RU2681517C1 - Polymeric composite for protection against ionizing radiation based on track membranes and method for production thereof - Google Patents
Polymeric composite for protection against ionizing radiation based on track membranes and method for production thereof Download PDFInfo
- Publication number
- RU2681517C1 RU2681517C1 RU2018117120A RU2018117120A RU2681517C1 RU 2681517 C1 RU2681517 C1 RU 2681517C1 RU 2018117120 A RU2018117120 A RU 2018117120A RU 2018117120 A RU2018117120 A RU 2018117120A RU 2681517 C1 RU2681517 C1 RU 2681517C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- polyimide
- lead
- polymer composite
- protection against
- ionizing radiation
- Prior art date
Links
- 239000012528 membrane Substances 0.000 title claims abstract description 39
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 32
- 230000005865 ionizing radiation Effects 0.000 title claims abstract description 19
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims abstract description 46
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 claims abstract description 36
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 claims abstract description 36
- 239000000945 filler Substances 0.000 claims abstract description 19
- 239000002966 varnish Substances 0.000 claims abstract description 18
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 15
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 11
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 10
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims description 7
- 238000000465 moulding Methods 0.000 claims description 7
- 238000004026 adhesive bonding Methods 0.000 claims description 5
- 238000007731 hot pressing Methods 0.000 claims description 5
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 3
- WABPQHHGFIMREM-UHFFFAOYSA-N lead(0) Chemical compound [Pb] WABPQHHGFIMREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 16
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 7
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 7
- 230000005855 radiation Effects 0.000 abstract description 5
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 abstract description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract description 2
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 abstract description 2
- 239000004922 lacquer Substances 0.000 abstract 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 12
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 6
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 6
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 5
- 238000004070 electrodeposition Methods 0.000 description 4
- 239000004793 Polystyrene Substances 0.000 description 3
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 3
- 229920002223 polystyrene Polymers 0.000 description 3
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 2
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- -1 enamels Substances 0.000 description 2
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 239000011253 protective coating Substances 0.000 description 2
- 230000002285 radioactive effect Effects 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 1
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- 244000309464 bull Species 0.000 description 1
- 229910052792 caesium Inorganic materials 0.000 description 1
- TVFDJXOCXUVLDH-UHFFFAOYSA-N caesium atom Chemical compound [Cs] TVFDJXOCXUVLDH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CJZGTCYPCWQAJB-UHFFFAOYSA-L calcium stearate Chemical compound [Ca+2].CCCCCCCCCCCCCCCCCC([O-])=O.CCCCCCCCCCCCCCCCCC([O-])=O CJZGTCYPCWQAJB-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 235000013539 calcium stearate Nutrition 0.000 description 1
- 239000008116 calcium stearate Substances 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 238000010835 comparative analysis Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 210000003298 dental enamel Anatomy 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000007580 dry-mixing Methods 0.000 description 1
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000006260 foam Substances 0.000 description 1
- 230000005251 gamma ray Effects 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 239000003292 glue Substances 0.000 description 1
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N iron oxide Inorganic materials [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000464 lead oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 238000001471 micro-filtration Methods 0.000 description 1
- 229920005615 natural polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 1
- 239000012766 organic filler Substances 0.000 description 1
- 125000000744 organoheteryl group Chemical group 0.000 description 1
- 238000012856 packing Methods 0.000 description 1
- 239000003973 paint Substances 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 239000004014 plasticizer Substances 0.000 description 1
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 1
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 229920006254 polymer film Polymers 0.000 description 1
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 description 1
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 description 1
- 239000004800 polyvinyl chloride Substances 0.000 description 1
- 229920000915 polyvinyl chloride Polymers 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 239000013077 target material Substances 0.000 description 1
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21F—PROTECTION AGAINST X-RADIATION, GAMMA RADIATION, CORPUSCULAR RADIATION OR PARTICLE BOMBARDMENT; TREATING RADIOACTIVELY CONTAMINATED MATERIAL; DECONTAMINATION ARRANGEMENTS THEREFOR
- G21F1/00—Shielding characterised by the composition of the materials
- G21F1/12—Laminated shielding materials
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Laminated Bodies (AREA)
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области синтеза радиационно-защитных материалов для атомной и радиотехнической промышленности.The invention relates to the field of synthesis of radiation protective materials for the nuclear and radio engineering industries.
