Влияние термоциклирования и ультрафиолетового облучения на эпоксидные полимеры: роль графенового наполнителя

Авторы

  • Ирина Николаевна Пархоменко Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь
  • Людмила Александровна Власукова Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь
  • Иван Дмитриевич Парфимович Институт прикладных физических проблем им. А. Н. Севченко БГУ, ул. Курчатова, 7, 220045, г. Минск, Беларусь
  • Александр Степанович Камышан Институт прикладных физических проблем им. А. Н. Севченко БГУ, ул. Курчатова, 7, 220045, г. Минск, Беларусь

Ключевые слова:

эпоксидный полимер, графен, термоциклирование, ультрафиолетовое облучение, оптическая спектроскопия, инфракрасная спектроскопия
Поддерживающие организации
Работа выполнена в рамках государственной программы научных исследований «Конвергенция-2025» (задание 3.07.1.2, № гос. регистрации 20211910, и задание 3.07.1, № гос. регистрации 20211235).

Аннотация

Для оценки влияния факторов околоземной орбиты на структурные особенности эпоксидного полимера с графеновым наполнителем исследовано комбинированное влияние термоциклирования и ультрафиолетового облучения в условиях вакуума (давление 2 ⋅ 10– 4 Па, интервал температур от 15 до 160 °C; 4 и 10 циклов термического воздействия) на эпоксидные полимеры на основе смолы марки ЭД-20 и аминного отвердителя «Этал‑45М». Рассмотрены два типа отвержденных полимерных образцов – немодифицированный полимер и композит, содержащий 1 мас. % графеновых нанопластинок. Измерения проведены методами оптической и инфракрасной спектроскопии в режиме регистрации отражения с лицевой (облученной) и обратной стороны образцов. Посредством совместного анализа спектров и морфологических данных выделены спектральные маркеры деградации, уплотнения и модификации структуры полимера под воздействием термоциклирования и ультрафиолетового облучения. Установлено, что в немодифицированном полимере на ранних стадиях термоциклирования (4 цикла) проявляются признаки деструкции, однако при длительном воздействии (10 циклов) наблюдаются постотверждение и стабилизация структуры. Введение графена способствует стабилизации на ранних стадиях термоциклирования, однако при увеличении числа циклов оно инициирует деструктивные процессы на лицевой стороне образца вследствие межфазных взаимодействий и локального поглощения ультрафиолетового излучения. Полученные данные могут быть использованы при разработке полимерных композитов аэрокосмического назначения и оценке их долговечности.

Биографии авторов

  • Ирина Николаевна Пархоменко, Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь

    кандидат физико-математических наук; ведущий научный сотрудник научно-исследовательской лаборатории материалов и приборных структур микро- и наноэлектроники кафедры физической электроники и нанотехнологий факультета радиофизики и компьютерных технологий

  • Людмила Александровна Власукова, Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь

    кандидат физико-математических наук; заведующий научно-исследовательской лабораторией материалов и приборных структур микро- и наноэлектроники кафедры физической электроники и нанотехнологий факультета радиофизики и компьютерных технологий

  • Иван Дмитриевич Парфимович, Институт прикладных физических проблем им. А. Н. Севченко БГУ, ул. Курчатова, 7, 220045, г. Минск, Беларусь

    кандидат физико-математических наук; ведущий научный сотрудник лаборатории элионики

  • Александр Степанович Камышан, Институт прикладных физических проблем им. А. Н. Севченко БГУ, ул. Курчатова, 7, 220045, г. Минск, Беларусь

    кандидат физико-математических наук; ведущий научный сотрудник лаборатории элионики

