Оптимизация размеров частиц и параметров структуры для получения дисперсно-наполненных полимерных композитов с максимальной прочностью

В статье приводятся данные по оптимизации параметров дисперсных наполнителей для создания структур дисперснонаполненных полимерных композиционных материалов (ДНПКМ) с максимальными прочностными характеристиками на примере системы - фурфуролацетоновый мономер (ФАМ) с диоксидом кремния (SiО₂). Впервые для описания дисперсных структур и прочностных свойств ДНПКМ при разном содержании дисперсного наполнителя с разной удельной поверхностью (S_уд.г) и диаметром частиц (d) были использованы обобщенные (Θ) и приведенные (а_ср/d, Θ/В и Θ/S_н) параметры, которые позволили определить оптимальные параметры наполнителя, его содержание и тип дисперсной структуры с максимальной прочностью. Оптимальные параметры для исследованной системы мономер ФАМ + SiО₂ представлены ниже: обобщенные и приведенные параметры - а_ср/d ≈ 0,25−0,3; Θ ≈ 0,5–0,55 об.д.; Θ/В ≈ 2,0–2,5 и Θ/S_н ≈ 0,8–1,0, которые обеспечиваются введением в полимерную матрицу наполнителя – диоксида кремния с S_уд.г = 1 м²/г и диаметром частиц ~2,25 мкм при содержании 20–25 об.% (0,20–0,25 об.д.). Оптимальная структура ДНПКМ для получения ДНПКМ с максимальной прочностью – средненаполненная СНС-1 (до предела текучести). Установлено, что оптимальный размер дисперсных частиц в основном определяется взаимодействием растущей трещины с дисперсными частицами при разрушении композита и протяженностью границы раздела фаз (приведенный параметр Θ/S_н). Показано, чтодляопределенияоптимальныхпараметровдисперсныхнаполнителейиструктурыДНПКМсмаксимальной прочностью необходимо использовать только обобщенные и приведенные параметры - аср/d, Θ , Θ/В и Θ/S_н.

1. Пол Д., Бакнелл К. Полимерные смеси: рецептуры и свойства //М.: Научные основы и технологии. – 2009.

2. Берлин A.A., Вольфсон С.А., Ошмян. В.Г., Ениколопов Н.С. Принципы создания композиционных полимерных материалов. М.: Химия. 1990. с. 229.

3. Симонов-Емельянов И.Д. Параметры решетки и структуры дисперсно-наполненных полимерных композиционных материалов с регулируемым комплексом свойств // Конструкции из композиционных материалов. – 2019. – №3. – с. 37.

4. Симонов-Емельянов И.Д. Построение структур в дисперсно-наполненных полимерах и свойства композиционных материалов // Пласт. массы. 2015. – № 9–10. – с.29.

5. Симонов-Емельянов И.Д., Шембель Н.Л., Прокопов Н.И., Ушакова О.Б., Гервальд А.Ю., Суриков П.В., Марков А.В., Пашкин И.И. Методы технологических свойств наполнителей и полимерных материалов. Сборник, М.: МИТХТ им. М.В. Ломоносова, 2014. 130 с.

6. Симонов-Емельянов И.Д. Расчет составов дисперсно-наполненных полимерных композиционных материалов с различными типами решеток и параметрами структур // Пласт. массы. – 2020. – №1–2. – С. 4–7.