Ushbu tadqiqot silikon kauchuklarda past haroratdagi egiluvchanlik bilan yuqori haroratdagi barqarorlik o‘rtasidagi uzoq davom etuvchi molekulyar ziddiyatni yengish maqsadida fenilen ko‘prikli va etil yon guruhli yangi polisiloksanlarni ishlab chiqdi. Tadqiqotchilar zanjir asosiga kiritilgan qattiq fenilen birliklari yordamida yuqori haroratdagi parchalanishni bostirish, metil va etil yon guruhlari yordamida esa zanjir harakatchanligini saqlab qolishni ko‘zlagan. Sintezlangan polimerlar; tutunli silika va ichi bo‘sh shisha mikrosferalar bilan birlashtirilib, 3,5 mm qalinlikdagi qoplamalarga aylantirilgan va −196 °C suyuq azot bilan oldindan ishlov berilgandan keyin 1150 °C ga yetadigan plazma yoyli shamol tunneli sharoitida sinovdan o‘tkazilgan.

Eng muvozanatli tarkib sifatida ajralib turgan EMEQ-10 qoplama 0,628 g/cm³ zichlik, 3,38 MPa tortish mustahkamligi va 64,44 foiz uzilishdagi cho‘zilishni ko‘rsatgan. Kriogen oldindan ishlovdan keyingi yuqori harorat sinovida qoplamaning orqa yuzasi harorati 42 °C, o‘rtacha massa ablatsiya tezligi esa 0,027 g/s deb o‘lchangan. Sirt va kesim tahlillari yuqori haroratda ichi bo‘sh shisha mikrosferalar bilan fenilen tutuvchi polimer qoldiqlari birlashib, zich, uzluksizligi yuqori va tadqiqotchilar “tanga tangachalari zirhi singari” deb ta’riflagan keramikalashgan himoya qatlamini hosil qilganini ko‘rsatadi.

Biroq tadqiqot materialning −196 °C dan 1150 °C gacha uzluksiz va uzoq muddat xizmat qila olishini isbotlamaydi. Tajriba 15 daqiqalik suyuq azot bilan oldindan ishlov berishni taxminan 32 soniyalik bosqichma-bosqich plazma isitish bilan birlashtirgan laboratoriya miqyosidagi sikldir. Haqiqiy parvoz, uzoq muddatli termal sikllar, tebranish, namlik, radiatsiya, atomar kislorod, charchash va yirik miqyosli ishlab chiqarish sharoitlari baholanmagan. Bundan tashqari, ish preprint bo‘lib, hali peer review’dan o‘tmagan.

Tadqiqotning asosiy savoli nima?

Tadqiqotning asosiy savoli — silikon asosli qoplamani suyuq azot haroratida yorilmaydigan darajada egiluvchan va ayni paytda 1150 °C darajasidagi kuchli issiqlik oqimida himoya qiluvchi qoldiq hosil qiladigan darajada barqaror qilib loyihalash mumkinmi.

An’anaviy silikon kauchuklarning asosiy zanjirida kremniy va kislorod atomlari navbatma-navbat joylashadi. Si–O–Si skeleti aylanish energiyasi to‘sig‘i past bo‘lgani uchun zanjirlar past haroratda ham ma’lum darajada harakatlana oladi. Bu xususiyat silikonlarga egiluvchanlik beradi, ammo yuqori haroratda ayni zanjirning o‘z ustiga bukilib, halqasimon kichik molekulalarga aylanishini ham osonlashtirishi mumkin. Tadqiqotchilar bu parchalanish jarayonini “orqaga tishlash” yoki zanjir ichidagi sikllanish deb tushuntiradi.

Yuqori haroratga chidamlilikni oshirish uchun polimer skeletiga aromatik fenilen halqalari qo‘shilishi mumkin. Fenilen birliklari skeletni qattiqlashtiradi, halqasimon uchuvchan oligomerlar hosil bo‘lishini qiyinlashtiradi va karbonlanishga hissa qo‘shadi. Biroq ortiqcha qattiqlik zanjir harakatchanligini kamaytirib, shishalanish haroratini oshirishi va materialni kriogen haroratlarda mo‘rtlashtirishi mumkin.

Tadqiqotning o‘ziga xos yondashuvi ushbu ikki xususiyatni yagona molekulyar arxitekturada birlashtirishdir:

• Qattiq asosiy zanjir birliklari: Fenilen ko‘priklari yuqori harorat barqarorligi va karbonlanishni qo‘llab-quvvatlaydi.
• Egiluvchan asosiy zanjir birliklari: Siloksan segmentlari polimer zanjirining harakatchanligini saqlaydi.
• Egiluvchan yon zanjirlar: Metil va ayniqsa etil guruhlari zanjirlar o‘rtasidagi muntazam joylashishni buzib, past haroratdagi egiluvchanlikni oshiradi.

Nega an’anaviy silikonlarning harorat oralig‘i cheklangan?

Tadqiqotchilar an’anaviy silikon kauchuklarning odatiy foydalanish oralig‘ini taxminan −55 °C dan 300 °C gacha deb ta’riflaydi. Pastki chegarada kristallanish va zanjir harakatchanligining kamayishi; yuqori chegarada esa skelet sikllanishi, uchuvchan siloksanlar hosil bo‘lishi, oksidlanish va sirt yo‘qotilishi ta’sir ko‘rsatishi mumkin.

1-rasmda uch molekulyar yondashuv taqqoslangan. Egiluvchan asosiy zanjir va egiluvchan yon guruhlar birga ishlatilgan tuzilma past haroratda harakatchan, biroq yuqori haroratda oson parchalanishi mumkin. Egiluvchan asosiy zanjirga qattiq fenil yon guruhlari qo‘shilgan tuzilma termal barqarorlikni oshirishi mumkin, ammo past haroratda mo‘rtlashishi mumkin. Tadqiqotchilar dizaynida esa fenilen birliklari asosiy zanjir ichiga joylashtirilgan, metil va etil guruhlari yon zanjirlarda qoldirilgan.

“Etil ta’siri” nimani anglatadi?

