Совершенствование методики измерений распределения температуры полимерных композитных листовых материалов при нагреве микроволновым излучением

Рассмотрена актуальная задача снижения энергетических затрат и ускорения технологического процесса тепловой обработки листового полимерного композитного материала. Показано, что для решения поставленной задачи целесообразно использовать микроволновое излучение в качестве источника тепловой энергии. Описаны основные преимущества микроволнового метода тепловой обработки листового полимерного композитного материала по сравнению с традиционными методами. Разработана конструкция микроволновой установки непрерывного действия, в которой энергия электромагнитного поля распространяется перпендикулярно направлению движения материала. Предложенная установка формирует равномерное распределение температуры в объёме листового композитного материала, что позволяет получать изделия с более высокими физико-механическими характеристиками. Для расчёта распределения температуры по толщине листового материала использован метод теории электромагнитного поля, а для распределения температуры материала по длине – метод нагруженных длинных линий, учитывающий изменение диэлектрических параметров композитного материала от температуры. Предложена методика измерения распределения температуры листового полимерного материала. Представлены результаты теоретических и экспериментальных исследований распределения температуры по ширине и толщине листового полимерного материала шириной 500 мм, толщиной 30 мм и плотностью 2400 кг/м³ на частоте колебаний электромагнитного поля 2450 МГц. Показана высокая эффективность применения микроволнового излучения для технологических процессов тепловой обработки листового полимерного композитного материала. Технологии на основе микроволнового излучения будут полезны при тепловой обработке изделий из бетона, пенобетона, а также полимерных композитных материалов на основе углеродных или базальтовых нитей со связующим – термореактивными эпоксидными смолами.

1. Кербер М. Л., Виноградов В. М., Головкин Г. С. и др. Полимерные композиционные материалы: структура, свойства, технология: Учебное пособие / Под ред. акад. А. А. Бер- лина. СПб.: Профессия, 2008. 560 с.

2. Перепёлкин К. Е. Армирующие волокна и волокнистые полимерные композиты: монография. СПб: Научные основы и технологии, 2009. 380 с.

3. Михайлин Ю. А. Специальные полимерные композиционные материалы. СПб: Научные основы и технологии, 2009. 658 с.

4. Петров М. Г. Анализ прочности и долговечности однонаправленного стеклопластика с позиций кинетической концепции разрушения // Механика композиционных мате- риалов и конструкций. 2003. Т. 9, № 3. С. 376–397.

5. Михайлин Ю. А. Термоустойчивые полимеры и полимерные материалы. СПб.: Профессия, 2006. 624 с.

6. Колосова А. С., Сокольская М. К., Виткалова И. А., Торлова А. С., Пикалов Е. С. Современные полимерные композиционные материалы и их применение // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2018. № 5-1. С. 245–256.

7. Резник С. В., Румянцев С. А. Математическое моделирование температурного состояния цилиндрических заготовок из полимерных композиционных материалов при СВЧ нагреве // Наука и образование. 2014. № 1. С. 6–21. https://doi.org/10.7463/0114.0658448

8. Михайловский К. В., Резник С. В. Прогнозирование температурных режимов процесса отверждения связующего при получении деталей из полимерных композиционных материалов с помощью микроволнового излучения // Тепло- вые процессы в технике. 2014. Т. 6. № 8. С. 378–384.

9. Дворко И. М. Получение полимерных материалов и изделий отверждением термореактивных композиций под действием электрических полей // Пластические массы. 1998. № 8. С. 16–21.

10. Низкоинтенсивные СВЧ-технологии (проблемы и реализации) / Под ред Г. А. Морозова и Ю. Е. Седельникова. М.: Радиотехника, 2003. 112 с.

11. Bolasodun B., Nesbitt A., Wikinson A., Day R., Eff ect Of Curing Method On Physical And Mechanical Properties Of Araldite DLS 772 / 4 4 DDS Epoxy System, International journal of scientifi c and Technology research, 2013, vol. 2, iss. 2, pp. 12–18.

12. Лаврентьев В. А., Калганова С. Г. Применение энер- гии СВЧ электромагнитных колебаний для воздействия на процесс отверждения эпоксидных смол // Электро- и теплотехнологические процессы и установки: сб. науч. тр. Сара- тов: Сарат. гос. техн. ун-т, 2005. Т. 2. С.67–70.

13. Гузева Т. А. Совершенствование технологических режимов отверждения заготовок деталей из органопластиков под действием СВЧ излучения / Автореф. дис. канд. техн. наук (МГТУ им. Н. Э. Баумана, Москва, 2014).

14. Калганова С. Г. Влияние СВЧ воздействия электромагнитного поля на кинетику отверждения эпоксидной смолы //Вестник Саратовского государственного технического уни- верситета. 2006. Т. 1. № 1. С. 90–95.

15. Пат. № 83380 РФ / Д. А. Лоик, А. В. Мамонтов, В. Н. Нефедов, М. В. Нефедов // Изобретения. Полезные модели. 2009. № 15.

16. Мамонтов А. В., Нефедов В. Н., Назаров И. В., Потапова Т. А. Микроволновые технологии: Монография. М.: Научно-исследовательский институт перспективных материалов и технологий Московского института электроники и математики (технического университета), 2008, 308 с.

17. Пат. № 2060600 РФ / В. Н. Нефедов, Г. Г. Валеев, С. В. Корнеев, Ю. В. Карпенко // Изобретения. Полезные модели. 1996. № 5.

18. Архангельский Ю. С. Установки сверхвысокочастотного диэлектрического нагрева: учебник. Саратов: Саратовский государственный технический университет, 2010. 279 с.

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