Исследование механического поведения наполненных эластомеров при двухосном циклическом нагружении
DOI:
https://doi.org/10.17072/1994-3598-2017-3-31-39Аннотация
Экспериментально исследовано механическое поведение наполненных эластомеров в условиях двухосного циклического нагружения. Исследуемые материалы представляют собой дисперсно-наполненные системы, состоящие из низкомодульной высокоэластичной каучуковой матрицы (непрерывная фаза), в которую случайным образом внедрены твёрдые зернистые частицы наполнителя (дисперсная фаза). Для экспериментов на двухосное нагружение использовали специальные образцы крестообразной формы. Их форма и размеры были разработаны на основе теоретических исследований, проведенных в ИМСС УрО РАН. Эти образцы оптимальны с точки зрения получения однородных полей напряжений на рабочей части образца и минимизации размеров нерабочей части. Испытания проводились на четырёхвекторном испытательном стенде Zwick/Roell (единственном в России), позволяющем независимо задавать сложные траектории деформирования в двух взаимно перпендикулярных направлениях. В качестве объекта исследований брали композиты на основе синтетического бутадиен-стирольного каучука СКС-30АРК (матрица), содержащего различные наполнители: шунгит; кремнекислота (белая сажа), технический углерод (сажа), углеродные нановолокна с сажей. В результате проведённых экспериментов были изучены эффекты размягчения и возникновения наведённой анизотропии в наполненных эластомерах под действием двухосной нагрузки. Установлено, что характер их проявления зависит от типа наполнителя. Показано также, что в случае чистого каучука они практически отсутствуют. В образцах с наполнителем из шунгита или технического углерода циклическое деформирование по одной оси вызывает соответствующее размягчение по той же оси, но никак не сказывается на механическом поведении материала в перпендикулярном направлении. В случае наполнителя в виде смеси технического углерода и углеродных нановолокон циклическое деформирование по одной оси вызывает аналогичное размягчение по другой оси. Для наполнителя из частиц кремнекислоты этот эффект также можно наблюдать, но выражен он существенно слабее чем для углеродных волокон. Таким образом, показано что, варьируя состав и тип наполнителя, можно изменять в необходимую сторону механические свойства композита, делая систему более или менее анизотропной.Библиографические ссылки
Jovanovich V., Smarzija-Jovanovich S., Budinski-Simendich J., Markovich G. Marinović-Cincovich M. Composites based on carbon black reinforced NBR/EPDM rubber blends. Composites Part B: Engineering, 2013. vol. 45. no. 1. pp. 333–340.
Lvov Y., Fakhrullin R., Wang W., Zhang L. Hallousite clay nanotubes for loading and sustained release of functional compounds. Advanced Materials, 2016. vol. 28. no. 6. pp. 1227–1250.
He Q., Runguo W., Hui Y., Xiaohui W., Weiwei L., Xinxin Z., Xiaoran H., Liqun Z. Design and preparation of natural layered silicate/bio-based elastomer nanocomposites with improved dispersion and interfacial interaction. Polymer, 2015. vol. 79. pp. 1–11.
Huili L., Hongwei B., Dongyu B., Zhenwei L., Qin Z., Qiang F. Design of high-performance poly(L-lactide)/elastomer blends through anchoring carbon nanotubes at the interface with the aid of stereo-complex crystallization. Polymer, 2017. vol. 108. pp. 38–49.
Patrikeev G. A. Tehnologija kauchuka i reziny. (Rubber technology) In: Vol'fkovicha S. I. (Ed.) Obshhaja himicheskaja tehnologija (General chemical technology). Moscow-Leningrad: Gosudarstvennoe nauchnotehnicheskoe izdatel'stvo himicheskoj literatury, 1946. vol. 2. pp. 361–207 (In Russian).
Mullins L. Effect of stretching in the properties of rubber. Journal of Rubber Research, 1947. Vol. 16, no. 12 pp. 245–289.
