Уведомления
Авторизуйтесь или зарегистрируйтесь, чтобы оценивать материалы, создавать записи и писать комментарии.
Авторизуясь, вы соглашаетесь с правилами пользования сайтом и даете согласие на обработку персональных данных.
Плазменная обработка улучшила характеристики армированного композита
Ученые лаборатории структурно-морфологических исследований ИФХЭ РАН изучили влияние плазмохимической обработки на адгезионные взаимодействия на границе раздела моноволокна и матрицы для полимерных композитов, армированных углеродным волокном. Представленные в работе подходы к измерению адгезионных свойств на межфазной границе позволяют получать истинные значения прочности в элементарной ячейке, не делая при этом поправку на технологические или конструктивные особенности производства материалов. Знание истинной прочности в элементарной ячейке имеет фундаментальное значение при разработке связующих и проклеивающих композиций для полимерных композитных материалов и дает возможность разрабатывать материалы с заданными физико-механическими свойствами.
На сегодняшний день наилучшие прочностные свойства демонстрируют полимерные композитные материалы, армированные углеродными волокнами, диаметр которых варьируется от пяти до 10 мкм. В армированном композите основное напряжение принимает на себя армирующее волокно. Задача матрицы — распределить напряжение между ближайшими волокнами вокруг зоны нагружения. Таким образом, матрица на границе раздела передает напряжение от одного волокна к другому. Механические свойства армированных композитов зависят не только от свойств моноволокна и полимерной матрицы, но и от взаимодействий на границе раздела фаз.
«Достижение хорошего взаимодействия между достаточно инертной поверхностью углеродных волокон и полимерной матрицей является актуальной задачей при получении армированных волокнами полимерных композитных материалов с высокими деформационными и прочностными свойствами, — объяснил заведующий лабораторией структурно-морфологических исследований, кандидат химических наук Алексей Викторович Шапагин. — Для того, чтобы композит получил нужную способность противостоять деформации, необходимо, во-первых, использовать матрицу с требуемыми физико-механическими свойствами, во-вторых, обеспечить высокую плотность укладки волокон, в-третьих, добиться хорошего межфазного контакта на границе волокно/матрица».
Из-за различия физических характеристик компонентов граница раздела волокно/матрица является самым слабым местом армированного композита. Согласно правилу, что цепь не сильнее самого слабого звена, прочность межфазной границы волокно/матрица и композита в целом зависят от эффективности перераспределения.
Для исследования углеродных моноволокон, их энергетических характеристик и адгезионных свойств в элементарной ячейке полимерного композита на основе эпоксидной смолы ученые лаборатории применили разные методы: Drop-Sting test, физико-механические испытания, исследование поверхностной энергии, оптическая и сканирующая электронная микроскопия.
Тонкие моноволокна по отдельности легко ломаются, поэтому для экспериментального определения прочности требуется применять микромеханические методы. В этом случае поверхность контакта в адгезивной паре моноволокно/матрица становится настолько мала, что моноволокно при удалении из матрицы не разрушается. Большинство существующих микромеханических методов зависят от метода подготовки тестовых образцов, поэтому главная сложность определения прочности состоит в пробоподготовке. Drop-Sting test (патент RU2750491C1) позволяет точно погружать моноволокно в связующее, измерять угол соприкосновения и дает возможность без создания специального тестируемого композита определять прочность межфазных взаимодействий при удалении моноволокна после отверждения образца.
Данные сканирующей электронной и оптической микроскопии показали, что максимальная глубина погружения моноволокна составляет 68 мкм. При такой глубине погружения усилие вытягивания моноволокна из матрицы равно 0,086 Н, что ниже предела прочности сцепления для исследуемого моноволокна (≈0,1 Н). В этой системе нельзя использовать более длительное погружение, так как моноволокно будет разрушено во время извлечения из-за того, что адгезионная прочность системы моноволокно/матрица будет выше, чем когезионная прочность самого моноволокна. Было установлено, что среднее значение прочности межфазного взаимодействия составляет 73,5 ±9,7 МПа с коэффициентом вариации 6,6 % и не зависит от глубины погружения моноволокна в связующее.