Tadqiqotda “etil ta’siri” etil yon guruhlarining polimer zanjirlari orasida ko‘proq sterik bo‘shliq hosil qilishi va zanjirlarning muntazam tarzda qadoqlanishini qiyinlashtirishi sifatida izohlanadi. Etil guruhi metil guruhidan kattaroq hajmga ega. Bu hajm ortishi qo‘shni zanjir segmentlarining bir-biriga yaqinlashishini cheklab, erkin hajm va segment harakatchanligini oshirishi mumkin.

Bu mexanizm ikki natijaga olib kelgan:

1. Polimerning shishalanish harorati pasaygan va kriogen sharoitdagi egiluvchanligi yaxshilangan.
2. Etil guruhlari yuqori haroratda osonroq uzilishi mumkin bo‘lsa-da, bu uzilish zanjir ichidagi sikllanish o‘rniga zanjirlararo ko‘ndalang bog‘lanishni rag‘batlantirib, yanada barqaror karbonlangan tarmoq hosil bo‘lishiga hissa qo‘shgan.

Shu sabab etil guruhi faqat “yanada egiluvchan yon zanjir” vazifasini bajarmagan. U parchalanish vaqtida qaysi kimyoviy yo‘l ustun bo‘lishini ham o‘zgartirgan.

Qaysi polimer seriyalari sintezlangan?

Tadqiqotchilar ikki polisiloksan seriyasini tayyorlagan:

• EMQ-X seriyasi: Fenilen ko‘prikli birliklar va metil siloksan birliklaridan iborat. Fenilen ulushi 5, 10, 15 va 20 mol foiz oralig‘ida o‘zgartirilgan.
• EMEQ-Y seriyasi: Fenilen ulushi 10 mol foiz darajasida doimiy saqlangan, etil tutuvchi siloksan birliklari esa 5, 10, 15 va 20 mol foiz oralig‘ida o‘zgartirilgan.

Batafsil taqqoslashlarda EMQ-10 va EMEQ-10 namunalari ishlatilgan. EMQ-10 taxminan 10 mol foiz fenilen tutuvchi, etil yon guruhisiz fenilen ko‘prikli polisiloksandir. EMEQ-10 esa taxminan 10 mol foiz fenilen va 10 mol foiz etil tutuvchi uch komponentli tuzilmadir. Qolgan egiluvchan segmentlar asosan metil siloksan birliklaridan iborat.

Polimerlar qanday sintezlangan?

Sintezda quyidagi boshlang‘ich moddalardan foydalanilgan:

• 1,4-bis(dimetilgidroksisilil)benzol: Fenilen ko‘prikli qattiq birlikni ta’minlagan.
• Geksaetilsiklotrisiloksan: Etil yon guruhli siloksan birliklarini ta’minlagan.
• Oktametilsiklotetrasiloksan: Metil yon guruhli egiluvchan siloksan birliklarini ta’minlagan.
• Gidroksil uchli polidimetilsiloksan: Zanjir uzunligini cheklovchi yakunlovchi modda sifatida ishlatilgan.
• Metilsilanolat: Anion halqa ochilish polimerizatsiyasini boshlovchi komponent sifatida ishlatilgan.

EMEQ-10 uchun berilgan bir idishli usulda metil siloksan, etil siloksan va fenilen tutuvchi komponentlar taxminan 0,8:0,1:0,1 nisbatida ishlatilgan. Aralashma mexanik ravishda 250 dev/min tezlikda aralashtirilgan, 110 °C da 5 daqiqa suvsizlantirilgan va atmosfera bosimida 3,5 soat polimerlashtirilgan. So‘ng harorat 180 °C gacha oshirilib, jarayon 1 soat davom ettirilgan. Yakuniy bosqichda tizim −0,10 MPa vakuum ostida 30 daqiqa ushlab turilgan; qoldiq tashabbuskor va reaksiyaga kirishmagan monomerlar chiqarib tashlangan.

Ushbu jarayon natijasida 143,3 gramm shaffof va qovushqoq EMEQ-10 olingan, hosildorlik 85,6 foiz deb berilgan. Son bo‘yicha o‘rtacha molekulyar massa 106.600 g/mol, polidisperslik indeksi 2,31 deb o‘lchangan.

Qoplama qanday tayyorlangan?

Sintezlangan polisiloksan tutunli silika, ichi bo‘sh shisha mikrosferalar va mos miqdordagi n-geksan bilan aralashtirilgan. Tutunli silika mexanik mustahkamlash va reologiyani boshqarish uchun, ichi bo‘sh shisha mikrosferalar esa past zichlik va past issiqlik o‘tkazuvchanligi uchun qo‘shilgan.

Qoplamaning xona haroratida qotishi uchun tetraetil ortosilikat va dibutiltin dilaurat ishlatilgan. Aralashma jilvirlab tayyorlangan alyuminiy qotishma yuzasiga surtilgan va xona haroratida 7 kun davomida qotirilgan. Asosiy termal himoya tajribalarida qoplama qalinligi 3,5 mm sifatida tanlangan.

Molekulyar tuzilma haqiqatan hosil bo‘lganmi?

Yadro magnit rezonansi tahlillari maqsad qilingan fenilen, metil va etil guruhlarining polimer tuzilmasiga kirganini qo‘llab-quvvatlagan. EMQ-10 namunasida taxminan 7,57 ppm dagi proton signali fenilen halqasidagi protonlarga bog‘langan.

EMEQ-10 namunasida ularga qo‘shimcha ravishda etil guruhiga oid signallar kuzatilgan:

• Taxminan 0,54-0,48 ppm oralig‘i: Si–CH₂–CH₃ tuzilmasidagi metilen protonlari.
• Taxminan 0,97-0,94 ppm oralig‘i: Etil guruhidagi metil protonlari.
• Uglerod NMR spektrida taxminan 6,78-6,64 va 7,67-7,32 ppm oralig‘i: Etil guruhining uglerod signallari.

Kremniy-29 NMR tahlilida fenil guruhiga bevosita bog‘langan kremniy atomlari taxminan −1,32 ppm da; fenilen guruhiga yaqin va undan uzoqroq kremniy markazlari esa taxminan −19,5 va −20,88 ppm da signal bergan. EMEQ-10 dagi qo‘shimcha signallar etil yon guruhlarini tashuvchi kremniy markazlari bilan bog‘langan.

