Исследование влияния наполнителя на кинетику нагрева отвержденных полимерных композиционных материалов в СВЧ электромагнитном поле

Выполнены экспериментальные исследования процесса нагрева отвержденных угле-, стекло- и органопластиков и их компонентов, помещенных в сверхвысокочастотное (СВЧ) электромагнитное поле. Показано, что основное влияние на кинетику процесса оказывают тепло- и электрофизические свойства наполнителя, а также поглощенная мощность излучения. Влияние времени воздействия менее выражено и достаточно точно описывается степенными функциями. Для эпоксидного связующего эта зависимость близка к линейной. Установлено, что степень нагрева углепластика на первой минуте СВЧ-воздействия превышает данный показатель для стекло- и органопластика на 35–38%, несмотря на почти в 4 раза меньший уровень поглощения мощности излучения. Требует дополнительного изучения и обоснования факт более интенсивного СВЧ-нагрева арамидной ткани и органопластика, чем стеклопластика, что проявляется в практически в 2 раза большей зависимости температуры нагрева от поглощенной мощности излучения.

1. Дориомедов М. С. Российский и мировой рынок полимерных композитов (обзор) // Труды ВИАМ. – 2020. – № 6–7. – С. 29–37.

2. Михайлин Ю. А. Конструкционные полимерные композиционные материалы. 2-е изд. – СПб.: Научные основы и технологии, 2010. – 822 с.

3. Каблов Е. Н. Материалы и химические технологии для авиационной техники // Вестник Российской академии наук. – 2012. – Т. 82, № 6. – С. 520–530.

4. Buendia L., Torres I., Ornelas A., Castellanos A. Influence of Thermal Gradients and Arctic Temperatures on the Mechanical Properties and Fracture Behavior of Woven Carbon and Woven Kevlar® Composites // ASME Open Journal of Engineering. – 2024. – V. 3. DOI: 10.1115/1.4065928

5. Vessey A., Hodges K. I., Shaffrey L. C., D a y J. J. The composite development and structure of intense synoptic-scale Arctic cyclones // Weather and Climate Dynamics. – 2022. – N 3 (3). – P. 1097–1112. DOI: 10.5194/wcd-3-1097-2022

6. Дементьев И. И., Устинов А. Н. Метод снижения остаточных напряжений в композитных элементах конструкций космических аппаратов // Альманах современной науки и образования. – 2017. – № 6 (119). – С. 27–31.

7. Спиридонова М. П., Пучков А.Ф., Новопольцева О. М. Химическая модификация полимерных материалов: учебное пособие. – ВПИ (филиал) ФГБОУ ВО ВолгГТУ, 2022. URL: http://lib.volpi.ru:57772/csp/lib/PDF/723226934.pdf (дата обращения 17.06.2025)

8. Рахманкулов А. А. Исследование физико-механических свойств полимерных композитов, полученных на основе бинарных наполнителей // Universum. Технические науки: электрон. научн. журн. – 2023. – № 11 (116). DOI: 10.32743/UniTech.2023.116.11.16238. URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/16238 (дата обращения 17.06.2025)

9. Студенцов В. Н. Физическая модификация армированных реактопластов // Вестник СГТУ. – 2011. – № 4, вып. 3. – С. 209–217.

10. Злобина И. В., Бекренев Н. В., Егоров А. С., Кузнецов Д. И. Влияние сверхвысокочастотного электромагнитного поля на межслоевую прочность в отвержденных полимерных композиционных материалах // Журнал технической физики. – 2023. – Т. 93, вып. 2. – С. 237–340.

11. Kwa k M. Microwave Curing of Carbon-Epoxy Composites: Process Development and Material Evaluation // A thesis submitted to Imperial College London for the degree of Doctor of Philosophy. Imperial College London Department of Aeronautics. – 2016. URL: https://core.ac.uk/download/pdf/77016173.pdf (дата обращения 17.06.2025)

12. Злобина И. В., Бекренев Н. В. О механизме повышения механических характеристик отвержденных полимерных композиционных материалов под действием СВЧ электромагнитного поля // Изв. Саратовского ун-та. Новая серия. Серия: Физика. – 2022. – Т. 22, № 2. – С. 158–169.

13. Пюшнер Г. Нагрев энергией сверхвысоких частот / Пер. с англ. Э. Я. Пастрона. – М.: Энергия, 1968. – 311 с.

14. Microwave processing of materials. – Washington: National Academy Press, 1994. – 150 р. URL: https://nap.nationalacademies.org/read/2266/chapter/1 (дата обращения 17.06.2025)

15. Архангельский Ю. С. Справочная книга по СВЧ-электротермии. – Саратов, 2011. – 560 с.

16. Effect of lay-up configuration on the microwave absorption properties of carbon fiber reinforced polymer composite materials / Z h o u J. et al. // Materials Today Communications. – 2021. – V. 26. – P. 1–10.

17. Mikinka E . , Siwak M . Recent advances in electromagnetic interference shielding properties of carbon-fibre-reinforced polymer composites. A topical review // J. Mater. Sci.: Mater. Electron. – 2021. – V. 32. – P. 24585–24643.

18. Chao H-W., Hsu H-C., Chen Y-R., Chang T-H. Characterizing the dielectric properties of carbon fiber at different processing stages // Sci. Rep. – 2021. – V. 11, Is. 1. DOI: 10.1038/s41598-021-96949-6

19. Путилина П. М., Куцевич К. Е., Исаев А. Ю. Полимерные композиционные материалы на основе углеродных и стеклянных волокон для изготовления беспилотных летательных аппаратов и перспективы их развития // Труды ВИАМ. – 2023. – № 8 (126) . – С. 85–99.