RU2787880C1

RU2787880C1 - Method for strengthening reinforced polymeric composite materials

Info

Publication number: RU2787880C1
Application number: RU2021138179A
Authority: RU
Inventors: Ирина Владимировна Злобина; Николай Валерьевич Бекренев
Filing date: 2021-12-21
Publication date: 2023-01-13

Abstract

FIELD: reinforced products manufacture technology.

SUBSTANCE: invention relates to a technology for the manufacture of reinforced products, and in particular to the electrophysical hardening of finally formed products. A method for strengthening carbon fiber-reinforced polymeric materials based on an epoxy binder includes impregnating a fibrous filler with an epoxy binder, shaping and curing a workpiece when exposed to a magnetic field. Then the final shaping of the product and additional exposure to it after curing by a microwave electromagnetic field with a frequency of 433-2450 MHz with an input radiation power that excludes heating of the product above 35-40°C, during which the antinode of the electromagnetic wave is scanned along the treated surface, ensuring that the impact spot is covered not less than 50%, and the total processing time in each spot of surface irradiation is 1-2 minutes. Before the start of microwave exposure, a metal mesh is placed on the back surface of the product. During processing, the radiating horn is installed in a horizontal plane at such an angle to the grid surface that the reflected electromagnetic wave, having passed through the material being processed, passes by the plane of its opening.

EFFECT: ensuring uniform processing of large-sized products to increase their strength.

1 cl, 2 dwg, 3 tbl

Description

Изобретение относится к технологии изготовления изделий из армированных тканями на основе углеродных, стеклянных, арамидных и других волокон полимерных композиционных материалов, а именно к электрофизическому упрочнению окончательно сформированных изделий различной сложности с большой толщиной конструктивных элементов, и может быть использовано при изготовлении деталей транспортных и энергетических машин, в частности - летательных аппаратов, маломерных судов, элементов ветрогенераторов, к прочности и выносливости которых предъявляются повышенные требования.The invention relates to a technology for the manufacture of products reinforced with fabrics based on carbon, glass, aramid and other fibers of polymer composite materials, namely, electrophysical hardening of finally formed products of varying complexity with a large thickness of structural elements, and can be used in the manufacture of parts for transport and energy machines , in particular - aircraft, small boats, elements of wind turbines, the strength and endurance of which are subject to increased requirements.

Известен способ получения многослойных подложек из термопластичного синтетического смолистого материала (патент US на изобретение №5338611 А), согласно которому формируют полосы, содержащие термопластичный полимер со включениями частиц сажи и которые укреплены стекловолокном в количестве по весу от 5 до 60% и углеродным волокном в количестве по весу от 1 до 20%. Сформированный блок из армированных подложек помещают в электромагнитное поле частотой от 0,5 до 10 ГГц с мощностью, достаточной для нагрева до температуры, большей температуры стеклования, но меньшей температуры плавления, что создает соединение между слоями.A known method for producing multilayer substrates from thermoplastic synthetic resinous material (US patent for invention No. 5338611 A), according to which strips are formed containing a thermoplastic polymer with inclusions of soot particles and which are reinforced with glass fiber in an amount by weight of 5 to 60% and carbon fiber in an amount by weight from 1 to 20%. The formed block of reinforced substrates is placed in an electromagnetic field with a frequency of 0.5 to 10 GHz with enough power to heat up to a temperature higher than the glass transition temperature, but lower than the melting temperature, which creates a connection between the layers.

Недостатками способа являются термические напряжения, возникающие на границах раздела слоев и границах «волокно-матрица». Возникновение напряжений связано с различными коэффициентами термического расширения у армирующих волокон из разнородного материала и полимерной матрицы, что вызывает значительные деформации волокон, которые при остывании матрицы не релаксируют вследствие ее затвердевания. Это препятствует сокращению удлинившихся волокон.The disadvantages of this method are thermal stresses that occur at the interface between the layers and the boundaries of the "fiber-matrix". The occurrence of stresses is associated with different coefficients of thermal expansion for reinforcing fibers made of a heterogeneous material and a polymer matrix, which causes significant deformation of the fibers, which do not relax when the matrix cools due to its solidification. This prevents the contraction of elongated fibers.

Соответственно возникающим напряжениям понижаются прочностные характеристики материала. Дополнительно возникает концентрация напряжений при формовании изделия из данного материала, вызывающая неоднородность напряженно-деформированного состояния (НДС), что повышает опасность разрушения при знакопеременных нагрузках, возникающих, например, при эволюциях летающих с большими ускорениями объектов. Неоднородности НДС способствует введение в матрицу частиц сажи, которые являются концентраторами выделения тепловой энергии при взаимодействии с СВЧ электромагнитным полем, но не могут быть равномерно распределены в объеме матрицы при введении в нее известными технологическими методами. Материал содержит малое количество углеродного волокна, что снижает его прочностные свойства. Относительно применимости способа к обработке преимущественно углеродных армирующих элементов информация отсутствует.Вследствие снижения поглощенной СВЧ мощности по экспоненциальному закону с увеличением толщины формируемого изделия для изделий с большой величиной данного параметра (более 20-30 мм) будет характерно существенное снижение полученных упрочняющих эффектов от передней до задней поверхности изделия, что приведет к неравномерности физико-механических и, в частности, прочностных свойств.Accordingly, the resulting stress decreases the strength characteristics of the material. Additionally, there is a concentration of stresses during the molding of a product from this material, causing a heterogeneity of the stress-strain state (SSS), which increases the risk of fracture under alternating loads that occur, for example, during the evolution of objects flying with high accelerations. The inhomogeneity of the SSS is facilitated by the introduction of soot particles into the matrix, which are concentrators of the release of thermal energy when interacting with a microwave electromagnetic field, but cannot be uniformly distributed in the volume of the matrix when introduced into it by known technological methods. The material contains a small amount of carbon fiber, which reduces its strength properties. There is no information regarding the applicability of the method to the processing of predominantly carbon reinforcing elements. Due to the decrease in the absorbed microwave power according to an exponential law with an increase in the thickness of the formed product, products with a large value of this parameter (more than 20-30 mm) will be characterized by a significant decrease in the obtained strengthening effects from front to back surface of the product, which will lead to uneven physical and mechanical and, in particular, strength properties.

