ВЛИЯНИЕ КИНЕТИКИ ТЕПЛОВЫДЕЛЕНИЙ НА ОПТИМАЛЬНЫЕ РЕЖИМЫ ОТВЕРЖДЕНИЯ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИТОВ: WTDGUW

Олег Сергеевич Дмитриев; Александр Андреевич  Барсуков

doi:10.25712/ASTU.2072-8921.2025.04.034

Авторы

Олег Сергеевич Дмитриев Тамбовский государственный технический университет https://orcid.org/0000-0001-8824-4592
Александр Андреевич Барсуков Тамбовский государственный технический университет

DOI:

https://doi.org/10.25712/ASTU.2072-8921.2025.04.034

Ключевые слова:

задача оптимизации, полимерный композит (ПК), режим отверждения, стеклопластик, градиент температуры, тепловыделения, экзотермический перегрев.

Аннотация

В статье изучены явления перегревов внутренней части плоских изделий из полимерных композитов, возникающие при отверждении и тепловыделениях термореактивных связующих. На примере одного из распространенных полимерных композитов – стеклопластика, исследованы теплофизические и кинетические характеристики процесса его отверждения. На основе исследованных характеристик проведены численные и экспериментальные исследования экзотермических перегревов и температурных градиентов, возникающих при отверждении, сделан их анализ и сравнение. Приведена постановка оптимизационной задачи процесса отверждения полимерных композитов, основанной на математическом моделировании и поиске температурно-временного режима отверждения, минимизирующего критерий оптимальности при соблюдении ограничений, налагаемых на решение задачи оптимизации процесса отверждения. Рассмотрено влияние кинетики тепловыделений и ограничений величины экзотермических перегревов и градиентов температуры на режимы процесса отверждения. Проведены расчеты оптимальных режимов отверждения пластин из стеклопластика различной толщины, позволяющие производить полимерные композиты, обладающие высокими прочностными характеристиками, имеющие минимальную себестоимость при максимальной производительности технологического оборудования.

Библиографические ссылки

Каблов, Е. Н. Материалы нового поколения и цифровые технологии их переработки / Е. Н. Каблов // Вестник Российской академии наук. 2020. Т. 90, № 4. С. 331–334. doi: 10.1134/S1019331620020124

Кербер, М. Л. Полимерные композиционные материалы: структура, свойства, технология / М. Л. Кербер, В. М. Виноградова, Г. С. Головкин [и др.] ; под ред. А. А. Берлина. СПб. : Профессия, 2008. 560 с.

Esposito, L. Effect of Curing Overheating on Interlaminar Shear Strength and Its Modelling in Thick FRP Laminates / L. Esposito, L. Sorrentino, F. Penta, C. Bellini // Int. J. Adv. Manuf. Technol. 2016. Vol. 87. P. 2213–2220. doi: 10.1007/s00170-016-8613-5

Чуцкова, Е. Ю. Опыт применения дифференциальной сканирующей калориметрии для исследования кинетических закономерностей отверждения эпоксидного клея ВК-36Р / Е. Ю. Чуцкова, В. М. Алексашин, Д. Я. Баринов, Л. А. Дементьева // Труды ВИАМ. 2015. № 1. С. 12–25. doi: 10.18577/2307-6046-2015-0-1-12-12

Блазнов, А. Н. Влияние степени отвер-ждения связующего на температуру стеклования композитных материалов / А. Н. Блазнов, Е. В. Атясова, Н. В. Бычин [и др.] // Южно-Сибирский научный вестник. 2016. Т. 13, № 1. С. 13–20.

Хасков, М. А. Моделирование процессов отверждения термореактивных матриц на при-мере сложнопрофильного образца / М. А. Хас-ков, Е. В. Сафронов // Труды ВИАМ. 2019. Т. 84, № 12. С. 46–54. doi: 10.18577/2307-6046-2019-0-12-46-54

Мищенко, С. В. Математическое моделирование процесса отверждения изделия из полимерных композиционных материалов методом горячего прессования / С. В. Мищенко, О. С. Дмитриев, С. В. Пономарев // Вестн. Тамб. гос. техн. ун-та. 1998. Т. 4, № 4. С. 390–399.

Мищенко, С. В. Математическое моделирование процесса отверждения изделий из полимерных композиционных материалов методом вакуумного автоклавного формования в технологическом пакете / С. В. Мищенко, О. С. Дмитриев, А. В. Шаповалов, В. Н. Кириллов // Вестн. Тамб. гос. техн. ун-та. 2001. Т. 7, № 1. С. 7–19.

Дмитриев, О.С. Моделирование теплофизических характеристик полимерных композитов в процессе отверждения / О.С. Дмитриев, А.А. Барсуков, Д.Я. Баринов // Теплофизика и аэромеханика. 2024. Т. 31. № 2. С. 355–370.

Shah, P. H. Optimal Cure Cycle Parameters for Minimizing Residual Stresses in Fiber-Reinforced Polymer Composite Laminates / P. H. Shah, V. A. Halls, J. Q. Zheng, R. C. Batra // Journal of Composite Materials. 2017. Vol. 52, № 6. pp. 773–792. doi: 10.1177/0021998317714317

Дмитриев, О. С. Определение оптимальных режимов отверждения толстостенных изделий из полимерных композитов / О. С. Дмитриев, В. Н. Кириллов, А. О. Дмитриев, А. В. Зуев // Тепловые процессы в технике. 2013. № 10. С. 467–475.

Дмитриев, О. С. Влияние режимов термообработки на геометрические и механические характеристики углепластиковых трубчатых элементов / О. С. Дмитриев, И. В. Малков // Вестн. Тамб. гос. техн. ун-та. 2016. Т. 22, № 3. С. 427–438. doi: 10.17277/vestnik.2016.03.pp.427-438

Dmitriev, O. S. Thermo-Chemical Analysis of the Cure Process of Thick Polymer Composite Structures for Industrial Applications / O. S. Dmi-triev, A. A. Zhyvenkova, A. O. Dmitriev // Advanced Materials and Technologies. 2016. № 2. P. 53–60. doi: 10.17277/amt.2016.02.pp.053-060

Dmitriev, O. S. Computer-measuring system for research into properties of glutinous prepregs and calculation of curing cycles of the poly-mer composite materials on their base / O.S. Dmi-triev, S.V. Mischenko, A.O. Dmitriev, V.N. Kirillov // Polymer Science, Series D. 2010. V. 3, № 1. P. 20–25. doi: 10.1134/S199542121001003X

Дмитриев, О. С. Интегрированная информационно-измерительная система исследования свойств и расчета режимов отверждения полимерных композитов / О. С. Дмитриев, С. В. Мищенко, А. О. Дмитриев, И. С. Касатонов, C. О. Дмитриев // Вестн. Тамб. гос. техн. ун-та. 2008. Т. 14, № 2. С. 230–240.