В настоящее время уже накоплены существенные теоретические и практические результаты использования электромагнитных излучений в различных технологических процессах получения полимерных материалов. Однако, несмотря на перспективность данного метода его применение, как правило, ограничивается предварительным нагревом материалов и не получило еще достаточно широкого распространения в процессах переработки термореактивных композиций и получения готовых изделий.

В научно-технической литературе представлены достаточно глубокие исследования особенностей процессов отверждения эпоксидных композиций под действием МВИ. Наиболее серьезные работы проведены с использованием в качестве сшивающих агентов 4,4' -диаминодифенилметана (ДДМ), 4,4' -диаминодифенилсульфона (ДДС), дициандиамида (ДЦДА), м-фенилендиамина (МФДА) и 4,4' -диамино- 3,3' -диметилдициклогексилметана [6] и т. д.

Проводилось исследование отверждения диглицидилового эфира дифенилолпропана (ДГЭБА) с молекулярной массой 370 в присутствии диаминодифенилметана (ДДМ) при стехиометрическом соотношении функциональных групп и под действием микроволнового излучения с частотой 2,45 ГГц, подаваемого в непрерывном и импульсных режимах. Мощность излучения изменялась в пределах 20-100 Вт, а частота импульсов от 20 Гц до 20 кГц. Установлено, что микроволновое отверждение происходит аналогично термическому отверждению. Сначала температура системы возрастает, а затем уменьшается. Скорость отверждения возрастает, время гелеобразования сокращается, а максимальная температура увеличивается до 200-250° С при увеличении мощности излучения [6]. Время достижения максимальной температуры разогрева системы уменьшается при понижении частоты по дачи импульсов, а мощность поглощаемого излучения достигает максимального значения через 23,5 мин независимо от частоты подачи импульсов. Использование импульсного излучения повышает эффективность сшивания. Отверждение системы завершается за время 80-140 мин. Поглощаемая мощность в ходе отверждения сначала возрастает, а потом уменьшается, что объясняется подавлением процесса биполярной релаксации образующимися межмолекулярными сшивками. Предельное значение мощности, поглощаемой полностью отвержденной системой, возрастает при увеличении интенсивности подаваемого излучения. Модуль Юнга систем, отвёрждённых термически и под действием МВИ составляет, соответственно, 2,4 ГПа и 2,6-2,7 ГПа.

Исследование кинетики отверждения на примере систем ДГЭБА-ДДС и ДГЭБА-ДЦДА под действием импульсного МВИ с частотой 2,45 ГГц подтверждает выше приведенные результаты. В ходе облучения данных систем температура возрастает от 20 до 180-200 °С, а затем в зависимости от мощности и частоты подачи импульсов уменьшается или слабо изменяется вследствие поглощения излучения. Глубина превращения для системы ДГЭБА-ДДС достигает 95 %, температура стеклования находится в пределах 130-190° С в зависимости от мощности облучения и частоты подачи импульсов.

При воздействии МВИ с мощностью 20-60 Вт на эпоксидные композиции, содержащие в качестве наполнителя порошковое железо с размером частиц 10 мкм в количестве до 70 мас. %, скорость отверждения резко возрастает с увеличением содержания металла, а температура разогрева достигает 240° С [6].

Воздействие импульсного МВИ мощностью 25-50 Вт, частотой импульсов 50 Гц и длительностью импульса 3 мс, на эпоксидные композиции ДГЭБА- ДДМ, содержащие до 70 мас. % порошка алюминия с размером частиц менее 40 мкм, также приводит к возрастанию скорости отверждения и температуры разогрева с увеличением подаваемой мощности. Однако, скорость отверждения, максимальная температура разогрева системы вначале возрастают при увеличении количества алюминия до 45 мас. %, а затем уменьшаются при дальнейшем повышении его содержания. Это объясняют образованием агрегатов частиц алюминия при его содержании более 45 мас. %, что приводит к изменению механизма диссипации микроволновой энергии и замедлению скорости отверждения композиций при высоких степенях наполнения. Установлено, что отверждение эпоксидных композиций происходит до полной конверсии, а температура стеклования составляет 160° С.

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].