Способ получения материалов или изделий из поляризуемой или намагничиваемой жидко-дисперсной композиции в электромагнитном поле

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МАТЕРИАЛОВ ИЛИ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ПОЛЯРИЗУЕМОЙ ИЛИ НАМАГНИЧИВАЕМОЙ ЖИДКОДИСПЕРСНОЙ КОМПОЗИЦИИ В ЭЛЕКТРОМАГНИТНОМ ПОЛЕ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт тепло- и массообмена имени А.В. Лыкова Национальной академии наук Беларуси(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт тепло- и массообмена имени А.В. Лыкова Национальной академии наук Беларуси(57) 1. Способ получения материалов или изделий из поляризуемой или намагничиваемой жидко-дисперсной композиции в электромагнитном поле, включающий приготовление композиции из дисперсного наполнителя и жидкого связующего, формирование заготовки и ее отверждение в электромагнитном поле, отличающийся тем, что процесс отверждения проводят при относительном вращении заготовки и поля, при этом напряженность поля Н поддерживают в диапазоне ННс, где Нс - коэрцитивная сила наполнителя, а частоту вращения - в диапазоне 0, причемопределена из соотношения 0,07 02 /2,где 0 - соответственно электрическая или магнитная постоянная в случае поляризуемой или намагничиваемой композиции- соответственно поляризация или намагниченность в поле Н в случае поляризуемой или намагничиваемой композиции с - объемная концентрация наполнителя- вязкость связующего. 4396 1 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что предварительно определяют зависимость вязкости связующего от времени отверждения , а частоту вращенияв процессе отверждения изменяют по закону Изобретение относится к способам получения композиционных материалов, а точнее - к способам получения дисперсно-упорядоченных композиционных материалов, представляющих собой взвесь частиц дисперсного наполнителя в высокомолекулярном или ином связующем, с применением управления пространственным распределением частиц наполнителя, и может быть использовано для получения материалов и изделий с особыми электрическими, магнитными, механическими, магнито-механическими, коллоиднохимическими и теплофизическими свойствами различного назначения, включая электронику, электротехнику, технику измерений и контроля, виброгашения, защиты от электромагнитных излучений, магнитооптику,магнитную запись, полирование и др. Технологические свойства дисперсно-упорядоченных композиционных материалов определяются их составом, концентрацией компонентов и пространственным распределением частиц наполнителя в связующем 1-2. Известный способ получения дисперсно-упорядоченных композиционных материалов 1 включает приготовление жидкодисперсной композиции (диспергирование частиц наполнителя в связующем), формирование заготовки (блочной или пленочной) и ее отверждение (высушивание, полимеризация, обжиг, зольгель технология, вулканизация и др.). Недостаток данного способа - невозможность получения материалов с отличным от равномерного распределением частиц наполнителя. Данный недостаток частично устраняет способ получения композиционных материалов из жидкодисперсной композиции в электромагнитном поле 2 (прототип), включающий приготовление композиции, формирование заготовки и ее отверждение в постоянном по направлению электромагнитном поле. Недостатком данного способа является ограниченная возможность формирования пространственного распределения частиц дисперсной фазы исключительно в виде цепочек, вытянутых вдоль поля. Целью настоящего изобретения является расширение возможности формирования пространственного распределения частиц наполнителя и получение таким образом материалов и изделий с новыми свойствами. По п. 1 настоящего изобретения поставленная цель достигается тем, что в известном способе процесс отверждения проводят при относительном вращении заготовки и поля, при этом напряженность поля Н поддерживают в диапазоне ННс, где Нс - коэрцитивная сила наполнителя, а частоту вращения - в диапазоне 0, причемопределена из соотношения 0,070/2(2), где 0 - соответственно электрическая или магнитная постоянная в случае соответственно поляризуемой или намагничиваемой композиции,- соответственно поляризация или намагниченность в полев случае соответственно поляризуемой или намагничиваемой композиции, с - объемная концентрация наполнителя,- вязкость связующего. Влияние относительного вращения заготовки и поля на формирование пространственного распределения частиц заключается в следующем. Под действием поля частицы наполнителя приобретают электрические или магнитные дипольные моменты и, взаимодействуя между собой, образуют вытянутые вдоль поля цепочки. Относительное вращение заготовки и поля приводит к вращению цепочек в объеме вязкого связующего. В результате столкновений и электродинамического взаимодействия цепочек между собой в заготовке образуется динамическая структура, характер которой зависит от электромагнитных свойств частиц, напряженности