CC BY
95
10-20 °С ниже температуры окончания инверсии фаз. При инверсии фаз и формировании прямой эмульсии все ПАВ находились в жидком состоянии, вязкость системы была низкой, поэтому происходило формирование капель масла нанометрового размера. Дальнейшее охлаждение системы приводило к затвердеванию адсорбционного слоя на поверхности капель масла, что препятствовало их коалесценции. В эмульсиях, стабилизированных ПАВ с более низкой температурой плавления, протекала коалесценция, поэтому размер капель внутренней фазы был более высоким.
УДК 667.6+620.197.6
12 1 2 В.Н. Страполова , Е.В. Юртов , Л.В. Киселева , А.Г Мурадова
1 ОАО «Композит», г. Королев, Московской области, Россия
2 РХТУ им. Д.И. Менделеева, г. Москва, Россия
ОЦЕНКА НАЧАЛЬНЫХ ОПТИЧЕСКИХ КОЭФФИЦИЕНТОВ ЧЕРНЫХ ПИГМЕНТОВ И НАПОЛНИТЕЛЕЙ ДЛЯ ТЕРМОРЕГУЛИРУЮЩИХ ПОКРЫТИЙ КЛАССА «ИСТИННЫЙ ПОГЛОТИТЕЛЬ»
Оценивался начальный коэффициент солнечного излучения а черных пигментов и наполнителей, в т.ч. наночастиц для применения их в составе рецептур высоконаполненных эмалей для терморегулирующих покрытий класса «истинный поглотитель»
Initial solar absorbtance а* of black pigments and fillers, including the nanoparticle applying in high-filled enamels for "true absorber" thermal control coating was estimated
Терморегулирующие покрытия (ТРП) на внешней поверхности космического аппарата предназначаются для поддержания определенного теплового режима объекта за счет установления баланса между энергией, поглощаемой из окружающей среды, а также выделяемой внутренними источниками теплоты, и энергией, излучаемой его поверхностью в окружающую среду. ТРП принято характеризовать двумя основными оптическими параметрами: коэффициент поглощения солнечного излучения as; коэффициент теплового излучения (черноты) 8. По этим параметрам все ТРП делятся на четыре класса:
«солнечный отражатель» (as ^ 0, 8 ^ 1);
«истинный отражатель» (as ^ 0, 8 ^ 0);
«солнечный поглотитель» (as ^ 1, 8 ^ 0);
«истинный поглотитель» (as ^ 1, 8 ^ 1).
ТРП класса «истинный поглотитель» («ИП») в конструкциях космических аппаратов (КА) применяются:
- на поверхности оптических приборов, обеспечивая высокое поглощение излучения Солнца и высокую излучательную способность (приемники излучений, модели абсолютно черного тела (АЧТ);
- для оправ линз, бленд и тубусов оптических приборов (фотоаппараты, телескопы, сканеры земной поверхности);
- на наружных поверхностях радиаторов-нагревателей систем терморегурования КА. Современные разрабатываемые ТРП класса «истинные поглотители» должны
иметь:
- стабильный коэффициент поглощения солнечного излучения as > 0,96;
- стабильный коэффициент теплового излучения 8 > 0,95;
- удельное объемное электрическое сопротивление Pv < 106 Омм.;
- газовыделение по ГОСТ Р 50109-92:
- общая потеря массы покрытия (ОПМ) < 1,0%;
- содержание летучих конденсирующих веществ < 0,1%;
- адгезию покрытия (по ГОСТ 15140, метод решетчатых надрезов 4), не более 2 балла.
Задача создания радиационно-стойких ТРП может решаться использованием новых химических соединений в качестве связующих и пигментов при разработке рецептур эмалей для получения покрытий. Известно, что для обеспечения оптических характеристик ТРП класса «ИП» необходимо использовать пигменты черного цвета, в том числе и наночастицы.
Проведена оценка начальных оптических характеристик черных пигментов и наполнителей, которые могут обеспечить покрытию требуемые начальные оптические характеристики. Образцы для определения коэффициента поглощения солнечного излучения отобранных пигментов представлены в двух видах: спрессованные в таблетки и в насыпном виде на ТРП с известным значением коэффициента поглощения солнечного излучения. Оптические измерения характеристик образцов таблеток пигментов, проводились на спектрофотометре. Коэффициент поглощения солнечного излучения порошков определялся прикладыванием измерительной головки фотометра ФМ-59М.
