Проект «Структурированные композитные магнитоактивные материалы с управляемыми электрофизическими свойствами»

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:

  1. 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
  2. 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
  3. 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