Известен способ получения моновиниловых ароматических полимеров, нагреваемых микроволновым излучением (патент СН на изобретение №2438867 от 10.01.2012 г., МПК В29С), включающий размещение ударопрочного полистирола в виде слоя в многослойном композите, имеющем один или более слоев, невосприимчивых к энергии микроволнового излучения, нагревание ударопрочного полистирола в объеме посредством энергии микроволнового излучения и формование материала из расплава.A known method for producing monovinyl aromatic polymers heated by microwave radiation (CH patent for the invention No. 2438867 dated January 10, 2012, IPC B29C), including the placement of high-impact polystyrene in the form of a layer in a multilayer composite having one or more layers that are immune to microwave radiation energy , heating high-impact polystyrene in bulk by means of microwave energy and molding the material from the melt.

Недостатками данного способа являются термические напряжения, возникающие на границах раздела слоев различных по теплофизическим характеристикам материалов, неприменимость к получению армированных углеродными волокнами материалов, которые наиболее перспективны для современной транспортной техники вследствие малой массы и высокой прочности, влияние на работоспособность сформированного изделия технологической наследственности предшествующей термической обработки и размерного формования. В результате изделие обладает невысокой прочностью и эксплуатационной надежностью. Вследствие снижения поглощенной СВЧ мощности по экспоненциальному закону с увеличением толщины формируемого изделия для изделий с большой величиной данного параметра (более 20-30 мм) будет характерно существенное снижение полученных упрочняющих эффектов от передней до задней поверхности изделия, что приведет к неравномерности физико-механических и, в частности, прочностных свойств.The disadvantages of this method are thermal stresses that occur at the interfaces between layers of materials with different thermal characteristics, inapplicability to the production of materials reinforced with carbon fibers, which are the most promising for modern transport equipment due to their low weight and high strength, the effect on the performance of the formed product of the technological heredity of the previous heat treatment. and dimensional molding. As a result, the product has low strength and operational reliability. Due to the decrease in the absorbed microwave power according to an exponential law with an increase in the thickness of the product being formed, for products with a large value of this parameter (more than 20-30 mm), a significant decrease in the obtained strengthening effects from the front to the back surface of the product will be characteristic, which will lead to uneven physical and mechanical and, in particular, strength properties.

Известен также способ стабилизации углеродсодержащего волокна, в котором волокно, помещенное в газовую среду, подвергают обработке микроволновым излучением с одновременным нагревом газовой среды (патент RU на изобретение 2416682, МПК D01F 9/22, D01F 9/16, D01F 9/12, D01F 11/16, D01F 11/10). Способ реализуют следующим образом.There is also known a method for stabilizing a carbon-containing fiber, in which the fiber placed in a gaseous medium is subjected to microwave treatment with simultaneous heating of the gaseous medium (RU patent for the invention 2416682, IPC D01F 9/22, D01F 9/16, D01F 9/12, D01F 11 /16, D01F 11/10). The method is implemented as follows.

В качестве исходного волокна могут быть использованы натуральные или синтетические углеродсодержащие волокна, такие как полиакрилонитрил, вискоза и др. На первом этапе обработки - стабилизации -исходное волокно (предшественник) помещают в рабочую камеру, содержащую рабочую газовую среду, в качестве которой могут использоваться хорошо известные в данной области рабочие газы, например молекулярный кислород, воздух, озон и т.п.В камеру подводят микроволны так, чтобы они были направлены в зону обработки волокна. Для этих целей в качестве рабочей камеры могут быть использованы любые известные устройства, в которых микроволновое излучение воздействует на обрабатываемый материал, например волноводы, аппликаторы, резонансные и нерезонансные объемы и т.п. Одновременно проводят нагрев рабочей камеры при помощи любых источников тепла, в качестве которых без ограничения общности могут использоваться электронагревательные устройства, например, электрическая спираль, индуктор, керамические инфракрасные (ИК) излучатели и т.п. Один или несколько нагревателей (источники тепла) могут быть установлены снаружи рабочей камеры таким образом, чтобы выделяемое ими тепло было направлено на рабочую камеру. Рабочая частота может выбираться из известного диапазона 300-30000 МГц, в зону обработки волокна подают микроволновое излучение мощностью 10-1000 Вт, что обеспечивает нагрев материала в интервале температур 50-500°С.Natural or synthetic carbon-containing fibers, such as polyacrylonitrile, viscose, etc., can be used as the initial fiber. At the first stage of processing - stabilization - the initial fiber (precursor) is placed in a working chamber containing a working gas medium, which can be used as well-known in this area, working gases such as molecular oxygen, air, ozone, etc. Microwaves are fed into the chamber so that they are directed to the fiber processing zone. For these purposes, any known devices in which microwave radiation acts on the processed material, for example, waveguides, applicators, resonant and non-resonant volumes, etc., can be used as a working chamber. At the same time, the working chamber is heated using any heat sources, which, without loss of generality, can be used as electric heating devices, for example, an electric coil, an inductor, ceramic infrared (IR) emitters, etc. One or more heaters (heat sources) can be installed outside the working chamber in such a way that the heat generated by them is directed to the working chamber. The operating frequency can be selected from the known range of 300-30000 MHz, microwave radiation with a power of 10-1000 W is supplied to the fiber processing zone, which ensures heating of the material in the temperature range of 50-500°C.

Недостатком способа является то, что он реализуется применительно к исходному компоненту композиционного материала, а именно к углеродному волокну на стадии его получения, что не обеспечивает устранения негативного влияния последующих операций получения композита и формования изделия из него на прочность и выносливость окончательно сформированных объектов, которые вследствие термического характера процессов стабилизации и отверждения неизбежно приводят остаточным напряжениям и их концентрации в опасных зонах перемены сечения и стыка конструктивных элементов.The disadvantage of this method is that it is implemented in relation to the initial component of the composite material, namely carbon fiber at the stage of its production, which does not eliminate the negative impact of subsequent operations of obtaining a composite and molding a product from it on the strength and endurance of the finally formed objects, which, due to the thermal nature of the processes of stabilization and curing inevitably leads to residual stresses and their concentration in dangerous zones of change in the cross section and the junction of structural elements.

Обобщая, можно сделать вывод, что все описанные способы имеют следующие недостатки.Summarizing, we can conclude that all the described methods have the following disadvantages.

1. Влияние на работоспособность сформированного изделия технологической наследственности предшествующей термической обработки и размерного формования, в результате указанный в описании эффект по повышению разрушающих напряжений при статическом изгибе и ударной вязкости оказывается снивелирован последующей за получением материала размерной обработкой.1. The effect on the performance of the formed product of the technological heredity of the previous heat treatment and dimensional molding, as a result, the effect indicated in the description of increasing the breaking stresses during static bending and impact strength is leveled by the dimensional processing subsequent to the production of the material.

