При исследовании влияния непрерывного и импульсного МВИ мощностью 5-25 Вт на эпоксидные композиции наполненные сажей в количестве 5 мас.% выявлено, что поглощение микроволновой энергии связано с диполярной релаксацией матрицы и электрической проводимостью сажи. При этом поглощенная энергия линейно возрастает при увеличении мощности подаваемой энергии. Скорость отверждения, максимальная температура разогрева системы также возрастают при увеличении мощности излучения. При высоких концентрациях сажи имеет место трансляции энергии. В сшитом состоянии композиций максимум поглощения МВИ наблюдается вблизи порога перколяции.
При воздействии МВИ частотой 2,45 ГГц и мощностью 650 Вт на эпоксиаминные композиции, дискретно армированные оксидно-алюминиевыми волокнами или наполненные порошкообразным титанатом бария в количестве 25-100 масс.ч. установлено, что глубина превращения эпоксиолигомера снижается с повышением содержания твердофазного компонента, тогда как в ненаполненных композициях она составляет 94-96 %. Максимальное значение гель-фракции достигается через 3 мин. Авторы наблюдали ингибирование процесса образования трехмерного продукта в первую минуту нагрева, что объяснено интенсификацией миграции низкомолекулярного аминного ингредиента к поверхности наполнителя и повышением его сорбции этой поверхностью.
Отверждение композиций, содержащих пустотелые кварцевые микросферы диаметром 30 мкм и плотностью 210 кг/м3 сопровождается разогревом до 250° С в зависимости от мощности излучения. Скорость отверждения возрастает при увеличении мощности МВИ и уменьшается при увеличении содержания микросфер.
Применение электромагнитных полей для интенсификации процессов отверждения и формования изделий нашло распространение в практике. Склеивание конструкций из древесины с использованием карбамидных клеев было одним из первых направлений использования данного способа. В качестве клеевых композиций для склеивания под действием ТВЧ древесных материалов опробованы малотоксичные клеи на основе резольных фенолоформальдегидных смол, а также резорциновые клеи. Отмечается, что при склеивании древесных материалов резорциновыми клеями время воздействия высокочастотного поля должно быть больше, чем в случае применения карбамидных клеев и при этом снижается производительность оборудования.
Целесообразность использования высокочастотного нагрева отмечена при производстве стеклопластиков, древесностружечных плит, намоточных и профильных изделий, а также заливочных компаундов. Так, например, отверждение стеклопластиков на основе эпоксидно-фенольных связующих может быть осуществлено за несколько минут, а эпоксидные заливочные компаунды достигают стабильных свойств за 30-60 мин, в то время как их отверждение при конвекционном методе нагрева позволяет получить стабильность свойств только через 2,5 ч. Высокочастотный метод нагрева позволяет сократить продолжительность процессов отверждения компаундов в зависимости от выбранной температуры нагрева от 50 до 100 раз [6].
Было проведено [6] сравнение механических свойств композиций на основе ДГЭБА и 4,4'-диамино-3,3'-диметилдициклогексилметана (ДЦГМ), отвержденных под действием МВИ или термообработкой. Испытания показали, что композиции полученные под действием МВИ имеют более высокие прочность при растяжении и модуль Юнга, чем композиции, полученные термообработкой. Они также сохраняют свое преимущество после старения в воде.
Проведено также сравнение свойств композиций ДГЭДФП и ДЦГМ, отвержденных как под действием МВИ мощностью 200 Вт, так и комбинированным способом, который заключался в том, что образцы после отверждения МВИ дополнительно доотверждали при 190° С в течение 14 ч. Испытания показали, что модуль упругости при сжатии составляет 3,15 и 2,9 ГПа, температура стеклования 131 и 186° С, а степень превращения 89 и 100 % соответственно, для первого и второго вариантов отверждения.
Способ получения композиционных полимерных материалов на основе термореактивных олигомеров, содержащих тонкоизмельченные наполнители с применением электромагнитных колебаний частотой от 100 МГц до 300 ГГц заявлен французской компанией Еlесtrycite dе Frаnсе в 1983 году. В качестве тонкоизмельченных наполнителей предложено использовать кремнийсодержащие соединения типа песка, порошки полипропилена, тефлона, а также электропроводящие наполнители в виде порошков железа, алюминия, меди, солей металлов, комплексных органометаллических соединений или сажи с размером частиц менее 500 мкм. Количество наполнителей рекомендуется вводить до 85 % от массы композиционного материала. Отмечается, что получены более гомогенные композиционные материалы, которые используются в качестве изделий, формуемых литьем под давлением, клеев, электропроводящих изделий в автомобилестроении, авиастроении, микроэлектронике.
Исследования полимеризации термореактивных смол, усиленных стекловолокном показали, что производительность процесса получения композиционного материала может быть увеличена в 30 раз по сравнению с обычным способом нагрева.
