Исследование полимерной композиционной стеклопластиковой арматуры, отвержденной с использованием микроволнового метода

Современному производству необходимы новые технологические решения, отвечающие требованиям экологической безопасности, сбережения энергетических ресурсов с одновременным повышением эффективности технологических процессов. В работе представлены результаты исследования отверждения полимерных композиционных материалов в виде стеклопластиковой арматуры с применением микроволновой установки. Использовали микроволновые технологии отверждения полимерных композиционных материалов (частота колебаний электромагнитного поля — 2450 МГц), в качестве связующего и наполнителей применяли термореактивные эпоксидные смолы и стеклянные волокна. С помощью электродинамических систем микроволновой установки формировали равномерное распределение температуры по объему полимерных композиционных материалов в виде стержней (диаметр — 20 и 40 мм). Показано, что энергия микроволнового излучения в качестве источника тепла позволяет реализовать качественно новый уровень производства полимерных композиционных материалов, характеризующийся возможностью получать изделия с более высокими физико-механическими характеристиками. Кроме того, микроволновые установки значительно экономят потребление энергии по сравнению с традиционными установками для производства стеклопластиковой арматуры. Представлены расчет параметров микроволновых установок и технологических режимов термообработки стеклопластиковой арматуры и данные по распределению температуры по поперечному сечению стержней. Полученные результаты могут быть использованы в технологических производственных процессах термообработки полимерных композиционных стержневых материалов.

1. Блазнов А. Н., Волков Ю. П., Луговой А. Н. и др. О химической стойкости стеклопластиковой арматуры / Проектирование и строительство в Сибири. 2003. № 3. С. 34 – 37.

2. Кербер М. Л., Виноградов В. М., Головкин Г. С. Полимерные композиционные материалы: структура, свойства, технология. — СПб.: Профессия, 2008. — 560 с.

3. Перепёлкин К. Е. Армирующие волокна и волокнистые полимерные композиты. — М.: Научные основы и технологии, 2009. — 379 с.

4. Хамидуллин О. Л., Мадиярова Г. М., Бубнов Д. А. и др. Контроль параметров термореактивных связующих непосредственно в процессе формования изделий из полимерных композитных материалов / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2024. Т. 90. № 10. С. 39 – 45. DOI: 10.26896/1028-6861-2024-90-10-39-45

5. Блазнов А. Н., Маркин В. Б., Савин В. Ф. и др. Метод исследования долговечности стеклопластиковой строительной арматуры / Умные композиты в строительстве. 2021. Т. 2. № 3. С. 32 – 45. DOI: 10.52957/27821919_2021_3_32

6. Мамонтов А. В., Нефедов В. Н., Назаров И. В. и др. Микроволновые технологии: монография. — М.: МИЭМ, 2008. — 306 с.

7. Девяткин И. И., Иванов М. А., Кирюшин В. П. Замедляющие системы для СВЧ-нагрева диэлектрических стержней / Электронная техника. Сер. Электроника СВЧ. 1972. № 5. С. 106 – 111.

8. Архангельский Ю. С., Девяткин И. И. Сверхвысокочастотные нагревательные установки для интенсификации технологических процессов. — Саратов: Саратовский университет, 1983. — 140 с.

9. Мордасов С. А., Негуляева А. П., Чернышов В. Н. Контроль теплофизических характеристик строительных материалов адаптивным методом с использованием СВЧ-нагрева / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2020. Т. 82. № 2. С. 30 – 36. DOI: 10.26896/1028-6861-2020-86-2-30-36

10. Крылов В. П., Грачев В. А., Рогов Д. А. Измерение диэлектрической проницаемости диоксида кремния при нагреве в высокотемпературном объёмном волноводном резонаторе / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2016. Т. 86. № 10. С. 39 – 43.

11. Wei J., Hawley M., Delong J., et al. Comparison of Microwave and Thermal Cure of Epoxy Resins / Polymer Engineering and Science. 1993. Vol. 33. Issue 17. P. 1132 – 1140. DOI: 10.1002/pen.760331706

12. Лаврентьев В. А., Калганова С. Г. Влияние режимов СВЧ-отверждения на прочностные свойства эпоксидного компаунда / Проблемы электроэнергетики. — Саратов: СГТУ, 2008. С. 133 – 136.

