Полиэфирная смола – это универсальный синтетический полимер, который благодаря простоте производства и низкой стоимости находит широкое применение в различных отраслях промышленности. Прозрачная вязкая жидкость, затвердевающая при воздействии определенных факторов, используется для изготовления лаков, клеев, ремонтных составов, защитных покрытий для лодок и кузовов, а также в качестве изоляционных материалов в электронике и атомной отрасли. Свойства смол могут быть существенно изменены путем воздействия радиации – от повышения их стойкости до придания им хрупкости. Это изменение зависит не только от параметров облучения, но и от химического состава материала. Исследователи из Пермского Политеха провели эксперименты и установили, как гамма-лучи и микроволны способны улучшить прочность и гибкость двух типов промышленных полиэфирных смол, а также ускорить процесс их получения. Полученные данные позволят модифицировать материалы и расширить область их использования в условиях повышенной радиации.
Статья с результатами опубликована в журнале «Высокоэнергетическая химия», 2025. Исследование проведено в рамках выполнения государственного задания FFSG-2024–0007 (№124013000722–8).
Полиэфирные смолы производятся из продуктов нефтепереработки в результате химической реакции между спиртами и кислотами. Первоначальный продукт представляет собой прозрачная и текучая смола, однако добавление отвердителя приводит к образованию прочного материала, обладающего устойчивостью к воздействию влаги, химических веществ и температур. Благодаря этим характеристикам, полиэфирные смолы находят применение в строительстве, судостроении, автомобильной промышленности, а также при изготовлении стеклопластиковых композитов и лакокрасочных материалов.
Радиационное воздействие оказывает различное влияние на свойства различных материалов, что уже установлено наукой. Так, механические характеристики композита на основе эпоксидной смолы могут быть улучшены при облучении до 100 килогрей, однако при более высоких дозах наблюдается противоположный эффект. Изучение этого явления важно для разработки модифицированных промышленных материалов с улучшенными характеристиками, обеспечивающими большую долговечность, надежность и способность выдерживать значительные нагрузки и высокие температуры.
Гамма-волны и микроволны – это различные типы излучения, различающиеся по интенсивности воздействия. Высокоэнергетические и мощные гамма-лучи генерируются в результате радиоактивных процессов и ядерных реакций. Они находят широкое применение в медицине, в частности для терапии опухолей и стерилизации медицинского оборудования. Микроволновое излучение обладает меньшей интенсивностью и, в обычных концентрациях, безопасно для человека. Его используют преимущественно для нагрева продуктов питания, в телекоммуникациях и в радиолокационных системах. В настоящее время ученые изучают потенциал применения этих видов излучения для модификации характеристик полимерных материалов, стекловолокна, углепластиков и смол.
Результат радиационного упрочнения зависит не только от параметров облучения, но и от химического состава материала – к такому выводу пришли ученые Пермского Политеха. В ходе экспериментов они исследовали полиэфирные смолы с различным составом, чтобы установить, как дозы гамма-лучей и микроволн воздействуют на их прочность и гибкость.
Политехники использовали две марки смол – Kamfest-05И и Kamfest-15VES, которые широко применяются в промышленности. Первая смола является стирольным раствором, полученным в результате поликонденсации изофталата пропиленгликоля с фумаровой кислотой, а вторая – стирольным раствором, полученным из реакции эпоксида бисфенола с метакриловой кислотой.
Студенты политехнического института подвергали образцы смолы воздействию гамма-лучей с дозами от 100 до 10000 килогреев, а также микроволнам с частотой 2,45 гигагерц и мощностью 700 Ватт. Длительность воздействия микроволн на материалы составляла 300, 600, 1200 и 1800 секунд. После этого проводились механические испытания образцов на растяжение и изгиб для оценки изменений в их прочностных свойствах после радиационного воздействия.
– Гамма-облучение существенно изменяет физико-механические характеристики полиэфирных смол. Образцы обоих типов демонстрируют увеличение прочности при воздействии доз до 2000 килогреев. Однако при увеличении дозы от 2000 до 4000 килогреев наблюдается резкое снижение прочности, и материал приобретает первоначальные свойства. Продолжение увеличения дозы до 10000 килогреев также приводит к уменьшению прочности. Таким образом, оптимальная доза для упрочнения полиэфирных смол составляет 2000 килогреев, – рассказывает Эргаш Нуруллаев — кандидат физико-математических наук, доцент кафедры прикладной физики ПНИПУ .
По мнению специалистов из Политехнического института, оба типа смолы демонстрируют устойчивость к воздействию радиации, однако их характеристики зависят от состава. Например, смола марки Kamfest-05И более эффективно противостоит растяжению, в то время как Kamfest-15VES характеризуется повышенной прочностью при изгибе.
Влияние микроволнового излучения на образцы в значительной степени определяется продолжительностью обработки. Первоначально их прочность несколько увеличивается, однако длительное воздействие микроволн (свыше 30 минут) приводит к повторному ухудшению характеристик смол. При этом материал нагревался равномерно, что является важным фактором для ускорения промышленных процессов.
Изученные специалистами ПНИПУ закономерности радиационного упрочнения позволяют целенаправленно облучать полиэфирные смолы в производственных условиях, улучшая их стойкость к радиации и увеличивая возможности использования в сложных средах.
Информация предоставлена пресс-службой ПНИПУ