Исследование влияния наноуглеродных наполнителей на морфологию эпоксидного связующего

Введение. При разработке композиционного материала важно понимать, как компоненты, входящие в его состав, влияют на свойства. Наполнители, взаимодействуя с матрицей, могут изменять ее исходную структуру, за счет чего композит приобретает отличные от матрицы характеристики, что дает возможность создавать композиционные материалы с заданными физико-механическими свойствами. Высокая модифицирующая способность нанонаполнителей определяется значительной удельной площадью поверхности. Это дает возможность при относительно небольшой концентрации частиц перекрывать суммарную площадь границ раздела между матрицей и дисперсной фазой даже при использовании небольшого количества наполнителя. Методы и материалы. Изучались композиционные материалы с наноуглеродными наполнителями, в качестве которых использовали фуллерены, нанотрубки и графен. Для оценки структуры композитов выбрано фрактографическое исследование изломов образцов на растяжение, которое позволяет определить характер разрушения и способность композита сдерживать рост трещин. Микроструктура композиционных материалов, а также морфология упрочняющих наноуглеродных наполнителей исследовались на растровом электронном микроскопе Tescan MIRA3. Результаты и обсуждение. В композите с графеном энергия трещины рассеивается за счет ветвления и удлинения пути ее развития. Углеродные нанотрубки, закрепившись в стенах трещины, препятствуют раскрытию ее берегов. Энергия трещины также расходуется на преодоление сил трения при вытягивании УНТ из эпоксидной матрицы. Агломераты фуллере-нов являются эффективными местами задержки фронта трещины, вынуждая его огибать себя, в результате чего образуются новые площади поверхностей разрушения. При этом происходит увеличение длины фронта и рост энергии, необходимой для разрушения материала. Заключение. Добавление наноуглеродных наполнителей (графена, УНТ и фуллеренов) как армирующих компонентов в эпоксидное связующее способствует изменению его структуры. Установлены вероятные механизмы упрочнения композиционных материалов при добавлении в них наноуглеродных наполнителей.