МОДЕЛИРОВАНИЕ НАГРЕВА ДИСПЕРСНО-НАПОЛНЕННЫХ ЭПОКСИДНЫХ КОМПОЗИТОВ В СВЧ КАМЕРЕ С БЕГУЩЕЙ ВОЛНОЙ

E.Y. Vasinkina; S.G. Kalganova; S.V. Trigorly; A.S. Sivak; A.S. Yakovlev; Yu.A. Kadykova

doi:10.6060/rcj.2022662.3

E.Y. Vasinkina Саратовский государственный технический университет им. Гагарина Ю.А.
S.G. Kalganova Саратовский государственный технический университет им. Ю.А. Гагарина
S.V. Trigorly Саратовский государственный технический университет им. Ю.А. Гагарина
A.S. Sivak Саратовский государственный технический университет им. Ю.А. Гагарина
A.S. Yakovlev Саратовский государственный технический университет им. Ю.А. Гагарина
Yu.A. Kadykova Саратовский государственный технический университет им. Ю.А. Гагарина

DOI: https://doi.org/10.6060/rcj.2022662.3

Ключевые слова: СВЧ нагрев, эпоксидный полимерный материал, наполнители, графит, базальт, магнезит, хромит, диэлектрические свойства, математическое моделирование

Аннотация

Для модификации полимерных материалов широко используют различные электрофизические методы, в частности обработку полимеров в СВЧ электромагнитном поле. В данной работе с помощью математического моделирования в программной среде COMSOL Multiphysics установлены максимальная температура нагрева дисперсно-наполненного эпоксидного полимера, а также разброс температур по объему композита. Для моделирования проводили исследования диэлектрических параметров с применением эпоксидной смолы марки ЭД20 с различными поглощающими СВЧ энергию дисперсными наполнителями с равномерным их распределением по всему объему связующего. Для измерения диэлектрических параметров использовался волноводный метод с полным заполнением сечения волновода. При моделировании СВЧ нагрева материалов эпоксидные дисперсно-наполненные полимеры нагревались в СВЧ камере с бегущей волной при мощности СВЧ генератора 2500 Вт на частоте 2450 МГц. Максимальное время нагрева образца с наполнителем принималось 76 с для обеспечения темпа нагрева наполнителя 5 °С/с.

В результате экспериментальных исследований определены электрофизические свойства поглощающих СВЧ энергию материалов для использования в качестве наполнителей эпоксидной смолы. Наибольшие изменения диэлектрических показателей наблюдается при наполнении эпоксидной смолы графитом, который относится к полупроводниковым материалам.

В результате математического моделирования установлена перспективность использования поглощающих минеральных наполнителей для интенсификации СВЧ нагрева. Исследуемые наполнители позволяют повысить температуру нагрева эпоксидного связующего, тем самым оказывая модифицирующее действие на композиционный материал. Для получения заданного распределения температуры в эпоксидном композиционном материале в дальнейшем необходимо в СВЧ камере волноводного типа изменить мощность СВЧ генератора с варьированием времени нагрева дисперсно-наполненного эпоксидного связующего.

Для цитирования:

Васинкина Е.Ю., Калганова С.Г., Тригорлый С.В., Сивак А.С., Яковлев А.С., Кадыкова Ю.А. Моделирование нагрева дисперсно-наполненных эпоксидных композитов в СВЧ камере с бегущей волной. Рос. хим. ж. (Ж. Рос. хим. об-ва). 2022. Т. LXVI. № 2. С. 16-21. DOI: 10.6060/rcj.2022662.3.

Литература

Cheremukhina I.V. Classification of energy impacts by their effect on the structure and properties of reinforced reactoplasts. Bulletin of the Voronezh State University of Engi-neering Technologies. 2021. V. 83. N 2 (88). P. 197–201. (in Russian).

Mostovoy A.S., Kadykova Yu.A., Khazov K.N., Titova A.D., Solovieva N.D., Dzhumieva A.S. Electrochemical modification of siliceous rock, providing an increase in the performance characteristics of filled epoxy composites. Sb.tr. IV International Scientific Conference of Young Scientists. K.: Publishing House. 2020. P. 139-143. (in Russian).

Cheremukhina I.V., Studentsov V.N. Evaluation of the physico-chemical activity of various methods of physical modification. Fundamental research. 2016. N 2 (2). P. 299. (in Russian).

