ИЗУЧЕНИЕ ВЛИЯНИЯ МИКРОВОЛНОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ОТВЕРЖДЕННЫХ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ, АРМИРОВАННЫХ УГЛЕРОДНЫМИ ВОЛОКНАМИ

Цель. Целью исследований является изучение влияния СВЧ электромагнитного поля на теплофизические характеристики ПКМ, армированных углеродными волокнами, как одного из факторов, свидетельствующих об определенном переструктурировании материала, приводящем к изменению его эксплуатационных свойств.

Метод. Применение модифицирующего упрочняющего воздействия, не приводящего к чрезмерному деструктурирующему разогреву материалов.

Результат. На основе анализа научно-технической литературы и тенденций развития технических транспортных и энергетических систем выявлен стабильный рост потребления в их конструкциях волокнистых полимерных композиционных материалов (ПКМ). Показана перспективность применения воздействия микроволнового излучения (СВЧ электро-магнитного поля) на формирование требуемых свойств изделий из ПКМ и целесообразность изучения механизмов взаимодействия микроволнового излучения со структурой отвержденных ПКМ. Выполнены экспериментальные исследования теплофизического взаимодействия ПКМ, армированных углеродными волокнами, с СВЧ электромагнитным полем частотой 2450 МГц.

Вывод. Установлен факт более интенсивного нагрева образцов большей толщины и большей их экранирующей способности. При исследовании модифицированным методом Паркера теплофизических параметров ПКМ, подвергнутых предварительной обработке в СВЧ электромагнитном поле, установлено увеличение при определенных режимах воздействия коэффициентов температуро- и теплопроводности на 20%, что свидетельствует об увеличении адгезионных связей в межфазных зонах и повышении плотности структуры. Данный факт может быть использован при разработке технологий модифицирования изделий из ПКМ, предназначенных для работы в условиях повышенных температурных градиентов, что позволит снизить величину термических напряжений.

Исследования выполнены при поддержке гранта РФФИ № 17-03-00720 «Методология оптимизационного микроконструирования композиционных материалов для объектов сложной формы повышенной динамической прочности, послойно формируемых электротехнологическими методами».

1. Мирный, М. Мировой рынок углепластиков достигнет отметки в $23 млрд к 2022 году [Электронный ресурс] / М.Мирный // Режим доступа: URL: https://mplast.by/novosti/2016 -04-29-mirovoy- ryinok-ugleplastikovdostignet-otmetki-v-23-mlrd-k-2022-godu/. (28.11.2018 г.)

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

3. Комков, М. А. Технология намотки композиционных конструкций ракет и средств поражения [Текст]: учеб. пособие / М. А. Комков, В. А. Тарасов. – М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2011. – 431 с.

4. Ahmad A. A. Optimal Design of Tow-Placed Pressurized Fuselage Panels for Maximum Failure Load with Bucking Considerations [Текст] / A. A. Ahmad, M. M. Abdalla, and Z. Gurdal // Journal of Aircraft. – 2010. – Vol. 47. –№. 3. – P. 775-782.

5. Садовская, Т. Г. Проблемы и перспективы реализации политики импортозамещения при формировании производственной кооперации по применению композиционных материалов в отечественном гражданском авиастроении на примере ОАО «Объединенная авиастроительная корпорация» / Т. Г. Садовская, Е. А. Лукина [Электронный ресурс] // Инженерный журнал: наука и инновации. – 2014. – Вып. 11. – С. 1-12. – Режим доступа: URL: http://engjournal.ru/catalog/indust/hidden/1221.html. (30.11.2018)

6. Гуняев, Г. М. Полимерные композиционные материалы в конструкциях летательных аппаратов [Электронный ресурс] / Г. М. Гуняев, В. В. Кривонос, А. Ф. Румянцев и др. // Конверсия и машиностроение. – 2004.– № 4. – Режим доступа: URL: https://viam.ru/public/files/2003/2003-203958.pdf. (30.11.2018)

7. Брытков Е.В. Механика композиционных материалов: учебное пособие / Е.В. Быков, В.А. Санников; Балт. гос. техн. ун-т. – СПб., 2012. 74 с.

