Терморасширение и усадка эпоксидных пенопластов при вторичном нагреве

АКТУАЛЬНОСТЬ. Эпоксидные пены, полученные путем терморасширения полимерных микросфер, перспективны в качестве заполнителей сэндвич-панелей. При вторичном нагреве эпоксидных пеноматериалов могут происходить процессы значительной усадки или терморасширения в зависимости от состава пен. Исследование и прогнозирование данных процессов необходимо для проектирования сэндвич-изделий с эпоксидным пенозаполнителем.
ЦЕЛЬ. Исследование процессов термического расширения и усадки эпоксидных пенопластов при вторичном нагреве. Оценка давления, создаваемого в замкнутом пространстве оснастки за счет расширения.
МЕТОДЫ. Для оценки температуры стеклования эпоксидных пенопластов использовался метод динамического механического анализа. Процесс вспенивания микросфер изучался методом термомеханического анализа. Оценка термического расширения и усадки производилась путем измерения линейных размеров и объема пенопласта до и после термической обработки. Оценка давления в процессе терморасширения пенопластов производилась с помощью датчиков давления и регистрировалась с помощью диэлектрической системы мониторинга процесса формования композитов DiamonPlus (INASCO).
РЕЗУЛЬТАТЫ. Показано, что при вторичном нагреве эпоксидных пенопластов может происходить усадка или расширение материала в зависимости от содержания микросфер. Давление терморасширения увеличивается с повышением плотности пенопласта.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Подобраны температурные условия вторичной термообработки и проведены исследования терморасширения эпоксидных пенопластов с различным содержанием микросфер и с различной начальной плотностью. Показано, что начальная минимальная плотность пенопласта снижается, а плотность после термообработки увеличивается с повышением концентрации микросфер. С повышением начальной плотности пенопласта при постоянной концентрации микросфер плотность пенопласта после термообработки снижается. Для пенопластов с большой начальной плотностью и большим содержанием микросфер наблюдается анизотропия расширения и сжатия после термообработки.

1. Taskin O. S. Polymeric Foams: Materials, Technology, and Applications // Polymeric Foams: Applications of Polymeric Foams (Volume 2). American Chemical Society, 2023. С. 51-63.

2. Wu G. et al. A review of thermoplastic polymer foams for functional applications // Journal of Materials Science. 2021. Т. 56. №. 20. С. 11579-11604.

3. Naderi G. et al. Polymer Foams for Energy Applications: Storage, Harvesting, Dissipation, and Conversion // Polymer Engineering & Science. 2025. T.66. № 11. С. 7-42.

4. Pattarakunnan K. et al. Impact damage tolerance of energy storage composite structures containing lithium-ion polymer batteries // Composite Structures. 2021. Т. 267. С. 113845.

5. Pattarakunnan K. et al. Thermal Performance of Energy Storage Sandwich Composites Containing Lithium-Ion Polymer Batteries // Applied Composite Materials. 2025. С. 1-33.

6. Wang X. et al. Experimental study on post-impact loading of composite sandwich-structured batteries // Optics & Laser Technology. 2025. Т. 186. С. 112637

7. Soni P. et al. Progress in innovative technologies in thermal insulation for cryogenic applications //Energy. 2025. С. 138658.

8. Rodríguez–Pérez M. A. et al. Thermal expansion of crosslinked closed‐cell polyethylene foams // Journal of Polymer Science Part B: Polymer Physics. 1998. Т. 36. №. 14. С. 2587-2596

9. Andersons J. et al. Anisotropic thermal expansion of bio-based rigid low-density closed-cell polyurethane foams // Journal of Materials Research and Technology. 2022. Т. 16. С. 1517-1525.

10. Rodríguez-Pérez M. A., González-Peña J. I., de Saja J. A. Anisotropic and heterogeneous thermal expansion of polyethylene foam blocks: Effect of thermal treatments // European polymer journal. 2007. Т. 43. №. 10. С. 4474-4485.

11. Qin Y. et al. Preparation of thermal expandable epoxy resin and properties of foam sandwich composites formed by thermal expansion molding process //Polymer Composites. 2024. Т. 45. №. 9. С. 8345-8359.

12. Krishnan V. G. et al. Characterizing the foaming process of polymers: Review of experimental methods // Advances in Colloid and Interface Science. 2025. С. 103579.

13. Kwon D. J. et al. Optimized epoxy foam interface of CFRP/Epoxy Foam/CFRP sandwich composites for improving compressive and impact properties // Journal of Materials Research and Technology. 2021. Т. 11. С. 62-71.

14. Peng Z. et al. Preparation and evaluation of the high-temperature-resistant epoxy resin with thermal expansion properties enables Z-axis reinforcement // Composites Communications. 2025. Т. 56. С. 102372.

15. Воронцов С. А., Галимова Н. Я., Тукбаев Э. Р. Исследование тепловых процессов при нанесении полимерных порошковых покрытий электростатико-термогазодинамическим способом // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2011. №. 3-4. С. 106-111.

16. Chen Y., Das R. A review on manufacture of polymeric foam cores for sandwich structures of complex shape in automotive applications // Journal of Sandwich Structures & Materials. 2022. Т. 24. №. 1. С. 789-819.

17. Пат. РФ 2845736. Эпоксидный пенопласт, способ получения эпоксидного пенопласта (варианты) и способ получения сэндвич-изделия из эпоксидного пенопласта (варианты). Куомалибиекэ А., Мигранов Т.И., Андрианова К.А., Амирова Л.М. Опубл. 25.08.2025 Бюл. № 24.

18. Пат. РФ 2852337. Способ получения сэндвич-изделия Куомалибиекэ А., Мигранов Т.И., Андрианова К.А., Амирова Л.М. Опубл. 08.12.2025 Бюл. № 34.

19. Пат. РФ 2852526 Способ получения сэндвич-изделия из эпоксидного пенопласта. А. Куомалибиекэ, Мигранов Т.И., Андрианова К.А., Амирова Л.М. Опубл. 09.12.2025 Бюл. № 34.

20. Kuomalibieke A. et al. Epoxy Polymer Based Foam Fillers and Sandwich Structures with a Core Based on Them // Russian Aeronautics. 2025. Т. 68. №. 2. С. 463-470.

21. Peng Y. et al. Interfacial Delamination and Corresponding Mechanisms of Integrated Sandwich Composite Structure Fabricated Via Internal Thermal Expansion Technique // Applied Composite Materials. 2026. Т. 33. №. 1. С. 17.

22. Lee C. S. et al. Co-cure bonding method for foam core composite sandwich manufacturing // Composite structures. 2004. Т. 66. №. 1-4. С. 231-238.

23. Sun Z. et al. Effect of expansion rate on interfacial mechanical properties and failure mechanism of sandwich composites prepared via thermal expansion molding process // Engineering Failure Analysis. 2024. Т. 161. С. 108246.