Известия Саратовского университета.

Новая серия. Серия Физика

ISSN 1817-3020 (Print)
ISSN 2542-193X (Online)


Для цитирования:

Алонова М. В., Злобина И. В., Бекренев Н. В., Зимняков Д. А. Анализ структурных изменений СВЧи УЗ-модифицированных углепластовых композитов методом низкокогерентной рефлектометрии // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Физика. 2026. Т. 26, вып. 1. С. 31-44. DOI: 10.18500/1817-3020-2026-26-1-31-44, EDN: EIZAWY

Статья опубликована на условиях лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International (CC-BY 4.0).
Полный текст в формате PDF(Ru):
(загрузок: 1)
Язык публикации: 
русский
Тип статьи: 
Научная статья
УДК: 
535.326:535.361.22:535.326:620.186.5
EDN: 
EIZAWY

Анализ структурных изменений СВЧи УЗ-модифицированных углепластовых композитов методом низкокогерентной рефлектометрии

Авторы: 
Алонова Марина Васильевна, Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю. А.
Злобина Ирина Владимировна, Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю. А.
Бекренев Николай Валерьевич, Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю. А.
Зимняков Дмитрий Александрович, Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю. А.
Аннотация: 

Метод низкокогерентной рефлектометрии применён к анализу структуры углепластовых композитных материалов в исходном состоянии и после СВЧ или ультразвукового воздействия. В качестве инструментальной основы для рефлектометрических измерений использован оптический когерентный томограф OCS 1300 SS в режиме В-сканирования. Анализ ОКТ-изображений образцов углепластовых композитов в исходном и модифицированном состоянии показал, что ультразвуковая модификация приводит к уменьшению коэффициента обратного рассеяния зондирующего пучка в зонах контакта углеродных волокон и полимерного наполнителя. При этом максимальный эффект достигается в случае применения в качестве модифицирующего фактора ультразвукового излучения с частотой 44 кГц и плотностью мощности 10 Вт/см2. В работе обсуждаются возможные физические механизмы уменьшения коэффициента обратного рассеяния, обусловленные увеличением степени однородности структуры полимерной составляющей на супрамолекулярном уровне, и критерии обнаружения неоднородностей в зонах контакта «полимер–волокно».

