Влияние частоты СВЧ электромагнитного поля на особенности поверхности повреждения в процессе прочностных испытаний углепластиков на термореактивном и термопластичном связующем

Выполнено сравнительное исследование влияния СВЧ электромагнитного поля частотой 915 и 2450 МГц на изменение структуры поверхности повреждения при испытании на межслоевой сдвиг образцов отвержденного углепластика, сформированных по технологии FDM из композитных филаментов на основе суперконструкционного термопласта РЕЕК и методом вакуумной инфузии на основе термореактивной смолы ЭД-20 с отвердителем ПЭПА.
Показано, что, независимо от вида связующего, СВЧ воздействие способствует уменьшению объема пустот, образованных в результате отслоения матрицы от наполнителя в ходе испытаний. При этом наибольший эффект (в 2 и более раз) обеспечивается для эпоксидного связующего на частоте 2450 МГц. Для связующего РЕЕК влияние частоты излучения менее выражено, и в исследованном диапазоне температур его можно считать мало значимым.

1. Дориомедов М.С. Российский и мировой рынок полимерных композитов (обзор) // Труды ВИАМ. 2020. №6–7. С. 29–37. DOI: 10.18577/2307-6046-2020-0-67-29-37.

2. Мировой рынок полимерных композиционных материалов: состояние, тенденции, перспективы. Часть 3 // Полимерные материалы. 2025. №7(314). С. 30–35.

3. Михайлин Ю.А. Конструкционные полимерные композиционные материалы. 2-е изд. СПб.: Научные основы и технологии, 2010. 822 с. ISBN: 978-5-91703-003-6.

4. Михайлин Ю.А. Специальные полимерные композиционные материалы. СПб.: Научные основы и технологии, 2008. 660 с. ISBN: 978-5-91703-011-1.

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

6. Brinkmann S., Menges G., Michaeli W., Schmachtenberg E. International Plastics Handbook: The Resource for Plastics Engineers. 4th ed. Munich: Hanser Publishers, 2006. 720 p. ISBN: 978-1-56990-399-5.

7. Razali N., Sultan M. T. H., Mustapha F., Majid D. L. A review on composite materials for structural applications. The International Journal of Engineering and Science (IJES). 2014. Vol. 3, iss. 7. P. 8–20. ISSN (Online): 2319-1813. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://theijes.com/papers/v3-i7/Version-2/B037208020.pdf (дата обращения: 27.11.2025).

8. Abrate S. Impact Engineering of Composite Structures. Wien; New York: Springer, 2011. 409 p. (CISM International Centre for Mechanical Sciences; Vol. 526). ISBN 978-3-7091-0523-8.

9. Гибсон И., Розен Д., Стакер Б. Технологии аддитивного производства: трёхмерная печать, быстрое прототипирование и прямое цифровое производство. Пер. с англ. Под ред. П.А. Сычёва. М.: ТЕХНОСФЕРА, 2016. 656 с. ISBN: 978-5-94836-447-6.

10. Bikas H., Stavropoulos P., Chryssolouris G. Additive manufacturing methods and modelling approaches: a critical review. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2016. Vol. 83, iss. 1–4. P. 389–405. DOI:10.1007/s00170-015-7576-2.

11. DelProf. Аналитика рынка 3D-печати. М.: DelProf, 2023. 42 с. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://delprof.ru/upload/iblock/ced/DelProf_Analitika_Rynok-3D_pechati.pdf (дата обращения: 27.11.2025).

12. Балашов А.В., Маркова М.И. Исследование структуры и свойств изделий, полученных 3D-печатью. Инженерный вестник Дона. 2019. №1(52). С. 66–80. EDN: LSMZMB.

13. Петров В.М., Безпальчук С.Н., Яковлев С.П. О влиянии структуры на прочность изделий из пластиков, получаемых методом 3D-печати. Вестник государственного университета морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова. 2017. Т. 9, №4. С. 765–776. DOI: 10.21821/2309-5180-2017-9-4-765-776.

14. Vessey A.F., Hodges K.I., Shaffrey L.C., Day J.J. The composite development and structure of intense synoptic-scale Arctic cyclones. Weather and Climate Dynamics. 2022. Vol. 3, iss. 4. P. 1097–1112. DOI: 10.5194/wcd-3-1097-2022.

