Полимерные радиопоглощающие материалы с углеродными нанотрубками для крайне высокочастотного диапазона

ХИМИЧЕСКИЕ НАУКИ

ПОЛИМЕРНЫЕ РАДИОПОГЛОЩАЮЩИЕ МАТЕРИАЛЫ С УГЛЕРОДНЫМИ НАНОТРУБКАМИ ДЛЯ КРАЙНЕ ВЫСОКОЧАСТОТНОГО _ДИАПАЗОНА_

Геранина Алина Михайловна

Студентка хим. факультета ННГУ им. Н.И. Лобачевского, г. Н.Новгород

Аннотация

Данная работа заключается в исследовании радиопоглощающих свойств полимерных композиционных материалов на основе поливинилхлорида и углеродных нанотрубок в области 26-37 ГГц крайне высокочастотного диапазона электромагнитного спектра. Были получены полимерные композиты с различным содержанием нескольких марок углеродных нанотрубок, а также с техническим углеродом и графитом. Измерены значения ослабления электромагнитного излучения, проходящего через композиты с различными наполнителями. Показано, что композиты с углеродными нанотрубками позволяют достичь ослабления электромагнитного излучения на 1-2 порядка выше по сравнению с композитами с техническим углеродом и графитом. Аналогичные характеристики ослабления, достигаются композитами с УНТ при концентрации последних на 1-2 порядка ниже по сравнению с концентрациями микроразмерных наполнителей.

Abstract

In this work the radio absorbing properties of polymer composite materials, based on polyvinylchloride and carbon nanotubes, in the range of 26-37 GHz of the extremely high frequency region of the electromagnetic spectrum were investigated. The polymer composites with different contents of several brands carbon nanotubes and with carbon black and graphite were synthesized. The values of electromagnetic radiation attenuation, passing through composites with the different fillers, were measured. It was established that the composites with carbon nanotubes reach the attenuation of electromagnetic radiation on the 1-2 orders of magnitude higher than the composites with carbon black and graphite. The similar characteristics of attenuation are reached by the composites with the concentration of carbon nanotubes on the 1-2 orders of magnitude lower in the comparison with the concentrations of microfillers.

Ключевые слова:

Радиопоглощающие материалы, углеродные нанотрубки

Key words:

Radio absorbing materials, carbon nanotubes

Создание материалов, поглощающих электромагнитное излучение неразрывно связано с развитием радиоэлектронной техники. С помощью радиопоглощающих материалов (РПМ) решают широкий круг задач, таких как защита информации от несанкционированного доступа, обеспечение электромагнитной совместимости радиоэлектронных средств, уменьшение радиолокационной заметности, защита человека от электромагнитного излучения (ЭМИ). В зависимости от назначения РПМ разрабатываются для конкретных частотных диапазонов. Радиоэлектронных приборов, работающих на частотах свыше 27 ГГц, пока не так много. Как правило, их назначение аналогично более низкочастотным приборам, но за счет большей частоты достигается более высокая точность и быстродействие оборудования, а также уменьшение его размеров. Поскольку требования к точности радиолокации, скорости передачи данных и миниатюризации устройств с каждым годом растут, неизбежен постепенный переход рабочих частот основной массы радиоэлектронных устройств в КВЧ диапазон[1-3].

В качестве полимерной матрицы для получения образцов РПМ использовали композиции на основе поливинилхлорида(ПВХ). В качестве наполнителей использовали УНТ марок «Таунит»

(длина > 2 мкм, диаметр 20-70 нм), «Таунит-М» (длина > 2 мкм, диаметр 8-15 нм) и «Таунит-МД» (длина > 20 мкм, диаметр 30-80 нм), а также технический углерод К-354 и графит ГК-3.

Данный полимер был выбран не случайно, а потому, что он позволяет получить материалы практически с любой эластичностью от жестких пластиков до резиноподобных систем. Также известно о положительном влиянии УНТ на физико-механические свойства композитов на основе ПВХ [4].

Композиции, состоящие из ПВХ, пластификатора, термостабилизатора и углеродного наполнителя смешивали методом горячего вальцевания и получали пластины РПМ методом горячего прямого прессования в стальных формах.

Измерение радиопоглощающих свойств проводили волноводным способом, измеряя ослабление проходящего излучения через материал в диапазоне частот 26-37,5 ГГц. Для этого из полученных пластин вырезали образцы толщиной 3 мм, помещали его во фланец, а фланец встраивали в волноводную линию, подключенную к анализатору цепей Р^-Ь N52300.

На рисунке1 видно, что чем больше частота ЭМИ, тем выше ослабление и ниже пропускание. Эти наблюдения согласовываются с общими пред-

14 Евразийский Союз Ученых (ЕСУ) #29, 2016 | ХИМИЧЕСКИЕ НАУКИХИМИЧЕСКИЕ НАУКИ ХИМИЧЕСКИЕ НАУКИ

ставлениями о распространении электромагнитной вые среды. волны через диэлектрические и полупроводнико-

Рис. 1. Зависимость пропускания от частоты ЭМИ падающего на образец РПМ

Проведенные исследования показали, что углеродные нанотрубки на 1-2 порядка эффективнее в качестве радиопоглощающих наполнителей по сравнению с обычными формами углерода, техническим углеродом и графитом. При этом их кон-

центрация, необходимая для достижения таких же свойств, в композите на 1 -2 порядка ниже, чем

концентрация лей(рис.2).

микроразмерных наполните-

Массовая доля наполнителя.

Рис. 2. Зависимость ослабления от массовой доли различных видов наполнителей на частоте 26 ГГц

Среди исследованных нанотрубок наибольшей эффективностью обладают нанотрубки марки «Таунит-М» и «Таунит-МД», что в первую очередь связано с их малым диаметром, за счет которого увеличивается эффект рассеяния падающего на материал излучения.