2. Дополнительно возникает концентрация напряжений при формовании изделия из данного материала и при его последующей размерной обработке, что вызывает неоднородность НДС, повышает опасность разрушения при знакопеременных нагрузках, возникающих, например, при эволюциях летающих с большими ускорениями объектов.2. In addition, there is a concentration of stresses during the molding of a product from this material and during its subsequent dimensional processing, which causes inhomogeneity of the SSS, increases the risk of destruction under alternating loads that arise, for example, during the evolution of objects flying with high accelerations.

3. Способы не могут быть применены к крупногабаритным протяженным изделиям типа конструкционных силовых конструкций и обшивки элементов летательных аппаратов и других транспортных систем вследствие существенной неравномерности электромагнитного поля в СВЧ камере. Также создание СВЧ камеры значительных размеров (порядка нескольких метров) с распределенной по требуемому закону напряженностью электромагнитного поля трудно осуществимо технически. При значительной толщине конструктивных элементов не обеспечивается равномерное воздействие СВЧ излучения от передней до задней поверхности изделия, что, соответственно, вызывает неравномерность сформированных структурных и прочностных характеристик.3. The methods cannot be applied to large-sized extended products such as structural load-bearing structures and sheathing elements of aircraft and other transport systems due to the significant unevenness of the electromagnetic field in the microwave chamber. Also, the creation of a microwave chamber of considerable size (of the order of several meters) with an electromagnetic field intensity distributed according to the required law is technically difficult to implement. With a significant thickness of the structural elements, uniform exposure to microwave radiation from the front to the rear surface of the product is not ensured, which, accordingly, causes the unevenness of the formed structural and strength characteristics.

В изобретениях-аналогах положительные эффекты различных электрофизических воздействий (микроволновое излучение, магнитное поле, электрический ток и др.) проявляются исключительно в процессе изготовления компонентов композиционного материала, а именно - волокон, или при термостабилизации полимерной матрицы. При этом не учитываются процессы изменения структуры материала при его окончательном отверждении и при финишной формообразующей или размерной обработке, которые проходят хаотически и могут привести к анизотропии свойств, нарушению образовавшихся структурных связей, нарушению сплошности структуры и другим явлениям, способным вызвать разупрочнение, или неравномерность прочностных характеристик. Конструктивные особенности сформированных изделий, создавая концентраторы напряжений, также способны вызвать снижение прочности в опасных зонах, которое уже не может быть скомпенсировано повышением свойств исходных компонентов материала.In analogue inventions, the positive effects of various electrophysical influences (microwave radiation, magnetic field, electric current, etc.) appear exclusively in the process of manufacturing composite material components, namely fibers, or during thermal stabilization of the polymer matrix. This does not take into account the processes of changing the structure of the material during its final curing and during finishing shaping or dimensional processing, which are chaotic and can lead to anisotropy of properties, violation of the formed structural bonds, violation of the continuity of the structure and other phenomena that can cause softening, or uneven strength characteristics. . The design features of the formed products, creating stress concentrators, can also cause a decrease in strength in hazardous areas, which can no longer be compensated by an increase in the properties of the original material components.

При этом, несмотря на отмеченные недостатки, анализ описанных аналогов позволяет сделать вывод о перспективности использования микроволнового излучения (СВЧ электромагнитного поля) для модифицирования армированных тканями и волокнами композиционных материалов с целью повышения их прочности.At the same time, despite the noted shortcomings, the analysis of the described analogs allows us to conclude that it is promising to use microwave radiation (microwave electromagnetic field) for modifying composite materials reinforced with fabrics and fibers in order to increase their strength.

Наиболее близким аналогом к заявляемому изобретению является способ упрочнения армированных углеродным волокном полимерных композиционных материалов (патент RU на изобретение №2687930, МПК В29С 71/04, опубликован 16.05.2019 г.). Способ включает в себя операции пропитки волокнистого наполнителя эпоксидным связующим, формообразования и отверждения заготовки при воздействии магнитного поля. После окончательного отверждения проводят дополнительное воздействие СВЧ электромагнитным полем частотой 433-2450 МГц в зависимости от толщины изделия с подводимой мощностью излучения, исключающей нагрев изделия выше 35-40°С. Пучностью электромагнитной волны сканируют по обрабатываемой поверхности, обеспечивая перекрытие пятна воздействия не менее, чем на 50% и суммарное время обработки в каждой точке поверхности, равное 1-2 минутам.The closest analogue to the claimed invention is a method for strengthening carbon fiber-reinforced polymer composite materials (RU patent for invention No. 2687930, IPC B29C 71/04, published on May 16, 2019). The method includes the operations of impregnating the fibrous filler with an epoxy binder, shaping and curing the workpiece under the influence of a magnetic field. After the final curing, an additional exposure to a microwave electromagnetic field with a frequency of 433-2450 MHz is carried out, depending on the thickness of the product, with an input radiation power that excludes heating of the product above 35-40°C. The antinode of the electromagnetic wave is scanned over the treated surface, providing coverage of the exposure spot by at least 50% and the total processing time at each point of the surface equal to 1-2 minutes.

Технический результат заявляемого решения заключается в изменении микроструктуры композиционного материала, заключающемся в повышении фрактальной размерности элементов матрицы, образовании большего количества мелких фрагментов с большим количеством активных поверхностей контакта с армирующими волокнами. Дополнительно вследствие проводящих свойств углеродных волокон на их поверхности в электромагнитном поле сверхвысокой частоты происходит повышенное локальное выделение тепла, распределенное вдоль волокон и соответствующее их ориентации в изделии. Сочетание этих двух механизмов приводит к образованию дополнительных связей волокон и элементов матрицы, дополнительной их сшивке, что формирует упрочненный каркас. Вследствие дополнительного разогрева матрицы вблизи волокон происходит ее доотверждение и упрочнение, что приближает прочностные характеристики матрицы и армирующих элементов. В тоже время не происходит объемный значительный разогрев материала и исключаются высокие термические напряжения, которые могут привести к появлению микротрещин в отвержденной матрице и снижению прочности материала. Таким образом, повышаются прочностные характеристики изделия и их равномерность по его объему. В конечном итоге описанные механизмы вызывают повышение сопротивления изделия к различным видам нагружения, которые могут возникнуть при его эксплуатации.The technical result of the proposed solution is to change the microstructure of the composite material, which consists in increasing the fractal dimension of the matrix elements, the formation of a larger number of small fragments with a large number of active contact surfaces with reinforcing fibers. Additionally, due to the conductive properties of carbon fibers on their surface in an electromagnetic field of microwave frequency, there is an increased local heat release, distributed along the fibers and corresponding to their orientation in the product. The combination of these two mechanisms leads to the formation of additional bonds between fibers and matrix elements, their additional crosslinking, which forms a reinforced frame. Due to the additional heating of the matrix near the fibers, its post-curing and hardening occurs, which approximates the strength characteristics of the matrix and reinforcing elements. At the same time, significant volumetric heating of the material does not occur and high thermal stresses are excluded, which can lead to the appearance of microcracks in the cured matrix and reduce the strength of the material. Thus, the strength characteristics of the product and their uniformity in its volume are increased. Ultimately, the described mechanisms cause an increase in the resistance of the product to various types of loading that may occur during its operation.

