INFLUENCE OF HEAT RELEASE KINETIC ON OPTIMAL CURE CYCLES OF POLYMER COMPOSITES
WTDGUW
DOI:
https://doi.org/10.25712/ASTU.2072-8921.2025.04.034Keywords:
optimization problem, polymer composite (PC), cure cycle, fiberglass plastic, temperature gradient, heat release, exothermic overheating.Abstract
The article studies the phenomena of overheating in the inner layers of flat products made of polymer composites, which occur during the curing and heat release of thermosetting resins. Using fiberglass plastic as an example of one of the universal polymer composites, the thermophysical and kinetic characteristics of its curing process were studied. Based on the studied characteristics, numerical and experimental studies of exothermic overheating and temperature gradients occurring during curing were carried out, their analysis and comparison were performed. The formulation of the optimization problem for the curing process of polymer composites is presented, based on mathematical modeling and the search for a temperature-time cure cycle that minimizes the optimality criterion while observing the constraints imposed on the solution of the curing process optimization problem. The influence of heat release kinetics and constraints on the magnitude of exothermic overheating and temperature gradients on cure cycles is considered. Calculations have been made of optimal cure cycles for fiberglass plates of various thicknesses, allowing the production of polymer composite with high strength characteristics, having minimal cost with maximum productivity of process equipment.
References
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.
Downloads
Published
How to Cite
Issue
Section
License
Copyright (c) 2025 Oleg S. Dmitriev, Alexander A. Barsukov
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
.
This work is licensed under a 
