ISBN 978-5-91703-011-1
В книге приведена информация о принципах создания, составах, структуре, свойствах, ассортименте некоторых типов полимерных композиционных материалов (ПКМ) функционального
(специального) назначения: интеллектуальных ПКМ, радиоэкранирующих и радиопоглощающих ПКМ (магнитодиэлектрических, токопроводящих материалов технологии Stealth),
полимерных материалов для защиты от высокоскоростного инденторного воздействия (броневые материалы и конструкции), теплозащитных (абляционных) полимерных материалах,
полимерных наноматериалах. <...> Теоретические представления о принципах создания магнитодиэлектрических
и токопроводящих (экранирующих и поглощающих электромагнитную
энергию) полимерных материалов
168 <...> Диэлектрические свойства полимерных связующих и пластиков,
используемых в качестве компонентов магнитодиэлектриков <...> Материалы, покрытия и конструкции, уменьшающие радиолокационную
заметность (УРЗ) объектов
382
Литература
441 <...> Полимерные материалы для защиты от высокоскоростного инденторного
воздействия (броневые материалы и конструкции)
447
3.1. <...> Броневые материалы на основе ВПКМ с полиарамидными волокнами
457 <...> Броневые материалы на основе ВПКМ с волокнами из СВМПЭ
458 <...> Сотовые материалы и конструкции с заполнителями на основе бумаги
из ароматических полиамидов (ПСП, Nomex) <...> Сотовые заполнители
Металлические соты
Стеклосотопласты
Углеродные соты
Полимерные сотопласты (ПСП, Nomex) <...> Среди многочисленных типов ПМ, ПКМ функционального (специального) назначения
интеллектуальные, радиоэкранирующие и радиопоглощающие материалы, полимерные материалы для защиты от высокоскоростного инденторного воздействия (броневые материалы и
конструкции), теплозащитные материалы, полимерные сотовые материалы позволяют существенно расширить использование ПМ и ПКМ в изделиях современной техники, отвечающих
специфическим условиям их эксплуатации. <...> Интеллектуальные материалы (ИМ, Smart Materials, глава 1) способны активно <...>
Специальные_полимерные_композиционные_материалы.pdf
Михайлин Ю.А.
СПЕЦИАЛЬНЫЕ
ПОЛИМЕРНЫЕ
КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Санкт-Петербург, 2009
Стр.3
УДК 66.022
ББК 35.719
М49
М69 Михайлин Ю.А. Специальные полимерные композиционные материалы. — СПб.: Научные
основы и технологии, 2008. — 660 стр., ил.
ISBN 978-5-91703-011-1
В книге приведена информация о принципах создания, составах, структуре, свойствах, ассортименте
некоторых типов полимерных композиционных материалов (ПКМ) функционального
(специального) назначения: интеллектуальных ПКМ, радиоэкранирующих и радиопоглощающих
ПКМ (магнитодиэлектрических, токопроводящих материалов технологии Stealth),
полимерных материалов для защиты от высокоскоростного инденторного воздействия (броневые
материалы и конструкции), теплозащитных (абляционных) полимерных материалах,
полимерных наноматериалах.
Книга адресована специалистам полимерных предприятий: материаловедам, технологам, конструкторам,
исследователям, связанным с разработкой, совершенствованием и переработкой
полимерных материалов специального назначения.
УДК 66.022
ББК 35.719
Издание осуществлено при поддержке
ООО «Пластинфо.ру»
Все права защищены. Никакая часть данной книги не может быть воспроизведена в какой
бы то ни было форме без письменного разрешения владельцев авторских прав.
