ℹ️ На сегодняшний день наилучшие прочностные свойства демонстрируют полимерные композитные материалы, армированные углеродными волокнами. В таком 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 зав. лабораторией структурно-морфологических исследований, к.х.н. 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».
🧑🔬 Для экспериментального определения прочности тонких моноволокон 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 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). 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.
🫰Работа выполнена при финансовой поддержки Министерства науки и высшего образования России.
Работа опубликована в журнале 📕
Polymers. 2024. Vol. 309, P. 127430.
🔗 Подробнее на нашем сайте.
#ИФХЭ новости