izmertechИзмерительная техникаIzmeritel`naya Tekhnika0368-10252949-5237ФГУП "ВНИИФТРИ"10.32446/0368-1025it.2020-12-35-41izmertech-1871Research ArticleФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯPHYSICOCHEMICAL MEASUREMENTSИзмерение прочностных и микроструктурных характеристик эпоксиполимеров при отверждении термическим и сверхвысокочастотным методамиMeasurement of strength and microstructural characteristics of epoxypolimers cured by thermal and microwave methodsМатвеевЕ. В.MatveevE. V.

Москва

Egor V. Matveev

Moscow

maegor@gmail.comМамонтовА. В.MamontovA. V.

Москва

Aleksandr V. Mamontov

Moscow

a.v.mamontov@gmail.comГайдарА. И.GajdarA. I.

Москва

Anna I. Gajdar

Moscow

a_i_g@bk.ruЛапшиновБ. А.LapshinovB. A.

Москва

Boris A. Lapshinov

Moscow

lbaniipmt@mail.ruВиноградовА. Н.VinogradovA. N.

Москва

Aleksandr N. Vinogradov

Moscow

alnikvin@gmail.comНаучно-исследовательский институт перспективных материалов и технологийРоссияResearch Institute of Advanced Materials and TechnologyRussian Federation2020210720230123541Copyright © ФГУП "ВНИИФТРИ", 20232023ФГУП "ВНИИФТРИ"ФГУП "ВНИИФТРИ"https://www.izmt.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.izmt.ru/jour/article/view/1871

Исследованы эпоксиполимерные образцы, изготовленные термическим и сверхвысокочастотным методами отверждения при различных температурно-временных режимах. Изучены физикомеханические параметры эпоксиполимерных образцов, а также ихмикроструктуры и фрактографические картины изломов. Методом испытаний на растяжение определены прочностные параметры эпоксиполимерных образцов в зависимости от режимов их отверждения. Для обоих методов отверждения выявлены оптимальные режимы, позволяющие изготовить образцы с максимальными прочностными характеристиками. Методом электронной микроскопии проведён сравнительный фрактографический анализ поверхностей излома образцов с близкими прочностными характеристиками при термическом и сверхвысокочастотном методах отверждения. Установлено, что использование сверхвысокочастотного метода отверждения приводит к увеличению размера глобул и количества нанопор, более заметному проявлению локальной пластической деформации при разрушении образцов, а также к большему разбросу в соотношении скоростей распространения магистральной и вторичных трещин. В диапазоне длин волн 360–2500 нм выявлена зависимость оптической плотности исследуемых образцов от режимов термического и сверхвысокочастотного методов отверждения.

In this work, we studied the strength parameters, fractographic patterns, and the microstructure of epoxy polymer samples cured both by thermal and microwave methods at various temperature, power, and time conditions. The dependence of strength on curing conditions is determined using the tensile test method. To achieve maximum strength for both curing methods optimum conditions were found. A comparative fractographic analysis of microwave and thermal cured samples fractures having similar strength characteristics was carried out by electron microscopy. It was found that microwave field curing leads to the globules size increase in the cured epoxy polymer and an increase in the number of nanopores in the material. Plastic samples local deformation is also more pronounced during fracture, which leads to a greater difference of the main and secondary cracks propagation velocities ratio. The relationship between the studied samples optical density in the wavelength range from 360 to 2500 nm and the parameters of both curing methods (microwave and thermal) was established.

