Полиэфирная смола — это универсальный синтетический полимер, который благодаря простоте изготовления и дешевизне широко применяется в промышленности: в качестве лаков, клея, ремонтных составов, защитных покрытий для лодок и кузовов, изоляционных материалов в электронике и атомной отрасли. С помощью радиационного воздействия можно значительно изменить свойства смол — повысить их стойкость или наоборот сделать очень хрупкими. Это зависит не только от условий облучения, но и от состава продукта.
Ученые Пермского Политеха экспериментально выяснили, как гамма-лучи и микроволны могут повысить прочность и гибкость двух видов промышленных полиэфирных смол, а также ускорить процесс их получения. Полученные результаты позволят модифицировать материалы и расширить сферу их применения в экстремальных условиях, например, в зонах с повышенной радиацией.
Полиэфирные смолы — это продукт нефтепереработки, их получают путем химической реакции между спиртами и кислотами. Изначально получаемая смола прозрачная и текучая, но после добавления отвердителя она становится прочным материалом, устойчивым к влаге, химии и температурам. Эти свойства делают ее полезным продуктом для строительства, морской и автомобильной промышленности, а также для получения стекловолоконных композитов и лакокрасочной продукции.
Науке уже известно, что радиационное излучение по-разному влияет на свойства различных материалов. Например, механические характеристики композита на основе эпоксидной смолы можно улучшить облучением до 100 килогрей (единица измерения дозы излучения), а при больших дозах наблюдается обратный эффект. Исследование этого фактора необходимо для получения модифицированных промышленных материалов с улучшенными свойствами, чтобы они были более долговечны, надежны, могли выдерживать высокие нагрузки и температуры.
Гамма-волны и микроволны – это два разных вида излучения, которые отличаются силой своего воздействия. Мощные и высокоэнергетические гамма-лучи вырабатываются из радиоактивных материалов и ядерных реакций. Они широко применяются в медицине для лечения опухолей и стерилизации инструментов. Микроволновое излучение слабее и в обычных дозах безопасно для человека. В основном применяется для разогрева пищи, телекоммуникациях и радарах.
В последнее время научное сообщество исследует возможность использования таких видов излучения для улучшения свойств различных полимеров, стекловолокон, углепластиков и смол.
Ученые Пермского Политеха изучили, что результат такого упрочнения радиацией зависит не только от условий облучения, но и от состава материала. Для этого они провели эксперименты с полиэфирными смолами разного химического состава и определили, как на их прочность и гибкость влияют дозы гамма-лучей и микроволн.
Политехники использовали две марки смол Kamfest-05И и Kamfest-15VES, часто применяемые в промышленности. Первая представляет собой стирольный раствор продукта поликонденсации изофталата пропиленгликоля с фумаровой кислотой, вторая – стирольный раствор продукта реакции эпоксида бисфенола с метакриловой кислотой.
Политехники обрабатывали образцы смолы гамма-лучами дозами от 100 до 10000 килогрей и микроволнами с частотой 2,45 гигагерц и мощностью 700 Ватт. Время воздействия микроволн на материалы составляло 300, 600, 1200 и 1800 секунд. Затем проводили механические испытания образцов на растяжение и изгиб, чтобы оценить изменения их прочностных характеристик после радиационного воздействия.
– Гамма-облучение оказывает значительное влияние на физические и механические свойства полиэфирных смол. При дозах до 2000 килогрей наблюдается повышение прочности в обоих видах образцов. Однако увеличение дозы с 2000 до 4000 килогрей резко снижает ее и возвращает материал к исходным свойствам. Дальнейшее повышение до 10000 килогрей также сопровождается снижением прочности. Это говорит о том, что оптимальная доза упрочнения полиэфирных смол – 2000 килогрей, – рассказывает Эргаш Нуруллаев, доцент кафедры прикладной физики ПНИПУ, кандидат физико-математических наук.
Политехники отмечают, что оба вида смолы устойчивы к радиации, но их поведение зависит от состава. Так, марка Kamfest-05И лучше выдерживает растяжение, а Kamfest-15VES обладает большей прочностью на изгиб.
Результаты микроволнового излучения во многом зависят от времени обработки образцов. Изначально их прочность немного повышается, но длительное воздействие микроволн (более 30 минут) вновь ухудшает свойства смол. При этом нагрев материала происходил равномерно, что является важным фактором для ускорения промышленных процессов.
Выявленные учеными ПНИПУ особенности радиационного упрочнения обеспечивают возможность контролируемо облучать полиэфирные смолы на производстве, что повышает качество их защиты от радиации и расширяет сферу их применения в экстремальных условиях.