Известен материал для защиты от электромагнитных и радиационных воздействий [Патент RU №2360383, опубликовано 27.06.2009 Бюл. №18], содержащий гибкую основу и защитное покрытие. Защитное покрытие состоит из соединения окислов железа и свинца с наполнителем из смеси клея, стекла, керамики, лака, эмалей, красок, масла или олифы, природных полимеров, элементоорганических полимеров, пенопласта и полиэтилена. В качестве лака могут быть использованы растворы пленкообразующих веществ. В качестве пенопласта могут быть использованы полистирол, поливинилхлорид, полиуретан, эпоксидная смола.Known material for protection against electromagnetic and radiation influences [Patent RU No. 2360383, published June 27, 2009 Bull. No. 18] containing a flexible base and a protective coating. The protective coating consists of a combination of iron and lead oxides with a filler of a mixture of glue, glass, ceramics, varnish, enamels, paints, oil or varnish, natural polymers, organoelement polymers, polystyrene and polyethylene. As the varnish can be used solutions of film-forming substances. As the foam can be used polystyrene, polyvinyl chloride, polyurethane, epoxy resin.
Недостатком данного изобретения является низкий линейный коэффициент ослабления гамма-излучения.The disadvantage of this invention is the low linear attenuation coefficient of gamma radiation.
Наиболее близким к предлагаемому решению, принятым за прототип, является материал для защиты от радиоактивного воздействия [Патент RU 2063074, зарегистрирован в Государственном реестре изобретений 27.06.1996], включающий свинецсодержащий органический наполнитель и полистирольную полимерную матрицу. В качестве наполнителя используют высокодисперсный полиэтилсиликонат свинца и материал дополнительно содержит стеарат кальция или гидрофобный мел. Материал для защиты от радиоактивного воздействия готовят следующим образом. Проводят сухое смешение порошкообразных компонентов на лопастном смесителе в течение 3-4 минут, с последующем формованием на шнековом пластификаторе фирмы НПО «Пластик». Режим формования: температура 200°С, давление 150 МПа.Closest to the proposed solution adopted as a prototype is a material for protection against radioactive effects [Patent RU 2063074, registered in the State register of inventions 06/27/1996], including a lead-containing organic filler and a polystyrene polymer matrix. Highly dispersed lead polyethylsiliconate is used as a filler, and the material additionally contains calcium stearate or hydrophobic chalk. Material for protection against radioactive exposure is prepared as follows. Dry mixing of the powdered components on a paddle mixer for 3-4 minutes, followed by molding on a screw plasticizer company NPO Plastic. Molding mode: temperature 200 ° C, pressure 150 MPa.
С существенными признаками изобретения в части вещества совпадает следующая совокупность признаков прототипа: полимерная матрица и свинецсодержащий наполнитель. С существенными признаками изобретения в части способа совпадает следующая совокупность признаков прототипа: смешение компонентов и формование методом горячего прессования.The following features of the prototype coincide with the essential features of the invention in terms of substance: a polymer matrix and a lead-containing filler. The following features of the prototype coincide with the essential features of the invention in terms of the method: mixing of the components and molding by hot pressing.
Недостатком известного прототипа в части вещества является низкая теплостойкость и низкие прочные показатели, оцениваемые по пределу прочности при растяжении.The disadvantage of the known prototype in terms of substance is low heat resistance and low durable performance, evaluated by tensile strength.
Недостатком известного прототипа в части способа является высокая агрегация наполнителя и, как следствие, неравномерное распределение наполнителя в полимерной матрице, что приводит ухудшению теплостойкости и прочных показателей, оцениваемых по пределу прочности при растяжении.A disadvantage of the known prototype in terms of the method is the high aggregation of the filler and, as a consequence, the uneven distribution of the filler in the polymer matrix, which leads to a deterioration in heat resistance and durable indicators, evaluated by tensile strength.
Задачей предлагаемого изобретения является получение полимерного композита для защиты от ионизирующего излучения на основе трековых мембран с повышенной теплостойкостью и высоким пределом прочности при растяжении.The objective of the invention is to obtain a polymer composite for protection against ionizing radiation based on track membranes with high heat resistance and high tensile strength.
