05.06.2012
Целью работы является разработка научно-технологических основ и методов изготовления новых волокнистых магнитных материалов, состоящих из тканых волокнистых структур и фаз-наполнителей, позволяющих активизировать защитные и регенерирующие функции организма при воздействии на человека различных негативных факторов.
Для достижения цели, в ходе НИР необходимо было решить ряд задач, таких как:
          разработка составов волокнистых материалов, обеспечивающих введение в них ферромагнитных веществ;
          разработка составов и вида магнитожестких, а также магнитомягких материалов, обеспечивающих активизацию защитных и регенерирующих функций организма;
          разработка полимерных систем, обеспечивающих получение многокомпонентных материалов;
          разработка механо-термокинетических параметров формирования магнитных волокнистых материалов, обеспечивающих выполнение поставленной цели;
          исследование закономерностей формирования магнитных полей в разработанных материалах;
          разработка и опробование образцов ткани из волокнистых магнитных материалов;
          разработка предложений по использованию магнитных волокнистых материалов при различных внешних воздействиях.
Разрабатываемый материал должен обладать набором функциональных свойств, связанных с технологичностью и функциональным назначением:
        Повышенные деформационные способности и гибкость, позволяющие получать из материала защитные покрытия и одежду с использованием традиционной швейной технологии.
         Создание материала, адаптированного к организму человека, создающего магнитное поле различной конфигурации и параметров и пригодного для изготовления защитного костюма.
В конце работы должен быть изготовлен макетный образец защитного костюма.
При решении задачи были детально проанализированы механизмы формирования магнитных свойств, как в ферромагнетиках, так и в полимерных материалах с точки зрения возможности реализации в магнитных тканях магнитотерапии при использовании защитных костюмов. Для обеспечения стабильности магнитного поля желательно повышенное значение коэрцитивной силы вводимого в ткань магнитного материала. Наибольшее значение коэрцитивной силы можно добиться измельчением магнитного материала до размеров менее микрометра. Частицы такого размера являются однодоменными и перемагничивание их можно осуществить только вращением вектора намагниченности, обеспечивающего высокое значение коэрцитивной силы. При введении однодоменных частиц в ткань они должны быть магнито-изолированными.
Из анализа существующих высококоэрцитивных материалов следует, что наиболее перспективными являются соединения редкоземельных металлов (РЗМ) с другими переходными металлами и металлами VIIIA группы (Fe, Co, Pt-металлы). Среди них соединения RMe5, R2Me17, R2Me14B и др. Эти соединения характеризуются наиболее высокой коэрцитивной силой и наиболее высокой удельной магнитной энергией. Дополнительным фактором может быть повышение чистоты по примесному составу указанных соединений, использование микро- и наночастиц с монокристаллической структурой. Таким образом, основа выбора материалов – синтез соединений РЗМ с другими переходными металлами в высокочистом, в ряде случаев, и монокристаллическом состоянии.
В защитных костюмах проникновение воды и пенообразователя, как это следует из многочисленных экспериментов и опыта, происходит через шовные соединения. В этой связи актуальна герметизация этих соединений. Повышения огнестойкости волокнистых материалов можно достичь путем введения наночастиц соединений неорганических материалов в волокнистую основу. Эту операцию желательно совместить с процессом введения ферромагнитного порошка. Таким образом, введение ферромагнитного и огнезащитного порошков, наряду с герметизацией швов, позволит получить костюм, обеспечивающий комплексную защиту лиц, участвующих в пожарно-спасательных операциях. Магнитное же поле позволит повысить регенерационные и защитные функции организма.
Использование капиллярно-пористой волокнистой основы, свойства которой можно существенно изменять, используя различные физические, химические, а также биологические способы модифицирования, позволяет обеспечить при этом существенное изменение характеристик тепломассопереноса, а также возможностей установления физических, химических и физико-химических взаимодействий между структурными образованиями разного уровня волокнистой основы с частицами высококоэрцитивного материала разного размера, начиная с наноразмерного.
Решение задач проекта выполнялось поэтапно, каждый этап имел четко обозначенные сроки и задачи. Было проведено:
  1. Анализ физико-химических свойств компонентов магнитных волокнистых материалов, а также полимерных связующих для выяснения их совместимости в различных условиях.
  2. Разработка методов получения изотропных и анизотропных магнитных волокнистых материалов.
  3. Разработка научно-технических основ и методов изготовления новых волокнистых магнитных материалов, состоящих из тканных волокнистых структур, ферромагнитных наполнителей и полимерных фаз. Выбор и обоснование наиболее оптимальных составов.
  4. Определение комплекса физико-механических свойств полученных материалов: магнитных резистометрических, прочностных, теплофизических, сорбционных, а также защитных характеристик.
  5. Разработка, изготовление и опробование макетного образца защитного костюма из волокнистых материалов.
  6. Разработка предложений по использованию защитного костюма.
Для решения задач проекта были специально разработаны и использованы технологии
       измельчения порошка феррита стронция с получением частиц размером 1 ÷ 0,01 мкм;
        смешивания клеевой композиции с модифицирующими добавками и высококоэрцитивным порошком при возможном использованием ультразвукового диспергирования;
         ориентации анизотропных высококоэрцитивных частиц в волокнистой матрице до полимеризации и многопюсное намагничивание магнитного волокнистого композита после полимеризации его.
В ходе выполнения проекта получен ряд научных результатов, ниже приведены основные из них:
         Методами термографиметрии показаны: особенности адгезионного воздействия в системе: «волокнистая основа – связующий полимер – магнитный наполнитель»; возможность возникновения электростатических взаимодействий функциональных групп макромолекул и поверхностных зон частиц наполнителя; кинетика протекания термоокислительной деструкции в температурном интервале от 20 до 700°С полимерных композиций и смесей этих композиций с ферритом стронция. Предложены модели деструкции клеевой композиции при 100-230°С за счет окисления акрилонитрильных групп с образованием N-оксидов полииминового типа, а также путем разрыва эфирной связи С-О-С с образованием уксусной кислоты и выделением при повышенных температурах H2, Co, CH4, CO2. Установлено, что феррит стронция, введенный в композицию обуславливает существенное повышение термоокислительной устойчивости полимера, а также играет роль катализатора процессов деструкции при температурах свыше 100°С.
         В результате исследования структуры и свойств магнитной ткани было установлено, что при реализации разработанной технологии получения магнитной ткани частицы магнитного материала, связующего полимера и ткани вступаю во взаимодействие, о чем свидетельствует ряд выявленных закономерностей: возрастает число неэквивалентных состояний гидроксильных групп, появляются новые низкомолекулярные образования.        Вводимый в ткань комплекс полимерных и металлических частиц вступает во взаимодействие не только с аморфной зоной волокон, но и с их кристаллитами. Указанные изменения и взаимодействия происходят преимущественно в зонах между макромолекулами.
         Характеристики магнитах свойств ткани находятся на достаточно высоком уровне: коэрцитивная сила - 2000 Э, остаточная намагниченность 10-1 Тл, индукция магнитного поля, создаваемого тканью у ее поверхности, составляет 20 ÷ 50 мТл. Поверхностной зоне магнитной ткани характерно положение остаточных внутренних направлений. При некоторых концентрациях вводимых в ткань материалов, модуль упругости, прочность на разрыв, электропроводность, сопротивление ткани проникновению в нее влаги возрастают.
Полученные в результате выполнения проекта образцы магнитной ткани технологически приемлемы для изготовления опытного образца защитного костюма.

Возврат к списку


Наши проекты

Последние комментарии



Яндекс.Метрика