FT-IR spektrlari EMQ-10 va EMEQ-10 uchun katta darajada o‘xshash ko‘ringan. Etil guruhining o‘ziga xos tebranishlari kuchli Si–CH₃ polosalari bilan ustma-ust tushgani sabab alohida va aniq tarzda ajratib bo‘lmagan. Shu sabab kimyoviy tuzilmani tasdiqlash faqat FT-IR ga emas, proton, uglerod va kremniy NMR natijalarining birgalikdagi bahosiga asoslangan.

Etil guruhi molekulyar massa va qovushqoqlikka qanday ta’sir qilgan?

EMQ-10 ning son bo‘yicha o‘rtacha molekulyar massasi 90.400 g/mol, EMEQ-10 niki esa 106.600 g/mol deb o‘lchangan. EMEQ-10 qovushqoqligi 14,57 Pa·s, EMQ-10 qovushqoqligi 7,35 Pa·s bo‘lgan. EMEQ-10 taxminan ikki baravar yuqori qovushqoqlik ko‘rsatgan.

Bu farqni faqat etil guruhining mavjudligiga bog‘lab bo‘lmaydi; molekulyar massaning oshishi ham qovushqoqlikni oshiradi. Tadqiqot taqqoslashiga ko‘ra, etil modifikatsiyasi bilan birga yuqoriroq molekulyar massali va qovushqoqroq polimer olingan.

Fenilen ulushi past harorat xatti-harakatini qanday o‘zgartirgan?

EMQ-X seriyasida fenilen ulushi oshgani sari shishalanish harorati −118,10 °C dan −96,92 °C gacha ko‘tarilgan. Shishalanish haroratining oshishi polimer segmentlari harakati yuqoriroq haroratning o‘zida cheklana boshlashini bildiradi. Boshqacha aytganda, fenilen miqdorini oshirish yuqori harorat barqarorligini qo‘llab-quvvatlagan, ammo past harorat egiluvchanligini kamaytirgan.

Bu natija tadqiqot boshida ta’riflangan silikon dilemmasini bevosita tasdiqlaydi: qattiqroq skelet issiqqa chidamlilikni oshirgan, biroq kriogen egiluvchanlikni susaytirgan.

Etil ulushi past harorat xatti-harakatini qanday o‘zgartirgan?

Fenilen ulushi 10 mol foiz darajasida doimiy saqlangan EMEQ-Y seriyasida etil ulushi oshgani sari shishalanish harorati −110,05 °C dan −114,78 °C gacha pasaygan. Pastroq shishalanish harorati zanjir harakatchanligini yanada past haroratlarga qadar saqlash mumkinligini ko‘rsatadi.

Tadqiqotchilar bu pasayishni etil guruhlarining qo‘shni zanjirlarni bir-biridan uzoqlashtirishi, erkin hajmni oshirishi va muntazam kristall sohalar hosil bo‘lishiga to‘sqinlik qilishi bilan tushuntiradi. Bu mexanizm molekulyar harakatni bevosita tasvirlashga emas, DSC tendensiyalari va molekulyar tuzilma asosidagi talqinga tayangan.

Fenilen yuqori harorat barqarorligiga qanday ta’sir qilgan?

EMQ-X seriyasida fenilen ulushi oshgani sari 5 foiz massa yo‘qotish sodir bo‘ladigan harorat 441,59 °C dan 480,51 °C gacha ko‘tarilgan. Maksimal parchalanish tezligi kuzatiladigan harorat esa 534,04 °C dan 557,64 °C gacha oshgan.

5 foiz massa yo‘qotish harorati materialning termal parchalanishi qachon sezilarli boshlanishini ko‘rsatuvchi mezondir. Maksimal parchalanish harorati esa massa yo‘qotish eng tez sodir bo‘ladigan nuqtani bildiradi. Har ikkala qiymatning oshishi fenilen birliklari polimer skeletining yemirilishini kechiktirishini qo‘llab-quvvatlaydi.

Etil guruhlari yuqori harorat barqarorligini kamaytirganmi?

Etil ulushi oshgani sari EMEQ-Y seriyasida 5 foiz massa yo‘qotish harorati 457,16 °C dan 432,16 °C gacha, maksimal parchalanish harorati esa 548,16 °C dan 526,69 °C gacha pasaygan. Demak, etil guruhlari past harorat egiluvchanligini oshirgan bo‘lsa-da, dastlabki termal parchalanish haroratlarini biroz kamaytirgan.

Tadqiqotchilar bu tendensiyani Si–C bog‘ energiyalari bilan izohlaydi. Metil guruhli Si–C bog‘ining berilgan bog‘ energiyasi 317,9 kJ/mol, etil guruhli Si–C bog‘iniki esa 276,0 kJ/mol. Pastroq bog‘ energiyasi Si–CH₂–CH₃ bog‘ining osonroq uzilishiga olib kelishi mumkin.

Biroq EMEQ-10 ayni fenilen ulushiga ega EMQ-10 ga qaraganda ko‘proq uglerodli qoldiq qoldirgan. Shu sabab ertaroq bog‘ uzilishi har doim yomonroq yakuniy himoya degani emas. Etil guruhlarining uzilishi zanjirlararo ko‘ndalang bog‘lanish va karbonlangan tarmoq hosil bo‘lishi uchun yangi reaksiya yo‘llarini ochgan bo‘lishi mumkin.

TG-IR tahlili parchalanish mexanizmi haqida nimani ko‘rsatgan?

Termogravimetrik tahlil bilan infraqizil spektroskopiya birgalikda qo‘llangan TG-IR tajribalarida polimer qizdirilganda chiqadigan gazlarning kimyoviy belgilari kuzatilgan. Taxminan 1026 va 1084 cm⁻¹ polosalari halqasimon siloksan mahsulotlari, 3016 cm⁻¹ polosasi esa metan bilan bog‘langan.

Azot atmosferida EMEQ-10 ning halqasimon siloksanlarga tegishli polosalari EMQ-10 nikidan zaifroq bo‘lgan. Tadqiqotchilar buni hajmli etil guruhlarining zanjirning o‘z ustiga bukilib halqalanishini sterik jihatdan cheklashi bilan izohlaydi.

Etil guruhidagi zaifroq Si–C bog‘larining uzilishi zanjir ichidagi sikllanish o‘rniga zanjirlararo ko‘ndalang bog‘lanishni qo‘llab-quvvatlagan bo‘lishi mumkin. Shu tariqa piroliz vaqtida yanada barqaror va o‘zaro bog‘langan tarmoq hosil bo‘lgan.