Это достигается тем, что полимерный композит для защиты от ионизирующего излучения включает полимерную матрицу, свинецсодержащий наполнитель и дополнительно содержит полиимидный лак. В качестве полимерной матрицы используется полиимид в виде трековых мембран, в качестве наполнителя -металлический свинец, а также дополнительно содержит полиимидный лак, при следующем соотношении компонентов: полиимид - 23-36 мас. %; металлический свинец - 62-76 мас. %; полиимидный лак - 1-2 мас. %.This is achieved in that the polymer composite for protection against ionizing radiation includes a polymer matrix, a lead-containing filler, and further comprises a polyimide varnish. Polyimide in the form of track membranes is used as a polymer matrix, metallic lead is used as a filler, and it also contains polyimide varnish, in the following ratio of components: polyimide - 23-36 wt. %; metallic lead - 62-76 wt. %; polyimide varnish - 1-2 wt. %
Способ получения полимерного композита для защиты от ионизирующего излучения включает смешение компонентов путем склеивания полиимидным лаком заполненных металлическим свинцом трековых мембран, полученных гальваническим осаждением металлического свинца в сквозные травленые каналы полиимидных трековых мембран, в многослойный сэндвич, а формование осуществляется методом горячего прессования при температуре 270-300°С и давлении не менее 100 МПа.A method of producing a polymer composite for protection against ionizing radiation involves mixing the components by gluing polyimide varnish filled with metal lead track membranes obtained by galvanic deposition of metal lead into the through etched channels of polyimide track membranes into a sandwich, and molding is carried out by hot pressing at a temperature of 270-300 ° C and a pressure of at least 100 MPa.
Сопоставительный анализ с прототипом в части вещества показывает, что заявляемый полимерный композит для защиты от ионизирующего излучения отличается тем, что в качестве полимерной матрицы используется полиимид в виде трековых мембран, в качестве свинецсодержащего наполнителя - металлический свинец, а также дополнительно содержит полиимидный лак, при следующем соотношении компонентов, мас.%: полиимид - 23-36, металлический свинец - 62-76, полиимидный лак - 1-2.Comparative analysis with the prototype in terms of the substance shows that the inventive polymer composite for protection against ionizing radiation is different in that polyimide in the form of track membranes is used as a polymer matrix, metal lead is used as a lead-containing filler, and it also contains polyimide varnish, in the following the ratio of components, wt.%: polyimide - 23-36, metallic lead - 62-76, polyimide varnish - 1-2.
В части способа - отличается тем, что получение полимерного композита для защиты от ионизирующего излучения осуществляется путем склеивания полиимидным лаком заполненных металлическим свинцом трековых мембран, полученных гальваническим осаждением металлического свинца в сквозные травленые каналы полиимидных трековых мембран, в многослойный сэндвич, а формование осуществляется методом горячего прессования при температуре 270-300°С и давлении не менее 100 МПа.In terms of the method, it is characterized in that the preparation of the polymer composite for protection against ionizing radiation is carried out by gluing the track membranes filled with metallic lead, obtained by galvanic deposition of metallic lead into the through etched channels of the polyimide track membranes, into a multilayer sandwich by polyimide varnish, and molding is carried out by hot pressing at a temperature of 270-300 ° C and a pressure of at least 100 MPa.
Таким образом, заявляемые технические решения соответствуют критерию изобретения «новизна».Thus, the claimed technical solutions meet the criteria of the invention of "novelty."
Сравнение заявляемых решений не только с прототипом, но и с другими известными техническими решениями в данной области техники не подтвердило наличие в последних признаков, совпадающих с их отличительными признаками, или признаков, влияющих на достижение указанного технического результата. Это позволило сделать вывод о соответствии изобретения критерию «изобретательский уровень».Comparison of the claimed solutions not only with the prototype, but also with other well-known technical solutions in this technical field did not confirm the presence in the latter features that coincide with their distinctive features, or signs that affect the achievement of the specified technical result. This allowed us to conclude that the invention meets the criterion of "inventive step".