При отверждении эпоксидных композиционных материалов с высокой теплопроводностью, содержащих углеволокно (ЭКУ) и материалов с низкой теплопроводностью, содержащих стекловолокно (ЭКС) установлено, что в объеме образцов ЭКУ практически отсутствует градиент температуры, тогда как в случае ЭКС градиент температуры оказывался достаточно высоким. Для устранения этого градиента предлагается систему с низкой теплопроводностью подвергать одновременно термообработке путем обычного нагрева.
Использование МВИ для отверждения органических покрытий показывает высокую эффективность этого метода.
В последние годы для отверждения лакокрасочных покрытий, в том числе и металлизированных, а также для отделочных покрытий на декоративной бумаге, успешно используется микроволновое излучение с частотой 915 МГц и 2,45 ГГц.
Воздействие электромагнитных полей различной частоты и мощности применяют для вспенивания и отверждения термореактивных пенопластов. Первые сведения о получении пористых полимерных материалов без использования вспенивающих добавок опубликованы английской фирмой Вurt Тhоmе в 1970 году. Способ получения таких материалов заключается в том, что сухую массу порошкообразного неотвержденного реактопласта помещают в поле ТВЧ такой мощности, чтобы нагреть частички материала и обеспечить их слипание друг с другом в местах контакта. Материал нагревается по всей массе равномерно и быстро, что способствует локальному расплавлению частичек. Преимуществами этого метода, по сравнению с другими, является возможность получения крупных и глубоких изделий сложной формы, быстрота и возможность "вспенивания" таких смесей полимеров и сополимеров, которые не вспениваются при внешнем нагреве.
Американской корпорацией "Ethyl Corp." запатентован способ получения вспененных полиимидов на основе порошкообразных смесей твердых алкиловых эфиров ароматических тетракарбоновых кислот (ЭТК) и первичных или гетероциклических диаминов (ДА) при мольном соотношении ЭТК : ДА равном 1:1. Вспенивание и отверждение композиций проводят под слоем газонепроницаемой поливинилхлоридной пленки при воздействии МВИ частотой 915-2450 МГц и мощностью 0,1-10 кВт/кг смеси мономеров.
Отмечаются преимущества проведения процессов отверждения и вспенивания жидких заливочных композиций в электрическом поле, возможность выбора режима воздействия для получения изделий как с изотропными так и с анизотропными свойствами, исключение применения фторированных газообразователей, быстрое отверждение матрицы вокруг ячеек. С помощью данной технологии возможно регулирование плотности и прочности пенопластов, снижение содержания катализаторов отверждения, уменьшение расхода электроэнергии. Способ может применяться для получения как конструкционных, так и демпферирующих изделий для авиации, автомобилестроения, морского транспорта и в других областях техники.
Под действием МВИ вспененные материалы получают на основе сухой целлюлозы или ее суспензий с использованием в качестве связующего латекса, а в качестве газообразователя соду [6].
Вспенивание и отверждение порошковых эпоксидно-новолачных и фенолоформальдегидных композиций под действием МВИ мощностью 150 Вт позволяет получать пенопласты с удовлетворительными механическими свойствами за 20-50 мин в зависимости от условий обработки и при сокращении цикла формования в 5-8 раз по сравнению с традиционным методом.
Таким образом, все вышеприведенные данные свидетельствуют о том, что применение электрических полей высокой частоты для отверждения термореактивных композиций является перспективным, высокоэффективным направлением переработки, которое может быть использовано в различных технологических процессах получения полимерных материалов и изделий.
Разработано и изготовлено новое универсальное ультрафиолетовое термическое оборудование, обеспечивающее комбинированную обработку текстильных материалов УФ и ИК излучениями в диапазоне длин волн 300-1200 нм [9]. Проведенные испытания показали возможность использования оборудования для осуществления фотохимической технологии колорирования тканей кубозолями, а также для термообработки тканей в традиционных операциях крашения и отделки.
В результате проведенных исследований разработан новый тип терморадиационного оборудования, представляющего собой малогабаритную ультрафиолетовую термическую камеру (УФТК). Важным отличием УФТК от существующего терморадиационного оборудования является то, что в его конструкции применены в качестве источников оптического излучения дуговые ксеноновые трубчатые лампы типа ДКСТ. Достоинства ксеноновых ламп заключаются в том, что они экологически чисты, взрывобезопасны и при горении не вызывают образования озона. В техническом аспекте сильной стороной ксеноновых ламп является безинерционность: у них отсутствует период разгорания, а коэффициент мощности сети близок к единице. Следует особо отметить другое важное преимущество ксеноновых ламп - их спектр излучения включает в себя УФ, видимую и ИК области (рис. 1). Они являются одним из наиболее интенсивных источников УФ, видимого и ИК излучения. Это обусловливает принципиальную возможность применения разработанного оборудования как для осуществления фотохимических процессов, основанных на воздействии на материал УФ излучения, так и для традиционных термических процессов, предусматривающих тепловую обработку тканей ИК излучением.