Havo atmosferida har ikki polimer uchun uglerod oksidi va karbonat angidridga mos polosalar kuzatilgan. EMEQ-10 da bu signallar kuchliroq. Etil guruhidagi metilen vodorodlarining kisloroddan kelib chiqqan radikallar tomonidan osonroq uzib olinishi etil uglerodlarining CO va CO₂ mahsulotlariga ko‘proq aylanishiga sabab bo‘lgan bo‘lishi mumkin.

Qoplamalarning zichligi va mexanik xossalari qanday?

Tutunli silika va ichi bo‘sh shisha mikrosferalar tutuvchi qoplamalarning zichligi 0,628-0,675 g/cm³ oralig‘ida o‘lchangan. Eng past zichlik 0,628 g/cm³ bilan EMEQ-10 asosidagi optimal tarkib uchun berilgan.

EMQ-10 qoplamaning tortish mustahkamligi 2,51 MPa, EMEQ-10 qoplamaniki esa 3,38 MPa bo‘lgan. EMEQ-10 dagi o‘sish 34,66 foiz. Uzilishdagi cho‘zilish EMQ-10 uchun 61,70 foiz, EMEQ-10 uchun 64,44 foiz deb o‘lchangan.

Bu qiymatlar etil modifikatsiyasi faqat past haroratdagi harakatchanlikni emas, tayyorlangan kompozit qoplamaning tortish mustahkamligini ham oshirganini ko‘rsatadi. Biroq molekulyar massa, ko‘ndalang bog‘lanish zichligi, to‘ldirgich taqsimoti va qotish darajasi ham mexanik natijalarga hissa qo‘shgan bo‘lishi mumkin.

Issiqlik o‘tkazuvchanligi natijalari qanday?

250 °C da o‘tkazilgan yuqori haroratli issiqlik o‘tkazuvchanligi sinovida quyidagi qiymatlar berilgan:

Asosiy matndagi 6d-rasmda esa PMQ-10, EMQ-10 va EMEQ-10 uchun mos ravishda 0,146, 0,152 va 0,143 W/(m·K) qiymatlari ko‘rsatilgan. Tadqiqot 250 °C da berilgan 0,126, 0,119 va 0,116 W/(m·K) qiymatlari bilan 6d-rasmdagi ikkinchi qiymatlar to‘plami orasidagi sinov sharoiti farqini aniq tushuntirmaydi. Shu sabab ikki natija to‘plamini indamay birlashtirmaslik, ular tafsiloti ko‘rsatilmagan turli sinov sharoitlariga tegishli bo‘lishi mumkinligini hisobga olish kerak.

Plazma yoyli shamol tunneli tajribasi qanday o‘tkazilgan?

Qoplamalarning yuqori issiqlik oqimidagi xatti-harakati plazma yoyli mikro shamol tunnelida sinovdan o‘tkazilgan. Tajribaning berilgan maksimal issiqlik oqimi 0,45 MW/m², maksimal solishtirma entalpiyasi esa 2,60 MJ/kg.

Bosqichli isitish dasturi quyidagicha:

1. Boshlang‘ich harorat 250 °C.
2. Dastlabki 10 soniya ichida 550 °C gacha ko‘tarilish.
3. Keyingi 12 soniyada 1150 °C gacha ko‘tarilish.
4. 1150 °C da 10 soniya ushlab turish.

Jami yuqori harorat ta’siri taxminan 32 soniya davom etgan. Bu tajriba qisqa muddatli va kuchli aerotermal yukni ifodalaydi; soatlar yoki kunlar davom etadigan uzluksiz foydalanish sinovi emas.

PMQ-10 nazorat qoplamasi qanday xatti-harakat ko‘rsatgan?

Yon zanjirida fenil mavjud bo‘lgan tijoriy PMQ-10 qoplama 22-soniyada harorat 1150 °C ga yetganda uzluksiz ablatsiya ko‘rsatgan. Sirtda hosil bo‘lgan uglerodli qatlam katta miqyosda parchalanib, qoplamadan ajralgan.

PMQ-10 ning fenil guruhlari egiluvchan siloksan skeletiga yon zanjir sifatida bog‘langan. Tadqiqotchilarga ko‘ra, bu tuzilma yuqori haroratda uzluksiz va mexanik jihatdan mustahkam mikrokristall sohalar hosil qila olmagan; g‘ovak, mo‘rt va notekis qoldiq qoldirgan.

EMQ-10 va EMEQ-10 nega boshqacha xatti-harakat ko‘rsatgan?

Fenilen birliklari bevosita asosiy zanjirga kiritilgan EMQ-10 va EMEQ-10 qoplamalarda shamol tunneli sinovidan keyin yoriqlar bilan ajralgan, biroq o‘zaro bog‘langan sirt tangachalari hosil bo‘lgan. Tadqiqotchilar bu ko‘rinishni timsoh terisiga o‘xshatib, “tanga zirhi singari keramika qatlami” deb atagan.

Bu tuzilmaning hosil bo‘lishi ikki bir vaqtdagi jarayon bilan izohlanadi:

• Ichki hududlarda polimer parchalanayotganda gaz ajralib chiqib, g‘ovak piroliz qatlami hosil bo‘lgan.
• Sirtda fenilen tutuvchi qoldiqlar, tutunli silika va erigan shisha mikrosferalar oksidlanib, zich keramika tangachalariga aylangan.

Tangachalar orasidagi chegaralar qoplamaning bir butun va to‘liq qattiq keramika singari sinishi o‘rniga termal kuchlanishni chetlarga taqsimlashiga yordam bergan bo‘lishi mumkin. Tadqiqot bu mexanizmni morfologiya va kimyoviy tahlillar bilan qo‘llab-quvvatlaydi; biroq kuchlanish taqsimoti bevosita o‘lchanmagan.

Shamol tunnelidagi sonli natijalar qanday?

Kriogen oldindan ishlovsiz shamol tunneli sinovida eng past massa ablatsiya tezligi EMEQ-10 da emas, 0,023 g/s bilan EMQ-10 da o‘lchangan. EMEQ-10 esa pastroq orqa yuz harorati va 6d-rasmda pastroq issiqlik o‘tkazuvchanligi ko‘rsatgan. Demak, “eng yaxshi” natija qaysi mezon ishlatilishiga qarab o‘zgaradi.

