Исследование и моделирование вязкоупругого поведения эластомерных нанокомпозитов

Представлены результаты исследования механических свойств полимерных композитов в зависимости от типа частиц наполнителя (зернистые - технический углерод, наноалмазы; слоистые - графен; волокнистые - одностенные нанотрубки). Данные нанонаполнители сильно отличаются друг от друга своим строением и геометрией. И даже при малой доли введения частиц в эластомер выявлено существенное различие в характере поведения нанокомпозитов. Видно, что наибольший усиливающий эффект получается при использовании в качестве наполнителя одностенных нанотрубок и детонационных наноалмазов. На основе сложных экспериментов по одноосному циклическому нагружению образцов изучались вязкоупругие свойства и эффект размягчения Маллинза [1-4] для полученных материалов. В заданных экспериментах пошагово менялась амплитуда деформаций и на каждом шаге задавались остановки по времени для завершения процессов перестройки структуры. В результате яркий эффект размягчения после первого цикла деформирования и значительные гистерезисные потери проявились у материала, наполненного одностенными нанотрубками. Для остальных нанокомпозитов эти характеристики незначительны при двукратном удлинении. В соответствии с полученными результатами предложен новый вариант математической модели для описания свойств вязкоупругих полимерных материалов. Для каждого материала вычислены константы определяющих соотношений, проведено сравнение теоретических и экспериментальных кривых нагружения. Получено, что введенная модель способна описывать поведение эластомерных нанокомпозитов с высокой точностью, и при этом она относительно проста в использовании, пригодна для широкого диапазона скоростей деформирования и кратностей удлинения материала, при этом нет необходимости помнить всю историю деформирования, как это требуется для интегральных моделей вязкоупругости.