КОМПОЗИТЫ НА ОСНОВЕ ПОЛИМЕРНЫХ МАТРИЦ И УГЛЕРОДНО-СИЛИКАТНЫХ НАНОНАПОЛНИТЕЛЕЙ. КВАНТОВО-МЕХАНИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ, ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ЭФФЕКТА УСИЛЕНИЯ

Объектом настоящего исследования являлись композиты на основе полимерных (эластомерных) матриц и наноразмерных частиц углеродно-силикатных наполнителей (ингредиентов минерала шунгита), оценка их энергетических и прочностных характеристик. Цель работы - анализ структуры и механических свойств указанных объектов в рамках метода квантовой механики (из первых принципов), описание механизма усиления и оценка перспективности использования углеродно-силикатных наполнителей для получения материалов с улучшенными механическими свойствами. В работе было проведено моделирование структуры нанокластеров отдельных компонентов и адсорбционных комплексов композитов, описаны особенности структуры и свойств их пограничных слоев, проведен расчет наноскопических структурных и механических характеристик. Использовали приближение координаты микроскопической деформации и кластерный подход. Расчеты проводили в параллельном режиме на многопроцессорном кластере ИПРИМ РАН. Описаны механизмы, определяющие деформацию и трение в межфазных слоях подобных композитов, исследовано влияние строения и модификации поверхности компонентов на структуру и деформационные свойства композитов, предложен метод компьютерного подбора компонентов для улучшения (усиления) прочностных свойств подобных материалов.

POLYMER-SHUNGIT NANOCOMPOSITES. QUANTUM-MECHANICAL INVESTIGATIONS

Composites consisting of polymer matrix and nano-sized carbon-silica filler (mineral schungite's components), their energy and strength characteristics were the topics of the presented paper. The aim of the study was to investigate the structural and mechanical properties of above composites in the framework of quantum chemical approach, to create the scientific basis of composite strengthening and to investigate the possibility and prospects of mineral nanosize fillers application for preparing composites with enhanced mechanical properties. The microscopic structure and mechanical properties of the composite components and adsorption complexes of those with polymer matrix, as well as the interphase layer between the composite components were studied the course of the modeling. We applied the coordinate of the microscopic deformation and the cluster approaches. Calculations were carried out in parallel mode. Microscopic mechanisms that determine the deformation and interface friction in the polymer composites based on carbon-silica filler were proposed in our study. It was shown how the structure and surface modification of composite components impact on their structure and deformation properties. Thus the method of computer-aided component selection of nanofilled composites with improved strength characteristics was proposed.