Характеристика используемых компонентовCharacteristics of the components used
1. В качестве полимерной матрицы используется полиимид в виде трековых (ядерных) мембран, собранных в многослойный сэндвич необходимой толщины. Трековые (ядерные) мембраны применяются для создания фильтров для очистки жидких и газовых сред [Макаренков В.И., Суранович В.Н. Фильтры для очистки воды на трековых мембранах // Энергия: экономика, техника, экология, 2005, №11, С. 47-49], в литературных источниках нет данных об использовании трековых (ядерных) мембран для создания полимерных композитов для защиты от ионизирующего излучения. Трековые мембраны получают в результате облучения полимерных пленок тяжелыми ионами с высокой энергией и с последующей физико-химической обработкой. В результате выделения энергии вдоль трека частицы происходят химические превращения в структуре облучаемого материала, приводящие к последующему избирательному травлению области трека. В результате исходная пленка превращается в микрофильтрационную мембрану со сквозными порами цилиндрической формы. Размеры пор и их пространственное распределение в трековых мембранах можно варьировать изменяя атомный номер, энергию бомбардирующей частицы и, естественно, материал мишени, а также параметры химической обработки. [В.И. Ролдугин, С.С. Иванчев, А.Б. Ярославцев. Мембраны и нанотехнологии. Российские нанотехнологии. Т. 3, №11-12, 2008, 67-99]. В работе использовались трековые мембраны изотропной структуры из полиимида с диаметрами пор D=300 нм толщиной 25 мкм, синтезированные в Лаборатории ядерных реакций им Г.Н. Флерова ОИЯИ. Данные по средней концентрации пор в полимерной матрице (трековой мембране) используемых для исследуемых составов полимерного композита приведено в табл. 1.1. As the polymer matrix, polyimide is used in the form of track (nuclear) membranes assembled into a multilayer sandwich of the required thickness. Track (nuclear) membranes are used to create filters for cleaning liquid and gaseous media [V. Makarenkov, V. N. Suranovich Filters for water purification on track membranes // Energy: Economics, Engineering, Ecology, 2005, No. 11, P. 47-49], in the literature there are no data on the use of track (nuclear) membranes to create polymer composites for protection against ionizing radiation . Track membranes are obtained as a result of irradiation of polymer films with heavy ions with high energy and subsequent physical and chemical treatment. As a result of the release of energy along the particle’s track, chemical transformations occur in the structure of the irradiated material, leading to subsequent selective etching of the track region. As a result, the initial film turns into a microfiltration membrane with through pores of a cylindrical shape. The pore sizes and their spatial distribution in track membranes can be varied by changing the atomic number, the energy of the bombarding particle and, naturally, the target material, as well as the chemical treatment parameters. [IN AND. Roldugin, S.S. Ivanchev, A.B. Yaroslavtsev. Membranes and nanotechnology. Russian nanotechnology. T. 3, No. 11-12, 2008, 67-99]. We used track membranes of an isotropic structure made of polyimide with pore diameters D = 300 nm 25 μm thick, synthesized at the G.N. Flerov JINR. Data on the average concentration of pores in the polymer matrix (track membrane) used for the studied compositions of the polymer composite are given in table. one.
2. В качестве наполнителя использовался металлический свинец, полученный путем гальванического осаждения из раствора борфторида Pb(BF4)2 с концентрацией 160 г/л.2. Metallic lead obtained by galvanic precipitation from a solution of Pb (BF 4 ) 2 borofluoride with a concentration of 160 g / L was used as a filler.
3. Для склеивания мембран, заполненные свинцом использовали полиимидный электроизоляционный лак марки АД-9103 ИС ТУ 2311-007-18805827-2007; производитель ООО «Эстроком».3. For gluing membranes filled with lead, a polyimide insulating varnish of the grade AD-9103 IS TU 2311-007-18805827-2007 was used; manufacturer LLC Estrocom.
Оптимальное соотношение компонентов, выраженное в их процентном содержании, определяли экспериментальным путем. В процессе исследования приготовили 5 составов полимерного композита для изучения его свойств. Количественное содержание компонентов предлагаемого полимерного композита и прототипа приведено в табл. 2.The optimal ratio of components, expressed in their percentage, was determined experimentally. In the course of the study, 5 compositions of the polymer composite were prepared to study its properties. The quantitative content of the components of the proposed polymer composite and prototype are given in table. 2.