Описанный способ не применим для повышения прочности крупногабаритных изделий сложной формы с большой толщиной элементов из армированных тканями на основе волокон различной природы (углеродных, стеклянных, арамидных) композиционных материалов вследствие неравномерности распределения мощности СВЧ электромагнитного поля по толщине.The described method is not applicable to increase the strength of large-sized products of complex shape with a large thickness of elements reinforced with fabrics based on fibers of various nature (carbon, glass, aramid) composite materials due to the uneven distribution of the power of the microwave electromagnetic field over the thickness.

Согласно известной из электродинамики СВЧ зависимости мощность излучения, прошедшая через слой материала, снижается относительно передней поверхности, на которую падает волна, по экспоненциальному закону:According to the dependence known from microwave electrodynamics, the radiation power transmitted through the material layer decreases relative to the front surface on which the wave falls, according to the exponential law:

где

- падающая на поверхность материала СВЧ мощность; α - коэффициент, зависящий от диэлектрических свойств материала (диэлектрической проницаемости ε и тангенса угла диэлектрических потерь tgδ) и длины волны СВЧ электромагнитного поля λ,

- размер слоя перпендикулярно фронту волны (толщина).where

is the microwave power incident on the surface of the material; α - coefficient depending on the dielectric properties of the material (permittivity ε and dielectric loss tangent tgδ) and the wavelength of the microwave electromagnetic field λ,

- layer size perpendicular to the wave front (thickness).

Из выражения (1) следует, что при прочих равных условиях (свойства материала и параметры СВЧ электромагнитного поля) при обработке слоя материала большей толщины в области, прилегающей к поверхности, противоположной поверхности падения фронта СВЧ электромагнитной волны, интенсивность воздействия будет меньше, чем это характерно для слоев малой толщины.It follows from expression (1) that, other things being equal (material properties and parameters of the microwave electromagnetic field), when processing a layer of material of greater thickness in the area adjacent to the surface opposite to the surface of incidence of the front of the microwave electromagnetic wave, the intensity of the impact will be less than is typical for thin layers.

Известно [Мошинский Л. Эпоксидные смолы и отвердители /Л. Мошинский. - Тель-Авив: Аркадия-Пресс.ЛТД., 1995. - 371 с.], что эпоксидные отвержденные компаунды характеризуются значительным повышением пластичности в диапазоне температур (40-60)°С. При дальнейшем повышении температуры начинаются деструктивные процессы. Авторами экспериментально путем анализа электронных микрофотографий материалов, модифицированных в СВЧ электромагнитном поле при различных соотношениях его мощности и времени воздействия, установлены качественные изменения микроструктуры матрицы и межфазного слоя опытных образцов, причиной которых может быть повышение вероятности конформационных поворотов звеньев больших молекул полимерной матрицы в пластичном состоянии под действием волновых процессов, инициированных излучением. Подтверждено увеличение прочностных характеристик материалов после модифицирования на определенных режимах. При этом экспериментально получена зависимость температуры СВЧ нагрева отвержденных углепластиков от мощности излучения и времени его воздействия следующего вида:It is known [Moshinsky L. Epoxy resins and hardeners /L. Moshinsky. - Tel Aviv: Arcadia-Press.LTD., 1995. - 371 S.] that epoxy cured compounds are characterized by a significant increase in plasticity in the temperature range (40-60)°C. With a further increase in temperature, destructive processes begin. The authors experimentally, by analyzing electron micrographs of materials modified in a microwave electromagnetic field at various ratios of its power and exposure time, established qualitative changes in the microstructure of the matrix and the interfacial layer of prototypes, the cause of which may be an increase in the probability of conformational rotations of links of large molecules of the polymer matrix in the plastic state under the action of wave processes initiated by radiation. An increase in the strength characteristics of materials after modification in certain modes has been confirmed. At the same time, the dependence of the temperature of microwave heating of hardened carbon plastics on the radiation power and the time of its exposure was experimentally obtained in the following form:

Ниже в табл. 1 приведены результаты расчетов мощности СВЧ электромагнитного поля, прошедшей через слой углепластика различной толщины, что можно принять равным ее значению на противоположной относительно плоскости раскрыва рупора излучателя поверхности, и соответствующей температуры нагрева входной и выходной поверхности слоя материала. В расчете использованы средние значения электрофизических свойств углепластиков (ε=7,15 и tgδ=0,3) и длина волны СВЧ излучения, равная 120 мм, что соответствует наиболее применяемой в технологических целях частоте 2450 МГц. Принято три уровня падающей СВЧ мощности: 4,4; 7,0; 19,0 Вт, которые использовались ранее в экспериментах по упрочнению, и время обработки, равное 2 минутам.Below in table. Figure 1 shows the results of calculations of the power of the microwave electromagnetic field that passed through a layer of carbon fiber of various thicknesses, which can be taken equal to its value on the surface opposite to the plane of the radiator horn opening, and the corresponding heating temperature of the input and output surfaces of the material layer. The calculation used the average values of the electrical properties of carbon fiber (ε=7.15 and tgδ=0.3) and the wavelength of microwave radiation equal to 120 mm, which corresponds to the frequency of 2450 MHz most used for technological purposes. Adopted three levels of incident microwave power: 4.4; 7.0; 19.0 W, which were used earlier in hardening experiments, and a processing time of 2 minutes.