Список использованной литературы: 1. Sedelnikova O.V., Kanygin M.A., Korovin E.Yu. et al. Effect of fabrication method on the structure and electromagnetic response of carbon nano-tube/polystyrene composites in low-frequency and Ka bands // Composites Science and Technology. 2014. V. 102. P. 59-64.

2. Kuzhir P., Paddubskaya A., Bychanok D. et al. Microwave probing of nanocarbon based epoxy resin composite films: Toward electromagnetic shielding // Thin Solid Films. 2011. V. 519. P. 4114-4118.

3. Зефиров В.Л., Бакина Л.И., Захарычев Е.А. Радиопоглощающий материал с низким уровнем отражения // Антенны. 2016. № 1 (221). С. 4548.

4. M.S. Belov, E.A. Zakharychev, S.A. Ryabov et al. Preparation of composite materials on the basis of polyvinyl chloride and nanomodifiers // Russian Journal of Applied Chemistry. 2011. V. 84. No. 12. P. 2148-2151.

5. E.A. Zakharychev, S.A. Ryabov, V.L. Zefi-rov et al. Development of polymer radio absorbing materials with carbon nanotubes for extremely high frequency range // Inorganic Materials: Applied Research. 2013. V. 4. No. 5. P. 405-409.

6. E.A. Zakharychev, E.N. Razov, Yu.D. Sem-chikov et al. Radar absorbing properties of carbon nanotubes/polymer composites inthe V-band // Bulletin Material Science. 2016. V. 39. No. 2. P. 451-456.

7. Е.А. Захарычев, С.А. Рябов, Ю.Д. Семчи-ков и др. Исследование влияния степени функцио-

нализации на некоторые свойства многослойных углеродных нанотрубок // Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского. 2013. № 1 (1), С. 100-104.

8. E.A. Zakharychev, M.A. Kabina, E. N. Razov et al. Effect of functionalization of carbon nano-tubes on the radar-absorbing properties of polymeric composites based on them // Russian Journal of Applied Chemistry. 2015. V. 88. No. 2. P. 302-307.

РАЗРАБОТКА ПРОЗРАЧНОГО МАТЕРИАЛА НА ОСНОВЕ ПОЛИПРОПИЛЕНА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЛЕГИРУЮЩИХ И _СТАБИЛИЗИРУЮЩИХ ДОБАВОК_

Филатов Сергей Николаевич

Доцент, канд. хим.наук, Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, г.

Москва, кафедра химической технологии пластических масс

АННОТАЦИЯ

Целью работы являлась разработка отечественного прозрачного материала на основе полипропилена для производства изделий медицинского назначения, таких как лабораторные наконечники для дозаторов для пробирки. Для соответствия требованиям, предъявляемым к данным изделиям, промышленный полипропилен был модифицирован специальными добавками на основе фосфазенов и силоксанов, благодаря чему был получен материал, полностью удовлетворяющий всем необходимым показателям. На основе разработанного материала были изготовлены изделия, которые на текущий момент с успехом внедряются в производство.

ABSTRACT

The aim of this work was development transparent material based on polypropylene for production of medical assignments, such as laboratory tips for dispensers for tubes. To comply with the requirements for this product, industrial polypropylene was modified with special additives based on siloxanes and phosphazenes, whereby material was obtained, fully satisfying all the necessary parameters. Based on the developed material were made products that are currently successfully being introduced into production.

Ключевые слова: полипропилен, композиция, модификация, фосфазены, силоксаны.

Keywords: polypropylene, compound, modification, phosphazene, siloxanes.

Основным материалом, используемым в мире для производства лабораторных наконечников для дозаторов и пробирок, является полипропилен. В Российской Федерации отсутствует собственное производство лабораторного пластика для медицинской диагностики, в результате чего весь объем потребляемых изделий импортируется. Объем закупок лабораторных пробирок и иных емкостей, пипеток, сменных наконечников для дозирования жидкостей и сходного ассортимента составляет 500 млн. руб. в год и является весьма привлекательным для развития собственного российского производства.

Важнейшими требованиями к медицинскому полипропилену, особенно применяемого для изготовления лабораторных пробирок и родственных изделий является высокая прозрачность и прочность, эластичность и устойчивостью к износу при изгибе, хорошие реологические характеристики, необходимые для обеспечения качества изделия, получаемого методом литья под давлением, а также устойчивость к стерилизации гамма-радиацией. Для обеспечения этих требований необходим, во-первых, подходящий по физическим свойствам полипропилен, а во-вторых, правильный подбор добавок.

Наиболее приближенным к заданным параметрам (показатель текучести расплава, массовая доля летучих, модуль упругости, относительное удлинение при разрыве и др.) обладает промышленный полипропилен марки РР 8348 Р (ТУ 2211136-05766801-2006), однако, ряд показателей, таких как прозрачность, морозостойкость, устойчивость к гамма-излучению и смачиваемость у данного полимера являются неудовлетворительными.

В качестве добавок к различным материалам хорошо себя зарекомендовали органоксифосфазе-ны и органосилоксаны. Они даже в малых количествах в значительной мере способны регулировать свойства полимеров как технологического [1-4] так и медицинского [5-8] назначения. Кроме того, добавки указанных соединений в материалы медицинского назначения не вызывали отрицательных реакций живых тканей, что, несомненно, важно при изготовлении изделий, контактирующих с биологически-активными средами. Поэтому, для модификации промышленного полипропилена было решено синтезировать соединения на основе указанных классов элементоорганических соединений, содержащих в своем составе функциональные группы, способные оказать положительное