Моделирование механического взаимодействия между частицами наполнителя и связующим в полимер-силикатных нанокомпозитах при конечных макродеформациях
Автор: Гаришин Олег Константинович, Корляков Антон Сергеевич
Журнал: Вычислительная механика сплошных сред @journal-icmm
Статья в выпуске: 3 т.2, 2009 года.
Бесплатный доступ
Для нанокомпозитов типа полиолефин/глина на структурном уровне проведено теоретическое исследование напряженного состояния в зависимости от ориентации частиц наполнителя относительно внешней нагрузки. В качестве наполнителя рассматривались пачки из нескольких параллельно расположенных ультратонких силикатных нанопластинок (тактоидов). Показано, что механические свойства таких включений зависят от материала, находящегося в межслойных зазорах. Если между пластинками находится размягченная субстанция (смесь полимера и адсорбированной глиной воды), то включения будут более гибкими, по сравнению с включениями, в которых пространство между пластинами заполняет тот же материал, что и в матрице. Установлено, что оптимальной, с точки зрения минимизации изгибных деформаций включения (которые могут вызвать его разрушение), является ориентация частиц силикатного наполнителя в направлении внешней деформации. На основе полученных решений сделана оценка эффективного модуля нанокомпозита в зависимости от степени наполнения и свойств материала, заполняющего зазоры между пластинками тактоида. Показано, что концентрация наполнителя в этом случае значительно сильнее сказывается на увеличении макромодуля по сравнению с обычными зернистыми композитами.
Полиолефиновые полимеры, силикатный слоистый наполнитель, тактоид, структура, напряжения, деформации, упругий макромодуль
Короткий адрес: https://sciup.org/14320475
IDR: 14320475 | УДК: 539.219.2
Modeling of mechanical interaction between filler particles and binder in polymer-silicate nanocomposites under finite macrodeformation
Theoretical investigation of the stress state of polyolefin/clay nanocomposites at structural level is carried out taking into account the orientation of filler particles under external loading conditions. Stacks of parallel ultra-thin silicate nanoplates (tactoids) are considered as the filler. It is demonstrated that the mechanical properties of such inclusions depend on the material in the interlayer spaces. If the spaces are filled with a soft material like a mixture of polymeric compound and water adsorbed by clay, the tactoids will be more flexible nanoplates than those whose interlayer spaces contain the material similar to that in the matrix. The case when filler particles are oriented in the direction of external load is optimal from the point of view of minimization of inclusion bending, which may cause their fracture. Estimation of the effective module of nanocomposites with consideration of the filler concentration and the properties of the material between the tactoid nanoplates is made using the solutions obtained in this study. It is shown that the filler concentration in this case affects the macro-module increment more strongly than in the case of conventional particulate composites.
Список литературы Моделирование механического взаимодействия между частицами наполнителя и связующим в полимер-силикатных нанокомпозитах при конечных макродеформациях
- Чвалун С.Н. Полимерные нанокомпозиты//Природа. -2000. -№ 7.-С. 22-30.
- Shepherd P.D., Golemba F.J., Maine F.W. Clay layers//Adv. Chem. Ser. -1974. -V. 41. -P. 134-141.
- Fengge G. Clay/polymer composites: the story. Materials Today. -2004. -№ 11. -P. 50-55.
- Sheng N., Boyce M.C., Parks D.M., Rutledge G.C., Abes J.I., Cohen R.E. Multiscale micromechanical modeling of polymer/clay nano-composites and the effective clay particle//Polymer. -2004. -V. 45. -P. 487-506.
- Микитаев А.К., Каладжян А.А., Леднев О.Б., Микитаев М.А. Нанокомпозитные полимерные материалы на основе органоглин//Электронный журнал «Исследовано в России». -http://zhurnal.ape.relarn.ru/articles/2004/083.pdf (дата обращения: 17.07.2009).
- Микитаев А.К., Каладжян А.А., Леднев О.Б., Микитаев М.А., Давыдов Э.М. Нанокомпозитные материалы на основе органоглин с повышенной огнестойкостью//Электронный журнал «Исследовано в России». http://zhurnal.ape.relarn.ru/articles/2004/129.pdf (дата обращения: 17.07.2009).
- Гаришин О.К., Свистков А.Л., Герасин В.А., Гусева М.А. Моделирование упруго-пластического поведения полиолефиновых нанокомпозитов с различной структурой слоистого наполнителя//Высокомолек. соед. -Сер. А. -2009. -Т. 51, № 4. -С. 610-619.
- Гусева М.А. Структура и физико-механические свойства нанокомпозитов на основе неполярного полимера и слоевого силиката/Дис… канд. физ.-мат. наук: 01.04.07. -Москва, 2005. -155 с.
- Бахов Ф.Н. Формирование органофильных слоев на Na+-монтмориллоните и влияние их структуры на совместимость полиолефинов с наполнителем в нанокомпозитах/Дис… канд. хим. наук: 02.00.06. -Москва, 2007. -182 с.
- Герасин В.А., Зубова Т.А., Бахов Ф.Н., Баранников А.А., Мерекалов Н.Д., Королев Ю.М., Антипов Е.М. Структура нанокомпозитов полимер/монтмориллонит полученных смешением в расплаве//Российские нанотехнологии. -2007. -№ 1-2. -С. 90-105.
- Герасин В.А., Гусева М.А., Мерекалова Н.Д., Гаришин О.К., Свистков А.С., Антипов Е.М. Создание полимер-силикатных нанокомпозитов. Структура и деформационные свойства//IV Международная научно-практическая конференция «Новые полимерные композиционные материалы»: Труды. -Нальчик, 2008. -С. 97-100.
- Xie W., Gao Z., Liu K., Pan W.-P., Vaia R., Hunter D., Singh A. Thermal characterization of organically modified montmorillonite//Thermochimica Acta. -2001. -V 367-368. -P. 339-350.
- Бахвалов Н.С., Панасенко Г.П. Осреднение процессов в периодических средах. Математические задачи механики композиционных материалов. -М.: Наука, 1984. -352 с.
- Эйнштейн А. Новое определение размеров молекул//Собр. науч. тр. -М.: Наука, 1966. -Т. 3 -С. 75-91.
- Кристенсен Р. Введение в механику композитов. -М.: Мир, 1982. -334 с.
