Влияние структурных характеристик углеродных волокон на механические свойства углепластиков на основе фенилона

Статья посвящена проблеме создания конструкционных полимерных композитов, обладающих высокими значениями эксплуатационных свойств. Наиболее перспективными для этих целей являются углепластики на основе фенилона, наполненные короткими углеродными волокнами. Наполнение фенилона твердыми волокнами повышает жесткость, сопротивляемость текучести, прочность, огнестойкость, вязкость разрушения, трибологическую износостойкость, снижает коэффициент теплового расширения и трения. Полимерные композиты на основе фенилона являются структурно сложными телами, состоящими из полимерной матрицы, наполнителя и межфазной области. Обнаружена зависимость структуры и свойств углепластиков от продолжительности смешения компонентов, причем эта зависимость имеет синергетический характер. Подобный характер структуры подразумевает взаимосвязь характера структуры с распределением, ориентацией и агрегацией углеродных волокон. Исследована зависимость управляющего параметра структуры углепластиков (фактора ориентации волокон) от продолжительности смещения компонентов во вращающемся электромагнитном поле для трех используемых длин неравновесных ферромагнитных частиц. Определена оптимальная длина ферромагнитных частиц, при которой возможна максимальная ориентация углеродных волокон в полимерной матрице. Показано, что фактор ориентации волокон определяет формирование структуры углепластиков только в определенных пределах, контролируемых молекулярными и структурными характеристиками полимерной матрицы. Использование вариации фрактальной размерности структуры углепластиков позволил рассчитать возможные изменения его механических свойств.

The article is devoted to the problem of creating structural polymer composites with high values of operational properties. The most promising for these purposes are phenylene-based carbon fiber plastics filled with short carbon fibers. Filling phenylene with hard fibers increases stiffness, flow resistance, strength, fire resistance, fracture toughness, tribological wear resistance, reduces the coefficient of thermal expansion and friction. Phenylene-based polymer composites are structurally complex bodies consisting of a polymer matrix, a filler and an interfacial region. The dependence of the structure and properties of carbon fiber plastics on the duration of mixing of the components has been found, and this dependence has a synergistic character. Such a nature of the structure implies the relationship of the nature of the structure from the distribution, orientation and aggregation of carbon fibers. The dependence of the control parameter of the carbon fiber structure (fiber orientation factor) on the duration of displacement of components in a rotating electromagnetic field for three lengths of nonequilibrium ferromagnetic particles used is investigated. The optimal length of ferromagnetic particles has been determined at which the maximum orientation of carbon fibers is possible. The structure of carbon fiber plastics is a synergetic system, which means that its main characteristics depend on the duration of displacement. The synergistic nature of the carbon fiber structure means the relationship between the nature of the structure and the distribution, orientation and aggregation of carbon fibers. It is shown that the fiber orientation factor determines the formation of the carbon fiber structure only within certain limits controlled by the molecular and structural characteristics of the polymer matrix. The use of variations in the fractal dimension of the carbon fiber structure made it possible to calculate possible changes in its mechanical properties.