Потенциал использования одностенных и многостенных углеродных нанотрубок и углеродных нановолокон в качестве модификаторов полимерной матрицы, способных увеличить размеростабильность и технологическую устойчивость композиционного материала

В данной работе изучается влияние углеродных наночастиц, таких как углеродные нановолокна (УНВ), одностенные углеродные нанотрубки (ОУНТ) и многостенные углеродные нанотрубки (МУНТ), на величину математического ожидания и дисперсии коробления пластин из волокнистого композиционного материала. Были рассмотрены ламинаты с дезориентацией волокон как асимметричные, и для оценки коробления использовали модель, предложенную Dano и Hyer. Полученные результаты подтверждают, что добавление углеродных наночастиц в качестве модификатора в полимерную матрицу волокнистого композиционного материала позволяет увеличить размеростабильность (математическое ожидание среднеквадратичного отклонения (СКО)) и технологическую устойчивость схемы армирования (дисперсия выборки СКО композиционной пластины). Математическое моделирование коробления пластины с учетом возможной дезориентации волокна показало снижение дисперсии коробления на 12,6 и на 26,6 % при модификации ОУНТ и МУНТ соответственно. Экспериментально определены коэффициент линейного термического расширения (КЛТР) наноструктурированной полимерной матрицы с различными наполнителями. Обнаружено, что углеродные наномодификаторы более эффективны как компенсаторы термического расширения полимерной матрицы в композиционных материалах, армированных углеродными волокнами, чем в полимерной матрице без макроволокон. Добавление 0,05 % УНТ, 1 % МУНТ в эпоксидную смолу позволяет снизить КЛТР на 9,7 и 15,4 % соответственно. В то же время добавление аналогичного количества наночастиц в полимерную матрицу волокнистого композиционного материала снижается КЛТР поперек волокон на 15,56 и 35,8 % соответственно. На основании полученных результатов были построены зависимости КЛТР в трансверсальном направлении полимерного композиционного материала, математическое ожидание СКО и дисперсия выборки СКО точности формы композиционной пластинки от концентрации модификатора. На основании полученных данных можно сделать вывод, что для снижения математического ожидания и дисперсии коробления композиционного материала существует эффективная концентрация, увеличение которой нецелесообразно, несмотря на дальнейшее снижение КЛТР в трансверсальном направлении.