* свинецсодержащий наполнитель представлен в виде чистого металлического свинца;* lead-containing filler is presented in the form of pure metallic lead;
** содержание металлического свинца в свинецсодержащем наполнителе 68%, что в пересчете на весь прототип составляет 45-60% металлического свинца.** the content of metallic lead in lead-containing filler is 68%, which in terms of the entire prototype is 45-60% of metallic lead.
Заполнение полиимида металлическим свинцом осуществлялось путем гальванического осаждения металла в сквозные травленые каналы трековых мембран. На одну из сторон мембраны вакуумно-плотно прижимали металлическую подложку-катод, в качестве которой использовали свинцовую фольгу.Polyimide was filled with metallic lead by galvanic deposition of metal into through etched channels of track membranes. A metal cathode substrate was pressed vacuum-tightly onto one side of the membrane, using lead foil.
Полученные трековые мембраны со свинцовым катодом на одной стороне погружали в гальваническую ванную. Емкость гальванической ванны наполняли электролитом. Электролит для электроосаждения содержал: раствор борфторида Pb(BF4)2 с концентрацией 160 г/л; кислоту борфтористоводородную HBF4 с концентрацией 40 г/л.The obtained track membranes with a lead cathode on one side were immersed in a galvanic bath. The capacity of the plating bath was filled with electrolyte. The electrolyte for electrodeposition contained: a solution of Pb (BF 4 ) 2 borofluoride with a concentration of 160 g / l; acid borofluoride HBF 4 with a concentration of 40 g / L.
Гальванический процесс проводили при комнатной температуре (20°С) при рH=3,2; использовался режим электроосаждения при фиксированном электрическом потенциале - 0,6 В. При используемых параметрах время осаждения составляло 22 мин. В случае увеличения электрического потенциала, время осаждения уменьшается.The galvanic process was carried out at room temperature (20 ° C) at pH = 3.2; the electrodeposition mode was used with a fixed electric potential of 0.6 V. For the parameters used, the deposition time was 22 min. In the case of an increase in electric potential, the deposition time decreases.
Мембраны, заполненные свинцом, собирали в многослойный сэндвич. Скрепление мембран, заполненных свинцом, между собой осуществлялось путем склеивания полиимидным лаком и выдержкой при температуре от 270-300°С при высоком удельном давлении не менее 100 МПа. При меньшей 270°С температуре не происходит размягчение полимерной матрицы, необходимое для склеивания. При большем 300°С происходит плавление наполнителя - металлического свинца. В случае уменьшения используемого давления менее 100 МПа предел прочности при растяжении полимерного композита значительно уменьшается.Lead-filled membranes were assembled into a sandwich sandwich. The membranes filled with lead were bonded to each other by gluing with polyimide varnish and holding at a temperature of 270-300 ° C with a high specific pressure of at least 100 MPa. At less than 270 ° C, the polymer matrix does not soften, which is necessary for bonding. At greater than 300 ° C, the filler, metallic lead, melts. In the case of a decrease in the used pressure of less than 100 MPa, the tensile strength of the polymer composite is significantly reduced.
Количество необходимых для скрепления мембран определяли исходя из требуемой толщины полимерного композита для защиты от ионизирующего излучения путем деления их на толщину мембраны (25 мкм).The number of membranes necessary for bonding was determined based on the required thickness of the polymer composite to protect against ionizing radiation by dividing them by the thickness of the membrane (25 μm).
В табл. 3 представлены данные по эксплуатационным и радиационно-защитным свойствам предлагаемых составов и прототипа. Кратность ослабления и линейный коэффициент ослабления гамма-квантов находили экспериментальным путем при энергии гамма-квантов 662 кэВ. Источником излучения гамма-квантов был радионуклид цезий -137Cs. Линейный коэффициент ослабления гамма-квантов рассчитывали исходя из формулы:In the table. 3 presents data on the operational and radiation-protective properties of the proposed compositions and prototype. The attenuation factor and the linear attenuation coefficient of gamma rays were found experimentally at an energy of gamma rays of 662 keV. The source of gamma ray emission was cesium radionuclide - 137 Cs. The linear attenuation coefficient of gamma rays was calculated based on the formula:
где I - интенсивность поглощения гамма-квантов при использовании полимерного композита для защиты от ионизирующего излучения; интенсивность поглощения гамма-квантов без полимерного композита для защиты от ионизирующего излучения; х -толщина полимерного композита для защиты от ионизирующего излучения.where I is the intensity of absorption of gamma rays when using a polymer composite to protect against ionizing radiation; the absorption intensity of gamma rays without a polymer composite to protect against ionizing radiation; x is the thickness of the polymer composite to protect against ionizing radiation.