ISBN 978-5-91703-011-1
© Михайлин Ю.А. 2009
© Изд-во «Научные основы и технологии», 2009
Стр.4
Содержание
Введение 11
1. Интеллектуальные полимерные материалы (ИПМ)
1.1. Принципы создания и типы ИПМ
1.2. Материалы и технологии изготовления микрокомпонентов ИПМ
1.2.1. Материалы и технологии микросенсорики
1.2.2. Материалы и технологии волоконной оптики
1.2.3. Материалы и технологии микроэлектроники
и микропроцессорной техники
1.2.4. Материалы и технологии микромеханики
1.2.4.1. Актюаторы с использованием металлов с «памятью» формы
1.2.4.2. Актюаторы на основе пьезокерамики
1.2.4.3. Технологии изготовления изделий микромеханики
1.3. Материалы и технологии изготовления компонентов
ИПМ молекулярного уровня (нанокомпонентов ИПМ)
1.3.1. Полимеры для производства нанокомпонентов ИПМ
19
21
23
24
34
46
49
51
53
55
61
61
1.3.1.1. Электропроводящие полимеры с «внутренней» (собственной)
электропроводимостью 61
1.3.1.2. Пьезоэлектрические (электроактивные) полимеры
1.3.1.3. Жидкокристаллические полимеры
1.3.1.4. Дендримеры
1.4. Тенденции развития и совершенствования компонентов ИПМ
и технологий их производства
85
94
Наноэлектроника 119
Наносенсорика
Наномеханика
Нанобионика
111
113
142
142
143
1.5. Интеллектуальные полимерные композиционные материалы (ИПКМ) 144
1.6. Применение компонентов ИМ
151
Литература 161
2. Радиоэкранирующие и радиопоглощающие полимерные материалы 167
2.1. Теоретические представления о принципах создания магнитодиэлектрических
и токопроводящих (экранирующих и поглощающих электромагнитную
энергию) полимерных материалов
2.1.1. Характеристики электромагнитного поля
168
168
Стр.5
6
2.1.2. Поведение материалов в электрическом поле
Содержание
170
Электрическая прочность (ЕПР) 173
Удельное объемное электрическое сопротивление (ρv) 174
Удельное поверхностное электрическое сопротивление (ρs) 174
Диэлектрическая проницаемость (ε) 174
Тангенс угла диэлектрических потерь (tg δε) 176
2.1.3. Поведение материалов в магнитном поле
2.1.4. Электрофизические параметры, обеспечивающие экранирующие
и поглощающие свойства материалам, взаимодействующим
с электромагнитной энергией радиодиапазона
2.1.4.1. Магнитодиэлектрики
2.2. Компоненты и составы материалов, экранирующих и поглощающих
электромагнитную энергию
2.2.1. Полимеры и полимерные материалы
2.2.1.1. Физическое состояние и диэлектрические свойства полимеров
2.2.1.2. Зависимость диэлектрических свойств от строения полимеров
2.2.1.3. Зависимость диэлектрических свойств от внешних факторов
2.2.1.4. Диэлектрические свойства полимерных связующих и пластиков,
используемых в качестве компонентов магнитодиэлектриков
2.2.2. Электропроводящие полимеры
2.2.3. Углеродные материалы
2.2.3.1. Углеродные и графитизированные волокна (УВ)
2.2.3.2. Сажи
2.2.3.3. Углеволокнистые материалы
2.2.4. Материалы с особыми магнитными свойствами
2.2.4.1. Низкочастотные магнитомягкие материалы
2.2.4.2. Высокочастотные магнитомягкие материалы. Ферриты
2.2.5. Аморфные металлы (металлические стекла)
2.3. Радиоэкранирующие материалы, покрытия и конструкции
2.4. Радиопоглощающие материалы, покрытия и конструкции
2.4.1. Радиоэкранирующие радиопоглощающие материалы, покрытия
и конструкции
2.4.2. Материалы для создания радиопоглощающих элементов в волноводах
и коаксиальных линиях
2.4.3. Радиопоглощающие материалы, покрытия
и конструкции безэховых камер
2.4.4. Принципы и способы уменьшения радиолокационной заметности (УРЗ)
объектов. Технология Stealth
2.4.4.1. Характеристики радиолокационных систем
заметности (РЛЗ)
178
187
191
2.1.4.2. Типы экранирующих и поглощающих электромагнитную энергию
материалов. Узкодиапазонные и широкодиапазонные
магнитодиэлектрики 193
201
202
202
203
208
209
241
242
243
244
250
260
262
276
290
303
321
322
333
336
357
358
2.4.4.2. Эффективная поверхность рассеяния (ЭПР, σц) 365
2.4.4.3. Концепции технологии Stealth. Методы снижения радиолокационной
371
Стр.6
Содержание
2.4.4.4. Материалы, покрытия и конструкции, уменьшающие радиолокационную
заметность (УРЗ) объектов
3. Полимерные материалы для защиты от высокоскоростного инденторного
