Наполнители для композитов

Ученые Института механики сплошных сред Пермского ФИЦ УрО РАН провели двухосные циклические испытания бутадиен-стирольного каучука с различными наполнителями: с техническим углеродом и детонационными наноалмазами, нанографеном и углеродными нанотрубками. Такие наполнители могут стать новыми перспективными компонентами эластомерных композитов, однако на сегодняшний день их воздействие на физико-механические свойства композитов изучено недостаточно. На основе теоретических исследований для экспериментального изучения механических свойств таких композитов были разработаны специальные крестообразные образцы веерного типа с квадратной рабочей зоной, от которой с каждой стороны отходит по 10 стержнеобразных тяг из того же материала, что и образец. Такие образцы оптимальны для получения однородных полей деформаций и напряжений на их рабочей части и минимизации размеров тяг (нерабочей части).

Об этих исследованиях рассказал старший научный сотрудник ИМСС ПФИЦ УрО РАН, доктор физико-математических наук Олег Гаришин:

— Эксперименты показали, что чистый ненаполненный эластомер ведет себя как нелинейно-упругий изотропный материал (изотропными называются материалы, свойства которых одинаковы во всех направлениях — ред.). Добавка любого из перечисленных наполнителей приводит к тому, что материал становится не только вязкоупругим, но и анизотропным, то есть его свойства изменяются при деформировании в разных направлениях. Особенно ярко эти эффекты проявились для композитов с углеродными нанотрубками.

 Эксперименты проводились на уникальном четырехвекторном испытательном стенде Zwick/Roell. Это единственная в России разрывная машина, которая позволяет проводить механические испытания по двум взаимно перпендикулярным направлениям одновременно, а также программировать сложные траектории нагружения: монотонное и циклическое растяжение-сжатие, изменение скорости деформирования на любом этапе приложения нагрузки, остановки на релаксацию в любой момент цикла и т.д. Машина практически идеально подходит для испытания относительно «мягких» эластомерных материалов, способных деформироваться на десятки и сотни процентов.

По мнению исследователей, в перспективе такие материалы можно использовать для различного рода резиновых амортизаторов, причем наиболее подходящими будут композиты, наполненные углеродными нанотрубками.