Tilda Publishing
ЖУРНАЛ
ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
ISSN 1028-978X (print)
ISSN 3033-733X (online)
ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Tilda Publishing
ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
2026, № 6, аннотации статей
ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Сравнительные исследования наночастиц, формируемых импульсной лазерной
абляцией WSe2 в воде и спирте

В. Н. Неволин, Д. В. Фоминский, А. А. Соловьев, Д. Э. Лесных, Р. И. Романов, В. Ю. Фоминский

Наночастицы халькогенидов переходных металлов являются перспективным материалом для создания достаточно дешевых и эффективных электро- и фотокатализаторов получения водорода расщеплением воды. Метод импульсной лазерной абляции в жидкости позволяет получать наночастицы, характеристики которых зависят от химической природы аблируемых мишеней и состава жидкости. Исследованы наночастицы, полученные при абляции мишени WSe2 лазерными импульсами наносекундной длительности в воде и изопропиловом спирте. Размер наночастиц варьировался в интервале от ~ 20 до ~ 200 нм. При лазерной абляции в воде доминировал процесс формирования наночастиц оксида вольфрама. Наночастицы, полученные лазерной абляцией в спирте, содержали нанофазы с различной валентностью вольфрама W6+ (WO3), W5+ (W – Se – O), W4+ (WSe2) и W0. Явных признаков науглероживания этих наночастиц не было обнаружено. В обоих случаях, селен, не вступивший в реакцию с вольфрамом, выделялся в виде кристаллической и/или аморфной нанофазы. Проведен анализ возможности применения созданных наночастиц в качестве фотокатализаторов реакции выделения водорода.

Ключевые слова: импульсная лазерная абляция, наносекундные импульсы, диселенид вольфрама, наночастицы, структура, химическое состояние, вода, спирт изопропиловый.

DOI: 10.30791/1028-978X-2024-6-5-15
Неволин Владимир Николаевич — Национальный исследовательский ядерный университет “МИФИ” (115409, Москва, Каширское ш., 31), доктор физико-математических наук, профессор, специалист в области физики тонких пленок и наносистем. E-mail: vnnevolin@mephi.ru.
Фоминский Дмитрий Вячеславович — Национальный исследовательский ядерный университет “МИФИ” (115409, Москва, Каширское ш., 31), кандидат технических наук, научный сотрудник, специалист в области импульсного лазерного осаждения тонких пленок и наноструктур. E-mail: dmitryfominski@gmail.com.
Соловьев Алексей Андреевич — Национальный исследовательский ядерный университет “МИФИ” (115409, Москва, Каширское ш., 31), ассистент, специалист в области формирования и исследования тонкопленочных наноматериалов для сенсорики и катализа. E-mail: ASoloviev@mephi.ru.
Лесных Данила Эдуардович — Национальный исследовательский ядерный университет “МИФИ” (115409, Москва, Каширское ш., 31), студент, специалист в области получения и исследования полупроводниковых катализаторов на основе халькогенидов переходных металлов. E-mail: DELesnykh@mephi.ru
Романов Роман Иванович — Национальный исследовательский ядерный университет “МИФИ” (115409, Москва, Каширское ш., 31), кандидат физико-математических наук, научный сотрудник, специалист в области физико-химических методов получения и исследования тонкопленочных структур различного функционального назначения. E-mail: limpo2003@mail.ru.
Фоминский Вячеслав Юрьевич — Национальный исследовательский ядерный университет “МИФИ” (115409, Москва, Каширское ш., 31), доктор физико-математических наук, профессор, главный научный сотрудник, специалист в области физики тонких пленок, наноструктур и пучковых технологий модифицирования поверхности. E-mail: vyfominskij@mephi.ru.
Ссылка на статью:
Неволин В.Н., Фоминский Д.В., Соловьев А.А., Лесных Д.Э., Романов Р.И., Фоминский В.Ю. Сравнительные исследования наночастиц, формируемых импульсной лазерной абляцией WSe2в воде и спирте. Перспективные материалы, 2024, № 6, c. 5 – 15. DOI: 10.30791/1028-978X-2024-6-5-15
Литература содержит 20 ссылок.

См. подробнее о статье на сайте e-library
Литература/References
к статье Неволин В.Н., Фоминский Д.В., Соловьев А.А., Лесных Д.Э., Романов Р.И., Фоминский В.Ю. Сравнительные исследования наночастиц, формируемых импульсной лазерной абляцией WSe2в воде и спирте. Перспективные материалы, 2024, № 6, c. 5 – 15. DOI: 10.30791/1028-978X-2024-6-5-15
1. Li Z., Yue Y., Peng J., Luo Z. Phase engineering two-dimensional nanostructures for electrocatalytic hydrogen evolution reaction. Chin. Chem. Lett., 2023, v. 34, no. 1, art. 107119. DOI: 10.1016/j.cclet. 2022.01.012.
2. Ke S., Min X., Liu Y., Mi R., Wu X., Huang Z., Fang M. Tungsten‐based nanocatalysts: Research progress and future prospects. Molecules, 2022, v. 27, art. 4751. DOI: 10.3390/molecules27154751.
3. Mao S., Pan L., Niu L., Liu S, Liu W. Recent progress in preparation and water treatment applications of low-dimensional layered molybdenum disulfide (MoS2) nanostructures. J. Water Proc. Engineering, 2023, v. 55, art. 104194. DOI: 10.1016/j.jwpe.2023.104194.
4. Zhang X., Teng S.Y., Loy A.C.M., How B.S., Leong W.D., Tao X. Transition metal dichalcogenides for the application of pollution reduction: A Review. Nanomaterials, 2020, v. 10, art. 012. DOI: 10.3390/nano10061012.
5. Fominski V., Demin M., Fominski D., Romanov R., Goikhman A., Maksimova K. Comparative study of the structure, composition, and electrocatalytic performance of hydrogen evolution in MoSx~2+δ/Mo and MoSx~3+δ films obtained by pulsed laser deposition. Nanomaterials, 2020, v.10, no. 2, art. 201. DOI:10.3390/nano10020201.
6. Lu Q., Yu Y., Ma Q., Chen B, Zhang H. 2D Transition-metal-dichalcogenide-nanosheet-based composites for photocatalytic and electrocatalytic hydrogen evolution reactions. Adv. Mater., 2016, v. 28, pp. 1917 – 1933. DOI: 10.1002/adma.201503270.
7. Fominski V.Yu., Grigoriev S.N., Romanov R.I., Volosova M.A., Grunin A.I., Teterina G.D. The for­mation of a hybrid structure from tungsten selenide and oxide plates for a hydrogen-evolution electrocatalyst. Technical Phys. Lett., 2016, v. 42, no. 6, pp. 553 – 556. DOI: 10.1134/S1063785016060055.
8. Giuffredi G., Mezzetti A., Perego A., Mazzolini P., Prato M., Fumagalli F., Lin Y., Liu C., Ivanov I.N., Belianinov A., Colombo M., Divitini G., Ducati C., Duscher G., Puretzky A.A., Geohegan D.B., Fonzo F.Di.
Non‐equilibrium synthesis of highly active nanostructured, oxygen‐incorporated amorphous molybdenum sulfide HER electrocatalyst. Small, 2020, v. 16, art. 2004047. DOI: 10.1002/smll.202004047.
9. Fominski V., Demin M., Fominski D., Romanov R., Rubinkovskaya O., Shvets P., Goikhman A. Pulsed laser phosphorus doping and nanocomposite catalysts deposition in forming a-MoSx/NP-Mo//n+p-Si photocathodes for efficient solar hydrogen production. Nanomaterials, 2022, v. 12, art. 2080. DOI: 10.3390/nano12122080.
10. Ma L., Jiang L., Li X., Zuo P., Xu C., Cheng Z., Tian M., Yuan Y., Zhang X., Lu Y., Zhao Y., Qu L. One-step ultrafast laser induced synthesis of strongly coupled 1T-2H MoS2/N-rGO quantum-dot heterostructures for enhanced hydrogen evolution. J. Chem. Eng., 2022, v. 445, art. 136618. DOI: 10.1016/j.cej.2022.136618.
11. Nayak S.K., Ahmed M.S., Velpandian M., Meduri P., Rathod J., Soma V.R., Raavi S.S. Exotic femtosecond nonlinear optical properties of laser ablated MoS2 quantum dots. Optical Materials, 2024, v. 147, art. 114630. DOI: 10.1016/j.optmat.2023.114630.
12. Fominskii V.Yu., Grigoriev S.N., Gnedovets A.G., Romanov R.I. Specific features of ion-initiated processes during pulsed laser deposition of MoSe2 coatings in pulsed electric fields. Technical Phys. Lett., 2012, v. 38, no. 7, pp. 683 – 686. DOI: 10.1134/S1063785012070176.
13. Yu X., Prévot M.S., Guijarro N, Sivula K. Self-assembled 2D WSe2 thin films for photoelectrochemical hydrogen production. Nat. Commun., 2015, v. 6, art. 7596. DOI: 10.1038/ncomms8596.
14. Рубинковская О.В., Фоминский Д.В., Неволин В.Н., Романов Р.И., П.Ф. Карцев, Цзян Х., Фоминский В.Ю. Тонкие наноструктурированные пленки n-WSe2 и их применение в полупроводниковых фотокатодах p-Si для получения водорода расщеплением воды. Перспективные материалы, 2023, №6, c. 5 – 16. DOI: 10.30791/1028-978X-2023-6-5-16. / Rubinkovskaya O.V., Fominski D.V., Nevolin V.N., Romanov R.I., Kartsev P.F., Hualing Jiang, Fominski V.Yu. Thin nanostructured n-WSe2 films and their application in semiconductor p-Si photocathodes for hydrogen production by water splitting. Inorganic Materials: Applied Research, 2023, v. 14, no. 5, pp. 1198 – 1206. DOI: 10.1134/S2075113323050404.
15. Pataniya P.M., Yang X., Li B., Kannichankandy D., Sumesh C.K. Enhanced electrocatalysis of WSe2 nanosheets by partial oxidation for hydrogen generation. Int. J. Energy Res., 2022, v. 46, pp. 12073 – 12081. DOI: 10.1002/er.7971.
16. Wang Y., Wang R., Duan S. Optimization methods of tungsten oxide-based nanostructures as electrocatalysts for water splitting. Nanomaterials, 2023, v. 13, art. 1727. DOI: 10.3390/nano13111727.
17. Chen X., Yang J., Cao Y., Kong L., Huang J. Design principles for tungsten oxide electrocatalyst for water splitting. Chem. Electro. Chem., 2021, v. 8, no. 23, pp. 4427 – 4440. DOI: 10.1002/celc.202101094.
18. Huang J., Hong W., Li J., Wang B., Liu W. High-performance tungsten carbide electrocatalysts for the hydrogen evolution reaction. Sustain. Energy Fuels, 2020, v. 4, pp. 1078 – 1083. DOI: 10.1039/c9se00853e.
19. Fominski V.Yu., Grigoriev S.N., Romanov R.I., Zuev V.V., Grigoriev V.V. Properties of tungsten oxide thin films formed by ion–plasma and laser deposition methods for MOSiC-based hydrogen sensors. Semiconductors, 2012, v. 46, no. 3, pp. 401 – 409. DOI: 10.1134/S1063782612030098.
20. Van Overschelde O., Guisbiers G. Photo-fragmentation of selenium powder by Excimer laser ablation in liquids. Opt. Laser Technol., 2015, v. 73, pp. 156 – 161. DOI: 10.1016/j.optlastec.2015.04.020.
ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Высокотемпературная газовая и солевая коррозия никелевого сплава

В. З. Пойлов, П. В. Сковородников, Д. В. Саулин, А. Л. Казанцев, А. И. Пузанов

Исследована высокотемпературная газовая и солевая коррозия жаропрочного никелевого сплава (60Ni3,5Al10Cr15CoTiWNbMo) на автоматизированной стендовой установке при температурах 750, 850 °С, скорости газового потока 270 м/с, с подачей в качестве коррозионно-активных компонентов синтетической морской соли или смеси солей Na2SO4– NaCl. Установлено, что с увеличением числа циклов нагрев/охлаждение и температуры коррозионных испытаний поражение никелевого сплава возрастает. В результате коррозионных испытаний и подаче водного раствора синтетической морской соли при температуре 750 °С на поверхности образца происходит формирование микрозернистых слоев оксидов магния, являющихся продуктами термогидролиза соли MgCl2. При 850 °С процесс термогидролиза компонентов морской соли сопровождается формированием оксидных отложений с аномально высоким содержанием кобальта. Рост содержания кобальта в оксидных отложениях вызван действием компонентов морской соли NaCl. Установлено, что смесь солей Na2SO4и NaCl оказывает больший отрицательный эффект, чем солевая коррозия, вызванная действием синтетической морской соли. На поверхности сплава наблюдалось появление областей интенсивной коррозии и утонение рабочей части образца из-за отслоения хрупких оксидных отложений.

Ключевые слова: высокотемпературная газовая коррозия, никелевый сплав, стендовая установка, циклические испытания, коррозионно-активные агенты, солевая коррозия, сульфидная коррозия, оксидная окалина, микроструктура, элементный состав, длительная прочность.

DOI: 10.30791/1028-978X-2024-6-16-25
Пойлов Владимир Зотович — Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования Пермский национальный исследовательский политехнический университет (ФГАОУ ВО ПНИПУ, 614990, Пермь, Комсомольский проспект, 29), доктор технических наук, профессор, специалист в области технологий неорганических веществ, материалов и нанотехнологий, E-mail: vladimirpoilov@mail.ru
Сковородников Павел Валерьевич — Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования Пермский национальный исследовательский политехнический университет (ФГАОУ ВО ПНИПУ, 614990, Пермь, Комсомольский проспект, 29), младший научный сотрудник, специалист в области плазменных покрытий и коррозионных исследований, E-mail: pavel.skovorodnikov@yandex.ru.
Саулин Дмитрий Владимирович — Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования Пермский национальный исследовательский политехнический университет (ФГАОУ ВО ПНИПУ) (614990, Пермь, Комсомольский проспект, 29), кандидат технических наук, доцент, специалист в области химических производств, расчетов и моделирования процессов массопереноса и передачи энергии. E-mail: sdv_perm@mail.ru.
Казанцев Александр Леонидович — Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования Пермский национальный исследовательский политехнический университет (ФГАОУ ВО ПНИПУ) (614990, Пермь, Комсомольский проспект, 29), младший научный сотрудник, специалист в области металлографических исследований. E-mail: itilamid@rambler.ru.
Пузанов Алексей Игоревич — Акционерное общество ОДК-Авиадвигатель (614010, Пермь, Комсомольский проспект, 93), кандидат технических наук, заместитель главного металлурга по исследованиям, начальник экспериментально-исследовательского отдела, специалист в области коррозионных исследований. E-mail: puzanov-ai@avid.ru.
Ссылка на статью:
Пойлов В.З., Сковородников П.В., Саулин Д.В., Казанцев А.Л., Пузанов А.И. Высокотемпературная газовая и солевая коррозия никелевого сплава. Перспективные материалы, 2024, № 6, c. 16 – 25. DOI: 10.30791/1028-978X-2024-6-16-25
Литература содержит 26 ссылок.

См. подробнее о статье на сайте e-library
Литература/References
к статье Пойлов В.З., Сковородников П.В., Саулин Д.В., Казанцев А.Л., Пузанов А.И. Высокотемпературная газовая и солевая коррозия никелевого сплава. Перспективные материалы, 2024, № 6, c. 16 – 25. DOI: 10.30791/1028-978X-2024-6-16-25
1. Иноземцев А.А., Нихамкин М.А., Сандрацкий В.Л. Основы конструирования авиационных двигателей и энергетических установок. Компрессоры. Камеры сгорания. Форсажные камеры. Турбины. Выходные устройства. Том 2. М: Машиностроение, 2008, 367 с. / Inozemcev A.A., Nihamkin M.A., Sandrackij V.L. Osnovy konstruirovaniya aviacionnyh dvigatelej i energeticheskih ustanovok. Kompressory. Kamery sgoraniya. Forsazhnye kamery. Turbiny. Vyhodnye ustrojstva. T. 2 [Fundamentals of design aircraft engines and power plants. Compressors. Combustion chambers. Afterburners. Turbines. Output devices. V. 2]. Moscow, Mashinostroenie Publ., 2008, 367 p. (In Russ.).
2. Каблов Е.Н. Стратегические направления развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года. Авиационные материалы и технологии, 2012, № 6, c. 7 – 17. / Kablov E.N. Strategicheskie napravleniya razvitiya materialov i tekhnologij ih pererabotki na period do 2030 goda [Strategic directions for the development of materials and technologies for their processing for the period until 2030]. Aviacionnye materialy i tekhnologii [Aviation materials and technologies], 2012, no. 6, pp. 7 – 17, (In Russ.).
3. Каблов Е.Н. Литые лопатки газотурбинных двигателей: сплавы, технологии, покрытия. М.: Наука, 2006, 632 с. / Kablov E.N. Litye lopatki gazoturbinnyh dvigatelej: splavy, tekhnologii, pokrytiya [Cast blades of gas turbine engines: alloys, technologies, coatings]. Moscow, Nauka Publ., 2006, 632 p. (In Russ.).
4. Медведев И.М., Никитин Я.Ю., Пузанов А.И. и др. Методы испытаний жаропрочных сплавов на стойкость к сульфидно-оксидной коррозии (обзор). Труды ВИАМ, 2018, № 11, с. 93 – 100. / Medvedev I.M., Nikitin YA.YU., Puzanov A.I. et al. Metody ispytanij zharoprochnyh splavov na stojkost’ k sul’fidno-oksidnoj korrozii (obzor) [Hot corrosion testing methods for high-temperatures alloys (A Review)]. Trudy VIAM [Proceedings of VIAM], 2018, no. 11, pp. 93 – 100. (In Russ.).
5. Steinke T., Sebold D., Mack D.E. et al. A novel test approach for plasma-sprayed coatings tested simultaneously under CMAS and thermal gradient cycling conditions. Surface and Coatings Technology, 2010, v. 205, pp. 2287 – 2295.
6. Wang T., Shao F., Ni J. et al. Corrosion behavior of air plasma spraying zirconia-based thermal barrier coatings subject to Calcium-Magnesium-Aluminum-Silicate (CMAS) via burner rig test. Ceramics International, 2020, v. 46, pp 18698 – 18706.
7. Mauget F., Marchand D., Benoit G. et al. Development and use of a new burner rig facility to mimic service loading conditions of Ni-based single crystal superalloys. MATEC Web of Conference, 2014, v. 14, art. 20001.
8. Matsumoto K., Koizumi, Y., Kawagishi K. et al. Development of NIMS burner rig and cyclic testing of nickel base superalloys. Canadian Metallurgical Quarterly, 2011, v. 50, no. 3, pp. 311 – 315.
9. Kang Y.X., Bai Y., Yuan T. et al. Thermal cycling lives of plasma sprayed YSZ based thermal barrier coatings in burner rig corrosion test. Surface and Coatings Technology, 2017, v. 324, pp. 307 – 317.
10. Liu Y., Persson C., Wigren J. Experimental and numerical life prediction of thermally cycled thermal barrier coatings. Journal of Thermal Spray Technology, 2004, v. 13, no. 3, pp. 415 – 424.
11. Drexler J.M., Aygun A., Li D. et al. Thermal-gradient testing of thermal barrier coatings under simultaneous attack by molten glassy deposits and its mitigation. Surface and Coatings Technology, 2010, v. 204, pp. 2683 – 2688.
12. Kim M.T., Jung Y.Ch. Oxidation behavior of IN738LC in situ deposited with SiO2 during a burner rig test. Surface and Coatings Technology, 2012, v. 210, pp. 166 – 175.
13. Mahesh R.A., Jayaganthan R., Prakash S. A study on hot corrosion behavior of Ni-5Al coatings on Ni- and Fe-based superalloys in aggressive environment at 900 °C. Journal of Alloys and Compounds, 2008, v. 460, pp. 220 – 231.
14. He H., Liu Z., Wang W. et al. Microstructure and hot corrosion behavior of Co-Si modified aluminide coating on nickel based superalloys. Corrosion Science, 2015, v. 100, pp. 466 – 473.
15. Yang X., Li Sh., Qi H. et al. Effect of high-temperature hot corrosion on the low cycle fatigue behavior of a directionally solidified nickel-base superalloy. International Journal of Fatigue, 2015, v. 70, pp. 106 – 113.
16. Li Sh., Yang X., Xu G. et al. Influence of the different salt deposits on the fatigue behavior of a directionally solidified nickel-based superalloy. International Journal of Fatigue, 2016, v. 84, pp. 91 – 96.
17. Petrus G.J., Ferguson B.L. A software tool to design thermal barrier coatings: a technical note. Journal of Thermal Spray Technology, 1997, v. 6(1), pp. 29 – 34.
18. Traeger F., Vaben R., Rauwald K-H., Stover D. Thermal cycling setup for testing thermal barrier coatings. Advanced Engineering Materials, 2003, v. 5, no. 6, pp. 429 – 432.
19. Иноземцев А.А., Пузанов А.И., Пойлов В.З. и др. Способ испытания высокотемпературной газовой коррозии, абразивной и температурной стойкости материалов и покрытий газотурбинных двигателей в высокоскоростных газовых потоках. Патент РФ № 2771454 C1(RU). Заявл.: 14.05.2021. Опубл.: 04.05.2022. / Inozemcev A.A., Puzanov A.I., Pilov V.Z. et al. Sposob ispytaniya vysokotemperaturnoj gazovoj korrozii, abrazivnoj i temperaturnoj stojkosti materialov i pokrytij gazoturbinnyh dvigatelej v vysokoskorostnyh gazovyh potokah [Method for testing high-temperature gas corrosion, abrasive and temperature resistance of materials and coating of gas turbine engines in high-speed gas flows]. Patent RF № 2771454 C1(RU). Delared 14.05.2021. Publ. 04.05.2022. (In Russ.).
20. Baxter D., Bellosi A., Monteverde F. Oxidation and burner rig corrosion of liquid phase sintered SiC. Jornal of the European Ceramic Society, 2000, v. 20, pp. 367 – 382.
21. Barrett Ch.A., Johnston J.R., Sanders W.A. Static and dynamic cyclic oxidation of 12 nickel-, cobalt-, and iron-base high temperature alloys. Oxidation of Metals, 1978, v. 12, no. 4, pp. 343 – 377.
22. Jena P.S.M., Singh R.K., Mahanta L. et al. Low cycle fatigue behavior of nickel base superalloy IN740H at 760 °C: Influence of fireside corrosion atmosphere. International Journal of Fatigue, 2018, v. 116, pp. 623 – 633.
23. Muthu S.M., Arivarasu M. Investigations of hot corrosion resistance of HVOF coated FE based superalloy A-286 in simulated gas turbine environment. Engineering Failure Analysis, 2020, v. 107, art. 104224.
24. Raffaitin A., Crabos F., Andrieu E. et al. Advanced burner-rig test for oxidation-corrosion resistance evaluation of MCrAlY/superalloys systems. Surface and Coatings Technology, 2006, v. 201, pp. 3829 – 3835.
25. Doolabi M.S., Ghasemi B., Sadrnezhaad S.K. et al. Hot corrosion behavior and near-surface microstructure of a “low-temperature high-activity Cr-aluminide” coating on inconel 738LC exposed to Na2SO4, Na2SO4+V2O5 and Na2SO4+V2O5+NaCl at 900 °C. Corrosion Science, 2017, v. 128, pp. 42 – 53.
26. Sun W., Wang J., Yang L. et al. Studies on corrosion behavior of a single-crystal superalloy and its sputtered nanocrystalline coatings with solid NaCl deposit in O2+38 vol.% H2O environment at 700 °C. Corrosion Science, 2019, v. 161, art. 108187.
ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Воздействие импульсных потоков ионов гелия и гелиевой плазмы на аустенитную хромомарганцевую сталь, предварительно облученную дейтерием

А. С. Демин

Исследовано влияние последовательного воздействия импульсных потоков ионов гелия и гелиевой плазмы на образцы малоактивируемой хромомарганцевой аустенитной стали 25Cr12Mn20W, вырезанные из шестигранной трубы, после ее предварительного облучения потоками ионов дейтерия и дейтериевой плазмы в различных режимах в установке Плазменный фокус PF1000. Реализованы два режима облучения дейтерием: относительно “мягкий” с плотностью мощности q ≈ 107 – 108Вт/см2 и “жесткий” режим при q ≈ 109 – 1010Вт/см2 с длительностью импульсного воздействия t≈ 100 нс и числом импульсных разрядов N= 4 для обоих случаев. Показано, что влияние потоков ионов гелия и гелиевой плазмы в установке ПФ “Вихрь” с параметрами облучения q ≈ 107 – 108Вт/см2, t≈ 100 нс, N = 15 на внутреннюю поверхность образца стальной трубы зависит от режима его предварительного облучения потоками ионов дейтерия и дейтериевой плазмы. В относительно “мягком” режиме предварительного воздействия потоков ионов дейтерия и дейтериевой плазмы с плотностью мощности q ≈ 107 – 108 Вт/см2последующее импульсное облучение гелием приводит к небольшим изменениям в повреждаемости поверхностного слоя: сглаживанию волнообразного рельефа поверхности, возрастанию в поверхностном слое порообразования, возникновению в нем микротрещин и формированию частиц фаз сферической формы, состоящих из основных и примесных элементов состава стали. Наблюдается также наличие ниобия, осаждаемого с анода установки ПФ. Воздействие потоков ионов гелия и гелиевой плазмы на внутреннюю поверхность образца стальной трубы после его предварительного облучения потоками ионов дейтерия и дейтериевой плазмы в “жестком” режиме при q ≈ 109 – 1010 Вт/см2увеличивает повреждаемость поверхностного слоя. Имплантация гелия в материал способствует возрастанию количества и размеров открытых полостей (десятки мкм), возникших в поверхностном слое на предварительном этапе облучения трубы дейтерием, образованию в нем многочисленных мелких (до ~ 5 мкм) пузырей и пор, появлению на облученной поверхности сферических частиц фаз разного состава. Увеличение повреждаемости поверхностного слоя в образце исследуемой стали после его последующего импульсного облучения гелием сопровождается существенным ростом интенсивности эрозии материала по сравнению с ситуацией, реализованной при более мягком режиме предварительного облучения образца. Возросшая эрозия приводит к заметному уменьшению содержания ниобия, осаждаемого на облучаемую поверхность.

Ключевые слова: импульсные потоки, плазма, ионы, плазменный фокус, космическое материаловедение, радиационное материаловедение.

DOI: 10.30791/1028-978X-2024-6-26-37
Дёмин Александр Сергеевич — Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН (119334, Москва, Ленинский проспект, 49), научный сотрудник, специалист в области радиационного материаловедения. E-mail:casha@bk.ru.
Ссылка на статью:
Демин А.С. Воздействие импульсных потоков ионов гелия и гелиевой плазмы на аустенитную хромомарганцевую сталь, предварительно облученную дейтерием. Перспективные материалы, 2024,
№ 6, c. 26 – 37. DOI: 10.30791/1028-978X-2024-6-26-37
Литература содержит 22 ссылки.

См. подробнее о статье на сайте e-library
Литература/References
к статье Демин А.С. Воздействие импульсных потоков ионов гелия и гелиевой плазмы на аустенитную хромомарганцевую сталь, предварительно облученную дейтерием. Перспективные материалы, 2024,
№ 6, c. 26 – 37. DOI: 10.30791/1028-978X-2024-6-26-37
1. Коршунов С.Н., Мартыненко Ю.В., Столярова В.Г. Синергетические эффекты при облучении металлов ионами разных элементов (H, He, Ar, C, N). ВАНТ. Сер. Термоядерный синтез, 2010, вып. 4, с. 20 – 25. / Korshunov S.N., Martynenko Yu.V., Stolyarova V.G. Sinergeticheskie effekty pri obluchenii metallov ionami raznyh elementov (H, He, Ar, C, N) [Synergetic effects at metals irradiation by ions of different elements (Н, Не, Ar, С, N)]. Voprosy atomnoj nauki i tekhniki. Ser. Termoyadernyj sintez [Problems of Atomic Science and Technology. Ser. Thermonuclear Fusion], 2010, iss. 4, pp. 20 – 25. (In Russ.).
2. Боровицкая И.В., Коршунов С.Н., Мансурова А.Н., Бондаренко Г.Г., Люблинский И.Е. Исследование воздействия интенсивных потоков ионов аргона и импульсного лазерного излучения на поверхность ванадия и сплавов на его основе. ВАНТ. Сер. Термоядерный синтез, 2021, т. 44, вып. 3, с. 82 – 93. / Borovitskaya I.V., Korshunov S.N., Mansurova A.N., Bondarenko G.G., Lyublinskij I.E. Study of complex effect of intense flows of argon ions and pulsed laser radiation on surface of vanadium and vanadium-based alloys (review). Phys. Atom. Nuclei, 2022, v. 85, suppl. 1, pp. 71 – 79. https://doi.org/10.1134/S106377882213004X.
3. Боровицкая И.В., Коршунов С.Н., Мансурова А.Н., Бондаренко Г.Г., Гайдар А.И., Казилин Е.Е. Осо­бенности структурных изменений в поверхностных слоях ванадия в условиях раздельного и последо­вательного воздействия ионов гелия и импульсного лазерного излучения. Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования, 2021, № 4, c. 25 – 30. / Borovitskaya I.V., Korshunov S.N., Mansurova A.N., Bondarenko G.G., Gajdar A.I., Kazilin E.E. Structural changes in surface layers of vanadium induced by the separate and sequential impact of helium ions and pulsed laser radiation. J. Surf. Investig., 2021, v. 15, pp. 332 – 336. https://doi.org/10.1134/S102745102102021X.
4. Sparks Tay, Nguyen-Manh Duc, Zheng Pengfei, Wróbel Jan S., Sobieraj Damian, Gorley Michael Connolley Thomas, Reinhard Christina, Wang Yiqiang, Cai Biao. Mechanical characterisation of V−4Cr−4Ti alloy: Tensile tests under high energy synchrotron diffraction. Journal of Nuclear Materials, 2022, v. 569, art. 153911.
5. Боровицкая И.В., Коршунов С.Н., Мансурова А.Н., Бондаренко Г.Г., Гайдар А.И., Матвеев Е.В., Казилин Е.Е. Синергетические эффекты в поверх­ностных слоях сплава системы V-Ti-Cr при воздействии ионов аргона и импульсного лазерного излучения. ВАНТ. Сер. Термоядерный синтез, 2022, т. 45, вып. 4, с. 84 – 92. / Borovickaya I.V., Korshunov S.N., Mansurova A.N., Bondarenko G.G., Gajdar A.I., Matveev E.V., Kazilin E.E. Sinergeticheskie effekty v poverhnostnyh sloyah splava sistemy V-Ti-Cr pri vozdejstvii ionov argona i impul’snogo lazernogo izlucheniya [Synergetic effects in the surface layers of the V-Ti-Cr system alloy under exposure to argon ions and pulsed laser radiation]. Voprosy atomnoj nauki i tekhniki. Ser. Termoyadernyj sintez [Problems of Atomic Science and Technology. Ser. Thermonuclear Fusion], 2022, v. 45, no. 4, pp. 84 – 92. (In Russ.).
6. Liu X., Lian Y.Y., Greuner H., Boeswirth B., Jin Y.Z., Feng F., Wang J.B., Chen L., Song J.P., Yu Y., Zhang T., Liu C.S., Tan J., Liu D.P., Duan X.R. Irradiation effects of hydrogen and helium plasma on different grade tungsten materials. Nuclear Materials and Energy, 2017, no. 12, pp. 1314 – 1318.
7. Гусева М.И., Гуреев В.М., Домантовский А.Г., Мартыненко Ю.В., Московкин П.Г., Столярова В.Г. Струнников В.М., Пляшкевич Л.Н., Васильев В.И. Исследование эрозии поверхности различных сортов вольфрама и морфологии продуктов их эрозии в имитационных экспериментах по срывам плазмы. Журнал технической физики, 2002, т. 72, вып. 7, c. 48 – 51. / Guseva, M.I., Gureev, V.M., Domantovskii, A.G., Martynenko Yu.V., Moskovkin P.G., Stolyarova V.G., Strunnikov V.M., Plyashkevich L.N., Vasilev V.I. Surface erosion of tungsten and the morphology of erosion products in experiments simulating plasma disruption. Tech. Phys., 2002, v. 47, pp. 841 – 844. https://doi.org/10.1134/1.1495044.
8. Будаев В.П., Мартыненко Ю.В., Карпов А.В., Белова Н.Е., Житлухин А.М., Климов Н.С., Подковыров В.Л., Барсук В.А., Путрик А.Б., Ярошевская А.Д., Гиниятулин Р.Н., Сафронов В.М., Химченко Л.Н. Рекристаллизация и растрескивание вольфрама при тепловых нагрузках, ожидаемых в ИТЭР. ВАНТ. Сер. Термоядерный синтез, 2013, т. 36, вып. 3, с. 53 – 60. / Budaev V.P., Martynenko Yu.V., Karpov A.V., Belova N., Zhitlukhin, A.M., Klimov N.S., Podkovyrov V.L., Barsuk V.A., Putrik A.B., Yaroshevskay A.D., Giniyatulin R.N., Safronov V., Khimchenko L.N. Rekristallizaciya i rastreskivanie vol’frama pri teplovyh nagruzkah, ozhidaemyh v ITER [Tungsten recrystalization and cracking under ITER-relevant heat loads]. Voprosy atomnoj nauki i tekhniki. Ser. Termoyadernyj sintez [Problems of Atomic Science and Technology. Ser. Thermonuclear Fusion], 2013, v. 36, pp. 53 – 60. (In Russ.).
9. Ueda Y., Coenen J.W., De Temmerman G., Doerner R.P., Linke J., Philipps V., Tsitrone E. Research status and issues of tungsten plasma facing materials for ITER and beyond. Fusion Eng. Des., 2014, v. 89, pp. 901 – 906.
10. Loarte A., Huijsmans G., Futatani S., Baylor L.R., Evans T.E., Orlov D. M., Schmitz O., Becoulet M., Cahyna P., Gribov Y., Kavin A., Sashala Naik A., Campbell D.J., Casper T., Daly E., Frerichs H., Kischner A., Laengner R., Lisgo S., Pitts R.A., Saibene G., Wingen A. Progress on the application of ELM control schemes to ITER scenarios from the non-active phase to DT operation. Nucl. Fusion, 2014, v. 54, art. 033007. DOI 10.1088/0029-5515/54/3/033007.
11. Будаев В.П. Результаты испытаний вольфрамовых мишеней дивертора при мощных плазменно-тепловых нагрузках, ожидаемых в ИТЭР и токамаках реакторного масштаба (обзор). ВАНТ. Сер. Термоядерный синтез, 2015, т. 38, вып. 4, c. 5 – 33. / Budaev V.P. Results of high heat flux tests of tungsten divertor targets under plasma heat loads expected in ITER and tokamaks (review). Phys. Atom. Nuclei, 2016, v. 79, pp. 1137 – 1162. https://doi.org/10.1134/S106377881607005X.
12. Rakhadilov B.K., Skakov М.K., Miniazov A.Zh., Zhurerova L.G., Nugumanova A.B., Khassenov A.K., Karabekova D.Zh. Deuterium trapping in tungsten irradiated with deuterium plasma at high temperatures. Eurasian Physical Technical Journal, 2020, v. 17, no. 2 (34), pp. 116 – 122.
13. Мартыненко Ю.В. Повреждение пластин дивертора при срывах. ВАНТ. Сер. Термоядерный синтез, 2021, т. 44, вып. 3, c. 111 – 116. / Martynenko, Y.V. Damage of ITER divertor plates at plasma disruption. Phys. Atom. Nuclei, 2022, v. 85, pp. 1176 – 1180. https://doi.org/10.1134/S1063778822070092.
14. Пименов В.Н., Демина Е.В., Масляев С.А., Иванов Л.И., Грибков В.А., Дубровский А.В., Ковтун А.В., Угасте Ю.Э., Шольц М., Колман Б. Взаимодействие импульсных потоков ионов дейтерия и плотной плазмы с материалом трубы из малоактивируемой аустенитной стали в установке Плазменный фокус. Перспективные материалы, 2007, №2, c. 48 – 56. / Pimenov V.N., Demina E.V., Maslyaev S.A., Ivanov L.I., Gribkov V.A., Dubrovskij A.V., Kovtun A.V., Ugaste Yu.E., Sholc M., Kolman B. Vzaimodejstvie impul’snyh potokov ionov dejteriya i plotnoj plazmy s materialom truby iz maloaktiviruemoj austenitnoj stali v ustanovke Plazmennyj focus[Interaction of pulsed flows of deuterium ions and dense plasma with a pipe material made of low-activated austenitic steel in the Plasma Focus installation]. Perspektivnye materialy [Advanced Materials], 2007, no. 2, pp. 48 – 56. (In Russ).
15. Демина Е.В., Иванов Л.И., Масляев С.А. Пименов В.Н., Сасиновская И.П., Грибков В.А., Дубровский А.В. Модифицирование поверхностных слоев стальных труб импульсными потоками ионов и высокотемпературной плазмы. Перспективные материалы, 2008, № 5, c. 41 – 48. / Demina E.V., Ivanov L.I., Maslyaev S.A. Pimenov V.N., Sasinovskaya I.P., Gribkov V.A., Dubrovskij A.V. Modificirovanie poverhnostnyh sloev stal’nyh trub impul’snymi potokami ionov i vysokotemperaturnoj plazmy [Modification of surface layers of steel pipes with pulsed flows of ions and high-temperature plasma]. Perspektivnye materialy [Advanced materials], 2008, № 5, pp. 41 – 48. (In Russ).
16. Масляев С.А., Пименов В.Н., Грибков В.А., Демин А.С. Повреждаемость хромомарганцевых сталей импульсными потоками ионов и плотной плазмы при их раздельном воздействии на материал в установке Плазменный фокус. Перспективные материалы, 2011, №1, с. 15 – 22. / Maslyaev, S.A., Pimenov, V.N., Gribkov, V.A. et al. Damage of chrome-manganese steels by pulsed fluxes of ions and dense plasma under their separate action on the material in the plasma focus setup. Inorganic Materials: Applied Research, 2011, v. 2, no. 5, pp. 445–451. https://doi.org/10.1134/S2075113311050157.
17. Грибков В.А., Боровицкая И.В., Демин А.С., Морозов Е.Н., Масляев С.А., Пименов В.Н., Голиков А.В., Дулатов А.К., Бондаренко Г.Г., Гайдар А.И. Установка “Вихрь” типа Плазменный фокус для диагностики радиационно-термической стойкости материалов перспективных для термоядерной энергетики и аэрокосмической техники. Приборы и техника эксперимента, 2020, № 1, с. 75 – 83. DOI: 10.31857/S0032816219060193. / Gribkov, V.A., Borovitskaya, I.V., Demin, A.S., Morozov E.N., Maslyaev S.A., Pimenov V.N., Golikov A.V., Dulatov A.K., Bondarenko G.G., Gajdar A.I. The Vikhr plasma focus device for diagnosing the radiation-thermal resistance of materials intended for thermonuclear energy and aerospace engineering. Instrum. Exp. Tech., 2020, v. 63, pp. 68 – 76. https://doi.org/10.1134/S0020441219060162.
18. Грибков В.А., Демина Е.В., Дубровский А.В., Иванов Л.И., Ковтун А.В., Лаас Т.И., Масляев С.А., Пименов В.Н., Тартари А., Угасте Ю.Э., Шольц М. Воздействие импульсных потоков плотной дейтериевой и водородной плазмы на ферритные и аустенитные стали в установке плазменный фокус. Перспективные материалы, 2008, № 1, с. 16 – 25. / Gribkov V.A., Demina E.V., Dubrovskij A.V., Ivanov L.I., Kovtun A.V., Laas T.I., Maslyaev S.A., Pimenov V.N., Tartari A., Ugaste Yu.E., Shol’c M. Vozdejstvie impul’snyh potokov plotnoj dejterievoj i vodorodnoj plazmy na ferritnye i austenitnye stali v ustanovke plazmennyj focus [Impact of pulsed flows of dense deuterium and hydrogen plasma on ferritic and austenitic steels in a plasma focus installation]. Perspektivnye materialy [Advanced Materials], 2008, no. 1, pp. 16 – 25. (In Russ).
19. Грибков В.А., Демин А.С., Демина Е.В., Дубровский А.В., Карпинский Л., Масляев С.А., Падух М., Пименов В.Н., Шольц М. Физические про­цессы, протекающие при взаимодействии им­пуль­сных ионных и плазменных потоков с поверхностью мишени в форме пластины и трубы в рабочей камере установки Плазменный фокус. Прикладная физика, 2011, № 3, c. 43 – 51. / Gribkov V.A., Demin A.S., Demina E.V., Dubrovskij A.V., Karpinskij L., Maslyaev S.A., Paduh M., Pimenov V.N., Shol’c M. Physical processes of the interaction of ion and plasma streams with a target surface in a dense plasma focus device. Plasma Phys. Rep., 2012, v. 38, pp. 1082 – 1089. https://doi.org/10.1134/S1063780X12060025.
20. Грибков В.А., Латышев С.В., Масляев С.А., Пименов В.Н. Численное моделирование взаимо­действия импульсных потоков энергии с материалом в установках Плазменный фокус. Физика и химия обработки материалов, 2011, № 6, c. 16 – 22. / Gribkov V.A., Latyshev S.V., Maslyaev S.A., Pimenov V.N. Chislennoe modelirovanie vzaimo­dejstviya impul’snyh potokov energii s materialom v ustanovkah Plazmennyj focus [Numerical modeling of the interaction of pulsed energy flows with material in Plasma Focus installations]. Fizika i himiya obrabotki materialov [Physics and chemistry of materials treatment], 2011, no. 6, pp. 16 – 22. (In Russ).
21. Бондаренко Г.Г. Радиационная физика, структура и прочность твердых тел. М.: Лаборатория знаний, 2016, 462 с. / Bondarenko G.G. Radiacionnaya fizika, struktura i prochnost’ tverdyh tel [Radiation physics, structure and strength of solids]. Moscow, Laboratoriya znanij Publ., 2016, 462 p. (In Russ).
22. Пименов В.Н., Боровицкая И.В., Демин А.С., Епифанов Н.А., Латышев С.В., Масляев С.А., Морозов Е.В., Сасиновская И.П., Бондаренко Г.Г., Гайдар А.И. Эволюция состояния поверхностного слоя ниобия при воздействии импульсных пучково-плазменных потоков. Сборник трудов 14-й Международной конференции “Взаимодействие излучений с твердым телом”, Минск, Беларусь, 2021 г., c. 206 – 209. / Pimenov V.N., Borovickaya I.V., Demin A.S., Epifanov N.A., Latyshev S.V., Maslyaev S.A., Morozov E.V., Sasinovskaya I.P., Bondarenko G.G., Gajdar A.I. Evolyuciya sostoyaniya poverhnostnogo sloya niobiya pri vozdejstvii impul’snyh puchkovo-plazmennyh potokov [Evolution of the state of the surface layer of niobium under the influence of pulsed beam-plasma flows]. Sb. trudov 14-j Mezhdunarodnoj konferencii “Vzaimodejstvie izluchenij s tverdym telom” [Proceedings of the 14th International Conference “Interaction of Radiation with Solids”], Minsk, Belarus, 2021, pp. 206 – 209. (In Russ).
ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Оптимизация процесса минерализации волокон
поликапролактона микрочастицами ватерита

Н. В. Короневский, О. А. Иноземцева, Б. В. Сергеева,
М. А. Попова, А. А. Андреев, С. А. Сергеев

Предложена оптимизация процесса минерализации волокон поликапролактона микрочастицами ватерита путем изменения концентраций рабочих растворов солей хлорида кальция и карбоната натрия. Определены оптимальные параметры минерализации волокон поликапролактона частицами карбоната кальция полиморфной модификации ватерит. Исследовано влияние концентраций рабочих растворов солей и времени ультра-звуковой обработки на монодисперсность микрочастиц CaCO3, входящих в состав синтезированного покрытия. Концентрации рабочих растворов солей изменяли от 0,25 до 1 моля, а время УЗ обработки варьировали от 30 до 90 с. Полученные тканеинженерные каркасы могут найти применение в регенеративной медицине для целей локального пролонгированного высвобождения лекарств. Для их успешного применения в медицинских целях необходимо соблюдение особых требований, а именно минимально возможной полидисперсности и принадлежности микрочастиц карбоната кальция к полиморфной модификации ватерит.

Ключевые слова: микрочастицы карбоната кальция, волокна поликапролактона, регенеративная медицина.

DOI: 10.30791/1028-978X-2024-6-38-46
Короневский Никита Владимирович — ФГБОУ ВО Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского, Институт физики (410012, Саратов, ул. Астраханская, 83, к. 3), старший преподаватель, специалист в области разработки и исследования композитных материалов. E-mail: kaskad_94@mail.ru.
Иноземцева Ольга Александровна — ФГБОУ ВО Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского, Институт физики (410012, Саратов, ул. Астраханская, 83, к. 3), кандидат химических наук, ведущий научный сотрудник, специалист в области органической химии и нанотехнологий. E-mail: inozemtsevaoa@mail.ru.
Сергеева Бэла Владимировна — ФГБОУ ВО Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского, Институт физики (410012, Саратов, ул. Астраханская, 83, к. 3), аспирант, ведущий инженер, специалист в области разработки и исследования композитных материалов. E-mail: bsergeeva@bk.ru.
Попова Мария Андреевна — ФГБОУ ВО Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского, Институт химии (410012, Саратов, ул. Астраханская, 83, к. 1), аспирант, специалист в области диагностики наноматериалов и структур. E-mail: masha9619@mail.ru.
Андреев Антон Андреевич — ФГБОУ ВО Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского, Институт физики (410012, Саратов, ул. Астраханская, 83, к. 3), студент магистратуры, инженер. E-mail: andreev25304@mail.ru.
Сергеев Сергей Алексеевич — ФГБОУ ВО Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского, Институт физики (410012, Саратов, ул. Астраханская, 83, к. 3), кандидат физико-математических наук, доцент кафедры, специалист в области разработки и исследования композитных материалов и электроники СВЧ. E-mail: ssergeev@bk.ru.
Ссылка на статью:
Короневский Н.В., Иноземцева О.А., Сергеева Б.В., Попова М.А., Андреев А.А., Сергеев С.А. Оптимизация процесса минерализации волокон поликапролактона микрочастицами ватерита. Перспективные материалы, 2024, № 6,
c. 38 – 46. DOI: 10.30791/1028-978X-2024-6-38-46
Литература содержит 28 ссылок.

См. подробнее о статье на сайте e-library
Литература/References
к статье Короневский Н.В., Иноземцева О.А., Сергеева Б.В., Попова М.А., Андреев А.А., Сергеев С.А. Оптимизация процесса минерализации волокон поликапролактона микрочастицами ватерита. Перспективные материалы, 2024, № 6,
c. 38 – 46. DOI: 10.30791/1028-978X-2024-6-38-46
1. Edgar L., Pu T., Porter B. et al. Regenerative medicine, organ bioengineering and transplantation. Journal of British Surgery, 2020, v. 107, no. 7, pp. 793 – 800.
2. Wei W., Dai H. Articular cartilage and osteochondral tissue engineering techniques: Recent advances and challenges. Bioactive materials, 2021, v. 6, no. 12, pp. 4830 – 4855.
3. Yang J., Deng C., Shafiq M. et al. Localized delivery of FTY-720 from 3D printed cell-laden gelatin/silk fibroin composite scaffolds for enhanced vascularized bone regeneration. Smart Materials in Medicine, 2022, no. 3, pp. 217 – 229. DOI: 10.1016/j.smaim.2022.01.007.
4. Thadepalli S. Review of multifarious applications of polymers in medical and health care textiles. Materials Today: Proceedings, 2022, v. 55, pp. 330 – 336. DOI: 10.1016/j.matpr.2021.07.513.
5. Darder M., Aranda P., Ruiz-Hitzky E. Bionano­composites: A new concept of ecological, bioinspired, and functional hybrid materials. Advanced Materials, 2007, v. 19, no. 10, pp. 1309 – 1319. DOI: 10.1002/adma.200602328.
6. Dvir T., Timko B.P., Kohane D.S., Langer R. Nanotechnological strategies for engineering complex tissues. Nat. Nanotechnol., 2011, v. 6, pp. 13 – 22. DOI: 10.1038/nnano.2010.246.
7. Grayson W., Martens T., Eng G. et al. Biomimetic approach to tissue engineering. Seminars in cell & developmental biology. Academic Press, 2009, v. 20, no. 6, pp. 665 – 673. DOI: 10.1016/j.semcdb.2008.12.008.
8. Hosseini M., Shafiee A. Engineering bioactive scaffolds for skin regeneration. Small, 2021, v. 17, no. 41, art. 2101384. DOI: 10.1002/smll.202101384.
9. Xie C., Ye J., Liang R. et al. Advanced strategies of biomimetic tissue‐engineered grafts for bone regeneration. Advanced healthcare materials, 2021, v. 10, no. 14, art. 2100408.
10. Oba T., Okamoto S., UenoY. et al. In vitro elastic cartilage reconstruction using human auricular perichondrial chondroprogenitor cell–derived micro 3D spheroids. Journal of Tissue Engineering, 2022, v. 13, art. 204173142211434. DOI: 10.1177/20417314221143484.
11. Keshvardoostchokami M., Majidi S.S., Huo P. et al. Electrospun nanofibers of natural and synthetic polymers as artificial extracellular matrix for tissue engineering. Nanomaterials, 2020, v. 11, no. 1, art. 21. DOI: 10.3390/nano11010021.
12. Короневский Н.В., Савельева М.С., Ломова М.В. и др. Композитные мезопористые ватерит-магнети­товые покрытия, выращенные на матрице из волокон поликапролактона. Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Физика, 2022, т. 22, № 1, с. 62 – 71. DOI: 10.18500/1817-3020-2022-22-1-62-71. / Koronevskiy N.V., Savelyeva M.S., Lomova M.V. et al. Kompozitnye mezoporistye vaterit-magnetitovye pokrytiya na polikaprolaktonovoj voloknistoj matrice [Composite mesoporous vaterite-magnetite coatings on polycaprolactone fibrous matrix]. Izvestiya Saratovskogo universiteta. Fizika. [Izvestiya of Saratov University. Physics], 2022, v. 22, no. 1, pp. 62 – 71. (In Russ.). DOI: 10.18500/1817-3020-2022-22-1-62-71.
13. Короневский Н.В., Иноземцева О.А., Сергеева Б.В. и др. Исследование процесса перекристаллизации микрочастиц карбоната кальция, выращенных на волокнах поликапролактона, с помощью сканирующей электронной микроскопии и рентгеновской дифракции. Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Физика, 2023, т. 23, № 2, с. 179 – 187. DOI: 10.18500/1817-3020-2023-23-2-179-187. / Koronevskiy N.V., Inozemtseva O.A., Sergeeva B.V. et al. Issledovanie processa perekristallizacii mikrochastic karbonata kalciya, vyrashchennykh na voloknakh polikaprolaktona, s pomoshchyu skaniruyushchej ehlektronnoj mikroskopii i rentgenovskoj difrakcii [Investigation of the process of recrystallization calcium carbonate microparticles grown on polycaprolactone nanofibers using scanning electron microscopy and X-ray diffraction]. Izvestiya Saratovskogo universiteta. Fizika. [Izvestiya of Saratov University. Physics], 2023, v. 23, no. 2, рр. 179 – 187. (In Russ.). https://doi.org/10.18500/1817-3020-2023-23-2-179-187
14. Короневский Н.В., Сергеев С.А., Ломова М.В. и др. Способ минерализации органических волокон поликапролактона микрочастицами карбоната кальция. Патент РФ № 2761321. Заявл. 28.01.2021. Опубл. 07.12.2021. Бюл. № 34. / Koronevskiy N.V., Sergeev S.A., Lomova M.V. et al. Sposob mineralizatsii organicheskikh volokon polikaprolaktona mikrochastitsami karbonata kal’tsiya [Method for mineralization of organic polycaprolactone fibers with calcium carbonate microparticles]. Patent RF № 2761321. Declared 28.01.2021. Publ. 07.12.2021. (In Russ.).
15. Trushina D.B., Borodina T.N., Belyakov S., Antipina M.N. Calcium carbonate vaterite particles for drug delivery: Advances and challenges. Materials Today Advances, 2022, v. 14, art. 100214.
16. Vikulina A., Voronin D., Fakhrullin R. et al. Naturally derived nano-and micro-drug delivery vehicles: Halloysite, vaterite and nanocellulose. New Journal of Chemistry, 2020, v. 44, pp. 5638 – 5655. DOI: 10.1039/C9NJ06470B.
17. Sergeeva A., Sergeev R., Lengert E. et al. Composite magnetite and protein containing CaCO3 crystals. External manipulation and vaterite→calcite recrystallization-mediated release performance. ACS Applied Materials & Interfaces, 2015, v. 7, no. 38, pp. 21315 – 21325. DOI: 10.1021/acsami.5b05848.
18. Сергеев Р.С., Сергеева А.С., Ленгерт Е.В., Сергеев С.А. Формирование и исследование сфе­ри­­ческих пористых микрочастиц карбоната кальция, обладающих магнитными свойствами. Наноматериалы и нанотехнологии: проблемы и перспективы, 2014, с. 275 – 283. / Sergeev R., Sergeeva A., Lengert E., Sergeev S. Formirovanie i issledovanie sfericheskikh poristykh mikrochastic karbonata kalciya, obladayushchikh magnitnymi svojstvami [Formation and study of spherical porous microparticles of calcium carbonate with magnetic properties]. Nanomaterialy i nanotekhnologii: problemy i perspektivy [Nanomaterials and nanotechnologies: problems and prospects], 2014, pp. 275 – 283. (In Russ.).
19. Roth R., Schoelkopf J., Huwyler J., Puchkov M. Functionalized calcium carbonate microparticles for the delivery of proteins. European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics, 2018, v. 122, pp. 96 – 103. DOI: 10.1016/j.ejpb.2017.10.012.
20. Yahaya S., Ibrahim T., Ibrahim A.-R. Template-free synthesis and control drug release of calcium carbonate-hydroxylapatite composite. American Journal of Multidisciplinary Research and Innovation, 2022, v. 1, no. 2, pp. 56 – 62. DOI: 10.54536/ajmri.v1i2.248.
21. Parakhonskiy B.V., Yashchenok A.M., Donatan S. et al. Macromolecule loading into spherical, elliptical, star-like and cubic calcium carbonate carriers. ChemPhysChem., 2014, v. 15, no. 13, pp. 2817 – 2822. DOI: 10.1002/cphc.201402136.
22. Choukrani G., Freile J.A., Avtenyuk N.U. et al. High loading efficiency and controlled release of bioactive immunotherapeutic proteins using vaterite nanoparticles. Particle & Particle Systems Characterization, 2021, v. 38, no. 7, art. 2100012.
23. Li B., Shi Q., Liu D. et al. The effect of nascent calcium carbonate inhibiting the flotation behavior of calcite. Minerals Engineering, 2022, v. 180, art. 107478.
24. Savelyeva M.S., Abalymov A.A., Lyubun G.P. et al. Vaterite coatings on electrospun polymeric fibers for biomedical applications. Journal of Biomedical Materials Research. Part A, 2017, v. 105, no. 1, pp. 94 – 103. DOI: 10.1002/jbm.a.35870.
25. Saveleva M.S., Ivanov A.N., Kurtukova M.O. et al. Hybrid PCL/CaCO3 scaffolds with capabilities of carrying biologically active molecules: Synthesis, loading and in vivo applications. Materials Science and Engineering, 2018, v. 85, pp. 57 – 67. DOI: 10.1016/j.msec.2017.12.019.
26. Trakoolwannachai V., Kheolamai P., Ummartyotin S. Characterization of hydroxyapatite from eggshell waste and polycaprolactone (PCL) composite for scaffold material. Composites. Part B: Engineering, 2019, v. 173, art. 106974. DOI: 10.1016/j.compositesb.2019.106974.
27. Yaseen S.A., Yiseen G.A., Li Z. Elucidation of calcite structure of calcium carbonate formation based on hydrated cement mixed with graphene oxide and reduced graphene oxide. ACS omega, 2019, v. 4, no. 6, pp. 10160 – 10170. DOI: 10.1021/acsomega.9b00042.
28. Chong K.Y., Chia C.H., Zakaria S., Sajab M.S. Vaterite calcium carbonate for the adsorption of Congo red from aqueous solutions. Journal of Environmental Chemical Engineering, 2014, v. 2, no. 4, pp. 2156 – 2161. DOI: 10.1016/j.jece.2014.09.017.
ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Перспективные нетканые материалы на основе термостойких волокон для теплозащиты

И. Д. Краев, С. Е. Истягин, Н. М. Скляревская,
Е. Г. Сурнин, С. Б. Бибиков, М. А. Севостьянов

Исследованы физические, механические и термические свойства новых нетканых материалов на основе термостойких волокон. Проведен анализ существующих нетканых материалов различных волокнистых составов, а также эффективных гидрофобизирующих композиций. Разработана методика изготовления гидрофобизированных нетканых материалов с применением растворов фторсодержащего латекса. Определены значения объемной плотности образцов, проведен термогравиметрический анализ, исследованы механические свойства (значения разрывной нагрузки и удлинения при разрыве), водопоглощение и другие технические характеристики разработанного материала, изготовлена экспериментальная партия.

Ключевые слова: нетканый материал, волокнистая структура, гидрофобизирующий состав, арамид, ОПАН, фторсодержащий латекс.

DOI: 10.30791/1028-978X-2024-6-47-56
Краев Иван Дмитриевич — ФГБУН Институт биохимической физики им. Н.М. Эмануэля Российской академии науки (119334, Москва, ул. Косыгина, 4), младший научный сотрудник, специалист в области материаловедения. E-mail: kraev-job@mail.ru.
Истягин Сергей Евгеньевич — Ульяновский научно-технологический центр ВИАМ – НИЦ “Курчатовский институт” (432010, Ульяновск, ул. Врача Михайлова, 34), инженер-технолог 2 категории, специалист в области материаловедения. E-mail: fratos19@mail.ru.
Скляревская Наталья Михайловна — ФГБ НУ “Всероссийский научно-исследовательский институт фитопатологии” (143050, Московская область, Одинцовский район, р.п. Большие Вяземы, ул. Институт, владение 5), научный сотрудник, специалист в области материаловедения. E-mail: nezevay2@yandex.ru.
Сурнин Евгений Георгиевич — ООО Научно-производственная фирма “Авикс”, кандидат технических наук, генеральный директор ООО “Авикс” (399059, Грязи, Липецкая обл., ул. Гагарина, 1а), специалист в области материаловедения. E-mail: suurnin41@yandex.ru.
Бибиков Сергей Борисович — ФГБУН Институт биохимической физики им. Н.М. Эмануэля Российской академии науки (119334, Москва, ул. Косыгина, 4), кандидат физико-математических наук, заведующий лабораторией, специалист в области материаловедения. E-mail: sbb.12@yandex.ru.
Севостьянов Михаил Анатольевич — Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН (119334, Москва, Ленинский проспект, 49), кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник, специалист в области титановых сплавов и термической обработки материалов. E-mail: msevostyanov@imet.ac.ru.
Ссылка на статью:
Краев И.Д., Истягин С.Е., Скляревская Н.М., Сурнин Е.Г., Бибиков С.Б., Севостьянов М.А. Перспективные нетканые материалы на основе термостойких волокон для теплозащиты. Перспективные материалы, 2024, № 6, c. 47 – 55. DOI: 10.30791/1028-978X-2024-6-47-56
Литература содержит 34 ссылки.

