сотрудник
Пенза, Пензенская область, Россия
аспирант
Саратов, Саратовская область, Россия
УДК 621.9.047 Химическая и электрохимическая обработка
УДК 621.9.048 Эрозионная, ультразвуковая и электроннолучевая обработка
ББК 351 Основные процессы и аппараты химической технологии
Показаны перспективы применения полимерных композиционных материалов (ПКМ) в конструкциях различных технических систем. Констатировано, что несмотря на расширение применения термопластичных полимеров, сохраняется тенденция к преимущественному использованию термопластичных (в частности, эпоксидных) связующих. Это связано с лучшей смачиваемостью большинства волокон данными полимерами, что обеспечивает качественную равномерную пропитку наполнителя при использовании технологии вакуумной инфузии. Отмечен серьезный недостаток эпоксидных связующих с ограниченным сроком хранения препрегов, из которых формируется изделие, и невозможностью повторной переработки ПКМ, сформированных из них. Это создает определенные трудности для утилизации препрегов с истекшим сроком хранения. Предложен и экспериментально обоснован способ переработки таких материалов в высоконаполненные слоистые композиционные детали типа «пластина» путем послойной выкладки с воздействием ультразвука. Показано, что контролируемое размягчение связующего без его термической деструкции под действием ультразвука и создание определенного давления позволяет достичь соединения слоёв в композитную структуру. Определены рациональные технологические параметры (амплитуда колебаний 15–20 мкм, статическое давление 0,16–0,19 МПа, температура в области воздействия 80–90 °C). Показано, что полученные на указанных режимах образцы соответствуют по изгибной прочности образцам, полученным по традиционной технологии прессования из годных препрегов, а в области значений деформаций 0,3 мм и менее даже существенно их превосходят. Результаты исследований могут быть использованы для решения проблемы утилизации препрегов на основе эпоксидных связующих с истекшим сроком хранения путем изготовления из них изделий с пониженными требованиями к долговечности, работающих преимущественно в области малых деформаций при действии внешних нагрузок.
препрег, воздействие, изделия, материалы, композит, связующее, адгезия, расслоение, напряжение, изгиб
1. Филатов А.И. Мировой рынок полимерных композиционных материалов: состояние, тенденции, перспективы. Часть 1 / А.И. Филатов // Полимерные материалы» № 7 (314) 2025 г., с. 24-29.
2. Филатов А.И. Мировой рынок полимерных композиционных материалов: состояние, тенденции, перспективы. Часть 2 / А.И. Филатов // Полимерные материалы» № 8 (315) 2025 г., с. 46-49.
3. Филатов А.И. Мировой рынок полимерных композиционных материалов: состояние, тенденции, перспективы. Часть 3 / А.И. Филатов // Полимерные материалы» № 9 (316) 2025 г., с. 46-51.
4. Михайлин Ю. А. Конструкционные полимерные композиционные материалы. 2-е изд. СПб. : Научные основы и технологии, 2010. 822 с.
5. Serge Abrate Impact Ingeneering of Composite Structures. – Springer-Wien-NewYork. - 2011. p.p.409.
6. Increased strength in carbon-poly(ether ether ketone) composites from material extrusion with rapid microwave post processing // Аддитивное производство 60(7):103209 DOIhttps://doi.org/10.1016/j.addma.2022.103209.
7. Петров А. В., Дориомедов М. С., Скрипачев С. Ю. Технологии утилизации полимерных композиционных материалов (обзор) // Труды ВИАМ. 2015. №8. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/tehnologii-utilizatsii-polimernyh-kompozitsionnyh-materialov-obzor (дата обращения: 12.04.2026).
8. Оборудование и технология для обеспечения прочностных характеристик полимерных изделий при 3D-печати композитным филаментом / Зверовщиков А.Е., Бантыш И.В., Зверовщиков В.З. // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки. 2024. № 1 (69). С. 163-176.
9. Гибсон Я. Технологии аддитивного производства. Трехмерная печать, быстрое прототипирование и прямое цифровое производство / Я. Гибсон, Д. Розен, Б. Стакер; М.: ТЕХНОСФЕРА, 2016. – 656 с.
10. Ultrasonic welding of PEEK plates with CF fabric reinforcement – the optimization of the process by neural network simulation / Alexenko V.O., Panin S.V., Stepanov D.Yu., Byakov A.V., Bogdanov A.A., Buslovich D.G., Panin K.S., Tian D. // Materials. 2023. Т. 16. № 5. С. 2115.
11. Otimization of ultrasonic welding parameters for laminate PEEK-based composites with carbon fiber prepreg / Panin S.V., Byakov A.V., Alexenko V.O., Buslovich D.G., Panin K.S., Tian D. // Procedia Structural Integrity. 2023. Т. 50. С. 220-227.
12. Волков Станислав Степанович, Прилуцкий Максим Андреевич Технологические особенности ультразвуковой сварки композиционных материалов на полимерной основе // Известия вузов. Машиностроение. 2016. №3 (672). С. 39-48.
13. Predictive Thermal Modeling and Characterization of Ultrasonic Consolidation Process for Thermoplastic Composites // Journal of Manufacturing Science and Engineering. – 2023. – Vol. 145. – Iss. 3. – NSF-PAR ID: 10415683.
14. Хмелёв Владимир Николаевич, Сливин Алексей Николаевич, Абрамов Алексей Дмитриевич Совершенствование ультразвуковой сварки и создание аппаратов для её реализации // Известия ТПУ. 2013. №4. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/sovershenstvovanie-ultrazvukovoy-svarki-i-sozdanie-apparatov-dlya-eyo-realizatsii (дата обращения: 12.04.2026).
15. Розенберг Б.А. Образование, структура и свойства эпоксидных матриц для высокопрочных композитов / Б.А. Розенберг, Э.Ф. Олейник // Успехи химии. Т. LIII. Вып. 2, 1984. С. 273-289.
16. Odegard G. M., Bandyopadhyay A. Physical Aging of Epoxy Polymers and Their Composites // J. Polym. Sci. Part B: Polym. Phys. 2011. Vol. 49, № 24. P. 1695–1716. https://doi.org/10.1002/polb.22384
17. Жаворонок Е. С., Сенчихин И. Н., Ролдугин В. И. Физическое старение и релаксационные процессы в эпоксидных системах // Высокомолекулярные соединения. Сер. А. 2017. Том 59, № 2. С. 113–149. https://doi.org/10.7868/S2308112017020110.
