Эффективность влияния СВЧ-излучения и конвекционного нагрева на релаксацию внутренних напряжений в отвержденных полимерных композиционных материалах

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Исследован процесс релаксации внутренних напряжений в прессованных угле- и стеклопластиках под действием изгибающих нагрузок после модификации путем конвекционного нагрева в термокамере и воздействия сверхвысокочастотного электромагнитного поля. Установлено, что нагрев полимерных композиционных материалов в термокамере и сверхвысокочастотном электромагнитном поле способствует повышению степени релаксации при одновременном уменьшении скорости процесса. При этом сверхвысокочастотное воздействие на угле- и стеклопластик способствует релаксации напряжений соответственно на (5.1–7.2)% и на (6.5–9.8)% в зависимости от величины внешней нагрузки. После нагрева в термокамере отмечена релаксация напряжений на (4.4–6.8)% и (5.2–9.0)%. Для контрольных образцов степень релаксации составляет (4.3–6.5)% и (4.9–8.55)%, процесс останавливается практически в 3 раза раньше, чем у опытных образцов. В среднем степень релаксации напряжений в образцах после воздействия на них сверхвысокочастотного электромагнитного поля выше на 18.5% и 12.8% для углепластика и стеклопластика, соответственно, по сравнению с нагревом в термокамере, что свидетельствует о большей эффективности данного метода термической обработки с целью стабилизации свойств полимерных композиционных материалов. При этом скорость релаксации напряжений в опытных образцах снижается относительно контрольных в 1.5–2 раза. В качестве основного механизма влияния сверхвысокочастотного воздействия на степень и скорость релаксации предложено уменьшение количества и размеров микротрещин в объеме матрицы и в области контакта «матрица-волокно», что определяется большей связанностью наполнителя и связующего за счет роста количества точек контакта во время его временного перехода в область размягчения.

Об авторах

Ирина Владимировна Злобина

Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю. А.

ORCID iD: 0000-0002-2331-7444
SPIN-код: 6730-8099
410054, Саратов, ул. Политехническая, 77

Николай Валерьевич Бекренев

Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю. А.

ORCID iD: 0000-0002-7457-1020
SPIN-код: 8948-8116
Scopus Author ID: 6506930142
410054, Саратов, ул. Политехническая, 77

Данила Олегович Чуриков

Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю. А.

ORCID iD: 0009-0002-7389-9419
SPIN-код: 2704-6522
ResearcherId: HNB-5738-2023
410054, Саратов, ул. Политехническая, 77