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 re-inforced vulcanized rubber. Journal of Applied Polymer Science, 1965. vol. 9. pp. 2993–3005.
Mullins L. Engineering with rubber. Rubber Chemistry and Technology, 1986. vol. 59. no. 3. P. G69–G83.
Diani J., Fayolle B, Gilormini P. A review on the Mullins effect. European Polymer Journal, 2009. vol. 45. pp. 601–612.
Shadrin V. V. Recovery of the mechanical properties of rubber under thermal treatment. Polymer Science, Series: B., 2005. vol. 47. no. 7–8. pp. 220–222.
Sokolov A. K., Svistkov A. L., Komar L. A., Shadrin V. V., Terpugov V. N. Proiavlenie effekta razmiagcheniia materiala v izmenenii napriazhen-no-deformirovannogo sostoianiia shiny. Computational Continuum Mechanics, 2016. vol. 9, no. 3, pp. 358–365. (In Russian).
DOI: 10.7242/1999-6691/2016.9.3.29
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.
Mokhireva K. A., Svistkov A. L., Solod'ko V. N., Komar L. A., Stöckelhuber K. W. Experimental analysis of the effect of carbon nanoparticles with different geometry on the appearance of anisotropy of mechanical properties in elastomeric composites. Polymer Testing, 2017. vol. 59. pp. 46–54.
Kwiecinska B., Pusz S., Krzesinska M., Pilawa B. Physical properties of schungite. International Journal of Coal Geology, 2007. vol. 71, no. 4. pp. 455–461.
Kornev Yu. V., Ianovskii Yu. G., Boiko O. V., Zhogin V. A., Semenov N. A. Novye elastomernye kompozity, napolnennye nanorazmernymi chastitsami minerala shungit (New elastomer composites filled by schungite mineral particles). Proc. of 20th Symposium “Problemy shin i rezinokordnykh kompozitov” (Problems of tires and rubber-cord composites), Moscow, 2009. pp. 22–31 (In Russian).
Kornev Yu. V., Yanovskiu Yu. G., Boiko O. V., Semenov N. A., Chirkunova S. V. Investigating the influence of the degree of dispersion of mineral shungite on the properties of elastomeric materials based on butadiene-styrene rubber. International Polymer Science and Technology, 2013. vol. 40, no. 3. pp. 17–22 (In Russian).
Kornev Y. V., Yanovskiy Y. G., Boiko O. V., Chirkunova S. V. Guseva M. A. The effect of carbon nanotubes on the properties of elastomeric materials filled with the mineral schungite. Interna-tional Journal of Polymer Science and Technology, 2013. vol. 40, no. 2. pp. 29–32.
Shadrin V. V., Mokhireva K. A., Komar L. A. Anisotropy of mechanical properties of filled vulcanizates subjected to external loading. Vestnik Permskogo nauchnogo tsentra (Bulletin of Perm Scientific Center). 2017. no. 1. pp. 93–98 (In Rus-sian).
Syr'e i materialy dlja rezinovoj promyshlennost (Feedstock and material for rubber industry): Lec-ture notes / N. A. Ohotina; Kazan State Technological University. 2005. 116 p. (In Russian). URL: https://studfiles.net/preview/2029975/
page:26/
Mokhireva K. A., Svistkov A. L., Shadrin V. V. Sposob izgotovleniia obraztsov i ispytanie ikh na dvukhosnoe rastiazhenie (Method of sample preparation and their biaxial stretching test). Patent № 2552121, Rospatent, 2015 (In Russian).
Mokhireva K. A., Svistkov A. L., Shadrin V. V. Designing of specimen shape for biaxial stretching experiments. Computational Continuum Mechanics. 2014. vol. 7. no. 4. pp. 353–362. DOI: 10.7242/1999-6691/2014.7.4.34/ (In Russian).
Загрузки
Опубликован
Как цитировать
Выпуск
Раздел
Лицензия
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.
