ПОЛИМЕРНАЯ КОМПОЗИЦИЯ Советский патент 2006 года по МПК C08L33/12 H01S3/00 

Предлагаемое изобретение относится к области лазеропрочных полимерных материалов и может быть использовано для изготовления элементов силовой оптики мощных лазеров, таких как линзы, призмы, пластинки и т.д.

В последние годы к элементам силовой оптики мощных лазеров предъявляются жесткие требования как по многократной лазерной прочности (ресурсу стабильной работы, т.е. количеству вспышек излучения лазера при фиксированной плотности энергии, за которое в объеме полимера не возникает механических разрушений), так и к пороговой (однократной) лазерной прочности, определяемой по максимальной плотности энергии излучения, при которой в полимере за 1 вспышку излучения не возникает механических разрушений.

Известен состав лазеропрочного полимерного материала с повышенной многократной лазерной прочностью на основе алкил-ω-оксикарбонилоксиэтиленметакрилата [авт.св. СССР № 1840103, МКИ-2, C 08 F, 1980 г.] Однако низкая формоустойчивость этого материала в диапазоне температур -50-+50°С делает его непригодным для изготовления блочных оптических элементов лазеров.

Известен состав полимерного материала для элементов силовой оптики лазеров на основе полиметилметакрилата (ПММА), модифицированного добавками из классов алкилзамещенных фосфатов, фосфитов, фосфонатов, дифосфатов, дифосфонатов, дифосфитов при соотношении компонентов, об.%:

модифицирующая добавка5÷25полиметилметакрилатостальное

обладающий высокой многократной лазерной прочностью (Pd(N)=2-30 Дж/см²) и высокой стабильностью геометрических характеристик в диапазоне температур -50-+50°С, что позволяет использовать такой состав для изготовления лазерных оптических элементов. Pd(N) - минимальное значение плотности энергии излучения, при которой в образце возникают разрушения за 200 вспышек излучения.

Однако указанный состав не может быть использован для изготовления оптических элементов лазеров, к которым предъявляются повышенные требования по пороговой лазерной прочности (не менее 400 Дж/см²), так как пороговая лазерная прочность такого материала относительно невелика и не превышает 40-80 Дж/см².

Целью настоящего изобретения является разработка состава полимерного материала для элементов силовой оптики лазеров, обладающего повышенной пороговой лазерной прочностью при сохранении высокой многократной лазерной прочности. С этой целью в состав полимерного материала на основе полиметилметакрилата вводят модифицирующую добавку из классов алкилпроизводных серной кислоты общей формулы

где R₁=CH₃ - C₅H₁₁,

или алкилзамещенных амидов алифатических карбоновых кислот общей формулы

где R=H, CH₃ - C₅H₁₁,

R₁=CH₃ - С₅H₁₁

при следующем соотношении компонентов, об.%:

модифицирующая добавка - из классов алкилзамещенных производных серной кислоты или алкилзамещенных амидов алифатических карбоновых кислот10-25полиметилметакрилатостальное

Предлагаемый состав полимерного материала обладает повышенной пороговой лазерной прочностью (≥400-1400 Дж/см²), что превышает пороговую лазерную прочность традиционного оптического материала - стекла К-8 (420 Дж/см²), а по многократной лазерной прочности (Pd(N)) не уступает прототипу (см. таблицу).

Для лучшего понимания сути предлагаемого изобретения приводятся следующие примеры приготовления заявляемых составов и их характеристики.

Пример 1.

В стеклянную ампулу заливают мономерную смесь, состоящую из 20 об.% 20 мл диметилсульфата (R₁=CH₃) и 80% 80 мл метилметакрилата. Вводят 0,1 г инициатора - динитрила азоизомасляной кислоты. Смесь дегазируют, после чего ампулу запаивают. Полимеризацию проводят при 50-100°С в течение 3÷12 час. После завершения полимеризации полимер извлекают из ампулы, разрезают на цилиндры ⊘15-20 ми и высотой 8-10 мм, шлифуют и полируют до оптического качества поверхностей. Проводят исследования пороговой и многократной лазерной прочности (данные приведены в таблице).

Примеры 2-12.

Компонентный состав и данные о лазерной прочности приведены в таблице. Приготовление полимерных составов аналогично примеру 1.

 Компонентный состав и данные о лазерной прочности заявляемого составаПримерСостав полимерного материала (ПММА=100% - содержание модификатора)Лазерная прочность тип модификатораRR₁содержание модификатора, об.%пороговая, Дж/см²многократная Pd(N), Дж/см²1Алкилпроизводные серной кислоты-CH₃201000>262-"--СН₃101400183-"--CH₃25950>254-"--C₂H₅20800>255-"--C₅H₁₁15650176Алкилзамещенные амиды карбоновой кислотыНCH₃20700207-"-НС₂Н₅20650208-"-HC₅H₁₁25400229-"-CH₃C₂H₅208001810-"-CH₃CH₃107501211-"-C₂H₅C₃H₇155001412-"-C₅H₁₁C₅H₁₁25600>25ПрототипДифосфат  208020

Как следует из данных, приведенных в таблице, использование полимерных материалов заявляемого состава позволяет в 5-20 раз повысить пороговую лазерную прочность по сравнению с составом-прототипом при сохранении высокой многократной лазерной прочности. Это делает весьма перспективным использование заявляемого состава для изготовления элементов силовой оптики мощных лазеров.

Базовый объект совпадает с прототипом изобретения.

Предлагаемое изобретение относится к области лазеропрочных полимерных материалов и может быть использовано для изготовления элементов силовой оптики мощных лазеров, таких как линзы, призмы, пластинки и т.д.

Описана полимерная композиция для изготовления элементов силовой оптики лазеров, содержащая полиметилметакрилат и модифицирующую добавку - соединения общей формулы

или ,

где R₁=CH₃ - C₅H₁₁, R=H, CH₃ - C₅H₁₁,

при следующем соотношении компонентов, об.%:

модифицирующая добавка10-25полиметилметакрилатостальное

Технический эффект - повышение пороговой лазерной прочности. 1 табл.

Полимерная композиция для изготовления элементов силовой оптики лазеров, содержащая полиметилметакрилат и модифицирующую добавку, отличающаяся тем, что, с целью повышения пороговой лазерной прочности элементов, она содержит в качестве модифицирующей добавки соединения общей формулы

или ,

где R₁=CH₃ - C₅H₁₁, R=H, CH₃ - C₅H_11,

при следующем соотношении компонентов, об.%:

Модифицирующая добавка10-25ПолиметилметакрилатОстальное