Mostovoy A.S., Kadykova Yu.A., Nevernaya O.G., Prokho-rova I.E. Directional regulation of the structure and physico-mechanical characteristics of epoxy composites using the electrophysical method of composition modification. Questions of electrical technology. 2020. N 2 (27). P. 48–53. (in Russian).

Cheremukhina I.V., Studentsov V.N., Ibaev M.O., Gilman A.A. Application of various physical treatments in the technology of filled reactoplasts. Bulletin of the Saratov State Technical University. 2012. V. 4. N 1 (68). P. 113–117. (in Russian).

Kadykova Yu.A., Mostovoy A.S., Chapov I.D. Investigation of the effectiveness of modification of protected epoxy polymers in a microwave electromagnetic field. Questions of electrical technology. 2020. N 4 (29). P. 86–90. (in Russian).

Tolstov V.A., Mostovoy A.S., Teslina N.V., Kadykova Yu.A. Microwave modification of filled epoxy composites. Tez. dokl X International Scientific and Innovative Youth Conference. T.: Ed. 2018. P. 182–183. (in Russian).

Kalganova S.G., Sivyakov B.K., Sivyakov D.B., Skripkin A.A., Grigoryan S.V. Microwave technological installations for nonthermal modification of material properties in resonators with oncoming traveling waves formed by a self-closed waveguide transmission line. Bulletin of Kazan State Power Engineering University. 2021. V. 13. N 1 (49). P. 97–106. (in Russian).

Trigorly S.V., Kalganova S.G., Kadykova Yu.A., Kozhevni-kov V.Yu., Sivak A.S., Yudina V.O. Modeling of microwave heating of dielectrics with microwave energy absorbing fill-ers in traveling wave chambers. Questions of electrical technology. 2020. N 4 (29). P. 15–23. (in Russian).

Vasinkina E.Yu., Kadykova Yu.A., Sivak A.S., Kalganova S.G. Investigation of the effectiveness of the effect of the microwave electromagnetic field on the curing process of epoxy powder materials. Sat.tr. IV International Scientific Conference of Young Scientists. 2020. P. 143–148. (in Russian).

Vasinkina E.Yu., Kadykova Yu.A., Sivak A.S., Kalganova S.G. Polymer materials based on an epoxy matrix filled with dispersed basalt. Sat.tr. VIII All-Russian Conference dedicated to the 60th anniversary of PJSC "Khimprom". 2020. P. 144–146. (in Russian).

Zakharov V.V., Trigorly S.V. Numerical and experimental studies of the processes of microwave heat treatment of dielectrics in traveling wave microwave chambers. Questions of electrotechnology. 2020. N 1 (26). P. 14–22. (in Russian).

Zakharov V.V., Trigorly S.V. Mathematical modeling of microwave heat treatment of dielectrics taking into account changes in their physical properties. Issues of electrotechnology. 2020. N 3 (28). P. 5–12. (in Russian).

Trigorly S.V., Kalganova S.G., Kadykova Yu.A., Kozhevni-kov V.Yu., Sivak A.S., Yudina V.O. Modeling of microwave heating of dielectrics with absorbing microwave energy fillers in chambers with a traveling wave Questions of electrical technology. 2020. N 4 (29). P. 15–23. (in Russian).

Sivak A.S., Kalganova S.G., Kadykova Yu.A., Chermashentseva T.P. Investigation of dielectric properties of composite materials. Questions of electrotechnology. 2021. N 4 (33). P. 23–28. (in Russian).

Arkhangelsky Yu.S., Kalganova S.G., Trigorly S.V. Meas-urement of dielectric parameters of dielectrics in the micro-wave range at high temperature. Questions of electrical technology. 2017. N 2. P. 102–108. (in Russian).

Encyclopedia of Polymers / Editorial Board: V. A. Kabanov (chap. ed.) and others. V. 3. P–Ya. M., Sov. Ents. 1977. 1152 p. (in Russian).

Chursova L.V., Panina N.N., Grebeneva T.A., Kutergina I.Y. Epoxy resins, hardeners, modifiers and binders based on them. 2020. 576 p. (in Russian).

Gorokhovatsky Yu.A., Karulina E.A., Temnov D.E. Physics of polymer dielectrics. St. Petersburg: A.I. Herzen Russian State Pedagogical University. 2013. 125 p. (in Russian).

Ugolnikov A.V. Electrotechnical and structural materials science. Saratov: AI Pi Ar Media. 2019. 188 p. (in Russian).

Belenkov E.A., Greshnyakov V.A. Classification of structural carbon varieties. Solid state physics. 2013. T. 55. N 8. P. 1640–1650. (in Russian).