13. Лаврентьев В. А., Калганова С. Г. Применение технологии СВЧ-обработки при производстве базальтовых труб / Вестник СГТУ. 2007. Т. 29. № 4. Вып. 2. С. 23 – 25.

14. Рахманкулов Д. П., Бикбулатов И. Х., Шулаев Н. С. и др. Микроволновое излучение и интенсификация химических процессов. — М.: Химия, 2003. — 220 с.

15. Bolasodun B., Nesbitt A., Wikinson A., et al. Effect of Curing Method on Physical and Mechanical Properties of Araldite DLS 772/4 4 DDs Epoxy System / International Journal of Scientific & Technology Research. 2013. Vol. 2. Issue 2. P. 12 – 18.

16. Hill D. J. T., George G. A., Rogers D. G. A Systematic Study of the Microwave and Thermal Cure Kinetics of the DGEBA/DDS and DGEBA/DDM Epoxy-Amine Resin Systems / Polymers for Advanced Technologies. 2002. Vol. 13. No. 5. P. 353 – 362.

17. Гузева Т. А. Отверждение полимерных связующих с помощью энергии электромагнитных колебаний сверхвысоких частот / Клеи. Герметики. Технологии. 2014. ¹ 8. С. 30 – 32.

18. Rani M., Zafar S. Future Trends of Microwave Processing in Composite Industries / Composite Materials Processing Using Microwave Heating Technology. Composites Science and Technology. — Singapore: Springer, 2024. P. 265 – 285. DOI: 10.1007/978-981-97-2772-8_13

19. Dasari S., Rangapuram M., Fashanu O., et al. Manufacturing and Experimental Evaluation of Microwave Cured Carbon/Epoxy Composites / Applied Composite Materials. 2021. Vol. 28. P. 2087 – 2103. DOI: 10.1007/s10443-021-09974-z

20. Badshah H., Kumar R., Kumar P., et al. Cure Kinetic Modelling and Experimental Analysis to Predict Temperature Distribution during Microwave Curing of Carbon Fiber Composites / Applied Composite Materials. 2024. Vol. 31. P. 1741 – 1766. DOI: 10.1007/s10443-024-10257-6

21. Guan C., Zhan L., Zhang D., et al. Microwave Uniformity Regulation and Its Influence on Temperature Field Distribution of Composite Materials / J. Cent. South Univ. 2023. Vol. 30. P. 3374 – 3394. DOI: 10.1007/s11771-023-5458-6

22. Zhu X., Chen K., Gao L., et al. Microwave Heating and Curing of Joined Carbon Fiber Composites / JOM. 2024. Vol. 76. No. 8. DOI: 10.1007/s11837-024-06629-9

23. Yang L., Jiao M., Li N., et al. Preparation and Microwave Curing of Blended Phenolic Epoxy Fibers / Polymer Science, Series B. 2023. Vol. 65. No. 6. P. 792 – 802. DOI: 10.1134/S1560090423600286

24. Злобина И. В., Бекренев Н. В., Морозов Б. Б. и др. Влияние температуры СВЧ-нагрева отвержденного конструкционного эпоксиуглепластика на напряжения межслоевого сдвига / Материаловедение. 2023. № 12. С. 24 – 30. DOI: 10.31044/1684-579X-2023-0-12-24-30

25. Нефедов В. Н., Афанасьев В. В., Рябикина И. Г. Термообработка полимерных композиционных материалов с использованием микроволнового излучения / Международ. науч.-тех. конф. «Актуальные проблемы электронного приборостроения АПЭП-2018»: сб. мат. — Саратов: СГТУ, 2018. Т. 1. С. 371 – 375.

26. Нефедов В. Н. Измерение температуры диэлектрических стержней при термической обработке в микроволновых установках с продольным взаимодействием / Измерительная техника. 2019. № 5. С. 52 – 56.

27. Мамонтов А. В., Нефедов В. Н., Хриткин С. А. Исследование распределения температуры стержней из полимерных композитных материалов при их термообработке с использованием микроволнового излучения / Измерительная техника. 2019. № 4. С. 57 – 61.

28. Лебедев И. В. Техника и приборы СВЧ. Т. 1. — М.: Высшая школа, 1970. — 289 с.

29. Григорьев А. Д. Электродинамика и микроволновая техника. — М.: Лань, 2007. — 704 с.