Значения начальных коэффициентов поглощения солнечного излучения приведены в таблицах 1 и 2.
Табл.1 Результаты измерения коэффициента поглощения солнечного излучения а8 образцов черных пигментов, спрессованных в таблетки
Пигмент в таблетках а5
MoN+пигмент Fe2O3 0,969
SnO+пигмент Fe2O3 0,928
РгбО„ наночастицы 0,856
С03О4 0,958
Fe2Oз 0,985
сажа RuBtyp FW 171 0,993
сажа УМ-76 0,984
черный термостойкий пигмент 0,970
СиСг2О4 Со!оигр!ех 0,944
Требованиям по а.; (> 0,96) удовлетворяет ограниченный набор черных пигментов: сажи, оксид железа Fe2O3 и MoN+пигмент Fe2O3, черный термостойкий пигмент, на верхнем пределе Со304. Остальные образцы имеют начальные оптические характеристики ниже требуемых.
Табл.2 Результаты измерения коэффициента поглощения солнечного излучения а8 образцов черных пигментов и наночастиц в насыпном виде (подложка ТРП АК-512 черное, а8=0,96)
Пигмент в насыпном виде а5
наночастицы Си (40 нм) 0,962
наночастицы № (70 нм) 0,992
наночастицы Си (70 нм) 0,978
наночастицы Fe (70 нм) 0,990
наночастицы Со (70 нм) 0,970
наночастицы оксида железа (25 нм) 0,975
Все образцы пигментов в насыпном виде удовлетворяют требованиям по а.; (>
0,96). Однако при введении пигментов в связующее, значение коэффициента а.; ТРП снижается. Если у пигмента коэффициент поглощения солнечного излучения находиться в диапазоне 0,98 - 0,99, то у ТРП на его основе он составляет 0,95.
Оценено влияние наночастиц оксида железа на изменение а.; сополимера АС. Для изготовления модифицированной композиции получены образцы наночастиц оксида железа в сухом виде.
Введение и перемешивание наночастиц в пленкообразующем проводилось с помощью ультразвукового диспергатора УЗДН-А.
Композиции наносится на образцы из алюминиевого сплава методом пневматического распыления. Температура нанесения и сушки покрытия составляет от 180 до 250С.
Толщина ТРП класса «истинный поглотитель» составляет 80 - 100 мкм, при такой толщине покрытие имеет максимально высокие оптические коэффициенты. На графике 1 представлена зависимость коэффициента поглощения солнечного излучения а.; покрытия модифицированного наночастицами оксида железа сополимера АС от толщины. Введение в раствор менее 0,001 в.ч. наночастиц оксида железа увеличивает а.; покрытия сополимера АС по сравнению с немодифицированным наночастицами сополимером. Введение в композицию наночастиц более чем 0,001 в.ч. не влияет на увеличение а. покрытия.
■ сополимер АС+наночастицы оксида железа
сополимер АС
8 а я
« Я О ® 2 * И Ч t в
О
О * ё В §
■& и
■в- Е
п □ о о § и
0,65
0,6
0,55
0,5
0,45
0,4
0,35
0,3
0,25
0,2
20
40
60
80
100
120
140
толщина покрытия, мкм
0
Рис. 1. Зависимость коэффициента поглощения солнечного излучения а8 сополимера АС модифицированного наночастицами оксида железа и сополимера АС без модификации
Для создания рецептур высоконаполненных эмалей для ТРП «истинный поглотитель» в качестве пигментов выбраны сажа, черный термостойкий пигмент смешанных фазовых оксидов железа, меди, марганца, кобальта (шпинель) и наночастицы оксида железа. В качестве связующего выбран органорастворимый раствор сополимера АС, обладающий высокой радиационной стойкостью.
Библиографический список
1. М.М. Гуревич, Э.Ф. Ицко, М.М. Середенко Оптические свойства лакокрасочных покрытий. С-Пб.: Профессия, 2010. - 220 с.
2. Сборник научных трудов НИИТЭХИМ, Москва, 1986г.
3. В. Фреймаг, Д. Стойе Краски, покрытия и растворители, С-Пб.: Профессия, 2007 - 528 с.
4. Т.В. Калининская, А.С. Дринберг, Э.Ф. Ицко Нанотехнологии. Применение в лакокрасочной промышленности. М.:ООО «Издательство «ЛКМ-Пресс», 2011г. - 184 с.