В результате экспериментов было установлено, что для достижения поставленного технического результата в состав предлагаемого полимерного композита должны присутствовать компоненты в следующем соотношении: полиимид - 23-36 мас. %; свинецсодержащий наполнитель - 62-76 мас. %; полиимидный лак - 1-2 мас. % (составы №2, 3, 4). При 18% мас. и меньше (состав №5) полиимида в составе полимерного композита для защиты от ионизирующего излучения значительно ухудшались его прочные показатели, оцениваемые по пределу прочности при растяжении (табл. 3), так как при малом содержании полимерной матрицы - полиимида происходит значительное повышение концентрация напряжения в порах трековой мембраны, заполненной свинцом.As a result of experiments, it was found that in order to achieve the set technical result, the composition of the proposed polymer composite should contain components in the following ratio: polyimide - 23-36 wt. %; lead filler - 62-76 wt. %; polyimide varnish - 1-2 wt. % (compounds No. 2, 3, 4). At 18% wt. and less (composition No. 5) of the polyimide in the composition of the polymer composite for protection against ionizing radiation, its strong indicators, estimated by the tensile strength (Table 3), significantly worsened, since with a low content of the polymer matrix - polyimide, a significant increase in stress concentration pores of a track membrane filled with lead.
При 42% мас. и больше (состав №1) полиимида в составе полимерного композита для защиты от ионизирующего излучения значительно ухудшались его радиационно-защитные характеристики, оцениваемые по линейному коэффициенту ослабления гамма-квантов с энергией 662 кэВ (табл. 3).At 42% wt. and more (composition No. 1) of the polyimide in the composition of the polymer composite for protection against ionizing radiation, its radiation-protective characteristics were significantly deteriorated, estimated by the linear attenuation coefficient of gamma rays with an energy of 662 keV (Table 3).
Способ получения полимерного композита для защиты от ионизирующего излучения на примере состава 3 (табл. 2).A method of obtaining a polymer composite for protection against ionizing radiation on the example of composition 3 (table. 2).
На одну из сторон полиимида в виде трековой мембраны (размером 3×3 см, толщиной 25 мкм, Dпор=0,3 мкм, средняя концентрация пор - 3,3⋅108) вакуумно-плотно прижимали металлическую подложку-катод, в качестве которой использовали свинцовую фольгу толщиной 0,2 мм.A metal cathode substrate was pressed vacuum-tightly onto one side of a polyimide in the form of a track membrane (3 × 3 cm thick, 25 μm thick, Dpor = 0.3 μm, average pore concentration 3.3–10 8 ), which used lead foil 0.2 mm thick.
Полученные трековые мембраны со свинцовым катодом на одной стороне погружали в гальваническую ванную. Размеры ванны позволяли одновременно загружать 40 мембран заданных размеров. Емкость гальванической ванны наполняли электролитом. Электролит для электроосаждения содержал: раствор борфторида Pb(BF4)2 с концентрацией 160 г/л; кислоту борфтористоводородную HBF4 с концентрацией 40 г/л.The obtained track membranes with a lead cathode on one side were immersed in a galvanic bath. The dimensions of the bath made it possible to simultaneously load 40 membranes of a given size. The capacity of the plating bath was filled with electrolyte. The electrolyte for electrodeposition contained: a solution of Pb (BF 4 ) 2 borofluoride with a concentration of 160 g / l; acid borofluoride HBF 4 with a concentration of 40 g / L.
Гальванический процесс проводили при комнатной температуре (20°С) при рН=3,2; использовался режим электроосаждения при фиксированном электрическом потенциале - 0,6 В. Время осаждения составляло 22 мин. После этого заполненные металлическим свинцом трековые мембраны вынимали из гальванической ванны и сушили при комнатной температуре до полного высыхания от электролита.The galvanic process was carried out at room temperature (20 ° C) at pH = 3.2; the electrodeposition mode was used with a fixed electric potential of 0.6 V. The deposition time was 22 min. After that, the track membranes filled with metallic lead were removed from the plating bath and dried at room temperature until completely dried from the electrolyte.