воздействия (броневые материалы и конструкции)
3.1. Критерии оценки защитных свойств материалов при высокоскоростном
динамическом нагружении
3.2. Полимерные текстильные (тканые) броневыематериалы
3.3. Полимерные композиционные броневые материалы
3.4. Комбинированные (супергибридные) полимер-металлические
и полимер-керамические броневые материалы и конструкции
3.4.1. Полимер-металлическая броня
3.4.2. Полимер-керамическая броня
4.1. Механические свойства сотовых конструкций
4.2. Материалы сотовых конструкций
7
382
Литература 441
447
447
450
456
3.3.1. Броневые материалы на основе ВПКМ с полиарамидными волокнами 457
3.3.2. Броневые материалы на основе ВПКМ с волокнами из СВМПЭ
458
462
463
465
Литература 471
4. Сотовые материалы и конструкции
473
477
481
4.2.1. Материалы, используемые в качестве оболочек сотовых конструкций 482
4.2.2. Материалы для заполнителей сотовых конструкций
4.3. Технология изготовления сотовых заполнителей
4.3.1. Сотовые заполнители из металлической фольги
4.3.2. Сотопласты
484
485
485
485
4.3.3. Сотовые материалы и конструкции с заполнителями на основе бумаги
из ароматических полиамидов (ПСП, Nomex) 492
4.3.3.1. Полимерная бумага (фенилоновая, БФСК, Nomex) 492
4.3.3.2. Сотопласты ПСП, Nomex
4.4. Технология изготовления сотовых конструкций (СК)
4.5. Эксплуатационные свойства сотовых заполнителей и конструкций
(панелей) с сотовыми заполнителями
4.5.1. Сотовые заполнители
Металлические соты
Стеклосотопласты
Углеродные соты
4.6. Применение сотовых материалов в современной технике
5.1. Условия эксплуатации «горячих» конструкций
5.2. Системы и способы тепловой защиты
499
501
506
507
509
509
512
Полимерные сотопласты (ПСП, Nomex) 512
4.5.2. Сотовые панели
523
526
Литература 540
5. Теплозащитные полимерные материалы (ТЗМ)
545
546
556
Стр.7
8
5.3. Абляция. Критерии эффективности абляционных ТЗМ
5.4. Типы полимерных абляционных теплозащитных материалов
5.4.1. Сублимирующиеся ТЗМ
5.4.1.1. Низкотемпературные низкоэнтальпийные сублимирующиеся
полимерные ТЗМ
Содержание
571
583
584
5.4.1.2. Высокотемпературные высокоэнтальпийные сублимирующиеся ТЗМ 587
5.4.2. Теплозащитные материалы, аблирующие через стадию плавления
625
Литература 628
Приложение 1.Характеристики пьезокерамических материалов
Литература 633
Приложение 2. Магнитодиэлектрики (дефиниции)
Литература 637
3.1. Методика определения удельного объемного электрического
сопротивления полимеров
Образцы для испытаний
Приложение 3.Методики определения диэлектрических свойств
Испытательная аппаратура
Проведение эксперимента
Обработка результатов
3.2. Методика определения тангенса угла диэлектрических потерь
и диэлектрической проницаемости при частотах от 50 до 108 Гц
Образцы для испытаний
Испытательная аппаратура
Проведение эксперимента
3.3. Определение диэлектрической проницаемости ε, тангенса угла
диэлектрических потерь tg δε и проводимости γ
методом волноводных линий
3.4. Определение ε′, ε″ и γ методом «тонкого стержня»
3.5. Измерение контактных сопротивлений в системе электропроводный
полимерный материал–металл
4.1. Магнитная проницаемость (µ, баллистический метод)
Приложение 4.Методики определения магнитных свойств
4.2. Магнитная восприимчивость (метод магнитных весов)
4.3. Индукция насыщения. Метод вибрационного магнитометра
4.4. Комплексная магнитная проницаемость в переменном магнитном поле
(метод одного витка)
642
644
645
647
647
648
649
Литература 651
5.1. Коэффициент отражения R магнитодиэлектриков
5.1.1. Метод замещения в свободном пространстве
650
652
652
584
595
5.4.3. Теплозащитные материалы, аблирующие по смешанному механизму 597
5.5. Взаимосвязь состава и структуры ТЗМ с их абляционными свойствами 615
5.6. Применение ТЗМ
631
634
638
638
638
639
640
640
640
640
641
641
Стр.8
Содержание
9
Приложение 5.Радиотехнические характеристики магнитодиэлектриков 652
5.1.2. Метод замещения в волноводных линиях
5.2. Экспериментальное исследование ЭПР целей (σЦ) 654
Система с непрерывным излучением
Импульсная система
Допплеровские измерительные системы
653
655
656
657
Стр.9