эпоксидный полимертермоотверждениесверхвысокочастотный метод отвержденияфрактографиярастровая электронная микроскопияоптическая спектроскопияepoxy polymerthermal curingmicrowave curingfractographyscanning electron microscopyoptical spectroscopyReferencesЛи Х., Невилл К. Справочное руководство по эпоксидным смолам. М.: Энергия, 1973. 416 с.. H. Lee and K. Nevill, Handbook of Epoxy Resins, McGraw-Hill, New York, 1982.Кербер М. Л., Виноградов В. М., Головкин Г. С. и др. Полимерные композиционные материалы: структура, свойства, технология: учеб. пособие / Под ред. А. А. Берлина. СПб.: ЦОП Профессия, 2008. С. 42–47.Kerber M. L. et al., Polymernye kompozitsionnye materialy: struktura, svoystva, tehnologiya [Polymer composite materials: structure, properties, technology], Saint Petersburg, Professiya Publ., 2008, 560 p. (in Russian).Баженов С. Л. Механика и технология композиционных материалов: Научное издание. Долгопрудный: Издательский дом «Интеллект», 2014. С. 84.Bazhenov S. L., Mekhanika i tekhnologiya kompozicionnyh materialov, Dolgoprudnyj, Intellekt Publ., 2014, 328 p. (in Russian).Johnston K., Pavuluri S. K., Leonard M. T., Desmulliez M. P. Y., Arrighi V., Thermochimica Acta, September 2015, vol. 616, pp. 100–109. https://doi.org/10.1016/j.tca.2015.08.010Johnston K., Pavuluri S. K., Leonard M. T., Desmulliez M. P. Y., Arrighi V., Thermochimica Acta, September 2015, vol. 616, pp. 100–109. https://doi.org/10.1016/j.tca.2015.08.010Tanrattanakul V., Sae Tiaw K., Journal of Applied Polymer Science, 2005, vol. 97, no. 4, pp. 1442–1461. https://doi.org/10.1002/app.215786Tanrattanakul V., Sae Tiaw K., Journal of Applied Polymer Science, 2005, vol. 97, no. 4, pp. 1442–1461. https://doi.org/10.1002/app.215786Калганова С. Г. Электротехнология нетепловой модификации полимерных материалов в СВЧ электромагнитном поле: автореф. дис. докт. техн. наук. Саратов, 2009.Kalganova S. G., Elektrotekhnologiya neteplovoj modifi - kacii polimernyh materialov v SVCH elektromagnitnom pole, Extended abstract of doctoral dissertation in Technical Sciences (Saratov, 2009) (in Russian).Boyl e M., Martin C., & Neuner J., Epoxy resins. ASM handbook, 2001, vol. 21, pp 78–89.Boyle M., Martin C., & Neuner J., Epoxy resins. ASM handbook, 2001, vol. 21, pp 78–89.Малышева Г. В., Гузева Т. А., Гращенков Д. В., Раскутин А. Е. Влияние технологии нагрева на продолжительность процесса отверждения полимерных композиционных материалов // Полимерные материалы. Труды ВИАМ. 2018. № 8(68). С. 23–27.Malysheva G. V., Trudy VIAM, 2018, no. 8(68), pp. 23–27 (in Russian).Нефедов В. Н., Сайгин И. А., Хохлов М. Е., Рябикина И. Г. Перспективы применения наукоемких микроволновых технологий // T-Comm: Телекоммуникация и транспорт. 2017. Т. 11. № 6. C. 33–37.Nefedov V. N., T-Comm: Telekommunikaciya i transport, 2017, vol. 11, no. 6, pp. 33–37 (in Russian).Пат. № 2189997 РФ / А. Е. Ушаков, Д. К. Поляков, Т. Г. Сорина и др. // Изобретения. Полезные модели. 2002. № 27.Ushakov A. E., Polyakov D. K., Sorina T. G. et al., RF Patent no. 2189997, Byull. Izobret., no. 27 (2002) (in Russian).Деев И. С., Каблов Е. Н., Кобец Л. П., Чурсова Л. В. Исследование методом сканирующей электронной микроскопии деформации микрофазовой структуры полимерных матриц при механическом нагружении // Труды ВИАМ: электронный научный журнал. 