15. 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. Vol. 3, iss. 2. Art. 021001. DOI: 10.1115/1.4065928.

16. Vafaeva K.M., Duklan N., Mohan C., Kumar Y. Comparative analysis of glass-basalt-plastic materials for construction in arctic conditions. BIO Web of Conferences. 2024. Vol. 86. Art. 01112. DOI: 10.1051/bioconf/20248601112.

17. Кулезнев В.Н., Шершнев В.А. Химия и физика полимеров. Учебное пособие для студентов вузов, обучающихся по направлению «Химическая технология». 3-е изд., испр. Санкт-Петербург [и др.]: Лань, 2014. 367 с.: ил., табл. ISBN: 978-5-8114-1779-7.

18. Студенцов В.Н. Физическая модификация армированных реактопластов. Вестник Саратовского государственного технического университета. 2011. Т. 4, №3 (61). С. 209–218. ISSN: 1999-8341. EDN: PVPHCT.

19. Brovko A.V., Murphy E.K., Rother M., Karbstein H.P. Waveguide microwave imaging: spherical inclusion in a dielectric sample. IEEE Microwave and Wireless Components Letters. 2008. Vol. 18, no. 9. P. 647–649. DOI: 10.1109/LMWC.2008.2002498.

20. Committee on Microwave Processing of Materials: An Emerging Industrial Technology. Microwave processing of materials. Washington, D.C.: National Academy Press, 1994. 150 p.: ill. (Publication NMAB; 473). ISBN: 978-0-585-16857-9.

21. Архангельский Ю.С. Справочная книга по СВЧ-электротермии. Саратов: ООО «Научная книга», 2011. 559 с. ISBN: 978-5-9758-1360-2.

22. Нефедов В.Н. Сверхвысокочастотные устройства для высокоэффективной термообработки материалов больших площадей. Автореф. дис. ... д-ра техн. наук. Москва: Моск. гос. ин-т электроники и математики, 2001. 40 с.

23. Слепцова С.К. Влияние модифицирующего нетеплового воздействия СВЧ-электромагнитных колебаний на физико-механические свойства полимерного волокнистого материала. Дис. … канд. техн. наук. Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 2008. 166 с.: ил.

24. Лаврентьев В.А. Влияние СВЧ-электромагнитного поля на физико-механические свойства эпоксидного компаунда. Автореф. дис. … канд. техн. наук. Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 2009. 19 с.

25. Zhang L., Li Y., Zhou J. Anisotropic dielectric properties of carbon fiber reinforced polymer composites during microwave curing. Applied Composite Materials. 2018. Vol. 25, iss. 6. P. 1339–1356. DOI: 10.1007/s10443-017-9669-6.

26. Kwak M., Robinson P., Bismarck A., Wise R. Microwave curing of carbon–epoxy composites: penetration depth and material characterisation. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. 2015. Vol. 75. P. 18–27. DOI: 10.1016/j.compositesa.2015.04.007

27. Mgbemena C.O., Li D., Lin M.-F., Liddel P.D., Katnam K.B., Thakur Kumar V., Yazdani Nezhad H. Accelerated microwave curing of fibre-reinforced thermoset polymer composites for structural applications: a review of scientific challenges. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. 2018. Vol. 114. P. 214–229. DOI: 10.1016/j.compositesa.2018.09.012.

28. Злобина И.В., Бекренев Н.В., Чуриков Д.О. Эффективность влияния СВЧ-излучения и конвекционного нагрева на релаксацию внутренних напряжений в отвержденных полимерных композиционных материалах // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Физика. 2025. Т. 25, Вып. 2. С. 230–241. DOI: 10.18500/1817-3020-2025-25-2-230-241.

29. 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. №1. С. 12–16. DOI: 10.35164/0554-2901-2024-02-12-16.

30. Злобина И.В., Бекренев Н.В., Егоров А.С. Влияние электрофизических воздействий на микроструктуру торцевой поверхности отвержденного монослоя // Конструкции из композиционных материалов. 2024. №1(173). С. 29–35. DOI:10.52190/2073-2562-2024-1-29.

31. 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, №2. С. 158–169. DOI: 10.18500/1817-3020-2022-22-2-158-169.

