Материаловедение

Саморазрушающиеся материалы

К саморазрушающимся материалам относятся такие материалы, которые, выполняя, как правило, защитные функции, способны разрушаться в случае применения в отношении их несанкционированных действий, а также в иных чрезвычайных ситуациях, возникающих в процессе их эксплуатации.

Подобной способностью к саморазрушению обладают живые организмы. В биологии хорошо известно явление аутотомии – самопроизвольного отбрасывания отдельных частей тела, которое наблюдается у животных при резком раздражении.

Материалы для саморазрушающихся наклеек

Саморазрушающиеся наклейки представляют собой особый вид наклеек, которые способны продержаться на приклеенной поверхности довольно продолжительный период, но вместе с тем они разрушаются при любой попытке их снятия или переклеивания. Произошедшие разрушения наклеек являются всегда необратимыми.

Основная функция саморазрушающихся наклеек – защита объектов от попыток несанкционированного доступа (рис. 1).

Саморазрушающиеся защитные наклейки

Рис. 1. Саморазрушающиеся защитные наклейки

Такие наклейки устанавливаются на корпусах различной техники для предотвращения доступа к внутренним частям; на откалиброванных и настроенных измерительных приборах; на входных дверях, сейфах, холодильных витринах на предприятиях общественного питания в качестве пломбирующего материала; на избирательных урнах во время проведения выборов; на конфиденциальных документах, выкниги); на имуществе, подлежащем инвентаризации; на вещах для ограничения к ним доступа, например, при таможенном контроле; на медицинских аптечках, огнетушителях и т.д. В последние годы они все чаще используются для обеспечения надежной защиты продукции наиболее успешных товарных брендов от несанкционированного воспроизведения или фальсификации путем имитации.

Разновидностью саморазрушающихся наклеек являются саморазрушающиеся этикетки – ярлыки с фабричным или торговым знаком, либо надписью, прикрепляемые к товару или к его упаковке. Такие этикетки выполняют функции идентификации (маркировка объекта определенным кодом или символом и обнаружение данного кода или символа) и паспортизации (фиксирование разнообразной информации, представляющейся полезной для успешного продвижения товара в товаропроводящих сетях: дата изготовления товара; номер смены, изготовившей товар; номер технологической линии, на которой изготовлен товар; срок хранения товара; категория опасности товара; дата последней инвентаризации товара и т.д.).

Наклейки, включая этикетки, обычно изготавливают из самоклеящегося материала, который имеет структуру сэндвича и состоит, как минимум, из трех компонентов: поверхностного слоя (бумага, пленка, фольга), подслоя (клей на акриловой или каучуковой основе) и отделяемой основы (силиконизированная бумага, защищающая клеевой подслой до момента наклеивания материала на поверхность).

Для обеспечения саморазрушающейся способности наклеек поверхностный слой делают тонким и хрупким, подслой же, наоборот, является толстым, его выполняют из сильного клея. Снять такую наклейку с одного объекта и переклеить на другой практически невозможно, поскольку она при снятии разрушается. При этом поверхностный тонкий слой рвется при любой попытке отклеивания, в то время как клеевой подслой остается на объекте, так что при любой попытке отклеивания, внешний вид наклейки изменяется. Возможен также вариант выполнения наклейки со специальным скрытым изображением. При этом на наклейке, помещенной на поверхность объекта, скрытое изображение практически не видно, но при снятии наклейки с объекта изображение проявляется.

Материалы для саморазрушающихся дисковых носителей информации

В связи с развитием информационных технологий широкое распространение получили цифровые многоцелевые диски типа DVD. Обычно такие диски изготавливают на основе поликарбоната, на который наносится специальный слой, служащий для хранения информации. Для считывания информации используется лазерный луч, который направляется на специальный слой и отражается от него. При отражении луч модулируется мельчайшими выемками на специальном слое, на основании декодирования этих изменений устройством чтения восстанавливается записанная на диск информация.

Специально для прокатных сервисов разработаны саморазрушающиеся DVD-диски. В неповрежденной упаковке такие диски можно хранить в течение одного года. Однако после вскрытия их можно использовать в течение определенного непродолжительного времени, после чего они самопроизвольно разрушаются и становятся непригодными к использованию.

Саморазрушающиеся DVD-диски изготавливают путем склеивания двух половинок диска особым клеящим составом, при контакте которого с кислородом (то есть, когда диск вынимается из упаковки) начинается необратимая химическая реакция, в результате которой через определенное время (например, двое суток) рабочий слой становится мутным, и лазер больше не может считывать записанную на диск информацию. Предполагается, что диски после их самоуничтожения покупатели будут сдавать в пункты переработки пластика.