Для повышения прочностных качеств углеродные волокна были обработаны в плазме, которая способна изменять как морфологию поверхности волокна, так и энергетические характеристики. Было обнаружено, что при плазменной обработке в первые 10 мин энергетические характеристики повышаются за счет травления проклейки, идентификации фибриллярной структуры и активации поверхности моноволокна кислородсодержащими группами. Прочность сцепления на границе раздела моноволокно/эпоксидная матрица после обработки возросла в два раза до 145 МПа.
«Высокая плотность упаковки волокон в полимерном композите и прочность межфазной границы волокно/матрица определяют превосходные физические и механические свойства армированных пластиков. Мы ставили цель — изучение межфазных взаимодействий в системе моноволокно/матрица и их улучшение через обработку моноволокна в плазме воздушного разряда, — сказал Шапагин. — Известно, что на межфазные взаимодействия в двухкомпонентной системе взаимно нерастворимых веществ существенное влияние оказывают энергетические характеристики. При изучении прочности на границе раздела волокно/матрица мы сосредоточились на изучении поверхностной энергии моноволокна, чтобы найти физический метод для ее регулирования. Полученные результаты будут нами использованы для крупномасштабного моделирования прочности композиционного материала».
Работа выполнена при финансовой поддержки Министерства науки и высшего образования России.
Telegram 
Дзен 
VK В разрыве протопланетного диска звезды WISPIT 2 ученые разглядели зарождающуюся планету. Это уже второй гигант в этом формирующемся «семействе», что делает его крайне похожим на молодую Солнечную систему.
Жизнь в суровых условиях вечной мерзлоты — вызов даже для бактерий. Для нее требуются уникальные адаптации к холоду и другим стрессовым факторам. В новом исследовании ученые МФТИ с коллегами описали белки Exiguobacterium sibiricum — бактерии, найденной в многолетнемерзлых породах на северо-востоке Сибири. Исследователи выяснили, как набор белков в мембране микроба зависит от температуры, при которой его культивируют.
Вопрос о том, как зародилась и развивалась французская культура производства вина, до сих пор остается не до конца изученным. Новое исследование показало, что некоторые сорта винограда сохранились более чем на 600 лет.
В разрыве протопланетного диска звезды WISPIT 2 ученые разглядели зарождающуюся планету. Это уже второй гигант в этом формирующемся «семействе», что делает его крайне похожим на молодую Солнечную систему.
В парках некоторых стран все чаще можно заметить странную картину: синицы и воробьи вместо пуха и веточек приносят в клювах сигаретные окурки. Орнитологи из Польши решили выяснить, зачем птицы выстилают гнезда мусором, пропитанным никотином. Оказалось, пернатые нашли способ использовать вредную человеческую привычку для защиты своего потомства. Но, как это часто бывает в природе, у медали есть обратная сторона.
Марсоход «Персеверанс» обнаружил в камнях на кромке кратера Езеро спектральные признаки минерала корунда, из которого на Земле образуются рубины и сапфиры. Такие спектры на Красной планете зарегистрировали впервые. Теперь ученые пытаются понять, при каких процессах он мог там сформироваться, ведь условия на Марсе заметно отличаются от тех, в которых корунд обычно образуется на Земле.
Марсоход «Персеверанс» обнаружил в камнях на кромке кратера Езеро спектральные признаки минерала корунда, из которого на Земле образуются рубины и сапфиры. Такие спектры на Красной планете зарегистрировали впервые. Теперь ученые пытаются понять, при каких процессах он мог там сформироваться, ведь условия на Марсе заметно отличаются от тех, в которых корунд обычно образуется на Земле.
В парках некоторых стран все чаще можно заметить странную картину: синицы и воробьи вместо пуха и веточек приносят в клювах сигаретные окурки. Орнитологи из Польши решили выяснить, зачем птицы выстилают гнезда мусором, пропитанным никотином. Оказалось, пернатые нашли способ использовать вредную человеческую привычку для защиты своего потомства. Но, как это часто бывает в природе, у медали есть обратная сторона.
За 10 лет лежания в почве сигаретные фильтры не растворились, а лишь замаскировались под грязь. Их пластиковые волокна распались на микрочастицы, намертво склеились с минералами и превратились во вторичный микропластик. Более того, на пятом году гниения мусор начал отравлять землю с новой силой.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно