Количественное описание модуля упругости полимерных композитов конструкционного назначения

Интенсивное развитие современного сельскохозяйственного машиностроения требует разработки новых композиционных материалов на основе полимеров, обладающих высокими значениями эксплуатационных свойств. Улучшение эксплуатационных характеристик обеспечивается введением в полимерную матрицу упрочняющих добавок. Перспективными материалами для этих целей являются углеродные волокна. Введение углеродных волокон в полимер способствует созданию высокомолекулярного полимерного материала. В качестве матричного полимера использован фенилон, получаемый на основе ароматических полиамидов. Преимущество фенилона заключается в том, что материалы на его основе сочетают высокую тепло- и термостойкость с морозостойкостью, жесткость и прочность с хорошими антифрикционными свойствами, что обеспечивает возможность их широкого применения в сельскохозяйственном машиностроении. Исследованы механические свойства углепластиков на основе фенилона, наполненного углеродным волокном. В рамках фрактального анализа получены корреляционные зависимости между модулем упругости исследованных углепластиков и фрактальной размерностью областей локализации избыточной энергии, которая «закачивается» в полимерную матрицу. Показана возможность существенной вариации модуля упругости при постоянном содержании наполнителя за счет структурных изменений. Увеличение «закачиваемой» в полимерную матрицу энергии или степени ее «возмущения», характеризуемое повышением размерности областей локализации избыточной энергии, приводит к росту упругости, а усиление обратной связи в структуре углепластиков, означающее «перекачку» полимерного материала из одной плотноупакованной компоненты в другую, определяет снижение его величины.

The intensive development of modern agricultural engineering requires the development of new composite materials based on polymers with high performance properties. Improved performance is provided by the introduction of strengthening additives into the polymer matrix. Carbon fibers are promising materials for these purposes. The introduction of carbon fibers into the polymer contributes to the creation of a highmolecular polymer material. Phenylene, obtained on the basis of aromatic polyamides, was used as a matrix polymer. The advantage of phenylene is that materials based on it combine high heat and heat resistance with frost resistance, rigidity and strength with good antifriction properties, which makes it possible for them to be widely used in agricultural engineering. The mechanical properties of carbon fiber reinforced plastics based on phenylene filled with carbon fiber have been studied. In the framework of fractal analysis, correlations were obtained between the modulus of elasticity of the studied carbon fiber plastics and the fractal dimension of the localization regions of excess energy, which is "pumped" into the polymer matrix. The possibility of a significant variation in the modulus of elasticity with a constant filler content due to structural changes is shown. An increase in the energy "pumped" into the polymer matrix or the degree of its "perturbation", characterized by an increase in the dimension of the areas of localization of excess energy, leads to an increase in elasticity, and an increase in feedback in the structure of carbon fiber plastics, meaning "pumping" of the polymer material from one packed component to another, determines a decrease in its magnitude.