Благодарности: 
Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда (проект № 23-79-00039, https://rscf.ru/project/23-79-00039/).
Список источников: 
  1. Филатов А. И. Мировой рынок полимерных композиционных материалов: состояние, тенденции, перспективы. Ч. 3 // Полимерные материалы. 2025. № 7 (314). С. 24–29.
  2. JEC Observer. Overview of the global composites market // JEC Composite Magazine. 2019. Special Issue. P. 60.
  3. JEC Observer. Overview of the global composites market 2023–2028 // JEC Composite Magazine. 2024. Special Issue. P. 60.
  4. JEC Observer. Overview of the global composites market 2024–2029 // JEC Composite Magazine. 2025. Special Issue. P. 72.
  5. Fitch Solutions downgrades global steel price forecast for 2024 : [сайт]. URL: https://www.steelorbis.com/steel-news/latest-news/fitch-solutions-downgr... (дата обращения: 30.05.2025).
  6. Сотов А. В., Зайцев А. И., Абдрахманова А. Э., Попович А. А. Аддитивное производство непрерывно армированных полимерных композитов с использованием промышленных роботов : обзор // Известия вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. 2024. Т. 18, № 1. С. 20–30. https://doi.org/10.17073/1997-308X-2024-1-20-30
  7. Чулков А. О., Вавилов В. П., Кладов Д. Ю., Юркина В. А. Тепловой неразрушающий контроль композиционных и металлических деталей, изготовленных методом аддитивных технологий // Дефектоскопия. 2022. № 11. С. 50–55. https://doi.org/10.31857/S0130308222110069
  8. Торубаров И. С. Технология аддитивного производства изделий с повышенными механическими характеристиками, армированных непрерывным волокном по пространственным траекториям : дис. … канд. техн. наук: 2.5.6 / Волгоградский государственный технический университет. Волгоград, 2024. 160 с.
  9. Шкуро А. Е., Кривоногов П. С. Технологии и материалы 3D-печати : учеб. пособие. Екатеринбург : Издательство Уральского государственного лесотехнического университета, 2017. 99 с.
  10. Галыгин В. Е., Баронин Г. С., Таров В. П., Завражин Д. О. Современные технологии получения и переработки полимерных и композиционных материалов : учеб. пособие. Тамбов : Издательство Тамбовского государственного технического университета, 2012. 180 с.
  11. Jamora C., Rauch V., Kravchenko S. G., Kravchenko O. G. Effect of resin bleed out on compaction behavior of the fiber tow gap region during automated fiber placement manufacturing // Polymers. 2023. Vol. 16, № 31. P. 1–18. https://doi.org/10.3390/polym16010031
  12. Lionetto F., Dell’Anna R., Montagna F., Maffezzoli A. Ultrasonic assisted consolidation of commingled thermoplastic/glass fiber rovings // Front. Mater. 2015. Vol. 2. P. 1–19. https://doi.org/10.3389/fmats.2015.00032
  13. Nurullaev E. M., Oniskiv V. D. Mechanical characteristics of a polymer composite material based on gamma-irradiated low-molecular-weight rubbers // Radiat. Chem. 2021. Vol. 55. P. 150–154. https://doi.org/10.1134/S0018143921020107
  14. Кербер М. Л., Виноградов В. М., Головкин Г. С. Полимерные композиционные материалы: структура, свойства, технология : учеб. пособие / под ред. А. А. Берлина. 3-е изд., испр. СПб. : Профессия, 2011. 560 с.
  15. Барашков Н. Н. Полимерные композиты: получение, свойства, применение / отв. ред. Я. М. Колотыркин, Ю. К. Годовский. М. : Наука, 1984. 128 с.
  16. Алешин Н. П., Григорьев М. В., Щипаков Н. А. Современное оборудование и технологии неразрушающего контроля ПКМ // Инженерный вестник. 2015. № 1. С. 233–238. EDN: TQMOBH
  17. Федотов М. Ю. Теоретические исследования встроенной волоконно-оптической системы контроля деформации и температуры полимерных композитов // Контроль и диагностика. 2023. № 5. С. 14–25. https://doi.org/10.14489/td.2023.05.pp.014-025
  18. Януш О. В., Деркачева О. Ю., Гусарова Т. С. Оптическая спектроскопия полимеров : учеб. пособие. СПб. : Санкт-Петербургский государственный университет промышленных технологий и дизайна, 2017. 47 с.
  19. Еремин А. В. Мониторинг оптическим и акустическим методами состояния армированных полимерных и металлических материалов при усталостном разрушении : дис. … канд. техн. наук: 05.11.13 / Национальный исследовательский Томский политехнический университет. Томск, 2018. 166 с.
