубл. 27.07.2015 «Теплоизоляционный полимерный материал и способ его получения»), включающий:

- полимерную матрицу - силоксановый блок-сополимер Лестосил-СМ общей формулы: НО{[C6H5SiO1,5]n[Si(СН3)2O]m}Н, где n=30÷60, m=80÷130, растворенный в бутилацетате в соотношении 100:70;

- неорганический наполнитель - стеклянные микросферы;

- сшивающий агент 119-54 марки А;

- антипирен наносиликат монтмориллонит, смешанный с бутилацетатом в соотношении 0.6:30.

Способ изготовления данного материала включает смешение силоксанового блок-сополимера с наполнителем, антипиреном и сшивающим агентом и последующее отверждение и термостабилизацию (при115÷120°C). При смешении компонентов применяют ультразвуковую обработку с частотой 40÷50 кГц и эффективной мощностью 250÷360 Вт. Для приготовления эластомерной матрицы гранулы блок-сополимера Лестосил-СМ растворяют в бутилацетате в соотношении 100:70 в течение 3-х часов с периодическим перемешиванием через 2÷3 мин в течение 1 мин.

Недостатком данного покрытия является то, что оно имеет высокое значение массовой толщины, вследствие чего обладает невысоким значением массового коэффициента ослабления β- и y-частиц.

Задачей изобретения является создание защитного многофункционального покрытия с увеличенным коэффициентом ослабления и уменьшенными массогабаритными характеристиками и обладающего возможностью нанесения на поверхность сложной пространственной формы.

Поставленная задача решается тем, что защитное покрытие, содержащее низкомолекулярный полимер «Стиросил» марки А, отвердитель - катализатор холодного отверждения К-68, подслой П-11 и наполнитель, согласно изобретению в качестве наполнителя применены тонкодисперсный графитовый порошок из частиц однородной формы, имеющих величину от 0.004 мм до 0.05 мм и углеродные нанотрубки, при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

Полимер «Стиросил» марки А 60,5 Тонкодисперсный графитовый порошок из частиц однородной формы 25,5 Углеродные нанотрубки
Подслой П-11
Отвердитель - катализатор К-68 2,0
10,1
1,9

Применение в качестве связующего низкомолекулярного полимера «Стиросил» марки А ТУ 38.103.453-99 обеспечивает высокую термостойкость теплозащитного покрытия.

Использование в качестве наполнителя тонкодисперсного графитового порошка из частиц однородной формы, имеющих величину от 0.004 мм до 0.05 мм, полученного электролизом, усиливает функциональные свойства защитного покрытия, в том числе радиационно-защитные и поглощающие.

По сравнению с механически измельчённым, графитовый порошок, полученный электролизом, является однородным, что обеспечивает высокие значения прочности и жёсткости, возможность уменьшения толщины и количества слоёв наносимого покрытия из-за более высокой плотности частиц.

В качестве функциональной добавки используются в небольшом объеме (2 мас. ч.) углеродные нанотрубки, изготовленные по ГОСТ Р 58356-2019, которые являются усиливающим наполнителем в композитах из-за низкой плотности, высокого коэффициента формы, высокой удельной поверхности, высокой прочности на растяжение и высокого значения продольного модуля Юнга, а также термической и химической стабильности. Введение незначительной по количеству объемной доли нанонаполнителя - углеродных нанотрубок в композицию усиливает функциональные свойства защитного покрытия.

Наличие катализатора холодного отверждения К-68 ТУ 38.303-04-05-90 обуславливает процесс отверждения (полимеризации) материала при комнатной температуре и приводит к повышению эластичности многофункционального защитного покрытия.

Применение в составе покрытия в качестве разбавителя - компенсатора на основе подслоя П-11, согласно ТУ 38.303-04-06-90 позволяет повысить адгезионную прочность покрытия к поверхности изделия и компенсировать однородность состава покрытия в процессе его подготовки.

Состав готовится смешением компонентов в следующей последовательности: в полимер Стиросил марки А вводят подслой П-11, перемешивают с частотой вращения 90÷120 об/мин до получения гомогенного состава в течение 5 минут, после добавляют углеродные нанотрубки и тонкодисперсный графитовый порошок однородной формы, имеющий размеры частиц от 0.004 мм до 0.05 мм, полученный, например, электролизом на постоянном токе (см. патент RU2771846) в сухом виде и перемешивают до получения однородного состава в течение 10 минут. Перед применением в полученную смесь при непрерывном перемешивании вводятся растворитель толуол по ГОСТ 14710-78 из расчета 60,5 мас. ч. толуола на 100 мас. ч. компонентов покрытия и расчетное количество отвердителя - катализатора холодного отверждения К-68. Время перемешивания 5÷10 минут.

