Исследование механического поведения эластомерных нанокомпозитов при больших циклических сдвиговых деформациях

Аннотация

Представлены результаты экспериментальных исследований вязкоупругих свойств эластомерных нанокомпозитов на основе бутадиен-стирольного каучука и различных нанонаполнителей: технического углерода, детонационных наноалмазов, графеновых нанопластинок и графеновых нанотрубок. Также были проведены соответствующие испытания для чистого ненаполненного каучука (как базы для сравнения и анализа результатов). При этом использовались нестандартные образцы и оснастка, специально разработанные для испытаний при больших сдвиговых нагрузках (деформирование на сотни процентов). Для того чтобы выявить особенности именно вязкоупругого поведения рассматриваемых материалов, применялись программы испытаний со сложными траекториями нагружения – симметричное циклическое сдвиговое деформирование с нарастающей амплитудой и остановками на релаксацию при смене направления движения захватов разрывной машины. Кроме того, для оценки прочностных свойств этих нанокомпозитов, все они были подвергнуты стандартным испытаниям на одноосное растяжение до разрыва с постоянной скоростью деформирования. Проведен анализ полученных экспериментальных данных. Установлено, что наибольший эффект усиления дает ввод углеродных нанотрубок – в разы по сравнению с другими образцами. В этом случае также наблюдается самое значительное увеличение петли гистерезиса (т. е. диссипативных потерь). Данное обстоятельство очень важно при использовании таких материалов в качестве демпфирующих элементов. По мнению авторов, эффект механического усиления при больших сдвиговых деформациях во многом зависит от формы частиц нанонаполнителя. Нанотрубки, благодаря своей огромной (по сравнению с поперечными размерами) длине и гибкости, гораздо сильнее влияют на перестройку микроструктуры композита по сравнению с другими типами наполнителей, увеличивая тем самым диссипативные потери.