Qoplama kesimida qaysi qatlamlar hosil bo‘lgan?

SEM kesim tasvirlari issiqlik oqimiga duchor bo‘lgan qoplamada sirtdan taglikka qarab uch hudud hosil bo‘lganini ko‘rsatgan:

1. Keramika qatlami: Bevosita plazmaga qaragan eng tashqi hudud. Ichi bo‘sh shisha mikrosferalar erigan, polimer qoldiqlari bilan birlashgan va kichikroq g‘ovakli, zich sirt hosil qilgan.
2. Piroliz qatlami: Polimer qisman parchalangani, mikrosferalarning bir qismi erigan yoki yorilgani kuzatilgan oraliq hudud. Parchalanish gazlari chiqishi tufayli g‘ovak.
3. Buzilmagan qatlam: Taglikka yaqin, harorat oshishi cheklanganroq bo‘lgan hudud. Shisha mikrosferalar katta darajada butun holda va matritsa ichida tarqalgan.

Buzilmagan qatlamdagi mikrosferalarning ko‘pi taxminan 20-50 mikrometr o‘lchamda. Sirtga yaqinlashgan sari mikrosferalarning erishi va birikishi oshgan. Bu morfologik o‘zgarish qoplama qalinligi bo‘ylab kuchli harorat gradienti mavjudligini ko‘rsatadi.

Nega g‘ovak ichki qatlam foydali bo‘lishi mumkin?

Piroliz vaqtida ajralib chiqqan gazlar ichki hududda g‘ovak tuzilma hosil qilgan. Gaz bilan to‘lgan bo‘shliqlar qattiq materialga qaraganda pastroq issiqlik o‘tkazuvchanligiga ega bo‘lgani uchun bu hudud issiqlikning taglikka yetib borishini sekinlashtirishi mumkin.

Biroq g‘ovaklik har doim ham foydali emas. Sirt qatlami haddan tashqari g‘ovak va bo‘sh bo‘lsa, plazma oqimi tomonidan oson yemirilishi mumkin. Tadqiqot taklif qilgan tuzilma ichkarida issiqlikni izolyatsiya qiluvchi g‘ovaklik va tashqarida zich, eroziyaga chidamli keramikalashuvning birga mavjud bo‘lishiga asoslangan.

XPS tahlili sirt kimyosi haqida nimani ko‘rsatgan?

Rentgen fotoelektron spektroskopiyasi ablatsiyadan keyingi sirtdagi uglerod, kislorod va kremniy bog‘larini tekshirish uchun ishlatilgan. EMQ-10 va EMEQ-10 yuzalaridagi uglerod ulushi PMQ-10 nikidan yuqori topilgan.

Tadqiqotchilar bu farqni asosiy zanjirdagi fenilen birliklarining yuqori haroratda vodorod yo‘qotib, aromatik uglerod klasterlariga aylanishi bilan tushuntiradi. Fenilen guruhlari siloksan skeletining uchuvchan halqasimon oligomerlarga parchalanishini cheklagan va uglerodli skelet saqlanishiga yordam bergan.

Har uch qoplamaning uglerod spektrida C–Si bog‘lari ustun, kichikroq C–O hissalari ham mavjud. C=O bog‘i faqat EMEQ-10 da aniqlangan va ablatsiya vaqtida to‘liq bo‘lmagan yonish bilan bog‘langan.

Kislorod va kremniy spektrlari sirt qoldig‘idagi asosiy noorganik komponent SiO₂ ekanini ko‘rsatgan. PMQ-10 ning Si–O bog‘i ulushi EMQ-10 va EMEQ-10 nikidan past deb berilgan. Tadqiqotchilar buni PMQ-10 ning ko‘proq sikllanishi, uchuvchan oligomer hosil qilishi va keyin bo‘sh silika sifatida cho‘kishi bilan izohlaydi.

“Tanga zirhi” mexanizmi qanday hosil bo‘ladi?

Tadqiqot taklif qilgan mexanizm quyidagi ketma-ketlikda kechadi:

1. Yuqori issiqlik oqimi polimer sirtida Si–C bog‘larining uzilishi, oksidlanish va pirolizni boshlaydi.
2. Fenilen birliklari vodorod yo‘qotib, aromatik va uglerodga boy mikrokristall hududlarni hosil qiladi.
3. Tutunli silika va erigan shisha mikrosferalar ushbu uglerodli skelet atrofida birlashadi.
4. Sirtda kremniy va kislorodga boy qattiq keramika tangachalari hosil bo‘ladi.
5. Tangachalar orasidagi tor chegaralar qoplamadagi termal kengayish va qisqarish kuchlanishlarini bitta katta yoriq o‘rniga ko‘plab kichik chegaralar bo‘ylab taqsimlashga yordam beradi.
6. Pastdagi g‘ovak piroliz qatlami issiqlik o‘tishini cheklaydi; buzilmagan pastki qatlam esa alyuminiy sirt bilan bog‘lanishni saqlaydi.

Bu mexanizm SEM, element taqsimoti, XPS va ablatsiya morfologiyasi bilan mos keladi. Biroq mikrokristall sohalarning kristall tuzilmasi batafsil difraksion tahlil bilan bevosita ko‘rsatilmagan; “aromatik klaster” va kuchlanish taqsimoti izohlari tadqiqotchilarning tajribalardan kelib chiqqan mexanizm talqinidir.

Kriogen oldindan ishlov qanday qo‘llangan?

Qoplamalar taxminan −196 °C da suyuq azot ichida 15 daqiqa ushlab turilgan, so‘ng xona haroratiga keltirilgan va ayni plazma yoyli shamol tunneli dasturida 1150 °C gacha qizdirilgan.

Suyuq azotdan keyin hech bir qoplamada yalang‘och ko‘z bilan ko‘rinadigan aniq yoriq yoki taglikdan ajralish kuzatilmagan. Biroq keyingi shamol tunneli sinovi makroskopik jihatdan butun ko‘ringan qoplamalarning ichki tuzilishida muhim farqlar yuzaga kelganini ko‘rsatgan.

Kriogen sikldan keyin PMQ-10 qanday xatti-harakat ko‘rsatgan?

PMQ-10 suyuq azot oldindan ishlovidan keyingi plazma sinovida og‘ir ablatsiya zarari ko‘rsatgan. Orqa yuz harorati 52 °C, o‘rtacha massa ablatsiya tezligi 0,108 g/s bo‘lgan.