Защитное покрытие может наноситься на поверхность изделия методами пневматического распыления послойно (с толщиной монослоя 0.1÷0.15 мм) либо кистью (с толщиной монослоя 0.3÷0.4 мм). Количество наносимых слоев определяется необходимой толщиной покрытия.

Для получения однородного, ровного слоя покрытия и повышения сцепления между изделием и пакетом слоёв покрытия на поверхность изделия наносятся 2 слоя грунтовки АК-070 ГОСТ 25718-83.

После нанесения каждого слоя производится выдержка при температуре от 20 до 30°С в течение 10÷15 минут. Окончательная выдержка после нанесения необходимого слоя материала на изделие производится при температуре 50С в течение 25÷26 часов.

В таблице 1 представлены физико-химические характеристики предлагаемого защитного покрытия.

Таблица 1. Физико-химические характеристики защитного покрытия Наименование показателя Предлагаемое покрытие Толщина покрытия, мм 2.5±0.05 Плотность, г/см³ 1.02÷1.09 Массовая толщина, г/см² 0.25÷0.27 Адгезия, балл 1 Модуль упругости, МПа 13.48 Предел прочности при растяжении, МПа 20.01 Относительное удлинение, % 100

Важной характеристикой защитного покрытия является его масса, от которой зависит стоимость эксплуатационных затрат. Как видно из таблицы, предлагаемое покрытие обладает высоким значением плотности, необходимой для осуществления качественных функциональных характеристик, при малой толщине, поэтому данное покрытие обладает наилучшим значением массовой толщины.

В таблице 2 представлены сравнительные показатели, характеризующие защитные свойства предлагаемого покрытия и прототипа.

Таблица 2. Сравнительные показатели, характеризующие радиационно-защитные свойства заявляемого покрытия Параметры Прототип Предлагаемое покрытие Коэффициент ослабления β-излучения 0.18 0.34 Коэффициент ослабления γ-излучения 0.58 0.78 Фактор накопления β-частиц 5.86 4.01 Фактор накопления γ-частиц 1.65 1.62 Линейный коэффициент поглощения β-частиц 3.42 4.35 Линейный коэффициент поглощения γ-частиц 1.07 1.02

Предлагаемое радиационно-защитное многофункциональное покрытие обладает необходимыми для защиты летательного аппарата от электромагнитного, радиационного и ионного излучения радиационно-защитными и поглощающими свойствами, а также теплозащитными свойствами, а также небольшими массогабаритными характеристиками.

Применение предложенного состава позволит получить многофункциональное защитное покрытие с плотностью 1.02÷1.09 г/см³; снизить массу за счёт малой толщины при обеспечении эксплуатационных свойств защитного покрытия; повысить качество покрытия, наносимого на сложные пространственные поверхности - крупногабаритные конструкции в виде оболочек, поверхности переменной кривизны, сферические и конические поверхности, узлы сложной геометрической формы, вертикальные и горизонтальные, имеющие радиусы кривизны; сократить технологический цикл процесса нанесения.

Радиационно-защитное покрытие предназначено для аэрокосмической и других видов техники и может быть использовано в качестве внешней защиты от ионизирующего и радиоизлучения. Покрытие содержит низкомолекулярный полимер «Стиросил» марки А, отвердитель - катализатор холодного отверждения К-68, подслой П-11 и наполнитель. В качестве наполнителя применены тонкодисперсный графитовый порошок из частиц однородной формы, имеющих величину от 0.004 мм до 0.05 мм и углеродные нанотрубки, при следующем соотношении компонентов, мас. ч.:

Полимер «Стиросил» марки А 60,5 Тонкодисперсный графитовый порошок из частиц однородной формы 25,5 Углеродные нанотрубки
Подслой П-11
Отвердитель-катализатор К-68 2,0
10,1
1,9

Изобретение позволяет увеличить коэффициент ослабления. 2 табл.

Радиационно-защитное покрытие, содержащее низкомолекулярный полимер «Стиросил» марки А, отвердитель - катализатор холодного отверждения К-68, подслой П-11 и наполнитель, отличающееся тем, что в качестве наполнителя применены тонкодисперсный графитовый порошок из частиц однородной формы, имеющих величину от 0.004 мм до 0.05 мм и углеродные нанотрубки, при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

Полимер «Стиросил» марки А 60,5 Тонкодисперсный графитовый порошок из частиц однородной формы 25,5 Углеродные нанотрубки
Подслой П-11
Отвердитель - катализатор К-68 2,0
10,1
1,9