  20. Михеев П. В., Бухаров С. В., Лебедев А. К., Сундер Р. Неразрушающий контроль полимерных композиционных материалов методом вихретоковой дефектоскопии в процессе циклического нагружения // Инженерный журнал: наука и инновации. 2023. № 11. С. 1–13. https://doi.org/10.18698/2308-6033-2023-11-2314
  21. Маркевич И. А., Дрокин Н. А., Селютин Г. Е. Исследование методом импедансной спектроскопии полимерного композита с углеродными нанотрубками в контакте с электролитом // ЖТФ. 2019. Т. 89, вып. 9. С. 1400–1405. https://doi.org/10.21883/JTF.2019.09.48066.42-19
  22. Буй Ван Донг. Акустический контроль композитных материалов малоракурсным теневым методом : дис. … канд. техн. наук: 05.11.13 / Национальный исследовательский Томский политехнический университет. Томск, 2015. 145 с.
  23. Bashkov O. V., Protsenko A. E., Bryanskii A. A., Romashko R. V. Diagnostics of polymer composite materials and analysis of their production technology by using the method of acoustic emission // Mech. Compos. Mater. 2017. Vol. 53. P. 533–540. https://doi.org/10.1007/s11029-017-9683-7
  24. Баршутина М. Н., Баршутин С. Н. Магнитнополевой резонансно-туннельный метод измерения концентрации наночастиц в полимерных композитах // Вестник ТГТУ. 2018. Т. 24, № 1. С. 24–29. https://doi.org/10.17277/vestnik.2018.01.pp.024-029
  25. Мельников Г. Ю., Лепаловский В. Н., Курляндская Г. В. Магнитный импеданс пленочных наноструктур для оценки полей рассеяния микрочастиц магнитных композитов // ЖТФ. 2022. Т. 92, вып. 2. С. 321–326. https://doi.org/10.21883/JTF.2022.02.52024.259-21
  26. Ходакова Н. Н., Самойленко В. В., Блазнов А. Н., Бычин Н. В. Термоаналитические исследования полимерного композиционного материала // Ползуновский вестник. 2016. № 4–1. С. 218–224. EDN: YHXHJJ
  27. Антюфеева Н. В., Славин А. В., Большаков В. А. Практическое применение термического анализа при разработке и исследовании полимерных композиционных материалов // Пластические массы. 2019. № 3–4. С. 25–27. https://doi.org/10.35164/0554-2901-2019-3-4-25-27
  28. Майниковa Н. Ф. Методы и средства неразрушающего теплового контроля температурно-временных характеристик структурных превращений в полимерных материалах: автореф. дис. … д-ра техн. наук: 05.11.13 / Тамбовский государственный технический университет. Тамбов, 2007. 33 с.
  29. Мищенко С. В., Малков Н. А. Проектирование радиоволновых (СВЧ) приборов неразрушающего контроля материалов : учеб. пособие. Тамбов : Издательство ТГТУ, 2003. 128 с.
  30. Андреев И. Д., Лобанова И. С. Методы неразрушающего контроля изделий из полимерных композиционных материалов // Актуальные проблемы авиации и космонавтики. 2016. Т. 1. С. 295–296. EDN: WTNTIN
  31. Гуров И. П., Жукова Е. В., Маргарянц Н. Б. Исследование внутренней микроструктуры материалов методом оптической когерентной микроскопии с перестраиваемой длиной волны // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2012. № 3 (79). С. 40–45.
  32. Trunina N. A., Lychagov V. V., Tuchin V. V. OCT monitoring of diffusion of clearing agents within tooth dentin // Proc. SPIE. 2009. Vol. 7443. Art. 74432D. https://doi.org/10.1117/12.828646
  33. Trunina N. A., Lychagov V. V., Tuchin V. V. OCT monitoring of diffusion of water and glycerol through tooth dentin in different geometry of wetting // Proc. SPIE. 2010. Vol. 7563. Art. 75630U. https://doi.org/10.1117/12.848585
  34. Трунина Н. А., Лычагов В. В., Тучин В. В. Исследование диффузии воды через дентин зуба человека методом оптической когерентной томографии // Оптика и спектроскопия. 2010. Т. 109, № 2. С. 190–196. EDN: MTJCGB
  35. Трунина Н. А., Тучин В. В. Визуализация проникновения наночастиц TiO2 в ткани зуба человека методом оптической когерентной томографии // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия : Физика. 2011. Т. 11, вып. 2. С. 5–9. https://doi.org/10.18500/1817-3020-2011-11-2-5-9
  36. Быков А. В., Волков М. В., Волынский М. А., Гуров И. П., Киннунен М., Маргарянц Н. Б., Попов А. П. Изготовление тканеимитирующих фантомов и капилляров и их исследование методом оптической когерентной томографии // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2013. № 2 (84). С. 98–103.
  37. Bini M., Ignesti A., Millanta L., Olmi R., Rubino N., Vanni R. The polyacrylamide as a phantom material for electromagnetic hyperthermia studies // IEEE Trans. Biomed. Eng. 1984. Vol. 31, iss. 3. P. 317–322. https://doi.org/10.1109/TBME.1984.325271
  38. Surowiec A., Shrivastava P., Astrahan M., Petrovick Z. Utilization of a multilayer polyacrylamide phantom for evaluation of hyperthermia applicators // Int. J. Hyperthermia. 1992. Vol. 8, iss. 6. P. 795–807. https://doi.org/10.3109/02656739209005027
  39. Royston D., Poston R., Prahl S. Optical properties of scattering and absorbing materials used in the development of optical phantoms at 1064 nm // J. Biomed. Opt. 1996. Vol. 1, iss. 1. P. 110–116. https://doi.org/10.1117/12.227698
  40. Iizuka M., Sherar M., Vitkin I. Optical phantom materials for near infrared laser photocoagulation studies // Lasers Surg. Med. 1999. Vol. 25, iss. 2. P. 159–169. https://doi.org/10.1002/(sici)1096-9101(1999)25:2<159::aid-lsm10>3.0.co;2-v
  41. Kharine A., Manohar S., Seeton R., Kolkman R., Bolt R., Steenbergen W., de Mul F. Poly(vinyl alcohol) gels for use as tissue phantoms in photoacoustic mammography // Phys. Med. Biol. 2003. Vol. 48, iss. 3. P. 357–370. https://doi.org/10.1088/0031-9155/48/3/306
  42. De Korte C. L., Céspedes E. I., van der Steen A. F., Norder B., te Nijenhuis K. Elastic and acoustic properties ofvessel mimicking material for elasticity imaging // Ultrason. Imaging. 1997. Vol. 19, iss. 2. P. 112–126. https://doi.org/10.1177/016173469701900202
  43. Tomlins P., Woolliams P., Tedaldi M., Beaumont A., Hart C. Measurement of the 3D point-spread function in an OCT imaging system // Proc. SPIE. 2008. Vol. 6847. Art. 68472Q. https://doi.org/10.1117/12.766576
  44. Zeppieri M., Marsili S., Enaholo E. S., Shuaibu A. O., Uwagboe N., Salati C., Spadea L., Musa M. Optical Coherence Tomography (OCT): A Brief Look at the Uses and Technological Evolution of Ophthalmology. Medicina (Kaunas). 2023. Vol. 3, iss. 12. art. 2114. https://doi.org/10.3390/medicina59122114
  45. Varghese M., Varghese S., Preethi S. Revolutionizing medical imaging: A comprehensive review of optical coherence tomography (OCT). Journal of Optics. 2025. Vol. 54, iss. 3. P. 1178–1195. https://doi.org/10.1007/s12596-024-01765-6
  46. Bouma B. E., de Boer J. F., Huang D., Jang I. K., Yonetsu T., Leggett C. L., Leitgeb R., Sampson D. D., Suter M., Vakoc B., Villiger M., Wojtkowski M. Optical coherence tomography. Nat. Rev. Methods Primers. 2022. Vol. 2. Art. 79. https://doi.org/10.1038/s43586-022-00162-2
  47. Злобина И. В., Бекренев Н. В. О механизме повышения механических характеристик отвержденных полимерных композиционных материалов под действием СВЧ электромагнитного // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия : Физика. 2022. Т. 22, вып. 2. С. 158–169. https://doi.org/10.18500/1817-3020-2022-22-2-158-169
  48. Злобина И. В., Бекренев Н. В., Чуриков Д. О. Эффективность влияния СВЧ-излучения и конвекционного нагрева на релаксацию внутренних напряжений в отвержденных полимерных композиционных материалах // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия : Физика. 2025. Т. 25, вып. 2. С. 230–241. https://doi.org/10.18500/1817-3020-2025-25-2-230-241
  49. Злобина И. В., Бекренев Н. В., Игнатьев М. А. Анализ особенностей микроструктуры полимерной матрицы в составе ПКМ, сформированных под влиянием электрофизических воздействий // Пластические массы. 2024. № 2. С. 12–16. https://doi.org/10.35164/0554-2901-2024-02-12-16
  50. Злобина И. В., Бекренев Н. В., Егоров А. С. Влияние электрофизических воздействий на микроструктуру торцевой поверхности отвержденного монослоя // Конструкции из композиционных материалов. 2024. № 1 (173). С. 29–35. https://doi.org/10.52190/2073-2562-2024-1-29
Поступила в редакцию: 
06.10.2025
Принята к публикации: 
21.11.2025
Опубликована: 
31.03.2026