Высушенные трековые мембраны, заполненные металлическим свинцом, собирали в многослойный сэндвич, склеивали полиимидным лаком и выдерживали при температуре 280°С при удельном давлении 100 МПа. Сэндвич состоял из 40 трековые мембраны, заполненные металлическим свинцом, толщина полученного при этом полимерного композита для защиты от ионизирующего излучения составляла 1 мм.Dried track membranes filled with metallic lead were collected in a multilayer sandwich, glued with polyimide varnish and kept at a temperature of 280 ° C at a specific pressure of 100 MPa. The sandwich consisted of 40 track membranes filled with metallic lead; the thickness of the obtained polymer composite for protection against ionizing radiation was 1 mm.
Полученные данные показывают, что заявляемый полимерный композит обладает более высокой теплостойкостью, а также более высоким пределом прочности при растяжении в сравнении с прототипом.The data obtained show that the inventive polymer composite has a higher heat resistance, as well as a higher tensile strength in comparison with the prototype.
Предложенное решение позволяет увеличить теплостойкость и предел прочности при растяжении при одинаковых радиационно-защитных свойствах в сравнении с прототипом за счет предлагаемого состава и способа при котором происходит равномерное распределение тяжелого свинецсодержащего наполнителя в объеме легкой полимерной матрицы, что приводит к высокой степени однородности его структуры и сверхвысокой плотности упаковки атомов свинецсодержащего наполнителя в трековых мембранах, и, как следствие, к улучшенным эксплуатационным характеристикам.The proposed solution allows to increase the heat resistance and tensile strength with the same radiation-protective properties in comparison with the prototype due to the proposed composition and method in which there is a uniform distribution of heavy lead-containing filler in the volume of the light polymer matrix, which leads to a high degree of uniformity of its structure and ultrahigh packing densities of atoms of lead-containing filler in track membranes, and, as a result, to improved performance sticks.
Преимущества предлагаемого полимерного композита заключаются в следующем:The advantages of the proposed polymer composite are as follows:
- увеличена теплостойкость полимерного композита для защиты от ионизирующего излучения до 300°С;- increased heat resistance of the polymer composite for protection against ionizing radiation up to 300 ° C;
- композит обладает почти в 2 раза большим пределом прочности при растяжении в сравнении с прототипом.- the composite has an almost 2 times greater tensile strength in comparison with the prototype.
Таким образом, использование предложенного состава полимерного композита и предлагаемый способ его получения позволяет получить полимерному композиту новые, более высокие эксплуатационные показатели при практически одинаковых радиационно-защитных свойствах, оцениваемых по кратности ослабления и линейному коэффициенту ослабления гамма-квантов.Thus, the use of the proposed composition of the polymer composite and the proposed method for its preparation allows the polymer composite to obtain new, higher performance with practically the same radiation protective properties, estimated by the attenuation factor and the linear attenuation coefficient of gamma rays.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018117120A RU2681517C1 (en) | 2018-05-07 | 2018-05-07 | Polymeric composite for protection against ionizing radiation based on track membranes and method for production thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018117120A RU2681517C1 (en) | 2018-05-07 | 2018-05-07 | Polymeric composite for protection against ionizing radiation based on track membranes and method for production thereof |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2681517C1 true RU2681517C1 (en) | 2019-03-07 |
Family
ID=65632849
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018117120A RU2681517C1 (en) | 2018-05-07 | 2018-05-07 | Polymeric composite for protection against ionizing radiation based on track membranes and method for production thereof |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2681517C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2719682C1 (en) * | 2019-07-16 | 2020-04-21 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова" | Multilayer polymer-carbon composite for protection against space impact and method for production thereof |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1260342A (en) * | 1966-08-10 | 1972-01-12 | Marxen Friedrich | Improvements relating to radiation shields |