Материалы для саморазрушающихся крепежных деталей

В отдельных случаях, при необходимости, крепежные детали различных устройств могут изготавливаться из материалов, которые способны разрушаться под воздействием определенных внешних факторов и тем самым выводить скрепляемые ими элементы конструкции из фиксированных положений. Так, первые космические станции серии «Венера», запускавшиеся в СССР в 1960-е годы, создавались в расчете на посадку как на твердую, так и на жидкую поверхности, в связи с чем в них предусматривалась плавучая радиоантенна, закрепляемая в нише на корпусе станции с помощью «сахарного замка». В случае посадки в жидкость этот затвердевший сахарный сироп должен был раствориться и высвободить антенну, чтобы она всплыла на поверхность и уже оттуда транслировала радиосигналы со станции на 3емлю.

Абляционные материалы

Абляционными материалами называются такие теплозащитные материалы, действие которых основано на абляции – сложном энергоемком процессе уноса вещества с поверхности твердого тела высокотемпературным скоростным газовым потоком, обтекающим эту поверхность.

Абляционные материалы

Абляция происходит при комбинированном протекании различных процессов (коррозии, плавлении, сублимации, эрозии) в условиях значительных (до сотен градусов на 1 мм) градиентов температур. Скорость уноса материала и пороговые значения тепловых потоков, при которых начинается абляция, зависят от состава, структуры и теплофизических свойств материала.

Абляционные материалы наносят на поверхность ракет, космических аппаратов и камер сгорания ракетных двигателей для обеспечения нормального температурного режима их работы при воздействии интенсивных тепловых потоков. Так, температура космического корабля при входе в плотные слои атмосферы достигает нескольких тысяч градусов, абляционная защита в таких условиях постепенно сгорает, разрушается и уносится потоком, отводя тем самым тепло от корпуса аппарата. Абляционная теплозащита применяется в конструкции практически всех спускаемых космических аппаратов с первых лет развития космонавтики и по сей день. Альтернативой абляционной теплозащите является применение теплозащитных плиток (в космических кораблях многоразового использования типа «Шаттл», «Буран»).

В качестве абляционных материалов обычно применяются композиционные материалы с тугоплавким каркасом и связкой, способной переходить в неконденсированное состояние за счет плавления или сублимации, а также материалы, компоненты которых вступают в химические реакции со значительными эндотермическими эффектами. Абляционные материалы создаются на основе металлических композиций, керамики, полимеров и стекол с различными связками и наполнителями.

Основным эксплуатационным свойством абляционных материалов является абляционная стойкость, которая определяется количеством тепла, затрачиваемого на унос единицы массы абляционных материалов с поверхности защищаемого материала. Абляционную стойкость увеличивают за счет подбора соответствующих компонентов и создания специальных структур материала.

Различают следующие виды абляционных материалов: разлагающиеся (политетрафторэтилен, полиэтилен и др.), сублимирующиеся (например, графит при температурах около 3800 °С, давлениях до 10 МПа и отсутствии окисляющего агента), плавящиеся (кварц, пенокерамика и др.). Наиболее распространены армированные органические и кремнийорганические материалы, абляция которых характеризуется совокупностью нескольких одновременно протекающих процессов. В начальный момент на поверхности образуется пленка расплава и начинается нагрев нижележащих слоев, возникает зона абляции, т.е. плавления и пиролиза с образованием твердого, обычно пористого углеродного остатка. Со временем эта зона смещается в сторону защищаемой поверхности, толщина слоя неизменного абляционного материала уменьшается, а температура возрастает. После окончания воздействия высокотемпературного газового потока зона абляции может достигнуть защищаемой поверхности, что допустимо лишь по истечении расчетного времени работы изделия.

Абляционные материалы могут быть твердыми (на основе термореактивных синтетических смол) и эластичными (на основе каучуков). Армирование материалов волокнистыми наполнителями существенно улучшает их абляционные свойства (линейную скорость уноса массы, время достижения определённой температуры на обратной стороне образца).

Эластичные абляционные материалы используют в основном для защиты камер сгорания крупногабаритных ракетных двигателей, для внешней теплозащиты гиперзвуковых самолетов, ракет и космических аппаратов, входящих в атмосферу Земли или других планет. Их эластичность, характеризуемая, например, относительным удлинением при разрыве, может составлять 200 % и более.

Низкую плотность абляционных материалов (до 0,16 г/см3) обеспечивают введением пенообразователей или полых стеклянных, фенольных или других микросфер.

 

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *