Atomic force microscopy of stretched rubbers
DOI:
https://doi.org/10.17072/1994-3598-2023-3-21-28Abstract
Atomic force microscopy (AFM) is a powerful tool for studying the structural-mechanical properties of polymers and polymer composites. Modern AFM methods provide not only a 3D-image of the surface but also its physical and mechanical properties. Elastomeric vulcanizates and their composites are widely used in tire industry. In this work, unfilled and filled (5, 30, 50 wt. parts of carbon black) rubbers in the tensile state, including open cracks, were investigated by the method of rapid nanoindentation. The defects in the stretched polymer matrix in the vicinity of the inclusions are shown. A binder oriented along the axis of deformation in the gaps between the filler inclusions forms strand-like structures. The stress-strain state of the stretched polymer is heterogeneous. The stiffness of the polymer in the strands exceeds that of the surrounding matrix, i.e., the strands take the main load. At the same time, weakly loaded matrix areas shielded from load by filler inclusions are present in the material. Adjacent filler aggregates retain their relative position during stretching, and the strands appear in the filler-free areas. In the notch made in the stretched rubber, the polymer is in a critically stretched state – a slightest increase in stretching will lead to further crack propagation. In this case, an overstretched area up to 10 mm wide having local defects and strands appears along the axis of the crack. The stiffness of the matrix in this region is hundreds of times greater than in the initial material, which indicates deformations many times greater than macroscopic ones.Downloads
Published
How to Cite
Issue
Section
License
Copyright (c) 2023 Bulletin of Perm University. Physics
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Автор предоставляет Издателю журнала (Пермский государственный национальный исследовательский университет) право на использование его статьи в составе журнала, а также на включение текста аннотации, полного текста статьи и информации об авторах в систему «Российский индекс научного цитирования» (РИНЦ).
Автор даёт своё согласие на обработку персональных данных.
Право использования журнала в целом в соответствии с п. 7 ст. 1260 ГК РФ принадлежит Издателю журнала и действует бессрочно на территории Российской Федерации и за её пределами.
Авторское вознаграждение за предоставление автором Издателю указанных выше прав не выплачивается.
Автор включённой в журнал статьи сохраняет исключительное право на неё независимо от права Издателя на использование журнала в целом.
Направление автором статьи в журнал означает его согласие на использование статьи Издателем на указанных выше условиях, на включение статьи в систему РИНЦ, и свидетельствует, что он осведомлён об условиях её использования. В качестве такого согласия рассматривается также направляемая в редакцию справка об авторе, в том числе по электронной почте.
Редакция размещает полный текст статьи на сайте Пермского государственного национального исследовательского университета: http://www.psu.ru и в системе OJS на сайте http://press.psu.ru
Плата за публикацию рукописей не взимается. Гонорар за публикации не выплачивается. Авторский экземпляр высылается автору по указанному им адресу.