поля, скорости его вращения относительно заготовки и вязкости связующего. В процессе отверждения эта структура фиксируется. Возможность влияния относительного вращения поля и заготовки на характер распределения частиц наполнителя зависит от величины напряженности поля по отношению к коэрцитивной силе наполнителя. В поле ННс дипольный момент каждой частицы ориентационно связан с телом частицы вращение поля относительно заготовки может сопровождаться потерей его ориентационной связи с частицами 3 и, как следствие, потерей управляемости процессом структурообразования. В поле ННс ориентационная связь дипольных моментов с внешним полем сохраняется на любых частотах относительного вращения, обеспечивая управляемость. Характер динамически равновесной структуры дисперсии при относительном вращении заготовки и поля зависит от степени неравновесности системы, которую ха 2 4396 1 рактеризует величина отношения частоты вращения поля относительно заготовки к предельной частоте синхронного с полем вращения наименьшей цепочки (пары) частиц наполнителя в неподвижном связующем. Согласно 4, эта частота определяется соотношением 0,007 0/2/(2). По данным 4, с ростом частоты относительного вращения поля до 10, скорость вращения пары частиц внутри жидкого связующего уменьшается практически до нуля, из чего делаем вывод, что возможность управления динамической структурой наполнителя при достижении частоты 10 оказывается исчерпанной. Поскольку вязкость связующего в процессе отверждения увеличивается, величина частоты, , согласно выписанному выше выражению, уменьшается. С целью сохранения в процессе отверждения неизменных условий формирования структуры (путем поддержания на неизменном уровне величины отношения /) и тем самым повышения управляемости процесса структурообразования, а также с целью минимизации энергозатрат в п. 2 предлагается способ по п. 1, отличающийся тем, что предварительно определяют зависимость вязкости связующего от времени отверждения, , а частоту вращения в процессе отверждения изменяют по закону(0)(0)/. Принципиальная схема устройства, реализующего данный способ для получения материала или конечного изделия из намагничиваемой жидкодисперсной композиции, представлена на рис. 1. Устройство включает съемный контейнер 1 из немагнитного материала, установленный на оси электродвигателя 2 между полюсами электромагнита 3. Питание обмоток 4 электромагнита осуществляется от источника постоянного тока 5,питание электродвигателя - от источника 6. Для измерения величины напряженности поля между полюсами электромагнита служит датчик Холла 7. Для управления величиной напряженности поля между полюсами электромагнита (величиной тока в обмотках электромагнита) и оборотами электродвигателя служит блок управления 8, соединенный с датчиком Холла 7 и с источниками питания 5, 6. Может быть предусмотрена также система 9 стимулирования отверждения путем нагревания или ультрафиолетового освещения образца в контейнере 1. Способ осуществляют следующим образом. Одним из известных способов готовят жидкодисперсную композицию, содержащую например частицы гамма-окиси железа (объемная доля с) в жидкой матрице, например в эпоксидной композиции. Формируют заготовку путем заполнения жидкодисперсной композицией контейнера 1. Отверждение заготовки проводят при ее вращении в поле, для чего контейнер устанавливают на оси электродвигателя 2 между полюсами электромагнита 3 и с помощью блока управления 8 через источники питания 5 и 6 включают электродвигатель 2 и ток в обмотках 4. Величину напряженности поля задают с помощью блока управления 8 из условия ННс, где с 105 А/м - коэрцитивная сила гамма-окиси железа. Частоту вращения контейнера 1 с помощью блока управления 8 поддерживают в диапазоне 0, рассчитав величинупо приведенной формуле. Например, если объемная концентрация частиц с 0,1, а вязкость связующего и намагниченность композиции, измеренные какими-либо из известных способов, составляют 100 кгм-1 с-1,16 кА/м, находим 7,2 Гц. Следовательно, частоту вращения задают в диапазоне от 0 до 7,2 Гц. Для осуществления способа по п. 2 предварительно определяют зависимость вязкости жидкого связующего от времени отверждения. Это может быть сделано по стандартной вискозиметрической схеме цилиндр в цилиндре, причем в описанном устройстве может быть предусмотрена съемная система, состоящая из двух коаксиальных цилиндров, а в блоке управления - система измерения вращающего момента на оси электродвигателя. Внутренний цилиндр устанавливают на оси электродвигателя, помещают в неподвижный цилиндрический стакан с отверждаемым связующим, включают электродвигатель, и на заданной частоте измеряют изменение вращающего момента, пропорционального вязкости связующего, от времени отверждения,. Затем осуществляют способ по п. 1, изменяя частоту вращения контейнера по закону Национальный центр интеллектуальной собственности. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66. 3