32. 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. 237–240. DOI: 10.21883/JTF.2023.02.54498.201-22.

33. Kim T., Lee J., Lee K.-H. Microwave heating of carbon-based solid materials. Carbon Letters. 2014. Vol. 15, N1. P. 15–24. DOI: 10.5714/CL.2014.15.1.015.

34. Kwak M. Microwave curing of carbon-epoxy composites: process development and material evaluation. PhD thesis. London: Imperial College London, Department of Aeronautics, 2016. 150 p. DOI: 10.25560/39284.

35. Zhou J., Li Y., Zhang M., Xu E. Eff ect of lay-up configuration on the microwave absorption properties of carbon fiber reinforced polymer composite materials. Materials Today Communications. 2021. Vol. 26. Art. 101960. P. 1–10. DOI: 10.1016/j.mtcomm.2020.101960.

36. Mikinka E., Siwak M. Recent advances in electromagnetic interference shielding propreties of carbon-fibre-reinforced polymer composites — a topical review. Journal of Materials Science: Materials in Electronics. 2021. Vol. 32, iss. 19. P. 24585–24643. DOI: 10.1007/s10854-021-06900-8.

37. Ai J.-R., Li S., Vogt B. D. Increased strength in carbon-poly(ether ether ketone) composites from material extrusion with rapid microwave post processing. Additive Manufacturing. 2022. Vol. 60. Art. 103209. DOI: 10.1016/j.addma.2022.103209.

38. Злобина И.В., Бекренев Н.В., Морозов Б.Б., Насонов Ф.А. Кинетика разрушения при межслоевом сдвиге углепластика ВКУ-30 после воздействия СВЧ-электромагнитного поля. Конструкции из композиционных материалов. 2023. №1 (169). С. 28–34. DOI: 10.52190/2073-2562_2023_1_28.

39. Zlobina I.V., Bekrenev N.V., Morozov B.B., Nasonov F.A. Temperature effect of microwave heating of cured structural epoxy carbon filled plastic on interlayer shear stresses. Inorganic Materials: Applied Research. 2024. Vol. 15, N4. P. 1043–1049. DOI: 10.1134/S2075113324700588.

40. Li Y., Li N., Zhou J., Cheng Q. Microwave curing of multidirectional carbon fiber reinforced polymer composites. Composite Structures. 2019. Vol. 212. P. 83–93. DOI: 10.1016/j.compstruct.2019.01.027.

41. Zhang J., Duan Y., Wang B., Zhang X. Interfacial enhancement for carbon fibre reinforced electron beam cured polymer composite by microwave irradiation. Polymer. 2020. Vol. 192. Art. 122327. DOI: 10.1016/j.polymer.2020.122327.

42. Galos J. Microwave processing of carbon fibre polymer composites: a review. Polymers and Polymer Composites. 2021. Vol. 29, N1. P. 1–12. DOI: 10.1177/0967391120903894.

43. Jackson J.D. Classical Electrodynamics. 3rd ed. New York: Wiley, 1998. 808 p. ISBN: 978-0-471-30932-1.

44. Thuery J. Microwave: industrial, scientific, and medical applications. Boston: Artech House Publishers, 1992. 475 p. ISBN: 0-89006-448-2.

45. Морозов Г.А., Морозов О.Г. Микроволновые технологии для нефтедобывающего комплекса. Труды 12-й Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии» (CriMiCo’2002). Севастополь. 2002. С. 28–31. ISBN 966-7968-12-X.

46. Морозов Г.А., Морозов О.Г., Самигуллин Р.Р., Насыбуллин А.Р., Шакиров А.С. Функционально адаптивные СВЧ-технологии в задачах переработки термопластических полимерных материалов. Вестник Марийского государственного технического университета. Серия: Радиотехнические и инфокоммуникационные системы. 2011. №3 (13). С. 13–24. ISSN: 1997-4655. EDN: OPXLAL.

47. Морозов Г.А., Морозов О.Г., Насыбуллин А.Р., Самигуллин Р.Р. Микроволновая обработка термореактивных и термопластических полимеров. Физика волновых процессов и радиотехнические системы. 2011. Т. 14, №3. С. 114–121. ISSN: 1810-3189. EDN: OFYDFN.