Видно, что при увеличении толщины обрабатываемого слоя в 10 раз происходит снижение температуры противоположной фронту электромагнитной волны поверхности слоя практически в 2 раза при всех принятых в расчете уровнях мощности. При этом при малом уровне мощности (4,4 Вт) условия для развития модифицирующих процессов проявляются лишь в слоях, близких к внешней поверхности, а при средней мощности (7 Вт) можно принять с учетом определенных допущений в расчетах, что условия положительного влияния СВЧ воздействия сохраняются при толщине обрабатываемого слоя до 5 мм. При больших мощностях (19 Вт) вплоть до толщины 20 мм сохраняются благоприятные условия для модифицирования материала на задней поверхности и прилегающих к ней областях структуры. Однако, при этом в слоях, прилежащих к внешней поверхности, температура достигает значений, превышающих указанный выше диапазон (40-60)°С. Это может вызвать деструкцию матрицы в некотором объеме материала и развитие повреждений в условиях эксплуатации.It can be seen that with an increase in the thickness of the treated layer by a factor of 10, the temperature of the layer surface opposite to the front of the electromagnetic wave decreases by almost a factor of 2 at all power levels taken in the calculation. At the same time, at a low power level (4.4 W), the conditions for the development of modifying processes appear only in layers close to the outer surface, and at an average power (7 W), it can be taken, taking into account certain assumptions in the calculations, that the conditions for the positive influence of microwave exposure are retained at the thickness of the treated layer up to 5 mm. At high powers (19 W), up to a thickness of 20 mm, favorable conditions are preserved for modifying the material on the rear surface and adjacent areas of the structure. However, while in the layers adjacent to the outer surface, the temperature reaches values exceeding the above range (40-60)°C. This can cause destruction of the matrix in a certain amount of material and the development of damage under operating conditions.

На основе приведенного выше анализа можно сделать вывод, что при СВЧ обработке отвержденных полимерных композиционных материалов толщиной более 10 мм велика вероятность формирования неоднородной структуры и, соответственно - неравномерности физико-механических и, в частности, прочностных, свойств, что может отрицательно сказаться на надежности и долговечности конструкций из композитов, особенно при их динамическом нагружении.On the basis of the above analysis, it can be concluded that during microwave processing of cured polymer composite materials with a thickness of more than 10 mm, there is a high probability of the formation of an inhomogeneous structure and, accordingly, uneven physical and mechanical and, in particular, strength, properties, which can adversely affect the reliability and durability of composite structures, especially under dynamic loading.

Техническая проблема настоящего изобретения состоит в необходимости создания способа повышения равномерности прочностных характеристик крупногабаритных изделий с большой толщиной из композиционных полимерных материалов, армированных углеродными, стеклянными и арамидными волокнами или тканями на их основе, при их обработке в СВЧ электромагнитном поле после окончательного формообразования и размерной обработки с обеспечением увеличения мощности воздействия в удаленных от внешней к фронту электромагнитной волны зонах.The technical problem of the present invention is the need to create a method for improving the uniformity of the strength characteristics of large-sized products with a large thickness of composite polymer materials reinforced with carbon, glass and aramid fibers or fabrics based on them, when they are processed in a microwave electromagnetic field after final shaping and dimensional processing with providing an increase in the power of exposure in zones remote from the outer to the front of the electromagnetic wave.

Поставленная проблема решается тем, что в способе упрочнения армированных углеродным волокном полимерных композиционных материалов на основе эпоксидного связующего, включающем операции пропитки волокнистого наполнителя эпоксидным связующим, формообразования и отверждения заготовки при воздействии магнитного поля, окончательного формообразования изделия, дополнительного воздействия на него после отверждения СВЧ электромагнитным полем частотой 433-2450 МГц в зависимости от толщины изделия с подводимой мощностью излучения, исключающей нагрев изделия выше 35-40°С, в процессе которого сканируют пучностью электромагнитной волны по обрабатываемой поверхности, обеспечивая перекрытие пятна воздействия не менее, чем на 50%, а суммарное время обработки в каждом пятне облучения поверхности устанавливают равным 1-2 минутам, перед началом СВЧ воздействия на задней поверхности изделия размещают металлическую сетку с размерами ячеек, исключающими прохождение электромагнитной волны указанных частот, а в процессе обработки излучающий рупор устанавливают в горизонтальной плоскости под таким углом к поверхности сетки, что отраженная электромагнитная волна, пройдя через обрабатываемый материал, проходит мимо плоскости его раскрыва.The problem posed is solved by the fact that in the method of strengthening carbon fiber-reinforced polymer composite materials based on an epoxy binder, including the operations of impregnating the fibrous filler with an epoxy binder, shaping and curing the workpiece under the influence of a magnetic field, final shaping of the product, additional exposure to it after curing by a microwave electromagnetic field with a frequency of 433-2450 MHz, depending on the thickness of the product with an input radiation power that excludes heating of the product above 35-40 ° C, during which the antinode of the electromagnetic wave is scanned over the treated surface, providing coverage of the exposure spot by at least 50%, and the total the processing time in each spot of surface irradiation is set equal to 1-2 minutes, before the start of microwave exposure, a metal mesh is placed on the back surface of the product with cell sizes that exclude the passage of an electromagnetic wave of the specified frequencies, and during processing, the radiating horn is installed in a horizontal plane at such an angle to the grid surface that the reflected electromagnetic wave, having passed through the processed material, passes by the plane of its opening.

Технический результат заявляемого способа заключается в значительном повышении равномерности механических характеристик изделий с большой толщиной конструктивных элементов из отвержденных полимерных композиционных материалов при их финишной обработке в СВЧ электромагнитном поле за счет уменьшения уровня снижения поглощенной мощности в направлении противоположной воздействию поверхности путем направления на нее отраженной прошедшей через изделие мощности, что повышает равномерность температурного поля в изделии и, соответственно - эффектов изменения структуры, способствующих упрочнению.The technical result of the proposed method consists in a significant increase in the uniformity of the mechanical characteristics of products with a large thickness of structural elements made of cured polymer composite materials during their finishing in a microwave electromagnetic field by reducing the level of reduction in the absorbed power in the direction opposite to the effect of the surface by directing it reflected past through the product power, which increases the uniformity of the temperature field in the product and, accordingly, the effects of changes in the structure that contribute to hardening.

Способ осуществляют следующим образом.The method is carried out as follows.