8. Гусева, Р. И. Производство изделий из ПКМ в самолетостроении [Текст]: учеб. пособие / Р.И. Гусева. – Комсомольск-на-Амуре: ФГБОУ ВПО «КНАГТУ», 2013. – 135 с.

9. Комарова, Т. В. Получение углеродных материалов [Текст]: учеб. пособие / М.: РХТУ им. Д.И Менделеева, 2001. – 95 с.

10. Luo, Y. An enhanced aggregation method for topology optimization with local stress constraints [Текст] / Y. Luo, M. Y. Wang, Z. Kang // Comput Method Appl. – 2013. – M. – 254:31-41.

11. Akash D. Topology Optimization of Bridge Structures Using Optimality Criteria Method [Текст] / D. Akash, M. Anadi // International Journal forResearch in Applied Science & Engineering Technology (IJRAS ET). – May 2015. –V. 3. – no 5. – P. 1034-1038.

12. Павлов, С. П. Оптимизация формы термоупругих тел [Текст]: монография / С. П. Павлов, В. А. Крысько. – Саратов: Изд-во СГТУ, 2000. – 160 с.

13. Кербер М.Л. Полимерные композиционные материалы: структура, свойства, технология: учеб. пособие / М.Л. Кербер, В.М. Виноградов, Г.С. Головкин и др.; под ред. А.А. Берлина. – СПб.: Профессия, 2008. – 560 с.

14. Архангельский, Ю. С. Справочная книга по СВЧ-электротермии: справочник [Текст] / Ю. С. Архангельский. – Саратов: Научная книга, 2011. – 560 с.15. Estel, L. Microwave assisted blow molding of polyethylene-terephthalate (PET) bottles [Текст] / L. Estel, Ph. Lebaudy, A. Ledoux, C. Bonnet, M. Delmotte // Proceedings of the Fourth World Congress on Microwave and Radio Frequency Applications. – 2004. – no 11. – Р. 33-35.

15. Коломейцев, В. А. Экспериментальные исследования уровня неравномерности нагрева диэлектрических материалов и поглощенной мощности в СВЧ устройствах резонаторного типа [Текст] / В. А. Коломейцев, Ю. А. Кузьмин, Д. Н. Никуйко, А. Э. Семенов // Электромагнитные волны и электронные системы. – 2013. – Т. 18. – № 12. – С. 25-31.

16. Коломейцев, В. А. Микроволновые системы с равномерным объемным нагревом. Ч.1. [Текст] / В. А. Коломейцев, В. В. Комаров. – Саратов: Изд-во СГТУ, 1997. – 251 с.

17. Zlobina, I. V. The influence of electromagnatic field microwave on physical and mechanical characteristics of CFRP (carbon fiber reinforced polymer) structural [Текст] / I. V. Zlobina, N. V. Bekrenev // Solid State Phenomena. – 2016. – V. 870. – P. 101-106.

18. Злобина, И. В. Исследование микроструктуры конструкционных слоистых углепластиков, модифицированных путем электрофизических воздействий [Текст] / И. В. Злобина, Н. В. Бекренев // Вестник РГАТУ, 2017. – № 1(40). – С. 236-242.

19. Комаров, В. В. Формулировки математических моделей процессов взаимодействия электромагнитных волн с диссипативными средами в СВЧ- нагревательных системах [Текст] / В. В. Комаров // Физика волновых процессов и радиотехнические системы. – 2010. – Т. 13. – № 4. – С. 57-63.

20. Studentsov, V. N. Effect of vibration in Processes of structure Formation in Polymers [Текст] / V. N. Studentsov, I. V.Pyataev // Russian Journal of Applied Chemistry. – 2014 . – Vol. 87. – № 3. – P. 352-354.

21. Вавилов, В. П. Определение теплофизических характеристик материалов методом термографии [Текст] / В. П. Вавилов, В. Г. Торгунаков, Д. А. Нестерук и др. // Известия Томского политехнического университета. – 2006. – Т. 309. – № 2. – С. 130-134.

22. Фалилеев А.Д. Практическая реализация метода Паркера для определения температуропроводности [Текст] // Современные техника и технологии: сб. XVIII междунар. научно-практ. конф. В 3 т. – Т. 3. – Томск. – 2012. – С. 137-138.