Проект РНФ-Москва №22-29-20176 «Структурированные композитные магнитоактивные материалы с управляемыми электрофизическими свойствами»
Руководитель: к.т.н. Фионов А.С.
Отчет 2022.
В 2022 году проводились работы по разработке технологии получения структурированных композитных магнитоактивных материалов на основе эластомеров с магнитными наполнителями в присутствии магнитного поля. В результате была создана лабораторная пресс-форма и микропроцессорный блок управления синтезом магнитоактивных материалов. Изучена кинетика процесса отверждения композиционных эластомерных материалов на основе полихлоропрена серного регулирования и полидиметилсилоксана холодного отверждения с различными наполнителями. Проведено определение реокинетических параметров при различных температурных режимах, что позволило подобрать оптимальные режимы изготовления образцов магнитоструктурированных композитов на основе различных эластомерных матриц и оптимальную концентрацию магнитного наполнителя для получения наиболее ярко выраженного эффекта структурирования. Номенклатура изготовленных по разработанной технологии образцов включает в себя композиционные материалы на основе эластомерных матриц (хлоропреновый каучук серного регулирования — ПХП и полидиметилсилоксан холодного отверждения – СКТН-А) и магнитных наполнителей: магнитотвердых (SmCo, NdFeB) и магнитомягких (природный магнетит Fe3O4, ZnNiCo-феррит) в диапазоне концентраций 30…100 массовых частей на 100 массовых частей эластомерной матрицы, а также композиционные материалы на основе ПХП и магнетита в концентрациях 200 и 300 масс. частей. При этом получены как структурированные, так и неструктурированные образцы с целью сравнения их морфологических, электрофизических и магнитных свойств. Общее количество изготовленных образцов композиционных материалов превышает 50 экземпляров. Следует отметить, что разработанная технология позволяет также изготавливать образцы на основе пластизолей, например, на основе системы ПВХ – ДОФ, и термопластичных полимеров, в последнем случае существует необходимость дополнительно предусмотреть процесс принудительного охлаждения образцов для фиксации магнитной структуры. Были исследованы морфологические и структурные свойства полученных композитных магнитоактивных материалов. В результате было установлено, что:
— по данным сканирующей электронной микроскопии распределение частиц мелкодисперсных (6…85 мкм) магнитных наполнителей по размерам является мультимодальным;
— количественный анализ распределения элементов, рассчитанный на основании данных энергодисперсионной спектроскопии, подтверждает химический состав магнитных порошков, заявленный производителем;
— распределение частиц наполнителей в объеме матрицы определяется присутствием магнитного поля в процессе вулканизации и является статистически однородным для образцов, отвержденных в отсутствие магнитного поля, и структурированным для образцов, отвержденных в магнитном поле. Полученная таким образом структура отражает распределение магнитного поля в образце в процессе вулканизации;
— частицы наполнителя имеют тенденцию под воздействием магнитного поля образовывать протяженные структуры типа волокон;
— остаточный магнитный момент, демонстрирующий степень магнитной структурированности наполнителя в эластомерном композите, зависит от типа наполнителя. Для магнитомягких наполнителей (природный магнетит Fe3O4, ZnNiCo-феррит) он не превышает значений 0.3 мТл, при этом выше в матрице СКТН-А, чем в ПХП. В случае магнитотвердых (SmCo, NdFeB) наполнителей структурированность выражена сильнее, остаточный магнитный момент достигает величин 0.4…0.7 мТл в ПХП матрице и 0.8…1.6 мТл в матрице СКТН-А, и в обеих матрицах более высокие значения магнитного момента относятся к порошку SmCo.
Также магнитометрическими методами исследовались магнитные свойства полученных композитных магнитоактивных материалов. Полученные магнитометрические данные позволили сделать следующие выводы:
— структурированные образцы (исключение ПХП – Fe3O4) обладают выраженной анизотропией магнитной восприимчивости относительно направления внешнего магнитного поля;
— степень анизотропии выше для матрицы СКТН-А, чем для ПХП;
— магнитный момент в поле более 4 кЭ выше для композитов, как структурированных, так и неструктурированных, в случае матрицы ПХП;
— у композитов на основе магнитотвердых наполнителей поля анизотропии в обеих матрицах превышают 1 Тл.
Для исследования электрофизических характеристик созданных композитных магнитоактивных материалов в различных частотных диапазонах были созданы следующие измерительные стенды:
— автоматизированная установка для исследования электропроводности на постоянном токе и диэлектрических параметров в диапазоне частот 20Гц…2МГц;
— автоматизированная установка для исследования диэлектрических параметров методом четвертьволнового резонатора при длине волны 30 см.
— автоматизированная установка для исследования электродинамических характеристик квазиоптическим и волноводным методами на частотах 0.5…40 ГГц.
Опубликованные статьи:
- Fionov, A.; Kraev, I.; Yurkov, G.; Solodilov, V.; Zhukov, A.; Surgay, A.; Kuznetsova, I.; Kolesov, V. Radio-Absorbing Materials Based on Polymer Composites and Their Application to Solving the Problems of Electromagnetic Compatibility. Polymers (2022г.) WOS SCOPUS Q1 RSCI РИНЦ
- Фионов А.С., Хачатуров А.А., Сафонов С.С., Тлегенов Р., Голованов Е.В., Сургай А.В., Колесов В.В., Потапов Е.Э. Магнитноструктурированные композиты на основе полихлоропрена и магнетита. Иваново: ИГЭУ им. В.И. Ленина. Сборник научных трудов ХХ юбилейной Всероссийской с международным участием Плесской научной конференции по нанодисперсным магнитным жидкостям (2022 г.)РИНЦ
- Фионов А.С., Хачатуров А.А., Колесов В.В., Потапов Е.Э., Сургай А.В. Функциональные эластомерные материалы на основе полихлоропрена и магнетита СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии. Севастополь: Изд-во СевГУ, 2022. (2022 г.) РИНЦ