Анизотропия механических свойств наполненных вулканизатов под воздействием внешней нагрузки

Авторы

  • В.В. Шадрин Институт механики сплошных сред УрО РАН, Пермский государственный национальный исследовательский университет
  • К.А. Мохирева Институт механики сплошных сред УрО РАН , Пермский государственный национальный исследовательский университет
  • Л.А. Комар Институт механики сплошных сред УрО РАН

DOI:

Ключевые слова:

вулканизат, технический углерод, углеродные нановолокна, циклическое растяжение, ортогональные направления

Аннотация

Проведены испытания эластомерных материалов с разными видами наполнителя - техническим углеродом и смесью технического углерода и углеродных нановолокон - на последовательное растяжение сначала по одной оси, потом по другой. Испытания проводились на двухосной растягивающей машине фирмы «Zwick», универсальной одноосной испытательной машине Testometric FS100kN-CT. Показано, что структурная перестройка при растяжении происходит по-разному в эластомере с зернистым наполнителем и с углеродными нановолокнами.

Поддерживающие организации
Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ и Правительства Пермского края (грант № 14-08-96013).

Биографии авторов

  • В.В. Шадрин, Институт механики сплошных сред УрО РАН, Пермский государственный национальный исследовательский университет
    ведущий специалист (ИМСС УрО РАН), инженер (ПГНИУ)
  • К.А. Мохирева, Институт механики сплошных сред УрО РАН , Пермский государственный национальный исследовательский университет
    младший научный сотрудник, ИМСС УрО РАН; инженер, ПГНИУ
  • Л.А. Комар, Институт механики сплошных сред УрО РАН
    кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник

Библиографические ссылки

  1. Dyer S.R.A., Lord D., Hutchinson I.J., Ward I.M., Duckett R.A. Elastic anisotropy in unidirectional fibre reinforced composites // J. of Physics D: Applied Physics. - 1992. - Vol. 25, № 1. P. 66-73.
  2. Darras O., Duckett R.A., Hine P.J., Ward I.M. Anisotropic elasticity of oriented polyethylene materials // Composites Science and Technology. - 1995. - Vol. 55, №. 2. - P. 131-138.
  3. Ward I.M. Mechanical anisotropy of highly oriented polymers // J. of Computer-Aided Materials Design. - 1997. - Vol. 4, № 1. - P. 43-52.
  4. Fu S.-Y., Lauke B. An analytical characterization of the anisotropy of the elastic modulus of misaligned short- fiber-reinforced polymers // Composites Science and Technology. - 1998. - Vol. 58, № 12. - P. 1961-1972.
  5. Fu S.-Y., Lauke B. Strength anisotropy of misaligned short-fibre-reinforced polymers // Composites Science and Technology. - 1999. - Vol. 59, № 5. - P. 699-708.
  6. Fu S., Li L. Strength and modulus anisotropy of short fiber reinforced polymer composites // Chinese Journal of Materials Research. - 2003. - Vol. 17, № 4. - P. 408-414.
  7. Lopez-Manchado M.A., Biagiotti J., Valentin L., Kenny J.M. Dynamic Mechanical and Raman Spectroscopy Studies on the Interaction between Single-Walled Carbon Nanotubes and Natural Rubber // J. of Applied Polymer Science. - 2004. - Vol. 92, № 5. - P. 3394-3400.
  8. Huang Z.-M., Zhang Y.-Z., Kotaki M., Ramakrishna S. A review on polymer nanofibers by electrospinning and their applications in nanocomposites // Composites Science and Technology. - 2003. - Vol. 63, № 15. - P. 2223-2253.
  9. Machado G., Chagnon G., Favier D. Induced anisotropy by the Mullins effect in filled silicone rubber // Mechanics of Materials. - 2012. - Vol. 50. - P. 70-80.
  10. Luo D., Wang W.-X., Takao Y. Effects of the distribution and geometry of carbon nanotubes on the macroscopic stiffness and microscopic stresses of nanocomposites // Composites Science and Technology. - 2007. - Vol. 67, № 14. - P. 2947-2958.
  11. Fu S.-Y., Hu X., Yue C.-Y. Effects of fiber length and orientation distributions on the mechanical properties of short-fiber-reinforced polymers - a review // Materials Science Research International. - 1999. - Vol. 5, № 2. - P. 74-83.
  12. Chin W.-K., Liu H.-T., Lee Y.-D. Effects of fiber length and orientation distribution on the elastic modulus of short fiber reinforced thermoplastics // Polymer Composites. - 1988. - Vol. 9, № 1. - P. 27-35.
  13. Fu S.-Y., Lauke B. Effects of fiber length and fiber orientation distributions on the tensile strength of short- fiber-reinforced polymers // Composites Science and Technology. - 1996. - Vol. 56, № 10. - P. 1179-1190.
  14. Шлянников В.Н., Захаров А.П. Образцы для испытаний при двухосном циклическом нагружении // Труды Академэнерго. - 2013. - № 3. - С. 70-79.
  15. Helfenstain J., Hollenstein M., Mazza E. Investigation on the optimal specimen design for planar-biaxial materials testing of soft materials // Constitutive Models for Rubber VI. - Ed. G. Heinrich, M. Kaliske, А.Lion, S. Reese. - CRS Press, 2010. - P. 371-376.
  16. Мохирева К.А., Свистков А.Л., Шадрин В.В. Способ изготовления образцов и испытание их на двухосное растяжение: патент № 2552121, зарегистр. в Гос. реестре изобретений РФ 29.04.2015 г.
  17. Мохирева К.А., Свистков А.Л., Шадрин В.В. Определение оптимальной формы образцов для экспериментов на двухосное растяжение // Вычисл. мех. сплош. сред. - 2014. - Т. 7, № 4. - С. 353-362.
  18. Mullins L., Tobin N.R. Stress softening in rubber vulcanizates. Part I. Use of a strain amplification factor to prescribe the elastic behavior of filler reinforced vulcanized rubber // J. Appl. Polym. Sci. - 1965. - Vol. 9. - P. 2993-3005.
  19. Harwood J.A.C., Mullins L., Payne A.R. Stress softening in natural rubber vulcanizates. Part II. Stress softening effects in pure gum and filler loaded rubbers // J. Appl. Polym. Sci. - 1965. - Vol. 9. - № 9. - P. 3011-3021.
  20. Vilgis T.A., Heinrich G., Klüppel M. Reinforcement of polymer nano-composites. Theory, Experiments and Applications. - New York: Cambridge University Press, 2009. - 222 p.
  21. Шадрин В.В., Корнев Ю.В., Гамлицкий Ю.А. Изменение свойств резины в результате модификации поверхности частиц углеродного наполнителя // Механика композиционных материалов и конструкций. - 2009. - Т. 17, № 3. - С. 401-410.
  22. Шадрин В.В. Восстановление механических свойств резин в результате термостатирования // Высокомолек. соед. Сер. Б. - 2005. - Т. 47, № 7. - C. 1237-1240.
  23. Shariff M.H.B.M. Anisotropic stress-softening model for compressible solids // Zeitschrift fur angewandte mathematik und physik. - 2009. - Vol. 60. - P. 1112-1134.
  24. Shariff M.H.B.M. An anisotropic model of the Mullins effect // J. of Engineering Mathematics. - 2006. - Vol. 56, № 4. - P. 415-435.
  25. Згаевский В.Э., Яновский Ю.Г. Зависимость вязкоупругих свойств композитов с высокоэластической матрицей и жесткими частицами наполнителя от молекулярных и структурных параметров межфазного слоя // Механика композиционных материалов и конструкций. - 1998. - Т. 4, № 3. - С. 106-117.
  26. Комар Л.А., Мохирева К.А. Теоретическое и экспериментальное исследование анизотропии механических свойств усиленных эластомерных нанокомпозитов // Механика композиционных материалов и конструкций. - 2014. - Т. 20, № 2. - С. 283-291.
  27. Комар Л.А., Шадрин В.В., Беляев А.Ю., Морозов И.А., Мохирева К.А. Комплексное исследование структуры и механических свойств наполненных эластомеров // Вест. Пермского ун-та. Сер. Математика, механика, информатика. - 2014. - Т. 25, № 2. - С. 32-37.

Загрузки

Опубликован

2017-09-04

Выпуск

№ 1 (2017)

Раздел

Исследования: теория и эксперимент

Как цитировать

Шадрин, В., Мохирева, К., & Комар, Л. (2017). Анизотропия механических свойств наполненных вулканизатов под воздействием внешней нагрузки. Вестник Пермского федерального исследовательского центра, 1, 93-98. https://journal.permsc.ru/index.php/pscj/article/view/PSCJ2017n1p15