См. подробнее о статье на сайте e-library
Литература/References
к статье Краев И.Д., Истягин С.Е., Скляревская Н.М., Сурнин Е.Г., Бибиков С.Б., Севостьянов М.А. Перспективные нетканые материалы на основе термостойких волокон для теплозащиты. Перспективные материалы, 2024, № 6, c. 47 – 55. DOI: 10.30791/1028-978X-2024-6-47-56
1. Zezhao Ding, Aijaz Ahmed Babar, Chao Wang, Peng Zhang, Xianfeng Wang, Jianyong Yu, Bin Ding. Spunbonded needle-punched nonwoven geotextiles for filtration and drainage applications: Manufacturing and structural design. Composites Communications, 2021, v. 25, art. 100481. https://doi.org/10.1016/j.coco.2020.100481.
2. Thirumurugan V., Karthikeyan S., K. Vinesh Kumar Reddy, Murugan E. A Study on the effects of physical properties and thermal properties of nonwoven fabric. IJRAMT, 2021, v. 2, no. 5, pp. 8–10.
3. Онипченко Н.А., Грузинцева Н.А. Актуальность использования нетканых материалов с повышен­ными теплозащитными свойствами. Молодые ученые — развитию национальной технологической инициативы (поиск), 2021. № 1, c. 835 – 836. / Onipchenko N.A., Gruzincev N.A., Aktualnost ispolzovania netkanih materialov s povishennimi teplozashitnimi svoystvami [The relevance of the use of nonwovens with increased thermal protection properties]. Molodie uchenie — razvitiju nacionalnoy tehnologicheskoy iniciativi (poisk) [Young Scientists — Development of the National Technology Initiative (search).], 2021, no. 1, pp. 835 – 836. (In Russ.).
4. Thilagavathi G, Muthukumar N, Neelakrishnan S, Santhosh Egappan R. Development of polyester needle-punched nonwoven fabrics for filter press applications. Journal of Industrial Textiles, 2019, v. 48, no. 10, pp. 1566 – 1579. https://doi.org/10.1177/1528083718769929.
5. Xing Zhang, Yuxiao Wang, Wanjun Liu, Xiangyu Jin. Needle-punched electret air filters (NEAFs) with high filtration efficiency, low filtration resistance, and superior dust holding capacity. Separation and Purification Technology, 2022, v. 282, part B, art. 120146. https://doi.org/10.1016/j.seppur.2021.120146.
6. Xiaoming Zhao, Yuanjun Liu, Tenglong Liang. Influence of the needle number on the heat insulation performance of pre-oxidized fibre felts. Fibresand Textiles in Eastern Europe, 2018, v. 26, no. 3, pp. 80 – 86.
7. Bhuvaneshwari M., Sangeetha K. Development of natural fiber nonwovens for thermal insulation. International Journal of Applied Engineering Research, 2018, v. 13, no. 21, pp. 14903 – 14907.
8. Karimi F., Soltani P., Zarrebini M., Hassanpour A. Acoustic and thermal performance of polypropylene nonwoven fabrics for insulation in buildings. Journal of Building Engineering, 2022, v. 50, art. 104125. https://doi.org/10.1016/j.jobe.2022.104125.
9. Merve Kucukali Ozturk, Mohanapriya Venkataraman, Rajesh Mishra. Influence of structural parameters on thermal performance of polypropylene nonwovens. Polymers Advanced Technologies, 2018, v. 29, no. 12, pp. 3027 – 3034. https://doi.org/10.1002/pat.4423.
10. Eyupoglu C., Eyupoglu S., Merdan N. Improvement of thermal insulation properties of polyester nonwoven and estimation of thermal conductivity coefficients using artificial neural network. ASTM International, 2019, v. 47, no. 2, pp. 1075 – 1086. https://doi.org/10.1520/JTE20180129.
11. Ting-Ting Li, Xiayun Zhang, Haokai Peng, Qian Jiang, Wenna Dai, Ching-Wen Lou, Jia-Horng Lin. Thermally bonded PET–basalt sandwich composites for heat pipeline protection: Preparation, stab resisting, and thermal-insulating properties. Applied Sciences, 2018, v. 8, no. 4, pp. 135 – 137. https://doi.org/10.3390/app8040510.
12. Surjit R., Murugan R., Karthik T. Thermal and sound insulation properties of chiengora blended nonwoven fabrics. Indian Journal of Fibre& Textile Research (IJFTR), 2019, v. 44, no. 3, pp. 306 – 313.
13. El Wazna M., Gounni A., El Bouari A., El Alami M., Cherkaoui O. Development, characterization and thermal performance of insulating nonwoven fabrics made from textile waste. Journal of Industrial Textiles, 2018, v. 48, no. 7, pp. 1167 – 1183. https://doi.org/10.1177/1528083718757526.
14. Thirumurugan V., Kumar M.R., Das Subrata. Thermal insulation properties of jute, polypropylene and recycled polyester nonwoven fabrics for automotive textiles. Indian Journal of Fibre & Textile Research (IJFTR), 2021, v. 46, no. 2, pp. 186 – 190.
15. Muthukumar N., Thilagavathi G., Neelakrishnan S., Poovaragan P.T. Sound and thermal insulation properties of flax/low melt PET needle punched nonwovens. Journal of Natural Fibers, 2019, v. 16, no. 2, pp. 245 – 252. https://doi.org/10.1080/15440478.2017.1414654.
16. Brindha R., Thilagavathi G., Viju S. Development of nettle–polypropylene-blended needle-punched nonwoven fabrics for oil spill cleanup applications. Journal of Natural Fibers, 2020, v. 17, pp. 1439 – 1453. https://doi.org/10.1080/15440478.2019.1578717.
17. Makarov B.P., Shablygin M.V., Matrokhin A.Yu., Mikhailova M.P. A method for producing nonwoven fabric based on arselon fiber for filtration of air mixtures. Fibre Chemistry, 2020, v. 51, pp. 437 – 439. https://doi.org/10.1007/s10692-020-10128-3.
18. Каменев Д.В., Федченко О.А. Нетканый огнестойкий утеплительный материал. Патент РФ № 208877 U1. Заявл. 01.03.2021. Опубл. 19.01.2022. / Kamenev D.V., Fedchenko O.A. Netkaniy ognestoykiy uteplitelniy material [Non-woven fire-resistant insulation material]. Patent RF 208877 U1. Declared 01.03.2021. Publ. 19.01.2022. (In Russ.).
19. Yanfen Zhou, Wenyue Li, Lele Li, Zhenhua Sun, Liang Jiang, Jianwei Ma, Shaojuan Chen, Xin Ning & Feng – Lei Zhou. Lightweight and highly conductive silver nanoparticles functionalized meta-aramid nonwoven fabric for enhanced electromagnetic interference shielding. Journal of Materials Science, 2021, v. 56, pp. 6499 – 6513.
20. Lele Li, Baojie Sun, Wenyue Li, Liang Jiang, Yanfen Zhou, Jianwei Ma, Shaojuan Chen, Xin Ning, Feng-Lei Zhou. Flexible and highly conductive AgNWs/PEDOT:PSS functionalized aramid nonwoven fabric for high-performance electromagnetic interference shielding and joule heating. Macromolecular Materials and Engineering, 2021, v. 306, no. 11, art. 2100365. https://doi.org/10.1002/mame.202100365.
21. Буринский С.В., Цыбук И.О., Антонова Е.А., Лысенко В.А., Крисковец М.В. Способ получения термостойкого нетканого материала. Патент РФ № 2667359 C1. Заявл. 22.05.2017. Опубл. 18.09.2018. / Burinsky S.V., Tsybuk I.O., Antonova E.A., Lysenko V.A., Kriskovets M.V. Sposob polucheniya termostoykogo netkanogo materiala [A method for producing heat-resistant nonwoven fabric]. Patent RF № 2667359 C1. Declared 22.05.2017. Publ. 18.09.2018. (In Russ.).
22. Alan Handermann. Oxidized polyacrylonitrile fiber properties, products and applications. Zoltek Whitepaper, 2017, pp. 120 – 132.
23. Xiaoming Zhao, Yuanjun Liu, Tenglong Liang. Study on the thermal insulation performance of PAN pre-oxidised fibre felts. Fibres & Textiles in Eastern Europe, 2020, v. 28, no. 3(141), pp. 27 – 37.
24. Супрунюк О.К. Огнестойкий нетканый фильтру­ющий материал. Патент РФ № 2736019 C1. Заявл. 12.05.2020. Опубл. 11.11.2020. / Suprunjuk O.K. Ognestoykiy netkaniy filtruyushiy material [Fire-resistant non-woven filter material]. Patent RF № 2736019 C1. Declared 12.05.2020. Publ. 11.11.2020. (In Russ.).
25. Каменев Д.В., Федченко О.А. Нетканый огнестойкий утеплительный материал. Патент РФ № 203722 U1. Заявл. 22.06.2020. Опубл. 16.04.2021. / Kamenev D.V., Fedchenko O.A. Netkaniy ognestoykiy material [Non-woven fire-resistant insulation material]. Patent RF № 203722 U1. Declared 22.06.2020. Publ. 16.04.2021. (In Russ.).
26. Кондрашов Э.К., Кузьмин В.В., Минаков В.Т., Пономарева Е.А. Нетканые материалы на основе термостойких полимерных волокон и межплиточные уплотнения. Труды ВИАМ, 2013, № 7. c. 5 – 17. / Kondrashev E.K., Kuzmin V.V., Minakov V.T., Ponomareva E.A. Netkanie materiali na osnove termo­stoykih polimernih volokon i mezhplitochnie uplotnenija [Nonwovens based on heat-resistant polymer fibers and interlayer seals]. Trudi VIAM [Proceedings of VIAM], 2013, no. 7, pp. 5 – 17. (In Russ.).
27. Prabina Kumar Patnaika, Priyadarshi Tapas Ranjan Swain, Srimant Kumar Mishra, Abhilash Purohit, Sandhyarani Biswas. Recent developments on characterization of needle-punched nonwoven fabric reinforced polymer composites – A review. Materials Today: Proceedings, 2020, v. 26, part 2, pp. 466 – 470. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2019.12.086.
28. Хартерт Р. Текстильный материал, имеющий водоотталкивающую аппретуру, и способ его получения. Патент РФ № 2707937 C2. Заявл. 18.05.2016. Опубл. 02.12.2019. / Khartert R. Textilniy material, imeyushiy vodoottal­kivayushuyu appreturu, i sposob ego poluchenija [Textile material having a water-repellent finish, and the method of its preparation]. Patent RF № 2707937 C2. Declared 18.05.2016. Publ. 02.12.2019. (In Russ.).
29. Юлдашев Р.И., Мингазов Р. Р. Лабораторные исследования гидрофобизирующей способности кремнийорганических соединений. Булатовские чтения, 2019, т. 2, c. 225 – 228. / Uldashev R.I., Mingazov R.R. Laboratornie issledovaniya gidrofobiziruyushey sposobnosti kremniyorganicheskih soedineniy [Laboratory studies of the hydrophobic ability of organosilicon compounds]. Bulatovskiye chteniya [Bulatov Readings], 2019, v. 2, pp. 225 – 228. (In Russ.).
30. Yanling Tian, Haoyang Li, Meng Wang, Chengjuan Yang, Zhen Yang, Xianping Liu. Insights into the stability of fluorinated super-hydrophobic coating in different corrosive solutions. Progress in Organic Coatings, 2021, v. 151, pp. 123 – 125. https://doi.org/10.1016/j.porgcoat.2020.106043
31. Кирюхин Д.П., Кичигина Г.А., Кущ П.П. Фторполимерные композиционные материалы и защитные покрытия для экстремальных условий арктической зоны. Российский химический журнал, 2020, т. 64, № 4, с. 20-29. DOI: 10.6060/rcj.2020644.2. / Kiryukhin D.P., Kichigina G.A., Kushch P.P. Ftorpolimernye kompozicionnye materialy i zashchitnye pokrytiya dlya ekstremal’nyh uslovij arkticheskoj zony [Fluoropolymer composite materials and protective coatings for extreme conditions of the Arctic zone]. Rossijskij himicheskij zhurnal [Russian Chemical Journal], 2020, v. 64, no. 4, pp. 20 – 29. (In Russ.).
32. Беспалов А.С., Нефедов Н.И., Деев И.С., Куршев Е.В., Лонский С.Л., Бузник В.М. Особен­ности гидрофобизации высокопористых керамических материалов с помощью фторолиго­меров. Композиционные материалы, 2019, № 5(77), c. 41 – 51. / Bespalov A.S., Nefedov N.I., Deev I.S., Kurshev E.V., Lonskiy S.L., Buznik V.M. Osobennosti gidrofobizacii visokoporistih kerfmicheskih materialov s pomoshyu ftoroligomerov [Features of hydrophobization of highly porous ceramic materials using fluoroligomers]. Kompozicionnie materiali [Composite Materials], 2019, no. 5(77), pp. 41  51. (In Russ.).
33. Комаров М.В., Потемин Н.О., Кумеева Т.Ю., Пророкова Н.П. Гидрофобизация полиэфирных волокнистых материалов фторсодержащими полимерами и олигомерами. Физика волокнистых материалов: структура, свойства, наукоемкие технологии и материалы, 2020, № 1, с. 192 – 197. / Komarov M.V., Potemin N.O., Kumeeva T.U., Prokopova N.P. Gidrofobizaciya poliefirnih voloknistih materialov ftorsoderjashimi polimersmi i oligomerami [Hydrophobization of polyester fibrous materials with fluorinated polymers and oligomers]. Fizika voloknistih materialov: struktura, svoystva, naukoemkie tehnologii i materiali [Physics of fibrous materials: structure, properties, high-tech technologies and materials], 2020, no. 1, pp. 192 – 197. (In Russ.).
34. Яковец Н.В., Крутько Н.П., Опанасенко О.Н. Опре­деление свободной поверхностной энергии по­рошкообразных смолисто-асфальтеновых веществ методом Оуэнса-Вендта-Рабеля-Каелбле. Свиридовские чтения, Минск, БГУ, 2012. c. 253 – 260. / Jakovec N.V., Krutko N.P., Opanasenko O.N. Opredelenie svobodnoy poverhnastnoy energii poroshkoobraznih smolisto-asfaltenovih veshestv metodom Ouensa-Vendta-Rabelya-Kaelble [Determi­nation of the free surface energy of powdered resinous asphaltene substances by the Owens-Wendt-Rabel-Kaelble method]. Sviridovskie chteniya [Sviridov Readings], Minsk, BGU Publ., 2012, pp. 253 – 260. (In Russ.).
ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Влияние гибридизации углепластика волокнами сверхвысокомолекулярного
полиэтилена на плотность, прочность при изгибе и ударную вязкость образцов

В. И. Мамонов, Е. А. Белецкий, Г. С. Спрыгин

Рассмотрена возможность повышения ударной вязкости и дополнительного снижения плотности изделий из углепластиков (УП) с помощью введения сверхвысокомолекулярных полиэтиленовых (СВМПЭ) ровингов, обладающих высокой прочностью при растяжении, ударной вязкостью и низкой плотностью. Углепластик, состоящий из ровингов с углеродными волокнами (УВ), дополнительно армировали ровингами D800 и SK75 с волокнами СВМПЭ. УП и ровинги СВМПЭ смешивали в разных пропорциях и делали однонаправленные, гибридные (трёхкомпонентные) образцы с двумя видами эпоксидных матриц HT-2 и L285. Кроме гибридов были изготовлены двухкомпонентные образцы с каждым из ровингов УВ, D800 и SK75 отдельно. Количество ровингов в объёме гибридных образцов изменяли с шагом 25 %, получая соотношения между количеством УВ и СВМПЭ ровингов 0,25/0,75, 0,50/0,50 и 0,75/0,25. Необходимое количество ровингов с такими соотношениями рассчитывали, используя константы УВ и СВМПЭ ровингов. Определяли ударную вязкость, плотность и прочность образцов при изгибе. Плотность образцов определяли методом расчётов, также используя константы ровингов. Результаты испытаний прочности гибридов сравнивали с показателями прочности УП. При увеличении количества СВМПЭ ровингов прочность при изгибе и плотность гибридов по сравнению с УП снижались с разной скоростью, а ударная вязкость резко повышалась, затем резко падала. Плотность гибридов с каждым шагом снижалась примерно на 8 %, а скорость снижения прочности при изгибе приблизительно в два раза превышала скорость уменьшения плотности. Ударная вязкость гибридов, содержавших 25 и 50 % СВМПЭ ровингов, в среднем увеличилась в 3,28 и в 3,4 раза соответственно.

Ключевые слова: сверхвысокомолекулярный полиэтилен (СВМПЭ); углеродные волокна (УВ); полимерные композиционные материалы (ПКМ); углепластик (УП); константы ровингов; концентрация ровингов.

DOI: 10.30791/1028-978X-2024-6-57-71
Мамонов Владимир Иванович — Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН (119334, Москва, Ленинский проспект 49), старший научный сотрудник, специалист в области экспериментального исследования волоконных композиционных материалов.
Белецкий Евгений Александрович — Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН (119334, Москва, Ленинский проспект 49), младший научный сотрудник, специалист в области механических испытаний. E-mail: enbel@mail.ru.
Спрыгин Георгий Сергеевич — Институт металлургии и материаловедения
им. А.А. Байкова РАН (119334, Москва, Ленинский проспект 49), старший научный сотрудник, специалист в области испытания и диагностики материалов. E-mail: engaer@gmail.com.
Ссылка на статью:
Мамонов В.И., Белецкий Е.А., Спрыгин Г.С. Влияние гибридизации углепластика волокнами сверхвысокомолекулярного полиэтилена на плотность, прочность при изгибе и ударную вязкость образцов. Перспективные материалы, 2024, № 6, c. 57 – 71. DOI: 10.30791/1028-978X-2024-6-57-71
Литература содержит 23 ссылки.

См. подробнее о статье на сайте e-library
Литература/References
к статье Мамонов В.И., Белецкий Е.А., Спрыгин Г.С. Влияние гибридизации углепластика волокнами сверхвысокомолекулярного полиэтилена на плотность, прочность при изгибе и ударную вязкость образцов. Перспективные материалы, 2024, № 6, c. 57 – 71. DOI: 10.30791/1028-978X-2024-6-57-71
1. Любин Дж. Справочник по композитным материалам. Том 1. Перевод с английского под ред. д.т.н. Б.Э. Геллера, Москва, Машиностроение, 1988, с. 286, 322, 447. / Lyubin Dzh. Spravochnik po kompozitny’m materialam [Handbook of composite materials] Ed. J. Lubin]. V. 1, Transl., Geller B.E., Mashinostroyeniye Publ., Moscow, 1988, v. 1, pp. 286, 322, 447, doi: 10.1007/978-1-4615-7139-1, (in Russ.).
2. Shen Z., Tong X., Yang N., Xie M., Li Y., Chen P. Composite structure design and analysis. Composite Materials Engineering, 2017, v. 1, pp. 353 – 588, https://doi.org/10.1007/978-981-10-5696-3_4.
3. Борщёв А.В., Гусев Ю.А. Разработка и внедрение ПКМ в автомобильную промышленность. Разно­видности HP-RTM процессов. Авиационные материалы и технологии, 2014, № 4, c. 48. / Borshchyov A.V., Gusev Iu.A. Razrabotka i vnedrenie PKM v avtomobil`nuiu promy`shlennost`. Raznovidnosti HP-RTM protcessov [Development and implementation of PCM in the automotive industry. Varieties of HP-RTM processes]. Aviatcionnye materialy` i tekhnologii [Aviation materials and technologies], 2014, no. 4, p. 48, (in Russ.).
4. ГОСТ 27772. Межгосударственный стандарт. Прокат для строительных стальных конструкций. https://metall-energy.ru/gost-27772-88.htm / GOST 27772. Mezhgosudarstvennyi standart. Prokat dlia stroitel`ny`kh stal`ny`kh konstruktcii [Interstate standard. Rolled products for building steel structures], https://metall-energy.ru/gost-27772-88.htm. (In Russ.).
5. ГОСТ 19281-89. Межгосударственный стандарт. Прокат из стали повышенной прочности. https://metall-energy.ru/gost--19281-89.htm / GOST 19281-89. Mezhgosudarstvennyi standart. Prokat iz stali povy`shennoi` prochnosti [Interstate standard. Rolled steel of increased strength], https://metall-energy.ru/gost--19281-89.htm, (in Russ.).
6. ГОСТ 5520-79 Межгосударственный стандарт. Прокат листовой из углеродистой, низколегированной и легированной стали для котлов и сосудов, работающих под давлением, https://metall-energy.ru/gost-5520-79.htm / GOST 5520-79 Mezhgosudarstvenny`i` standart. Prokat listovoi` iz uglerodistoi, nizkolegirovannoi i legirovannoi stali dlia kotlov i sosudov, rabotaiushchikh pod davleniem [Interstate standard. Rolled sheet from carbon, low-alloy and alloy steel for boilers and pressure vessels], https://metall-energy.ru/gost-5520-79.htm, (in Russ.).
7. Справочник нефтехимика. Под общей ред. С.К. Огородникова. Ленинград, Химия, Т. 2, 1978, 592 с. / Spravochnik neftekhimika [Petrochemist’s Handbook]. Under the general editorship. S.K. Ogorodnikov. Leningrad, Khimiya, T. 2, 1978, 592 p.
8. Pozuelo M., Carreño F., Ruano O.A. Delamination effect on the impact toughness of an ultrahigh carbon–mild steel laminate composite. Composites science and technology, 2006, v. 66, iss. 15, pp. 2671 – 2676, https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0266353806001163.
9. Фадеев В.С., Щитов В.И., Чигрин Ю.Л. и др. Броневая преграда для бронежилета. Патент 150019 U1, РФ, МПК F41H 1/00. № 2014138154/12: 27.01.2015. / Fadeev V.S., Shchitov V.I., Chigrin Iu.L. et al. Bronevaia pregrada dlia bronezhileta [Armor barrier for body armor] Patent 150019 U1 RF, MPK F41H 1/00, 2014138154/12: 27.01.2015, (in Russ.).
10. Longlong Shi, Guojun Song, Peiyao Li, Xiaoru Li, Duo Pan, Yudong Huang, Lichun Ma, Zhanhu Guo. Enhancing interfacial performance of epoxy resin composites via in-situ nucleophilic addition polymerization modification of carbon fibers with hyper branched polyimidazole. Composites Science and Technology, 2021, v. 201, art. 108522.
11. Hasan M.M.B., Abdkader A., Cherif Ch., Spennato F. Fiber hybrid composites consisting of discontinuous waste carbon fiber and continuous glass filaments developed for load-bearing structures with improved impact strength. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, 2019, v. 126, art. 105610.
12. Михеев П.В., Гусев С.А., Белокопытова К.Е., Агеева Т.Г., Малышев А.Н. Исследование возможности улучшения свойств углепластиков при сжатии и сдвиге путём прошивки углеродных преформ арамидными нитями. Известия Высших Учебных Заведений. Машиностроение, 2018, с. 73 – 79, doi: 10.18698/0536-1044-2018-3-73-80 / Mikheev P.V., Gusev S.A., Belokopy`tova K.E., Ageeva T.G., Maly`sheva A.N. Issledovanie vozmozhnosti uluchsheniia svoi`stv ugleplastikov pri szhatii i sdvige putyom proshivki uglerodny`kh preform aramidny`mi nitiami [Investigation of the possibility of improving the properties of carbon plastics in compression and shear by flashing carbon preforms with aramid threads]. Izvestiia Vysshikh Uchebnykh Zavedenii. Mashinostroenie [Izvestia of Higher Educational Institutions. Engineering, 2018, pp. 73 – 79, doi: 10.18698/0536-1044-2018-3-73-80, (in Russ.).
13. Петрова Г.Н., Бейдер Э.Я. Конструкционные материалы на основе армированных термопластов. Российский химический журнал, 2010, т. 54, № 1, с. 34 – 40. / Petrova G.N., Beider E.Ia. Konstruktcionny`e materialy` na osnove armirovanny`kh termoplastov [Structural materials based on reinforced thermoplastics]. Rossiiskii himicheskii zhurnal [Russian Chemical Journal], 2010, v. 54, no. 1, pp. 34 – 40. (In Russ.).
14. Еремин А.В., Бурков М.В., Любутин П.С. Деформа­ционное поведение углепластиков, армированных нанонаполнителями, при ударном, статическом и циклическом нагружении. Физическая мезоме­ханика. Материалы с многоуровневой иерархически организованной структурой и интеллектуальные производственные технологии, 2020, с. 132 – 133, doi: 10.17223/9785946219242/83 / Eryomin A.V., Burkov M.V., Liubutin P.S. Deforma­tcionnoe povedenie ugleplastikov, armirovanny`kh nanonapolniteliami, pri udarnom, staticheskom i tciclicheskom nagruzhenii [Deformation behavior of carbon plastics reinforced with nanofillers under impact, static and cyclic loading]. Fizicheskaia mezomehanika. Materialy s mnogourovnevoi ierarhicheski organizovannoi strukturoi i intellek­tualnye proizvodstvennye tekhnologii. [Physical meso­mechanics. Materials with a multi-level hierarchically organized structure and intelligent manufacturing technologies], 2020, pp. 132 – 133, (in Russ.).
15. Helfinstine J.D. Charpy impact of unidirectional Graphite/Aramid/Epoxy hybrid composites – composite materials; Testing and design Fourth Conference, ASTM STP 617, American Society for Testing and Materials, 1977, pp. 375 – 388.
16. Кудинов В.В., Крылов И.К., Маманов В.И., Корнеева Н.В. Разрушение композиционных материалов при низкоскоростном ударе. Физика и химия обработки материалов, 2018, № 3, с. 66 – 71, doi: 10.30791/0015-3214-2018-3-66-71. / Kudinov V.V., Krulov I.K., Mamonov V.I., Korneeva N.V. Razrushenie kompozitcionnykh mate­rialov pri nizkoskorostnom udare [Destruction of composite materials at low-velocity impact]. Fizika i himiia obrabotki materialov [Physics and chemistry of materials treatment], 2018, no. 3, pp. 66 – 71, doi: 10.30791/0015-3214-2018-3-66-71, (in Russ.).
17. ASTM D. 7136/D 7136M–07, Standard test method for measuring the damage resistance of a fiber-reinforced polymer matrix composite to a drop-weight impact event, 2005.
18. Ерасов В.С. Испытания полимерного компози­ционного материала на удар падающим грузом. Авиационные материалы и технологии, 2013, № 3 (28), c. 60 – 64. / Erasov V.S. Ispytanie polimernogo kompozitcionnogo materiala na udar padaiushchim gruzom [Tests of a polymer composite material for impact by a falling load]. Aviatcionnye materialy i tekhnologii [Aviation materials and technologies], 2013, no. 3 (28), pp. 60 – 64, (in Russ.).
19. Полилов А.Н., Татусь Н.А. Энергетические критерии расслоения полимерных волокнистых композитов (ПКМ). Вестник Пермского национального иссле­довательского политехнического университета. Механика, 2012, № 3, с. 176 – 203. / Polilov A.N., Tatus N.A. Energeticheskie kriterii rassloeniia polimernykh voloknistykh kompozitov (PKM) [Energy criteria for delamination of polymeric fibrous composites (PCM)]. Vestneyk Permskogo Natcionalnogo Issledovatelskogo Politekhnicheskogo Universiteta. Mehanika [Bulletin of the Perm National Research Polytechnic University. Mechanics], 2012, no. 3, pp. 176 – 203, (in Russ.).
20. Мамонов В.И. Определение объёмной доли волокон сухого ровинга и константы параметров композитов из однонаправленных волокон. Перспективные материалы, 2018, № 9, с. 33 – 42, doi: 10.30791/1028-978X-2018-9-33-42. / Mamonov V.I. Calculation of filament volume fraction in dry roving and constants of Parameters of Composites Made of Unidirectional Fibers. Inorganic Materials: Applied Research, 2019, v. 10, no. 2, pp. 290 – 297.
21. Мамонов В.И., Крылов И.К. Использование констант ровингов из углеродных волокон и сверхвысокомолекулярного полиэтилена для расчёта плотности однонаправленных композитов. Перспективные материалы, 2019, № 1, с. 20 – 30, doi: 10.30791/1028-978X-2019-1-20-30. / Mamonov V.I., Krylov I.K. Use of constants of carbon and ultrahigh-molecular-weight polyethylene fiber for calculation of density of unidirectional composites. Inorganic Materials: Applied Research, 2019, v. 10, no. 5, pp. 1015 – 1022.
22. Мамонов В.И. Анализ влияния плазменной акти­вации на энергию поверхности волокон сверхвысокомолекулярного полиэтилена, на прочность волокон и армированных волокнами композитов. Перспективные материалы, 2021, № 3, с. 42 – 54. DOI: 10.30791/1028-978X-2021-3-42-54 / Mamonov V.I. Analiz vliianiia plazmennoi akti­va­tcii na energiiu poverkhnosti volokon sverkhvysokomolekuliarnogo polietilena, na prochnost volokon i armirovannykh voloknami kompozitov [Analysis of the plasma activation effect on the surface energy of ultrahigh molecular weight polyethylene fibers, on the strength of fibers and fiber reinforced composites]. Perspektivnye materialy [Advanced materials], 2021, no. 3, pp. 42 – 54, doi: 10.30791/1028-978X-2021-3-42-54, (in Russ.).
23. Кудинов В.В., Мамонов В.И., Корнеева Н.В., Крылов И.К., Геров М.В. Влияние плазменной акти­вации и термообработки на свойства сверх­высокомолекулярных полиэтиленовых волокон в композиционных материалах. Физика и химия обработки материалов, 2013, № 5, с. 36 – 39. / Kudinov V.V., Mamonov V.I., Korneeva N.V., Krylov I.K., Gerov M.V. Vliianie plazmennoi aktivatcii i termoobrabotki na svoistva sverkhvy­­sokomolekuliarnykh polietilenovykh volokon v kompozitcionnykh materialakh [Effect of plasma activation and heat treatment on the properties of ultra high molecular weight polyethylene fibers in composite materials]. Fizika i khimiia obrabotki materialov [Physics and Chemistry of Materials Treatment], 2013, no. 5, pp. 36 – 39, (in Russ.).
ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Высокопористыe керамическиe материалы на основе крупнодисперсного aAl2O3

Р. Д. Капустин, В. И. Уваров, А. О. Кириллов, А. С. Федотов, Д. Ю. Грачев, М. В. Цодиков

Проведен синтез высокопористых керамических материалов для каталитических конвертеров на основе крупнодисперсного αAl2O3 с применением комбинации методов компактирования и термохимического синтеза с участием активных ультрадисперсных связующих. Методами рентгенофазового анализа (РФА) и сканирующей электронной микроскопии (СЭМ) установлено, что морфология синтезированного материала включает одновременно большие поры между частицами заполнителя (доминирующая фаза αAl2O3) и субмикронные поры в трансграничных областях, появившихся в ходе процессов жидкофазного спекания и газовыделения. Выявлено значительное количество индиалита (Mg2Al4Si5O18) и шпинели (MgAl2O4), образовавшихся в результате термохимического синтеза на поверхностях и в промежутках между крупнодисперсными частицами. Доминирующий размер пор (по объёму интрузии ртути) от 20 до 60 мкм (порядка 73 %), а также от 0,4 до 2 мкм (порядка 6 %). Средний размер пор составляет порядка 9 мкм. Высокопористые материалы с данными характеристиками порового пространства могут эффективно применяться после модификации в качестве каталитических конвертеров для дегидрирования алкилароматических углеводородов, обладающих крупным размером молекул (порядка 400 нм) с большой длиной свободного пробега порядка ~ 3 – 4 мкм.

Ключевые слова: порошки, αAl2O3, компактирование, высокопористая керамика, каталитический конвертер.

DOI: 10.30791/1028-978X-2024-6-72-80
Капустин Роман Дмитриевич — Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения им. А.Г. Мержанова Российской академии наук (142432, Черноголовка, ул. Академика Осипьяна, 8), кандидат технических наук, старший научный сотрудник, специалист в области функциональных керамических материалов и наноматериалов.
E-mail: kapustin-roman@mail.ru
Уваров Валерий Иванович — Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения им. А.Г. Мержанова Российской академии наук (142432, Черноголовка, ул. Академика Осипьяна, 8), кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник, специалист в области самораспространяющегося высокотемпературного синтеза и материаловедения.
E-mail: uvar@ism.ac.ru.
Кириллов Андрей Олегович — Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения им. А.Г. Мержанова Российской академии наук (142432, Черноголовка, ул. Академика Осипьяна, 8), аспирант, младший научный сотрудник. E-mail: avanfer@yandex.ru.
Федотов Алексей Станиславович — Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Трудового Красного Знамени Институт нефтехимического синтеза им. А.В.Топчиева Российской академии наук (119991, Москва, Ленинский пр., 29), кандидат химических наук, доцент, ведущий научный сотрудник, специалист в области нефтехимии, гетерогенного катализа и мембранных технологий. E-mail: alexey.fedotov@ips.ac.ru.
Грачёв Данил Юрьевич —Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Трудового Красного Знамени Институт нефтехимического синтеза им. А.В.Топчиева Российской академии наук (119991, Москва, Ленинский пр., 29), аспирант, младший научный сотрудник, специалист в области дегидрирования углеводородов. E-mail: daniil.grachev@ips.ac.ru.
Цодиков Марк Вениаминович — Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Трудового Красного Знамени Институт нефтехимического синтеза им. А.В.Топчиева Российской академии наук, (119991, Москва, Ленинский пр., 29), доктор химических наук, профессор, главный научный сотрудник, специалист в области нефтехимии, гетерогенного катализа и материаловедения. E-mail: tsodikov@ips.ac.ru.
Ссылка на статью:
Капустин Р.Д., Уваров В.И., Кириллов А.О., Федотов А.С., Грачев Д.Ю., Цодиков М.В. Высокопористыe керамическиe материалы на основе крупнодисперсного aAl2O3. Перспективные материалы, 2024, № 6, c. 72 – 80. DOI: 10.30791/1028-978X-2024-6-72-80
Литература содержит 15ссылок.