Библиографические ссылки

  1. Tan Q, Li F, Liu L, Liu Y, Yan X, Leng J. Study of low earth orbit ultraviolet radiation and vacuum thermal cycling environment effects on epoxy-based shape memory polymer. Journal of Intelligent Material Systems and Structures. 2019;30(18–19):2688 –2696. DOI: 10.1177/1045389X19873398.
  2. Ibadi M, Purnomo H, Vicarneltor DN, Wibowo HB, Setianto MH, Whulanza Y. Investigation of thermomechanical analysis of carbon/epoxy composite for spacecraft structure material. Sains Malaysiana. 2024;53(3):691–704. DOI: 10.17576/jsm-2024-5303-16.
  3. Margoy D, Gouzman I, Grossman E, Bolker A, Eliaz N, Verker R. Epoxy-based shape memory composite for space applications. Acta Astronaut. 2021;178:908 – 919. DOI: 10.1016/j.actaastro.2020.08.026.
  4. Park SY, Choi HS, Choi WJ, Kwon H. Effect of vacuum thermal cyclic exposures on unidirectional carbon fiber/epoxy composites for low earth orbit space applications. Composites. Part B, Engineering. 2012;43(2):726 –738. DOI: 10.1016/j.compositesb.2011.03.007.
  5. Odegard GM, Bandyopadhyay A. Physical aging of epoxy polymers and their composites. Journal of Polymer Science. Part B, Polymer Physics. 2011;49(24):1695–1716. DOI: 10.1002/polb.22384.
  6. Ci S, Wang B, Di C, Wang M, Zhu B, Qiao K. Effect of ultraviolet aging on properties of epoxy resin and its pultruded fiber-reinforced composite. Polymers. 2025;17(3):294. DOI: 10.3390/polym17030294.
  7. Hu JY, Lan Y, Li B, Zhang S-S. Effect of post-curing on UV-induced degradation mechanisms for epoxy resins. SSRN [Preprint]. 2025 [cited 2025 November 30]:[30 p.]. Available from: https://ssrn.com/abstract=5534737.
  8. Рудаков ОБ, Хорохордина ЕА, Глазков СС, Хорохордин АМ, Губин АС. Контроль отверждения эпоксидной смолы по содержанию свободного бисфенола А методом ТСХ. Аналитика и контроль. 2017;21(2):135–143. DOI: 10.15826/analitika.2017.21.2.004.
  9. Низина ТА, Артамонов ДА, Низин ДР, Андронычев ДО, Попова АИ. Влияние отвердителей на технологичность эпоксидных связующих и механические свойства полимеров на их основе. Вестник Белгородского государственного технологического университета имени В. Г. Шухова. 2017;9:19 –24. DOI: 10.12737/article_59a93b08526561.66347013.
  10. Jana S, Zhong W. FTIR study of ageing epoxy resin reinforced by reactive graphitic nanofibers. Journal of Applied Polymer Science. 2007;106(5):3555–3563. DOI: 10.1002/app.26925.
  11. Chike KE, Myrick ML, Lyon RE, Angel SM. Raman and near-infrared studies of an epoxy resin. Applied Spectroscopy. 1993;47(10):1631–1635. DOI: 10.1366/0003702934334714.

Загрузки

Дополнительные файлы

Опубликован

2026-04-06

Выпуск

№ 1 (2026): Журнал Белорусского государственного университета. Физика

Раздел

Физика конденсированного состояния

Лицензия

Copyright (c) 2026 Журнал Белорусского государственного университета. Физика

Лицензия Creative Commons

Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial» («Атрибуция — Некоммерческое использование») 4.0 Всемирная.

Авторы, публикующиеся в данном журнале, соглашаются со следующим:

  1. Авторы сохраняют за собой авторские права на работу и предоставляют журналу право первой публикации работы на условиях лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial. 4.0 International (CC BY-NC 4.0).
  2. Авторы сохраняют право заключать отдельные контрактные договоренности, касающиеся неэксклюзивного распространения версии работы в опубликованном здесь виде (например, размещение ее в институтском хранилище, публикацию в книге) со ссылкой на ее оригинальную публикацию в этом журнале.
  3. Авторы имеют право размещать их работу в интернете (например, в институтском хранилище или на персональном сайте) до и во время процесса рассмотрения ее данным журналом, так как это может привести к продуктивному обсуждению и большему количеству ссылок на данную работу. (См. The Effect of Open Access).

Как цитировать

(1)
Пархоменко, И. Н.; Власукова, Л. А.; Парфимович, И. Д.; Камышан, А. С. Влияние термоциклирования и ультрафиолетового облучения на эпоксидные полимеры: роль графенового наполнителя. Журнал Белорусского государственного университета. Физика 2026, вып. 1, 53-63. https://doi.org/10.33581/2520-2243-2026-1-%p.
Crossref
Scopus
Google Scholar
Europe PMC