Формируют композиционную структуру изделия путем укладки требуемого количества необходимым образом ориентированных слоев армирующих тканей на основе углеродных или других волокон с пропиткой слоев связующим, например, эпоксидной или другой термореактивной смолой. Затем проводят формообразование изделия в соответствии с требованиями чертежа путем обжатия в специальной прессформе и отверждают матрицу путем введения в ее состав отвердителя или нагревания до определенной для каждого состава и концентрации температуры для получения необходимых механических характеристик. Окончательно сформированное изделие помещают под рупорный излучатель СВЧ технологической установки. На противоположной относительно плоскости раскрыва рупорного излучателя поверхности размещают металлическую сетку, которую фиксируют, например, при помощи водорастворимого клея или скотча. Рупорный излучатель располагают под углом к обрабатываемой поверхности для исключения попадания вторичного (отраженного от сетки) излучения в волноводный тракт и на излучающий магнетрон. После этого на изделие воздействуют электромагнитным полем частотой 433-2450 МГц с плотностью потока энергии, обеспечивающей с учетом площади облучаемой единовременно поверхности мощности, исключающей нагрев изделия выше 35-40°С, в течение 1-2 минут. При этом частоту 2450 МГц используют при толщине конструкции не более 5-7 мм, 915 МГц - не более 15-20 мм, 433 МГц - не более 30 мм для получения глубины проникновения волны, обеспечивающей минимальные потери мощности и максимальную равномерность воздействия. В случае большой площади поверхности изделия (например - элементы обшивки фюзеляжа или ферменные конструкции плоскостей и стабилизатора летательного аппарата или лопасти ветроколеса энергетической установки, или корпус маломерного судна и т.п.) используют сканирование рупорного излучателя по поверхности, обеспечивая равномерное покрытие пятном облучения всех необходимых участков с перекрытием не менее, чем на 50%.The composite structure of the product is formed by laying the required number of appropriately oriented layers of reinforcing fabrics based on carbon or other fibers with impregnation of the layers with a binder, for example, epoxy or other thermosetting resin. Then, the product is shaped in accordance with the requirements of the drawing by compression in a special mold and the matrix is cured by introducing a hardener into its composition or heating it to a temperature determined for each composition and concentration to obtain the necessary mechanical characteristics. The finally formed product is placed under the horn emitter of the microwave process unit. On the surface opposite to the opening plane of the horn emitter, a metal mesh is placed, which is fixed, for example, using water-soluble glue or adhesive tape. The horn emitter is placed at an angle to the treated surface to prevent the secondary (reflected from the grid) radiation from entering the waveguide path and the emitting magnetron. After that, the product is exposed to an electromagnetic field with a frequency of 433-2450 MHz with an energy flux density that, taking into account the area of the irradiated surface at a time, provides power that excludes heating of the product above 35-40°C for 1-2 minutes. At the same time, the frequency of 2450 MHz is used with a structure thickness of no more than 5-7 mm, 915 MHz - no more than 15-20 mm, 433 MHz - no more than 30 mm to obtain a wave penetration depth that ensures minimal power loss and maximum uniformity of impact. In the case of a large surface area of the product (for example, elements of the fuselage skin or truss structures of the planes and the stabilizer of an aircraft or the blades of a wind wheel of a power plant, or the hull of a small vessel, etc.), scanning of the horn emitter over the surface is used, providing uniform coverage of the irradiation spot with all necessary areas with at least 50% overlap.

Схемы реализации способа представлены на фиг. 1 и 2.The implementation schemes of the method are shown in Fig. 1 and 2.

На фиг. 1а представлено распределение мощности СВЧ электромагнитного поля по толщине изделия при известной схеме воздействия, на фиг. 1б - по предлагаемой схеме.In FIG. 1a shows the power distribution of the microwave electromagnetic field over the thickness of the product with a known scheme of exposure, in Fig. 1b - according to the proposed scheme.

На фиг. 2 представлены схемы сканирования рупорным излучателем по поверхности изделий большой площади.In FIG. Figure 2 shows the schemes of scanning by a horn emitter over the surface of large-area products.

На фиг. 1 обозначено: 1 - изделие, 2 - рупорный излучатель, 3 - падающая электромагнитная волна, 4 - поглощенная волна, 5 - прошедшая волна, 6 - металлическая сетка, 7 - отраженная волна, 8 - суммарная волна.In FIG. 1 is marked: 1 - product, 2 - horn emitter, 3 - incident electromagnetic wave, 4 - absorbed wave, 5 - transmitted wave, 6 - metal mesh, 7 - reflected wave, 8 - total wave.

На фиг. 2 обозначено: (а) - горизонтальное сканирование с шагами в вертикальной плоскости, (б) - вертикальное сканирование с шагами в горизонтальной плоскости.In FIG. 2 marked: (a) - horizontal scanning with steps in the vertical plane, (b) - vertical scanning with steps in the horizontal plane.

Пример реализации способа.An example of the implementation of the method.

Эксперименты проводили с использованием экспериментальной СВЧ технологической установки, созданной на базе рупорного излучателя «Жук-2-02» (ООО НПП «АгроЭкоТех» г. Обнинск Калужской обл.). Частота электромагнитного поля составляла 2450 МГц, потребляемая мощность магнетрона - 1200 Вт. Оборудование было модернизировано путем установки двухкоординатного стола с точностью перемещений 0,1 мм с панелью из полипропилена РР размерами 400×500 мм для размещения образцов обрабатываемых материалов.The experiments were carried out using an experimental microwave technological setup based on the Zhuk-2-02 horn emitter (LLC NPP AgroEcoTech, Obninsk, Kaluga Region). The frequency of the electromagnetic field was 2450 MHz, the power consumption of the magnetron was 1200 W. The equipment was modernized by installing a two-coordinate table with a movement accuracy of 0.1 mm with a PP polypropylene panel with dimensions of 400 × 500 mm to accommodate samples of processed materials.

Обработку осуществляли при плотности потока энергии (17-18)×10⁴мкВт/см при времени воздействия 2 минуты, что согласно предварительным экспериментам обеспечивает максимальный упрочняющий эффект для полимерных композиционных материалов (ПКМ). Одновременно обрабатывали по 5 образцов, вырезанных из панели 500×500 мм углепластика производства ООО «Еврокомплект» (г. Калуга) с размерами 40×20×5 мм. Общая площадь поверхности, подвергаемой СВЧ воздействию, составила 40 см, соответственно падающая на образцы СВЧ мощность в среднем при установленной плотности потока энергии может быть принята равной 7 Вт.The treatment was carried out at an energy flux density of (17-18)×10 ⁴ μW/cm at an exposure time of 2 minutes, which, according to preliminary experiments, provides the maximum strengthening effect for polymer composite materials (PCM). At the same time, 5 samples cut from a 500 × 500 mm carbon fiber panel manufactured by Evrokomplekt LLC (Kaluga) with dimensions of 40 × 20 × 5 mm were processed. The total surface area exposed to microwave exposure was 40 cm, respectively, the power incident on the microwave samples on average at the established energy flux density can be taken equal to 7 W.