Bu natija PMQ-10 nafaqat yuqori haroratda, balki avval kriogen qisqarish, keyin tez isitishga duch kelganda ham barqaror sirt qatlamini saqlay olmaganini ko‘rsatadi.

Kriogen sikldan keyin EMQ-10 qanday xatti-harakat ko‘rsatgan?

EMQ-10 ning kriogen oldindan ishlovsiz massa ablatsiya tezligi 0,023 g/s bo‘lgan bo‘lsa, kriogen ishlovdan keyin 0,045 g/s gacha ko‘tarilgan. Orqa yuz harorati 50 °C bo‘lgan.

Dastlab yalang‘och ko‘z bilan aniq yoriq ko‘rinmagan bo‘lsa-da, tadqiqotchilar fenilen ko‘prikli, ammo etil tutmaydigan tuzilmada mikroskopik ichki yoriqlar rivojlangan bo‘lishi mumkinligini taxmin qilgan. Yuqori haroratda bu yoriqlar sirt keramika qatlamining o‘z vaqtida va uzluksiz hosil bo‘lishiga to‘sqinlik qilgani, keyin esa qatlamning parchalanib ajralishiga olib kelgani o‘ylanadi.

Ichki mikro yoriqlar bu bo‘limda bevosita tasvirlanmagan. Shu sabab mikro yoriq izohi kuzatilgan ishlash pasayishini tushuntirish uchun taklif qilingan mexanizmdir.

Kriogen sikldan keyin EMEQ-10 qanday xatti-harakat ko‘rsatgan?

EMEQ-10 −196 °C oldindan ishlovdan keyingi yuqori harorat sinovida aniq ablatsiya belgisi ko‘rsatmagan. Orqa yuz harorati 42 °C, o‘rtacha massa ablatsiya tezligi 0,027 g/s deb o‘lchangan.

Kriogen ishlovsiz EMEQ-10 uchun ablatsiya tezligi 0,035 g/s, orqa yuz harorati 43 °C. Kriogen ishlovdan keyin natijalar yomonlashmagani, hatto o‘lchangan massa yo‘qotishining pastroq chiqishi ushbu tarkibning bir martalik siklda past harorat qisqarishiga nisbatan barqarorroq ekanini ko‘rsatadi.

Bu farq tadqiqotchilar tomonidan EMEQ-10 ning yuqoriroq tortish va kesish mustahkamligi bilan bog‘langan. Etil guruhlari ta’minlagan segment harakatchanligi qoplamaning kriogen qisqarishdan kelib chiqqan ichki kuchlanishlarni mikro yoriq hosil qilmasdan qabul qilishiga yordam bergan bo‘lishi mumkin.

Kesish mustahkamligi harorat bilan qanday o‘zgargan?

Har uch qoplamada harorat pasaygani sari o‘lchangan kesish mustahkamligi oshgan. 9d-rasmda berilgan qiymatlar quyidagicha:

Grafik o‘qida qiymatlar “tortish-kesish mustahkamligi” sifatida berilgan, biroq birlik asosiy rasmda aniq o‘qilmaydi. Shu sabab jadvalda raqamlar tadqiqotdagi shakli bilan berilgan, tasdiqlanmagan birlik qo‘shilmagan.

EMEQ-10 barcha haroratlarda eng yuqori yoki eng yuqorilardan biri bo‘lgan mustahkamlikni ko‘rsatgan. Tadqiqotchilar past haroratdagi oshishni zanjir harakatchanligining kamayishi va tartibliroq tuzilish sohalari hosil bo‘lishi bilan bog‘laydi.

Qoplama taglikdan ajralganmi?

Tadqiqotning qo‘shimcha ma’lumotlariga ko‘ra, barcha qoplamalar xona harorati va kriogen sharoitdagi mexanik sinovlarda qoplama–taglik interfeysidan ajralish o‘rniga qoplamaning o‘z tanasi ichida kohezyon sinishini ko‘rsatgan. Bu kuzatuv alyuminiy sirt bilan bog‘lanish qoplamaning ichki mustahkamligidan zaif emasligini ko‘rsatadi.

Biroq yagona laboratoriya tayyorlash usuli bilan olingan ushbu natijalar katta yuzalar, murakkab geometriyalar, tebranish, namlik, ifloslanish yoki ishlab chiqarish toleranslari uchun bevosita yopishish kafolatini bermaydi.

Tadqiqot qo‘llab-quvvatlaydigan natijalar nimalar?

• Fenilen birliklarini polisiloksan asosiy zanjiriga qo‘shish parchalanish boshlanishini va maksimal parchalanish haroratini oshirgan.
• Fenilen ulushining haddan tashqari oshirilishi shishalanish haroratini ko‘tarib, past harorat egiluvchanligini kamaytirgan.
• Etil yon guruhlari shishalanish haroratini pasaytirgan va kriogen sikldan keyingi strukturaviy barqarorlikni yaxshilagan.
• Etil guruhlari dastlabki termal parchalanish haroratini kamaytirgan bo‘lsa-da, zanjir ichidagi sikllanishni bostirib, ko‘proq ko‘ndalang bog‘langan uglerodli qoldiq hosil bo‘lishiga hissa qo‘shgan.
• Fenilen ko‘prikli EMQ-10 va EMEQ-10 qoplamalar yon zanjiri fenilli PMQ-10 ga qaraganda pastroq massa ablatsiya tezligi va pastroq orqa yuz haroratini ko‘rsatgan.
• EMEQ-10 kriogen oldindan ishlovdan keyingi qisqa muddatli plazma sinovida 42 °C orqa yuz harorati va 0,027 g/s massa ablatsiya tezligini ko‘rsatgan.
• Sirtdagi zich keramika qatlami bilan ichki g‘ovak piroliz qatlamining birgalikda mavjud bo‘lishi issiqlik himoyasi va eroziya qarshiligiga hissa qo‘shgan.

Tadqiqot nimani isbotlamaydi?

