Композиция для получения радиозащитного фенолформальдегидного пенопласта

Изобретение относится к композиции для получения радиозащитного фенолформальдегидного пенопласта заливочного типа на основе резольных фенолформальдегидных смол холодного отверждения и может быть использовано в тех областях техники, где требуются облегченные негорючие теплоизоляционные радиозащитные материалы, устойчивые к длительным воздействиям высоких температур и агрессивных газовых сред, например авиация, космонавтика, судостроение, машиностроение, транспорт, гражданское и промышленное строительство. Композиция включает фенолформальдегидную смолу ФРВ-1А, кислотный катализатор ВАГ-3 в количестве 40-80 мас.ч. на 100 мас.ч. и углеродсодержащий радиопоглощающий наполнитель в количестве 30-70 мас.ч. на 100 мас.ч. смолы. Результатом является получение огнестойкого и легкого радиозащитного материала. 5 з.п. ф-лы, 2 табл., 8 пр.

 

Изобретение относится к области получения пенопластов заливочного типа на основе резольных фенолформальдегидных смол холодного отверждения. Изобретение может быть использовано в тех областях техники, где требуются облегченные негорючие теплоизоляционные радиозащитные материалы, устойчивые к длительным воздействиям высоких температур и агрессивных газовых сред, например авиация, космонавтика, судостроение, машиностроение, транспорт, гражданское и промышленное строительство.

Известна композиция для получения заливочного пенопласта, состоящая из 100 мас.ч. фенолформальдегидной резольной смолы ФРВ-1А, 20-35 мас.ч. модифицирующей добавки, выбранной из группы фосфатных пластификаторов, и 20 мас.ч. вспенивающе-отверждающего агента - кислотного катализатора ВАГ-3 (SU 1367432 A1, опубл. 15.10.1993).

Известна композиция для получения заливочного пенопласта, состоящая из 100 мас.ч. фенолформальдегидной резольной смолы ФРВ-1А, 15-25 мас.ч. вспенивающе-отверждающего агента ВАГ-3 и 5-40 мас.ч. модифицированного сорбента, представляющего собой природный или искусственный цеолит, предварительно обработанный галогенидами амфотерных металлов, выбранных из AlF₃ или SnCl₂**2H₂O (RU 2495891 C1, опубл. 20.10.2013).

Известны пирамидальные поглотители электромагнитных волн, выполненные с использованием эластичного пенополиуретана с углеродным наполнителем (Мицмахер М.Ю., Торгованов В.А. Безэховые камеры СВЧ. - М.: Радио и связь, 1982 г., стр. 90), а также пирамидальный радиопоглощающий материал пенного типа EPP 32 (пенополиуретан) производства Германии. Несмотря на малые весовые характеристики и малый коэффициент отражения в широком диапазоне электромагнитных волн данные поглотители имеют ряд существенных недостатков. Сам полимер имеет тенденцию к деструкции в процессе эксплуатации, что, в конечном счете, сказывается на стабильности радиотехнических характеристик. К тому же пенополиуретан является горючим материалом с выделением при горении ядовитых веществ, что требует дополнительных материальных затрат на установку автоматической системы пожаротушения.

В качестве прототипа взята известная композиция для получения заливочного пенопласта ФРП-1, состоящая из фенолформальдегидной смолы резольного типа ФРВ-1А, которая представляет собой гомогенную смесь нейтрализованного водного раствора первичных продуктов щелочной конденсации фенола с формальдегидом и специальных добавок: поверхностно-активных веществ ОП-7, ОП-10 и алюминиевой пудры. Смола ФРВ-1А в количестве 100 мас.ч. смешивается с 20 мас.ч. кислотного катализатора ВАГ-3. Для снижения себестоимости пенопласта ФРП-1 используют добавление в исходную композицию твердых дисперсных минеральных наполнителей естественного происхождения, таких как пески, окислы и соли металлов, силикаты и т.д. (см. Берлин А.А., Шутов Ф.А. Пенополимеры на основе реакционноспособных олигомеров. - М.: Химия, 1978 г., стр. 152-153, 196-197).

Все аналоги и прототип, кроме пенополиуретановых поглотителей, являются негорючими радиопрозрачными материалами.

Задачей изобретения является получение радиозащитных свойств у негорючего пенопласта на основе фенолформальдегидной смолы резольного типа. Для решения задачи применяется техническое решение по заполнению объема пенопласта радиопоглощающим наполнителем в процессе вспенивания и отверждения материала. В качестве радиопоглощающих наполнителей используются нано- и микроразмерные порошки электропроводного технического углерода, порошки сухого коллоидного графита, сухой гранулированный электропроводный технический углерод, коллоидные углеродсодержащие композиции и комбинации этих наполнителей.

Технический результат при реализации изобретения заключается в обеспечении радиозащитных свойств пенопласта при высоких физико-механических показателях и огнестойкости.

Технический результат достигается тем, что в известную композицию для получения пенопласта ФРП-1, включающую фенолформальдегидную смолу резольного типа ФРВ-1А, кислотный катализатор ВАГ-3, для придания материалу радиозащитных свойств дополнительно вводится углеродсодержащий радиопоглощающий наполнитель при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

фенолформальдегидная смола резольного типа ФРВ-1А - 100;

кислотный катализатор ВАГ-3 - 40-80;

углеродсодержащий радиопоглощающий наполнитель - 30-70.

В качестве углеродсодержащего радиопоглощающего наполнителя композиция может содержать: коллоидную углеродсодержащую композицию с содержанием активного углерода до 40%, порошок сухого коллоидного графита, сухой гранулированный электропроводный технический углерод, сухой электропроводный технический углерод с размером частиц 20-40 нм, а также любые сочетания перечисленных компонентов.

При перемешивании компонентов использовалась электрическая мешалка со скоростью вращения 1500-2000 об/мин. Реализацию изобретения рассмотрим на примерах.

Пример 1 (контрольный). В 100 мас.ч. фенолформальдегидной смолы резольного типа ФРВ-1А ТУ 6-05-1104-78 добавили 30 мас.ч. кислотного катализатора ВАГ-3 ТУ 6-55-1116-88 и произвели перемешивание смеси. Процесс вспенивания и отверждения продолжался 3 минуты, температура в помещении 20°C.

Пример 2. 100 мас.ч. фенолформальдегидной смолы резольного типа ФРВ-1А ТУ 6-05-1104-78 смешали с 30 мас.ч. коллоидной углеродсодержащей композиции (УСК), содержащей 30% активного углерода, после чего в емкость добавили 40 мас.ч. кислотного катализатора ВАГ-3 ТУ 6-55-1116-88 и произвели перемешивание смеси. Процесс вспенивания и отверждения продолжался 4 минуты, температура в помещении 20°C.

Пример 3. 100 мас.ч. фенолформальдегидной смолы резольного типа ФРВ-1А ТУ 6-05-1104-78 смешали с 50 мас.ч. УСК, содержащей 35% активного углерода, после чего в емкость добавили 50 мас.ч. кислотного катализатора ВАГ-3 ТУ 6-55-1116-88 и произвели перемешивание смеси. Процесс вспенивания и отверждения продолжался 5 минут, температура в помещении 20°C.

Пример 4. 100 мас.ч. фенолформальдегидной смолы резольного типа ФРВ-1А ТУ 6-05-1104-78 смешали с 70 мас.ч. УСК, содержащей 40% активного углерода, после чего в емкость добавили 60 мас.ч. кислотного катализатора ВАГ-3 ТУ 6-55-1116-88 и произвели тщательное перемешивание смеси. Процесс вспенивания и отверждения продолжался 7 минут, температура в помещении 20°C.

Пример 5. 100 мас.ч. фенолформальдегидной смолы резольного типа ФРВ-1А ТУ 6-05-1104-78 смешали с 50 мас.ч. порошка сухого коллоидного графита (КГП марки С-1), после чего в емкость добавили 65 мас.ч. кислотного катализатора ВАГ-3 ТУ 6-55-1116-88 и произвели тщательное перемешивание смеси. Процесс вспенивания и отверждения продолжался 6 минут, температура в помещении 20°C.

Пример 6. 100 мас.ч. фенолформальдегидной смолы резольного типа ФРВ-1А ТУ 6-05-1104-78 смешали с 35 мас.ч. сухого гранулированного электропроводного технического углерода (Гран. ТУ), после чего в емкость добавили 65 мас.ч. кислотного катализатора ВАГ-3 ТУ 6-55-1116-88 и произвели тщательное перемешивание смеси. Процесс вспенивания и отверждения продолжался 5 минут, температура в помещении 20°C.

Пример 7. В 100 мас.ч. фенолформальдегидной смолы резольного типа ФРВ-1А ТУ 6-05-1104-78 добавили 20 мас.ч. воды и смешали с 30 мас.ч. сухого электропроводного технического углерода с размером частиц 20-40 нм (Нано ТУ), после чего в емкость добавили 80 мас.ч. кислотного катализатора ВАГ-3 ТУ 6-55-1116-88 и произвели тщательное перемешивание смеси. Процесс вспенивания и отверждения продолжался 8 минут, температура в помещении 20°C.

Пример 8. 100 мас.ч. фенолформальдегидной смолы резольного типа ФРВ-1А ТУ 6-05-1104-78 смешали с 55 мас.ч. сухого порошка, состоящего из следующих компонентов (мас.ч.): электропроводный технический углерод с размером частиц 20-40 нм (Нано ТУ) - 10, гранулированный электропроводный технический углерод (Гран. ТУ) - 20, коллоидный графит (КГП марки С-3) - 25, после чего в емкость добавили 80 мас.ч. кислотного катализатора ВАГ-3 ТУ 6-55-1116-88 и произвели тщательное перемешивание смеси. Процесс вспенивания и отверждения продолжался 7 минут, температура в помещении 20°C.

После выдержки в естественных условиях в течение 72 часов проведены испытания полученных образцов. Результаты представлены в таблицах 1 и 2.

Радиофизические показатели образцов определялись в измерительной ячейке волноводного тракта измерителя коэффициента стоячей волны по напряжению (КСВН) панорамного P2-113 в СВЧ-диапазоне. Измерялось общее ослабление электромагнитного поля (ЭМП) образцом и КСВН, по которому вычислялось отражение от поверхности образца падающей мощности излучения. Толщина образцов в направлении распространения электромагнитной волны - 5 см.

Сохраняя все характеристики теплоизоляционного пенопласта марки ФРП-1 (ГОСТ 22546-77), взятого за прототип, пенопласт по данному изобретению приобретает дополнительно хорошие радиозащитные свойства. Особенно эффективно применение в качестве радиопоглощающего наполнителя комбинации углеродных радиопоглощающих наполнителей (пример 8). Плита толщиной 5 см по примеру 8 ослабляет мощность потока СВЧ-излучения более чем в 100 раз. Плита материала толщиной 10 см выдерживает пламя пропановой горелки до образования с обратной стороны сквозного отверстия в течение 1 часа, при этом материал не дымит, не горит и не тлеет.

Соотношение между фенолформальдегидной смолой ФРВ-1А и кислотным катализатором ВАГ-3 подбирается в зависимости от активности смолы ФРВ-1А, так как она имеет малый срок хранения, и ее активность изменяется в течение короткого времени, особенно при повышенной температуре (25-30°C).

1. Композиция для получения радиозащитного фенолформальдегидного пенопласта, включающая фенолформальдегидную смолу резольного типа ФРВ-1А, кислотный катализатор ВАГ-3, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит углеродсодержащий радиопоглощающий наполнитель при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

фенолформальдегидная смола резольного типа ФРВ-1А	100
кислотный катализатор ВАГ-3	40-80
углеродсодержащий радиопоглощающий наполнитель	30-70.

2. Композиция по п.1, отличающаяся тем, что в качестве углеродсодержащего радиопоглощающего наполнителя содержит коллоидную углеродсодержащую композицию.

3. Композиция по п.1, отличающаяся тем, что в качестве углеродсодержащего радиопоглощающего наполнителя содержит порошок сухого коллоидного графита.

4. Композиция по п.1, отличающаяся тем, что в качестве углеродсодержащего радиопоглощающего наполнителя содержит сухой гранулированный электропроводный технический углерод.

5. Композиция по п.1, отличающаяся тем, что в качестве углеродсодержащего радиопоглощающего наполнителя содержит сухой электропроводный технический углерод с размером частиц 20-40 нм.

6. Композиция по п.1, отличающаяся тем, что в качестве углеродсодержащего радиопоглощающего наполнителя содержит любые сочетания компонентов, перечисленных в пп. 2-5.