Образцы разделяли на три группы: контрольные (К); опытные (01), обработанные по известной схеме; опытные (O2), обработанные по предлагаемому способу.The samples were divided into three groups: control (K); experienced (01), processed according to a known scheme; experienced (O2), processed by the proposed method.

На заднюю поверхность образцов группы O2 при помощи скотча прикрепляли слой медной луженой не термообработанной сетки производства завода «Текстильмаш» из проволоки диаметром 0,1 мм с размерами ячеек 1 мм. Сетка с данными параметрами обеспечивает полное отражение падающей на нее электромагнитной волны.On the rear surface of the samples of the O2 group, a layer of tinned copper non-heat-treated mesh, manufactured by the Tekstilmash plant, was attached with scotch tape from a wire 0.1 mm in diameter with a mesh size of 1 mm. A grid with these parameters provides complete reflection of the electromagnetic wave incident on it.

Испытания на межслоевой сдвиг и определение твердости по Шору-Д проводили в соответствии с ГОСТ Р 56810-2015 и ГОСТ 32659-2014.Interlaminar shear tests and determination of Shore-D hardness were carried out in accordance with GOST R 56810-2015 and GOST 32659-2014.

Испытание на межслоевой сдвиг проводили на специальной компьютерной установке с программным обеспечением LabWiev (ИП «Майоров», г. Орел), оснащенной тензометрическим датчиком и механизмом нагружения. Образец устанавливали на тензометрическом датчике на опорах специального оснащения и нагружали при помощи червячного привода воздействием рычага. Текущее значение сигнала датчика поступало в аналогово-цифровой преобразователь, а затем - в компьютер. График нагружения выводился на экран монитора. Ввиду различий в размерах поперечного сечения образцов напряжения изгиба определяли путем вычислений и затем усредняли.Interlayer shear testing was carried out on a special computer setup with LabWiev software (Mayorov, Orel) equipped with a strain gauge and a loading mechanism. The sample was mounted on a strain gauge on supports of special equipment and loaded using a worm drive by a lever. The current value of the sensor signal was fed to the analog-to-digital converter, and then to the computer. The loading schedule was displayed on the monitor screen. Due to differences in the cross-sectional dimensions of the samples, the bending stresses were determined by calculation and then averaged.

Твердость поверхности с сеткой и противоположной поверхности определяли до и после обработки в 15 точках. Точки измерений располагали в три ряда (вблизи краев образца и в средней плоскости) по 5 точек. СВЧ обработке подвергали те же образцы, твердость поверхности которых определяли предварительно.The hardness of the surface with the grid and the opposite surface was determined before and after processing at 15 points. The measurement points were arranged in three rows (near the edges of the sample and in the middle plane) with 5 points each. The same samples were subjected to microwave treatment, the surface hardness of which was determined beforehand.

Результаты измерений исследуемых параметров усредняли и рассчитывали коэффициент вариации параметра по известной зависимости, как отношение среднеквадратичного отклонения параметра к его модальному значению.The results of measurements of the studied parameters were averaged and the coefficient of variation of the parameter was calculated from the known dependence as the ratio of the standard deviation of the parameter to its modal value.

Дополнительно определяли плотность потока СВЧ энергии, прошедшей через образец, при помощи электронного измерителя П3-33М.Additionally, the density of the microwave energy flux passed through the sample was determined using a P3-33M electronic meter.

В процессе экспериментальных исследований были получены следующие результаты.In the process of experimental studies, the following results were obtained.

Установлено, что плотность потока энергии за образцами без сетки и с сеткой составила, соответственно: (5,8-3,1)×10⁴ и (1,45-1,5)×10⁴ мкВт/см². Таким образом, значительная часть мощности СВЧ излучения поступила повторно в объем материала.It was found that the energy flux density behind the samples without a grid and with a grid was, respectively: (5.8-3.1)×10 ⁴ and (1.45-1.5)×10 ⁴ μW/cm ² . Thus, a significant part of the microwave radiation power was re-entered into the bulk of the material.

Ниже в табл. 2 представлены результаты статистической обработки значений твердости (в единицах Шора-Д) образцов, подвергнутых СВЧ воздействию по известной схеме и предлагаемому способу в сравнении с данными измерений параметра до обработки.Below in table. Figure 2 presents the results of statistical processing of hardness values (in Shore-D units) of samples subjected to microwave exposure according to the known scheme and the proposed method in comparison with the measurement data of the parameter before processing.

Анализ табл. 2 показывает, что опытные образцы без сетки характеризуются увеличением твердости передней и задней поверхностей, соответственно на 3,4% и 2,4%. При этом разброс значений твердости передней и задней поверхностей как контрольных, так и опытных образцов не изменился и составляет около 6%. Коэффициент вариации твердости передней поверхности уменьшается почти в 4 раза, в то время, как задней - в 1,5 раза.Analysis of the table. 2 shows that the non-mesh prototypes show an increase in the hardness of the front and back surfaces by 3.4% and 2.4%, respectively. At the same time, the spread of the hardness values of the front and back surfaces of both control and test samples has not changed and is about 6%. The coefficient of variation in the hardness of the front surface decreases by almost 4 times, while that of the back surface - by 1.5 times.

Увеличение твердости передней и задней поверхности образцов с сеткой составляет соответственно 3,9%» и 9,7%. Разброс значений твердости указанных поверхностей снизился до 3%, т.е. на 5,8% относительно исходной разброса значений. Коэффициент вариации твердости передней поверхности уменьшился в 4,3 раза, задней - в 3,1 раза.The increase in hardness of the front and rear surfaces of samples with mesh is 3.9% and 9.7%, respectively. The dispersion of the hardness values of the indicated surfaces decreased to 3%, i.e. by 5.8% relative to the initial spread of values. The coefficient of variation in the hardness of the front surface decreased by 4.3 times, the rear - by 3.1 times.

Изложенное подтверждает существенное повышение равномерности значений твердости передней и задней поверхностей образцов углепластика, обработанных по предлагаемому способу.The foregoing confirms a significant increase in the uniformity of the hardness values of the front and rear surfaces of carbon fiber samples processed by the proposed method.