• Materialning −196 °C bilan 1150 °C oralig‘ida uzluksiz va uzoq muddat ishlay olishini isbotlamaydi.
• 1150 °C dagi chidamlilik faqat taxminan 10 soniyalik ushlab turishni o‘z ichiga olgan qisqa plazma sinoviga asoslangan.
• Haqiqiy kosmik apparat, gipertovushli transport vositasi yoki raketada parvoz tasdiqlashi o‘tkazilmagan.
• Minglab kriogen-issiq sikllardan keyingi charchash umri baholanmagan.
• Atomar kislorod, vakuum, ultrabinafsha nurlanish, radiatsiya, namlik, yomg‘ir, tuz, tebranish va zarba ta’sirlari birgalikda sinovdan o‘tkazilmagan.
• Qoplamaning katta va egri qismlarga qo‘llanishi yoki ommaviy ishlab chiqarishdagi izchilligi ko‘rsatilmagan.
• Tanga zirhi singari qatlamning barcha issiqlik oqimlari va barcha qalinliklarda ayni shaklda hosil bo‘lishi isbotlanmagan.
• EMEQ-10 har bir ishlash mezonida EMQ-10 dan ustun ekanini ko‘rsatmaydi; kriogen oldindan ishlovsiz sinovda EMQ-10 pastroq massa ablatsiya tezligini bergan.
• Patent arizasining mavjudligi materialning texnik yoki tijoriy muvaffaqiyati rasman tasdiqlanganini anglatmaydi.

Turkiya nuqtai nazaridan nega muhim?

Tadqiqotning molekulyar dizayn yondashuvi Turkiyada kosmik va aviatsiya, mudofaa sanoati, raketa dvigateli atrofi, kriogen yoqilg‘i tizimlari, yuqori haroratli quvur va uskuna qoplamalari, yong‘inga chidamli kompozitlar hamda past zichlikdagi izolyatsiya materiallari ustida ishlayotgan tadqiqotchilar uchun bevosita uslubiy ahamiyatga ega.

Ayniqsa, tadqiqot bitta xususiyatni maksimal darajada oshirish o‘rniga bir-biriga zid talablarni molekulyar miqyosda muvozanatlash muhimligini ko‘rsatadi. Fenilen birliklari yuqori haroratda qoldiq hosil qilgan bo‘lsa, etil guruhlari kriogen qisqarishga moslashuvni ta’minlagan. Tutunli silika va shisha mikrosferalar esa polimer kimyosini ko‘p miqyosli kompozit tuzilmaga aylantirgan.

Turkiyada haqiqiy aviatsiya qo‘llanmasiga o‘tish uchun mahalliy formulalarda uzoq muddatli termal sikllar, mexanik tebranish, termal zarba, namlik, vakuum, radiatsiya, oksidlanish, alanga, yopishishning qarishi va masshtablash tajribalari o‘tkazilishi kerak. Bu tadqiqot foydalanishga tayyor mahsulot tasdig‘i emas, balki kuchli material dizayni va laboratoriya tasdiqlash namunasidir.

Tadqiqot usuli va topilmalari

Tadqiqot dizayni

Tadqiqot yangi polimer sintezi, molekulyar tavsiflash, termal tahlil, kompozit qoplama ishlab chiqarish, mexanik sinov, qisqa muddatli plazma yoyli ablatsiya tajribasi, kriogen oldindan ishlov va ablatsiyadan keyingi sirt-kesim tahlillarini birlashtirgan tajribaviy material tadqiqotidir.

Tajriba va nazorat guruhlari

EMEQ-10 sintez parametrlari

Asosiy strukturaviy va mexanik natijalar

Termal tendensiyalar xulosasi

Plazma sinovining asosiy natijalari

Rasmlarning ilmiy xabari

• 1-rasm: Egiluvchan-egiluvchan, egiluvchan-qattiq va qattiq-egiluvchan molekulyar dizaynlarni taqqoslab, tadqiqotning “asosiy zanjir qattiqligi + asosiy zanjir egiluvchanligi + yon zanjir egiluvchanligi” yondashuvini ko‘rsatadi.
• 2-rasm: Halqa ochilish polimerizatsiyasini, EMQ va EMEQ zanjirlari hosil bo‘lishini hamda kompozit qoplamaga aylantirilishini ko‘rsatadi.
• 3-rasm: NMR va FT-IR signallari orqali fenilen, metil va etil birliklarining kimyoviy tuzilmaga qo‘shilganini qo‘llab-quvvatlaydi.
• 4-rasm: Fenilen ortgani sari shishalanish va parchalanish haroratlari ko‘tarilishini; etil ortgani sari shishalanish harorati pasayib, parchalanish boshlanishi ham pastlashishini ko‘rsatadi.
• 5-rasm: EMEQ-10 azot atmosferida kamroq halqasimon siloksan mahsuloti chiqarganini, havo atmosferida esa aniqroq CO va CO₂
• 6-rasm: PMQ-10 plazma ostida uzluksiz yemirilganini, EMQ-10 va EMEQ-10 tanga zirhi singari qatlam hosil qilganini; orqa yuz harorati va ablatsiya tezligidagi farqlarni ko‘rsatadi.
• 7-rasm: Keramika, piroliz va buzilmagan qatlamlarni; mikrosferalarning sirt tomon erib, zich tashqi qatlam hosil qilishini ko‘rsatadi.
• 8-rasm: Ablatsiyadan keyingi sirtda C–Si, C–O, SiO₂ va Si–O bog‘larining taqsimotini taqqoslaydi.
• 9-rasm: −196 °C oldindan ishlovdan keyin PMQ-10 va EMQ-10 dagi ishlash pasayishini, EMEQ-10 ning pastroq orqa yuz harorati va pastroq massa ablatsiya tezligini ko‘rsatadi.

Tadqiqotning kuchli tomonlari

• Molekulyar dizayn, kompozit ishlab chiqarish va yuqori issiqlik oqimi sinovini bitta tajribaviy zanjirda birlashtiradi.
• Past harorat va yuqori harorat ishlashini bitta mezonga qisqartirmaydi.
• Nazorat guruhi sifatida yon zanjiri fenilli tijoriy silikon ishlatadi.
• Fenilen va etil miqdorlarini alohida polimer seriyalarida tizimli ravishda o‘zgartiradi.
• NMR, DSC, TG, TG-IR, SEM va XPS natijalarini umumiy mexanizm doirasida baholaydi.
• Kriogen oldindan ishlov keyingi ablatsiya xatti-harakatini o‘zgartira olishini bevosita taqqoslaydi.
• Massa ablatsiya tezligi, orqa yuz harorati, zichlik va mexanik mustahkamlik kabi amaliyotga aloqador miqdoriy mezonlarni beradi.