2014. № 7. URL: http://viamworks.ru(датаобращения:11.11.2020). https://dx.doi.org/10.18577/2307-6046-2014-0-7-6-6Deev I. S., Kablov E. N., Kobec L. P. et al., Trudy VIAM, 2014, no. 7, available at: http://viam-works.ru(accessed:11.11.2020)(inRussian). https://dx.doi.org/10.18577/2307-6046-2014-0-7-6-6Lin Y. C., Chen X., Materials Letters, 2005, vol. 59, no. 29–30, pp. 3831–3836. https://doi.org/10.1016/j.matlet.2005.06.061Lin Y. C., Chen X., Materials Letters, 2005, vol. 59, no. 29–30, pp. 3831–3836. https://doi.org/10.1016/j.matlet.2005.06.061Деев И. С., Кобец Л. П. Фрактография эпоксидных полимеров // Высокомолекулярные соединения. 1996. Сер. А. Т. 38. № 4. С. 627–633.Deev I. S., Kobec L. P., Vysokomolekulyarnye soedineniya, Ser. A, 1996, vol. 38, no. 4, pp. 627–633 (in Russian).Лаврентьев В. А., Калганова С. Г. Применение энергии СВЧ электромагнитных колебаний для воздействия на процесс отверждения эпоксидных смол // Электро- и теплотехнологические процессы и установки: сб. науч. тр. Саратов: СГТУ, 2005. Т. 2. С. 67–70.Lavrent’ev V. A., Kalganova S. G., Elektro- i teplotekhnologicheskie processy i ustanovki, Collection of reports of the all-Russian conference, Saratov, SGTU, 2005, vol 2, pp. 67–70 (in Russian).Калганова С. Г. Влияние СВЧ воздействия электромагнитного поля на кинетику отверждения эпоксидной смолы // Вестник СГТУ. 2006. Т. 1. № 1(10). С. 90–95.Kalganova S. G., Vestnik SGTU, 2006, vol. 1, no. 1(10), pp. 90–95 (in Russian).Дмитриев Ю. К., Даминев Р. Р., Абакачева Е. М., Исламутдинова А. А. Исследование процесса нетеплового модифицирующего СВЧ-воздействия на полимерные материалы // Башкирский химический журнал: 2012. Т. 19. № 1. С. 203–206.Dmitriev Yu. K., Daminev R. R., Abakacheva E. M., and Islamutdinova A. A., Bashkirskij himicheskij zhurnal, 2012, vol. 19, no. 1, pp. 203–206 (in Russian).Гуляев А. И., Яковлев Н. О., Крылов В. Д., Лашов О. А. Применение фрактографического анализа при исследовании межслоевого разрушения ПКМ // Авиационные материалы и технологии. 2017. № 3 (48). С. 65–73.Gulyaev A. I., Yakovlev N. O., Krylov V. D., Lashov O. A., Aviacionnye materialy i tekhnologii, 2017, no. 3 (48), pp. 65–73 (in Russian).Gamstedt E. K., Sjogren B. A., Composites Science and Technology, 1999, vol. 59, рp. 167–178. https://doi.org/10.1016/S0266-3538(98)00061-XGamstedt E. K., Sjogren B. A., Composites Science and Technology, 1999, vol. 59, рp. 167–178. https://doi.org/10.1016/S0266-3538(98)00061-XNygard P., Gustafson C. G., Composites: Part A, 2003, vol. 34, no. 10, pp. 995–1006. https://doi.org/10.1016/S1359-835X(03)00124-6Nygard P., Gustafson C. G., Composites: Part A, 2003, vol. 34, no. 10, pp. 995–1006. https://doi.org/10.1016/S1359-835X(03)00124-6Purslow D., Composites, 1986, vol. 17, no. 4, pp. 289–303. https://doi.org/10.1016/0010-4361(86)90746-9Purslow D., Composites, 1986, vol. 17, no. 4, pp. 289–303. https://doi.org/10.1016/0010-4361(86)90746-9González M. G., Cabanelas J. C., Baselga J., Infrared Spectroscopy-Materials Science, Engineering and Technology, 2012, vol. 2, pp. 261–284. https://doi.org/10.5772/36323González M. G., Cabanelas J. C., Baselga J., Infrared Spectroscopy-Materials Science, Engineering and Technology, 2012, vol. 2, pp. 261–284. https://doi.org/10.5772/36323

The authors declare that there are no conflicts of interest present.