В табл. 3 представлены результаты исследования повышения напряжений межслоевого сдвига образцов углепластика после обработки в СВЧ электромагнитном поле по известной схеме и предлагаемому способу.In table. Figure 3 presents the results of a study of the increase in interlayer shear stresses of carbon fiber samples after processing in a microwave electromagnetic field according to a well-known scheme and the proposed method.

Анализ данных табл. 3 приводит к заключению, что воздействие СВЧ электромагнитного поля на отвержденный углепластик на принятых в эксперименте режимах способствует повышению предельных напряжений межслоевого сдвига в среднем на (15-16)%. При этом размещение отражающей металлической сетки на задней поверхности образцов не оказывает значимого влияния на изменение модальных значений напряжений (различие не превышает 1%, что находится в диапазоне погрешностей приборов и измерений). В тоже время практически в 2 раза относительно параметров обработанных по известной схеме образцов уменьшается коэффициент вариации напряжений, что свидетельствует о повышении равномерности данной характеристики. Относительно контрольных образцов уменьшение коэффициента вариации составляет при использовании СВЧ обработки по предлагаемому способу 2,9 раза.Table data analysis. 3 leads to the conclusion that the impact of the microwave electromagnetic field on the cured carbon fiber reinforced plastic in the modes adopted in the experiment contributes to an increase in the limiting stresses of the interlaminar shear by (15-16)% on average. At the same time, the placement of a reflective metal grid on the rear surface of the samples does not significantly affect the change in the modal values of stresses (the difference does not exceed 1%, which is in the range of instrument and measurement errors). At the same time, the coefficient of stress variation decreases almost 2 times relative to the parameters of the samples processed according to the known scheme, which indicates an increase in the uniformity of this characteristic. Relative to control samples, the decrease in the coefficient of variation is 2.9 times when using microwave processing according to the proposed method.

Следовательно, использование наложения металлической сетки на поверхность изделий, противоположную поверхности, на которую направлено СВЧ воздействие, способствует значительному повышению равномерности изгибной прочности в партии.Therefore, the use of a metal mesh overlay on the surface of the products, opposite to the surface on which the microwave action is directed, contributes to a significant increase in the uniformity of the bending strength in the batch.

Может быть предложен следующий механизм снижения статистических параметров распределения твердости поверхности отвержденных образцов с металлической сеткой и изгибной прочности после СВЧ обработки. Как ранее установлено авторами, воздействие СВЧ электромагнитного поля приводит к уменьшению размеров структурных образований матрицы, при одновременном увеличении их количества и росте фрактальной размерности поверхности образований, что обеспечивает повышение количества поверхностей контактного взаимодействия матрицы и волокон. Это способствует повышению монолитности ПКМ, равномерному перераспределению границ. В результате индентор измерительного устройства оказывается чаше взаимодействующим с фрагментами матрицы, чем с их границами или порами. Это приводит к выравниванию значений измеренной твердости материала, что выражается в уменьшении размаха и коэффициента вариации, а также среднего квадратичного отклонения. Интенсивное выделение джуолевой теплоты в области расположения металлических элементов сеток, а также воздействие отраженной от них электромагнитной волны в объем материала приводит к интенсификации диффузионных процессов, большему размягчению матрицы в удаленных от излучателя объемах материала. Это способствует большей вероятности конформационных поворотов звеньев больших молекул, релаксации напряжений, образованию новых поверхностей контакта в этих областях, что повышает связанность всей структуры, что увеличивает ее прочность, а также твердость и равномерность данных параметров. В результате происходит наибольшее изменение гистограмм распределения твердости и проявление выраженных экстремумов, соответствующих модальным (наиболее часто встречающимся в выборке) значениям.The following mechanism can be proposed for reducing the statistical parameters of the surface hardness distribution of cured samples with a metal mesh and bending strength after microwave treatment. As previously established by the authors, the impact of a microwave electromagnetic field leads to a decrease in the size of the structural formations of the matrix, while increasing their number and increasing the fractal dimension of the surface of the formations, which ensures an increase in the number of contact interaction surfaces of the matrix and fibers. This contributes to an increase in the solidity of the PCM, a uniform redistribution of boundaries. As a result, the indenter of the measuring device is more likely to interact with matrix fragments than with their boundaries or pores. This leads to equalization of the values of the measured hardness of the material, which is expressed in a decrease in the range and coefficient of variation, as well as in the standard deviation. The intense release of Juol heat in the area of the location of the metal elements of the grids, as well as the impact of the electromagnetic wave reflected from them into the volume of the material leads to the intensification of diffusion processes, a greater softening of the matrix in the volumes of the material remote from the emitter. This contributes to a greater likelihood of conformational rotations of units of large molecules, stress relaxation, the formation of new contact surfaces in these areas, which increases the connectivity of the entire structure, which increases its strength, as well as the hardness and uniformity of these parameters. As a result, there is the greatest change in the histograms of the distribution of hardness and the manifestation of pronounced extrema corresponding to the modal (most common in the sample) values.

Тем самым решается поставленная проблема - обеспечивается повышение равномерности механических характеристик армированных углеродным волокном полимерных композиционных материалов при их СВЧ обработке в составе окончательно сформированных отвержденных изделий.This solves the problem posed - it provides an increase in the uniformity of the mechanical characteristics of carbon fiber-reinforced polymer composite materials during their microwave processing as part of the finally formed cured products.

Claims

A method for strengthening products made of carbon fiber-reinforced polymer composite materials based on an epoxy binder, including the operations of impregnating the fibrous filler with an epoxy binder, shaping and curing the workpiece under the influence of a magnetic field, final shaping of the product, additional exposure to it after curing with a microwave electromagnetic field with a frequency of 433-2450 MHz, depending on the thickness of the product with the input radiation power, which excludes heating of the product above 35-40 ° C, during which the antinode of the electromagnetic wave is scanned along the treated surface, ensuring that the impact spot is covered by at least 50%, and the total processing time in each spot surface irradiation is set equal to 1-2 minutes, before the start of microwave exposure, a metal mesh is placed on the back surface of the product with cell sizes that exclude the passage of an electromagnetic wave of the indicated frequencies, and in the process of processing, a radiating horn set in a horizontal plane at such an angle to the mesh surface that the reflected electromagnetic wave, passing through the material being processed, passes by the plane of its opening.