Tadqiqotning cheklovlari

• Tadqiqot peer review’dan o‘tmagan preprintdir.
• Tajriba guruhlaridagi takrorlar soni va xato chiziqlari asosiy matndagi barcha o‘lchovlar uchun aniq berilmagan.
• Statistik ahamiyat testlari, p qiymatlari va ishonch oraliqlari berilmagan.
• 1150 °C ta’siri qisqa muddatli bo‘lib, uzoq xizmat muddatini ifodalamaydi.
• Kriogen oldindan ishlov bitta sikl va 15 daqiqalik suyuq azot ta’siridan iborat.
• Haqiqiy parvoz muhiti yoki to‘liq o‘lchamli detal sinovi o‘tkazilmagan.
• EMQ-10 da kriogen ishlovdan keyin hosil bo‘lgani ilgari surilgan mikro yoriqlar bevosita tasvirlanmagan.
• 6d-rasmdagi issiqlik o‘tkazuvchanligi qiymatlari bilan 250 °C uchun matnda berilgan qiymatlar orasidagi sinov sharoiti farqi tushuntirilmagan.
• Tanga zirhi qatlamidagi mikrokristall sohalar batafsil kristall faza tahlili bilan bevosita tasdiqlanmagan.
• Ba’zi mualliflar manfaatlar to‘qnashuvini bildirgan va material bilan bog‘liq patent arizasi berilgan.

Manba va usul eslatmasi

Tadqiqotning to‘liq asl nomi: Synergistic Phenylene/Ethyl Units Breaking the Silicone Dilemma for Aerospace Thermal Protection Spanning from –196 ° to 1150 °C

Mualliflar: Jin-Chen You, Yi Qin, Geng-Qiao Huang, Zhen-Kai Zhang, Yi-Chao Li, Shi-Ping Xiang, Yong Xiao, Hai-Ya Chen va Yi-Yong Huang.

Mualliflar tartibi: Jin-Chen You birinchi, Yi Qin ikkinchi, Geng-Qiao Huang uchinchi, Zhen-Kai Zhang to‘rtinchi, Yi-Chao Li beshinchi, Shi-Ping Xiang oltinchi, Yong Xiao yettinchi, Hai-Ya Chen sakkizinchi va Yi-Yong Huang to‘qqizinchi muallif.

Teng hissa: Jin-Chen You va Yi Qin tadqiqotga teng hissa qo‘shgan.

Mas’ul mualliflar: Shi-Ping Xiang va Yi-Yong Huang.

Muassasalar:

• Department of Chemistry, School of Chemistry, Chemical Engineering and Life Science, Wuhan University of Technology, Wuhan, Xitoy.
• Hubei Provincial Enterprise-University Joint Innovation Center for Aerospace Thermal Protection Materials, Space Focus Co., Ltd., Xiaogan, Xitoy.
• State Key Laboratory of Advanced Technology for Materials Synthesis and Processing, Wuhan University of Technology, Wuhan, Xitoy.

DOI: Ko‘rib chiqilgan SSRN 7199946 versiyasi uchun 10.2139/ssrn.7199946.

Jurnal: Peer-reviewed jurnalda chop etilgani tasdiqlanmagan.

Nashr platformasi: SSRN.

Platforma operatori: Elsevier Inc.

Nashr yili: 2026.

Manba turi: Tajribaviy polimer va qoplama tadqiqoti xususiyatidagi, peer review’dan o‘tmagan preprint.

Rasmiy havola:https://ssrn.com/abstract=7199946

Versiya eslatmasi: SSRN qidiruv natijalarida ayni sarlavha va mualliflar ro‘yxati bilan 6932544 raqamli boshqa yozuv ham mavjud. SSRN 7199946 yozuvi uchun ikki versiya mavjudligini bildiradi. Ushbu yozuvlarning versiya ketma-ketligi va DOI munosabati aniq tushuntirilmaganligi sabab bu matnda yuklangan 7199946 raqamli tadqiqot asos qilib olingan.

Manfaatlar to‘qnashuvi: Jin-Chen You, Yi Qin, Geng-Qiao Huang, Shi-Ping Xiang, Yong Xiao, Hai-Ya Chen va Yi-Yong Huang manfaatlar to‘qnashuvini bildirgan. Tadqiqotda 202511551709.5 raqamli patent arizasi berilgani va ko‘rib chiqish jarayoniga kirgani aytilgan. Zhen-Kai Zhang va Yi-Chao Li manfaatlar to‘qnashuvini bildirmagan.

Ma’lumot holati: Tadqiqotchilar asosiy ma’lumotlar bosh tadqiqot va qo‘shimcha ma’lumotlar ichida mavjudligini bildirgan. Qo‘shimcha materiallarda batafsil usullar, 16 ta qo‘shimcha rasm va 8 ta qo‘shimcha jadval mavjudligi aytiladi; yuklangan asosiy tadqiqot ichida qo‘shimcha fayllarning barchasi mavjud emas.

Ushbu maqola yuklangan tadqiqot matni, molekulyar tuzilmalar, tajriba sharoitlari, grafik qiymatlari, spektroskopik tahlillar, mikroskop tasvirlari va tadqiqotchilarning mexanizm talqinlari asosida tayyorlangan. Tadqiqotda mavjud bo‘lmagan yangi ilmiy natija, parvoz muvaffaqiyati, tijoriy mahsulot tasdig‘i yoki uzoq muddatli xavfsizlik kafolati qo‘shilmagan.

Tadqiqot peer review’dan o‘tmagan preprintdir; natijalar ushbu cheklov hisobga olingan holda o‘qilishi kerak. −196 °C bilan 1150 °C ifodasi uzluksiz foydalanish oralig‘ini emas, suyuq azot bilan oldindan ishlov va qisqa muddatli plazma yoyli isitish ketma-ket qo‘llangan laboratoriya siklini anglatadi. Haqiqiy aviatsiya qo‘llanmasi uchun takroriy termal sikllar, uzoq muddatli issiqlik oqimi, tebranish, vakuum, radiatsiya, oksidlanish, namlik, zarba, yirik miqyosli ishlab chiqarish va parvoz tasdiqlashi zarur.