См. подробнее о статье на сайте e-library
Литература/References
к статье Капустин Р.Д., Уваров В.И., Кириллов А.О., Федотов А.С., Грачев Д.Ю., Цодиков М.В. Высокопористыe керамическиe материалы на основе крупнодисперсного aAl2O3. Перспективные материалы, 2024, № 6, c. 72 – 80. DOI: 10.30791/1028-978X-2024-6-72-80
1. Lang L., Zhu H., Ding Y., Yin X., Wu C., Yu X., Bridgwater A. Mini-review on hot gas filtration in biomass gasification: focusing on ceramic filter candles. Energy Fuels, 2021, v. 35, pp. 11800 – 11819. https://doi.org/10.1021/acs.energyfuels.1c01458.
2. Bissett H., Zah J., Krieg H.M. Manufacture and optimization of tubular ceramic membrane supports. Powder Technol., 2008, v. 181, pp. 57 – 66. https://doi.org/10.1016/J.POWTEC.2007.06.005.
3. Gestel T.V., Vandecasteele C., Buekenhoudt A., Dotremont C., Luyten J., Leysen R., Van der Bruggen B., Maes G. Alumina and titania multilayer membranes for nanofiltration: preparation, characterization and chemical stability. J. Membr. Sci., 2002, v. 207, pp. 73 – 89. https://doi.org/10.1016/S0376-7388(02)00053-4.
4. Fedotov A.S., Antonov D.O., Bukhtenko O.V., Uvarov V.I. The role of aluminum in the formation of Ni Al Co-containing porous ceramic converters with high activity in dry and steam reforming of methane and ethanol. Int. J. Hydrogen Energy, 2017, v. 42, pp. 24131 – 24141. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2017.07.095.
5. Zuo C., Su Q. Research progress on propylene preparation by propane dehydrogenation. Molecules, 2023, v. 28, no. 8, art. 3594. https://doi.org/10.3390/molecules28083594.
6. Bricker J.C. Advanced catalytic dehydrogenation technologies for production of olefins. Topics in Catalysis, 2012. v. 55(19-20), pp. 1309 – 1314. https://doi.org/10.1007/s11244-012-9912-1.
7. Vora B.V. Development of dehydrogenation catalysts and processes. Topics in Catalysis, 2012, v. 55 (19 – 20), pp. 1297 – 1308. https://doi.org/10.1007/s11244-012-9917-9.
8. Julbe A., Farrusseng D., Guizard C. Porous ceramic membranes for catalytic reactors — overview and new ideas. Journal of Membrane Science, 2001, v. 181, no. 1, pp. 3 – 20. https://doi.org/10.1016/S0376-7388(00) 00375-6.
9. Ohji T., Fukushima M. Macro-porous ceramics: processing and properties. International Materials Reviews, 2012, v. 57, no. 2, pp. 115 – 131. https://doi.org/10.1179/1743280411Y.0000000006.
10. Kurian M., Thankachan S., Nair S.S. (ed.). Ceramic catalysts: Materials, synthesis, and applications. Elsevier, 2022, 630 p.
11. Hong-kai Zha, Wen-qing Yu, Jing-wei Li, Jian Shi, Jun-cheng Li, Wen-ming Tang, Yin-he Lin, Kui-song Zhu, Ji-gui Cheng, Gui-cheng Liu. Progress in preparation and properties of porous silicon nitride ceramics. Silicon, 2023, v. 15, pp. 6631 – 6653. https://doi.org/10.1007/s12633-023-02525-0.
12. Gobina E., Hou K., Hughes R. Ethane dehydrogenation in a catalytic membrane reactor coupled with a reactive sweep gas. Chemical Engineering Science, 1995, v. 50(14), pp. 2311 – 2319. https://doi.org/10.1016/0009-2509(95)00059-E.
13. Ohji T., Fukushima M. Macro-porous ceramics: processing and properties. International Materials Reviews, 2012, v. 57, no. 2, pp. 115 – 131. DOI: 10.1179/1743280411Y.0000000006.
14. Studart A.R., Gonzenbach U.T., Tervoort E., Gauckler L.J. Processing routes to macroporous ceramics: a review. Journal of the American Ceramic Society, 2006, v. 89, no. 6, pp. 1771 – 1789. http://dx.doi.org/10.1111/j.1551-2916.2006.01044.x.
15. Uvarov V.I., Kapustin R.D., Kirillov A.O., Loryan V.E. Influence of structural-dimensional fac-torand catalytically active additives of Fe2O3/Cr2O3 in α-Al2O3-based membranes on hydro-carbon dehydrogenation. J. Asian Ceram. Soc., 2021, v. 9, no. 3,
pp. 806 – 814. https://doi.org/10.1080/21870764.2021.
ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Электроимпульсная обработка отвержденных термореактивных синтетических смол

О. Ю. Еренков, С. П. Исаев, Д. О. Яворский

Исследованы физико-механические характеристики отвержденных синтетических термореактивных смол до и после электроимпульсной обработки материалов наносекундными электромагнитными импульсами (НЭМИ): водопоглощение, энергия поверхностного слоя (поверхностное натяжение), предел прочности при растяжении. Подтверждена эффективность электроимпульсной обработки отвержденных полимерных связующих НЭМИ для повышения прочности и снижения влагопоглощения материалов. Установлен рациональный режим облучения отвержденных смол наносекундными электромагнитными импульсами: частота следования импульсов — 1000 Гц, амплитуда импульсов — 15 кВ, продолжительность облучения — 10 мин. При реализации данного режима облучения НЭМИ обеспечивается повышение предела прочности образцов (для эпоксидной смолы — на 12,8 %, для винилэфирной смолы — на 18,6 %, для полиэфирной смолы — на 21,1 %) и снижение водопоглощения образцов (для эпоксидной смолы — на 25,6 %, для винилэфирной смолы — на 21,6 %, для полиэфирной смолы — на 16,4 %).

Ключевые слова: термореактивные смолы, прочность, влагопоглощение, поверхностное натяжение, наносекундные электромагнитные импульсы, дипольная поляризация, эпоксидные группы, эфирные группы.

DOI: 10.30791/1028-978X-2024-6-81-87
Еренков Олег Юрьевич —ФГБОУ ВО “Тихоокеанский государственный университет” (680035, Хабаровск,
ул. Тихоокеанская, 136), доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой, специалист в области процессов физико-технической обработки полимерных материалов. E-mail: erenkov@list.ru.
Исаев Сергей Петрович — ФГБОУ ВО “Тихоокеанский государственный университет” (680035, Хабаровск, ул. Тихоокеанская, 136), доктор технических наук, доцент, профессор кафедры, специалист в области процессов физической модификации полимерных материалов. E-mail: 000350@pnu.edu.ru.
Яворский Даниил Олегович — ФГБОУ ВО “Тихоокеанский государственный университет” (680035, Хабаровск, ул. Тихоокеанская, 136), магистрант, обучается по направлению Химическая технология.
E-mail: 000360@pnu.edu.ru.
Ссылка на статью:
Еренков О.Ю., Исаев С.П., Яворский Д.О. Электроимпульсная обработка отвержденных термореактивных синтетических смол. Перспективные материалы, 2024, № 6, c. 81 – 87. DOI: 10.30791/1028-978X-2024-6-81-87
Литература содержит 12 ссылок.

См. подробнее о статье на сайте e-library
Литература/References
к статье Еренков О.Ю., Исаев С.П., Яворский Д.О. Электроимпульсная обработка отвержденных термореактивных синтетических смол. Перспективные материалы, 2024, № 6, c. 81 – 87. DOI: 10.30791/1028-978X-2024-6-81-87
1. Чурсова Л.В., Панина Н.Н., Гребенева Т.А., Кутергина И.Ю. Эпоксидные смолы, отвердители, модификаторы и связующие на их основе. Санкт-Петербург, Профессия, 2020, 576 с. / Chursova L.V., Panina N.N., Grebeneva T.A., Kutergina I.Yu. Epoksidnye smoly, otverditeli, modifikatory i svyazuyushchie na ih osnove [Epoxy resins, hardeners, modifiers and binders based on them]. Sankt-Peterburg, Professiya Publ., 2020, 576 p. (In Russ.).
2. Иржак В.И. Эпоксидные полимеры и нанокомпозиты. Черноголовка, Редакционно-издательский отдел ИПХФ РАН, 2021, 319 с. / Irzhak V.I. Epoksidnye polimery i nanokompozity [Epoxy polymers and nanocomposites]. Chernogolovka, IPHF RAN Publ., 2021, 319 p. (In Russ.).
3. Еренков О.Ю. Стеклопластик повышенной прочности. Курск, ЗАО Университетская книга, 2021, 185 с. / Erenkov O.Yu. Stekloplastik povyshennoj prochnosti [High strength fiberglass]. Kursk, ZAO Universitetskaya Kniga Publ., 2021, 185 p. (In Russ.).
4. Злобина И.В., Бекренев Н.В., Чуриков Д.О. Анализ влияния обработки в сверхвысокочастотном электро­магнитном поле на межслоевое взаимодействие отвержденных полимерных композиционных материалов с различными наполнителями. Письма в ЖТФ, 2022, т. 48, № 22, с. 36–38. / Zlobina I.V., Bekrenev N.V., Churikov D.O. Analysis of the effect of processing in an ultrahigh frequency electromagnetic field on the interlayer interaction of cured polymer composite materials with various fillers. Technical Physics Letters, 2022, v. 48, no. 11, pp. 72 – 74.
5. Грядунова Ю.Е., Никулин С.С., Белых А.Г., Посанчуков Д.П. Повышение показателей гермети­зирующих составов электрическими полями. Клеи. Герметики. Технологии, 2018, № 4, с. 35 – 39. / Gryadunova Yu.E., Nikulin S.S., Belyh A.G., Posanchukov D.P. Povyshenie pokazatelej germetiziruyushchih sostavov elektricheskimi polyami [Increasing the performance of sealing compounds by electric fields]. Klei. Germetiki. Tekhnologii [Adhesives. Sealants. Technologies], 2018, no. 4, pp. 35 – 39. (In Russ.).
6. Зеленев Ю.А., Коптелов А.А., Шевелев А.Ю. Моделирование совместного воздействия электрического поля и ионизирующего излучения на свойства наполненных полимерных композиций. Пластические массы, 2007, № 7, с. 5 – 7. / Zelenev Yu.A., Koptelov A.A., Shevelev A.Yu. Modelirovanie sovmestnogo vozdejstviya elektri­cheskogo polya i ioniziruyushchego izlucheniya na svojstva napolnennyh polimernyh kompozicij [Modeling of the combined effect of an electric field and ionizing radiation on the properties of filled polymer compositions]. Plasticheskie massy [Plastic masses], 2007, no. 7, pp. 5 – 7. (In Russ.).
7. Белкин В.С., Бухарин В.А., Дубровин В.К. и др. Наносекундные электромагнитные импульсы и их применение. Челябинск, Изд-во Татьяна Лурье, 2001, 110 с. / Belkin V.S., Buharin V.A., Dubrovin V.K. et al. Nanosekundnye elektromagnitnye impul’sy i ih primenenie [Nanosecond electromagnetic pulses and their application]. Chelyabinsk, Tat’yana Lur’e Publ., 2001, 110 p. (In Russ.).
8. Еренков О.Ю., Исаев С.П., Шевчук К.А. Электрофизическое модифицирование связующих в технологии композитов. Хабаровск, Изд-во Тихоокеанского гос. университета, 2020, 229 с. / Erenkov O.Yu., Isaev S.P., Shevchuk K.A. Elektrofizicheskoe modificirovanie svyazuyushchih v tekhnologii kompozitov [Electrophysical modification of binders in composites technology]. Habarovsk, Tihookean. gos. University Publ., 2020, 229 p. (In Russ.).
9. Бусыгин В.Б., Степаненко В.Ю., Чалых А.Е. Опре­деление поверхностного натяжения олигомеров и жидкостей с использованием тестовых поверхностей полимеров. Высокомолекулярные соединения, Серия Б, 1999, т. 41, № 11, с. 1843 – 1846. / Busygin V.B., Stepanenko V.Yu., Chalyh A.E. Opredelenie poverhnostnogo natyazheniya oligomerov i zhidkostej s ispol’zovaniem testovyh poverhnostej polimerov [Determination of surface tension of oligomers and liquids using polymer test surfaces]. Vysokomolekulyarnye soedineniya [Polymer Science, Series B], 1999, v. 41, no. 11, pp. 1843 – 1846. (In Russ.).
10. Owens D.K., Wendt R.C. Estimation of the surface free energy of polymers. J. Apply. Polym. Sci., 1969, v. 13, no. 8, pр. 1741 – 1747.
11. Богданова Ю.Г. Адгезия и ее роль в обеспечении прочности полимерных композитов: учеб. пособие. Москва, Изд-во МГУ, 2010, 68 с. / Bogdanova Yu.G. Adgeziya I ee rol v obespechenii prochnosty polimernih kompozitov [Adhesion and its role in ensuring the strength of polymer composites: textbook]. Moscow, MGU Publ., 2010, 68 p. (In Russ.).
12. Воронежцев Ю.И., Гольдаде В.А., Пинчук Л.С., и др. Электрические и магнитные поля в технологии полимерных композитов. Минск, Навука i теэхнiка, 1990, 263 с. / Voronezhcev Yu.I., Gol’dade V.A., Pinchuk L.S., et al. Elektricheskie i magnitnye polya v tekhnologii polimernyh kompozitov [Electric and magnetic fields in the technology of polymer composites]. Minsk, Navuka i teekhnika Publ., 1990, 263 p. (In Russ.).
Made on
Tilda