Список литературы

  1. Колобков А. С. Полимерные композиционные материалы для различных конструкций авиационной техники (обзор) // Труды ВИАМ. 2020. № 6–7. С. 38–44. https://doi.org/10.18577/2307-6046-2020-0-67-38-44
  2. Клименко О. Н., Валуева М. И. Рыбникова А. Н. Полимерные и полимерно-композиционные материалы в спорте (обзор) // Труды ВИАМ. 2020. № 10. С. 81–89. https://doi.org/10.18577/2307-6046-2020-0-10-81-89
  3. Razali N., Sultan M. T. H., Mustapha F., Yidris N., Ishak M. R. Impact damage on composite structures – A review // The International Journal of Engineering and Science (IJES). 2014. Vol. 3, iss. 7. P. 8–20.
  4. Мошинский Л. Я. Эпоксидные смолы и отвердители. Структура, свойства, химия и топология отверждения. Тель-Авив : Аркадия пресс Лтд, 1995. 371 с.
  5. Корольков В. И., Некравцев Е. Н., Сафонов К. С., Огурцов П. С., Оганесов В. А., Попов И. С., Самохвалов В. В. Исследование процессов устранения коробления авиационных изделий из полимерных композиционных материалов, полученных методом высокотемпературного формования // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. 2021, № 10. С. 84–94. https://doi.org/10.18698/0536-1044-2021-10-84-94
  6. Карташова Е. Д., Муйземнек А. Ю. Технологические дефекты слоистых полимерных композиционных материалов // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки. 2017. № 2 (42), С. 79–89
  7. Дементьев И. И., Устинов А. Н. Метод снижения остаточных напряжений в композитных элементах конструкций космических аппаратов // Альманах современной науки и образования. Технические науки. 2017. № 6 (119). С. 27–31.
  8. Перминов А. А., Сарварова Т. М., Шестакова Н. К., Ажеганов А. С. Исследование процесса релаксации напряжений в деформированном композите с эпоксидной матрицей // Вестник Пермского университета. Физика. 2019. № 2. С. 55–62. https://doi.org/10.17072/1994-3598-2019-2-55-62
  9. Батрак В.Е., Бобряшов В. В. Влияние длительных процессов на ползучесть и релаксацию конструкционного стеклопластика // Вестник НИЦ «Строительство». 2018. № 3 (18). С. 5–11.
  10. Старцев О. В., Каблов Е. Н., Махоньков А. Ю. Закономерности α–перехода эпоксидных связующих композиционных материалов по данным динамического механического анализа // Вестник МГТУ им. Н. Э. Баумана. Сер. «Машиностроение». 2011. № S2. С. 104–113.
  11. Ажеганов А. С., Бегишев В. П., Горинов Д. А., Лысенко С. Н., Шардаков И. Н. Развитие и релаксация внутренних напряжений в зернистых композитах с эпоксидной матрицей // Прикладная механика и техническая физика. 2006. Т. 47, № 4. С. 104–114.
  12. Каблов Е. Н., Лаптев А. Б., Прокопенко А. Н., Гуляев А. И. Релаксация полимерных композиционных материалов под длительным действием статической нагрузки и климата (обзор) // Авиационные материалы и технологии. 2021. № 4 (65). С. 70–80. https://doi.org/10.18577/2713-0193-2021-0-4-70-80
  13. Жаворонок Е. С., Сенчихин И. Н., Ролдугин В. И. Физическое старение и релаксационные процессы в эпоксидных системах // Высокомолекулярные соединения. Сер. А. 2017. Т. 59, № 2. С. 113–149. https://doi.org/10.7868/S2308112017020110
  14. Dao B., Hodgkin J., Krstina J., Mardel J., Tian W. Accelerated agеing versus realistic agеing in aerospace composite materials. I. The chemistry of thermal agеing in a low-temperature-cure epoxy composite // Journal of Applied Polymer Science. 2006. Vol. 102, iss. 5. P. 4291–4303. https://doi.org/10.1002/app.27104
  15. Odegard G. M., Bandyopadhyay A. Physical Aging of Epoxy Polymers and Their Composites // J. Polym. Sci. Part B: Polym. Phys. 2011. Vol. 49, № 24. P. 1695–1716. https://doi.org/10.1002/polb.22384
  16. Канаева Н. С., Низин Д. Ф., Низина Т. А. Релаксационные свойства полимерных материалов на основе эпоксидных связующих // Эксперт: теория и практика. 2022. № 3 (18). С. 42–46. https://doi.org/10.51608/26867818_2022_3_42
  17. Железняков А. С., Шеромова И. А., Старкова Г. П. Моделирование релаксации напряжения композиционных материалов при постоянной деформации // Фундаментальные исследования. 2014. № 11. С. 2360–2364.
  18. Brovko A. V., Murphy E. K., Rother M. Waveguide microwave imaging: Spherical inclusion in a dielectric sample // IEEE Microwave and Wireless Comp. Lett. 2008. Vol. 18, № 9. P. 647–649.
  19. Еренков О. Ю., Исаев С. П., Шевчук К. А. Электрофизическое модифицирование связующих в технологии композитов. Хабаровск : Издательство Тихоокеанского государственного университета, 2020. 229 с.
  20. Архангельский Ю. С. Справочная книга по СВЧ-электротермии. Саратов : Научная книга, 2011. 560 с.
  21. Абуталипова Е. М., Александров А. А., Лисин Ю. В., Павлова И. В., Шулаев Н. С. Математическое моделирование кинетики нагрева системы полимерный материал-металл трубопровода при СВЧ-обработке // Вестник МГТУ им. Н. Э. Баумана. Сер. Естественные науки. 2017. № 2 (71). С. 118–128. https://doi.org/10.18698/1812-3368-2017-2-118-128
  22. Жерносек С. В., Ольшанский В. И. Модификация структуры композиционных текстильных материалов в условиях воздействия СВЧ-излучения // Известия высших учебных заведений. Технология текстильной промышленности. 2020. № 6 (390). С. 41–43.
  23. 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. https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2019-4-57-61
  24. 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. https://doi.org/10.21883/JTF.2023.02.54498.201-22
  25. Злобина И. В., Бекренев Н. В., Игнатьев М. А. Анализ особенностей микроструктуры полимерной матрицы в составе ПКМ, сформированных под влиянием электрофизических воздействий // Пластические массы. 2024. № 2. С. 12–16. https://doi.org/10.35164/0554-2901-2024-02-12-16
  26. Kim T., Lee J., Lee K.-H. Microwave heating of carbonbased solid materials // Carbon Letters. 2014. Vol. 15, № 1. P. 15–24. https://doi.org/10.5714/CL.2014.15.1.015
  27. Kwak 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, 2016. 150 p. https://doi.org/10.1016/j.compositesa.2015.04.007
  28. Злобина И. В., Бекренев Н. В. О механизме повышения механических характеристик отвержденных полимерных композиционных материалов под действием СВЧ электромагнитного поля // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия : Физика. 2022. Т. 22, вып. 2. С. 158–169. https://doi.org/10.18500/1817-3020-2022-22-2-158-169

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».