Нанокомпозит на основе углеродных нанотрубок для защиты радиоэлектронных элементов от ударного ускорения

Нанокомпозит на основе углеродных нанотрубок для защиты радиоэлектронных элементов от ударного ускорения

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к технологиям создания нанокомпозита для радиоэлектроники и акустики со специальными свойствами. Конкретное изобретение относится к области создания заливок на основе полиуретана с добавлением углеродных нанотрубкок для защиты радиоэлектронных элементов от ударного ускорения.

Известна заливка радиоэлектронных элементов полиуретаном для защиты от ударного ускорения. Достоинством заливки является большой коэффициент поглощения упругих волн, недостаток - малое значение модуля Юнга - 40 МПа. Это приводит к тому, что собственные частоты упругих колебаний конструкции заливок радиоэлектронных элементов имеют значения, близкие к низкочастотной составляющей энергетического спектра импульса ударного ускорения, что приводит к появлению вынужденных колебаний, отрицательно влияющих на работу радиоэлектронных элементов. Использование заливок с большим значением модуля Юнга смещает собственные частоты колебаний конструкций заливок в область более высоких частот, где спектр импульса ударного ускорения имеет небольшие значения, что приводит к уменьшению амплитуд вынужденных колебаний, позволяющих работать радиоэлектронным элементам в нормальном режиме.

Цель изобретения - создание нанокомпозита для защиты радиоэлектронных элементов от ударного ускорения, обладающих большим коэффициентом поглощения упругих волн и значительным коэффициентом модуля Юнга - 125 МПа.

Для реализации цели необходимо изготовить нанокомпозит, в состав которого входят полиуретан и углеродные нанотрубки. Углеродные нанотрубки имеют значения модуля Юнга на один два порядка выше, чем у стали. Небольшое процентное (3-7%) добавление углеродных нанотрубок повышает модуль Юнга нанокомозита, при этом коэффициент поглощения упругих волн остается практически без изменения. Весовые значения принимаются в объемных единицах.

На фиг. 1 показана конструкция блока заливки радиоэлементов. В исследованиях использовались три типа материала: компаунд «Виксинт ПК-68» (плотность - 1100 кг/м³, модуль Юнга - 14 МПа); полиуретан (плотность - 1260 кг/м³, модуль Юнга - 40 МПа); нанокомпозит (полиуретан + углеродные нанотрубки 5% 9 (объемных единиц), плотность - 1200 кг/м³, модуль Юнга - 125 МПа). Скорости распространения продольных и поперечных упругих волн определяются , . Затухание упругих волн учитывается путем введения комплексного модуля Юнга (для продольных волн) и комплексного модуля сдвига (для поперечных волн):

где α_l, α_τ - коэффициенты поглощения продольных и сдвиговых упругих волн, ω=2πƒ - частота.

Ударные ускорения, действующие на конструкцию заливки, приведены на фиг. 2. Для кривой 1 ударное ускорение осуществляется в течение 0,5 мс, для кривой 2 - 0,7 мс, для кривой 3 - 0,8 мс, для кривой 4 - 1,0 мс. Кривые ударного ускорения построены на основе кривых давления пороховых газов в стволе артиллерийского орудия при движении снаряда. На фиг. 3 приведены кривые спектральной плотности зависимостей ударного ускорения от времени в логарифмическом масштабе (фиг. 2) и дискретный спектр собственных частот упругих механических колебаний конструкции заливки (фиг. 1), полученных методом автономных блоков. На графиках: фиг. 3, а - заливка компаунд «Виксинт ПК68»; б - заливка полиуретан; в - заливка нанокомпозита на основе углеродных нанотрубок; кривая 1-Δτ=0,5 мс, 2-Δτ=0,7 мс, 3-Δτ=0,8 мс, 4-Δτ=1,0 мс.

Амплитуды вынужденных колебаний зависят от спектральной плотности кривых ударного возбуждения. С уменьшением спектральной плотности амплитуды вынужденных колебаний уменьшаются. Наибольшую амплитуду имеет колебания, которые соответствуют основному (низшему) типу собственной частоте. Амплитуда вынужденного колебания для основного типа будет зависеть и от длительности ударного ускорения Δτ. Для коротких импульсов (Δτ=0,5 мс - кривая 1) амплитуда колебаний наибольшая, для длинных импульсов (Δτ=1,0 мс - кривая 4) наименьшая.

Собственные частоты колебаний конструкции заливки зависят от упругих свойств материалов, которые используются в заливке (фиг. 3). С увеличением модуля Юнга собственная частота увеличивается, следовательно, будет уменьшаться и амплитуда вынужденного колебания автодина, т.к. спектральная плотность ударного ускорения с увеличением частоты уменьшается (фиг. 3). При малых значениях модуля Юнга и большом коэффициенте поглощения амплитуда колебаний значительная, но колебания быстро затухают. При больших значениях модуля Юнга и малом коэффициенте поглощения амплитуда колебаний небольшая, но колебания в течение более длительного времени воздействуют на радиоэлементы автодина. Перспективной является заливка на основе полиуретана с 5% добавлением углеродных нанотрубок, она имеет большой коэффициент поглощения и значительный модуль Юнга.

Нанокомпозит на основе углеродных нанотрубок для конструкций заливок радиоэлектронных элементов для защиты указанных элементов от ударного импульсного ускорения, отличающийся тем, что нанокомпозит состоит из полиуретана, в который добавлены углеродные нанотрубоки в количестве, обеспечивающем получение нанокомпозита, имеющего плотность 1200 кг/м³, а модуль Юнга - 125 МПа, позволяющие смещать собственные частоты упругих механических колебаний конструкций заливок, для коротких импульсов (Δτ=0,5 мс) амплитуда колебаний наибольшая, для длинных импульсов (Δτ=1,0 мс) амплитуда колебаний наименьшая.