| RU2063074C1 (en) * | 1994-02-01 | 1996-06-27 | Белгородская государственная технологическая академия строительных материалов | Material for protection against radioactive action |
| RU2277269C2 (en) * | 2004-02-09 | 2006-05-27 | ФГУП "Российский федеральный ядерный центр-Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики"-ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ" | Method for manufacturing laminated x-ray shielding material |
| RU2491667C1 (en) * | 2011-12-29 | 2013-08-27 | Общество с ограниченной ответственностью "АполлО" | Composite material for protection against radiation |
| RU2606233C2 (en) * | 2012-08-27 | 2017-01-10 | Сименс Акциенгезелльшафт | Sandwich type structure multilayer material for radiation protection |
-
2018
- 2018-05-07 RU RU2018117120A patent/RU2681517C1/en active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1260342A (en) * | 1966-08-10 | 1972-01-12 | Marxen Friedrich | Improvements relating to radiation shields |
| RU2063074C1 (en) * | 1994-02-01 | 1996-06-27 | Белгородская государственная технологическая академия строительных материалов | Material for protection against radioactive action |
| RU2277269C2 (en) * | 2004-02-09 | 2006-05-27 | ФГУП "Российский федеральный ядерный центр-Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики"-ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ" | Method for manufacturing laminated x-ray shielding material |
| RU2491667C1 (en) * | 2011-12-29 | 2013-08-27 | Общество с ограниченной ответственностью "АполлО" | Composite material for protection against radiation |
| RU2606233C2 (en) * | 2012-08-27 | 2017-01-10 | Сименс Акциенгезелльшафт | Sandwich type structure multilayer material for radiation protection |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2719682C1 (en) * | 2019-07-16 | 2020-04-21 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова" | Multilayer polymer-carbon composite for protection against space impact and method for production thereof |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108779258B (en) | Method for producing molded article | |
| US10787581B2 (en) | Heat ray shielding particles, heat ray shielding particle dispersion liquid, heat ray shielding particle dispersion, heat ray shielding particle dispersion laminated transparent base material, infrared ray absorbing transparent base material, and method of producing heat ray shielding particles | |
| EP3126402B1 (en) | Method for plasma-initiated adhesive bonding | |
| JPS5910708B2 (en) | Method of manufacturing luminescent screen | |
| RU2681517C1 (en) | Polymeric composite for protection against ionizing radiation based on track membranes and method for production thereof | |
| CN106163802B (en) | Base material, antibiotic slice, radiographic equipment, contact panel with antibiotic layer | |
| JP6896642B2 (en) | How to remove water from asymmetric composite membranes and feed streams | |
| JP2007085797A (en) | Radiological image conversion panel and its manufacturing method | |
| JP2018535390A (en) | Soft radiation shielding material containing hydrogel and method for producing the same | |
| Muthamma et al. | Attenuation properties of epoxy‐Ta2O5 and epoxy‐Ta2O5‐Bi2O3 composites at γ‐ray energies 59.54 and 662 keV | |
| Tayebi et al. | The effect of the surface coating of a strontium mono-aluminate europium dysprosium-based (SrAl 2 O 4: Eu 2+, Dy 3+) phosphor by polyethylene (PE), polystyrene (PS) and their dual system on the photoluminescence properties of the pigment | |
| JPH0143920B2 (en) | ||
| KR101841822B1 (en) | How radon barrier coating agent and a method for producing construction emitted by the cement | |
| ES2712749T3 (en) | Sizing composition for reinforcing fibers and applications thereof | |
| KR101637228B1 (en) | Cellulose surface hydrophobic modification using radiation and composite materials prepared by the same | |
| JP2016013544A (en) | Porous membrane | |
| KR102128403B1 (en) | Wood having hydrophobically modified surface | |
| JP2651585B2 (en) | Human soft tissue equivalent material | |
| DE69014819T2 (en) | Process for improving the surface adhesion of polymer articles and articles treated in this way. | |
| JP2017043665A (en) | Curable composition and cured article thereof | |
| US11969754B2 (en) | Preparation method for composite material | |
| KR102630270B1 (en) | Functional paint for radon shielding | |
| KR102115458B1 (en) | Urushiol modification method for wood and urushiol modified wood manufactured using thereof | |
| JPS62252067A (en) | Composite separator for battery | |
| Mamin et al. | Composite based on Poly (ethylene-co-vinyl acetate) with lead-titanate for gamma attenuation |