Моделирование свойств наполненного наночастицами гетерогенного материала с учетом характеристик межфазного слоя тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.02.04, кандидат наук Брусенцева Татьяна Александровна

• Брусенцева Татьяна Александровна
• кандидат наук
• 2018

Оглавление диссертации кандидат наук Брусенцева Татьяна Александровна

Оглавление

Введение

Глава 1. Полимерные гетерогенные материалы: современное состояние исследований

1.1 Классификация гетерогенных материалов по материалу матрицы и природе наполнителя

1.2 Свойства нанонаполненных композитов на основе эпоксидной смолы

1.3 Обзор методов математического описания механических характеристик наполненных композитов

Глава 2. Объекты и методы исследования

2.1 Объекты исследования

2.2 Методы исследования

Глава 3. Моделирование механических свойств наполненного гетерогенного материала с учетом характеристик межфазного слоя

3.1 Постановка задачи. Модель определения модуля упругости наполненного композита

3.2 Моделирование процесса образования межфазного слоя

Глава 4. Экспериментальные исследования механических характеристик наполненных гетерогенных материалов на основе эпоксидной смолы

4.1 Влияние концентрации наночастиц диоксида кремния на прочностные характеристики полимера на основе ЭД-20 и Праймер-204

4.2 Зависимость механических характеристик эпоксидной смолы от последовательности смешения компонент

4.3 Экспериментальные исследования зависимости модуля упругости эпоксидной смолы от размера наполнителя

4.4 Зависимость прочностных характеристик эпоксидной смолы от природы и концентрации наполнителей

4.5 Вычисление модуля упругости и толщины межфазного слоя

Глава 5. Изучение ползучести и релаксации напряжений гетерогенного материала методом наноиндентирования

5.1 Влияние концентрации диоксида кремния на твердость и контактный модуль упругости

5.2 Зависимость механических свойств эпоксидного полимера от времени нагружения и величины максимальной нагрузки

5.3 Результаты исследования наполненных полимерных материалов в режиме ползучести

5.4 Влияние времени выдержки при фиксированной глубине вдавливания индентора в режиме релаксации напряжений

Глава 6. Методика изготовления нанокомпозитов на основе эпоксидной смолы аминного и ангидридного отверждения с улучшенными физико-

механическими характеристиками

Заключение

Основные публикации по теме диссертации

Список литературы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Моделирование свойств наполненного наночастицами гетерогенного материала с учетом характеристик межфазного слоя»

Введение

Актуальность работы. Полимерные материалы с каждым годом находят все более широкое применение в технике. Выбирая полимерную матрицу и наполнитель, также способы их совмещения, разрабатывают композиционные материалы с требуемыми физико-механическими и другими эксплуатационными свойствами, что в ряде приложений позволяет заменять металлы и сплавы. Полимерные материалы на основе эпоксидных смол обладают комплексом механических, электрофизических и других свойств, которые во многих случаях делают их незаменимыми при использовании в промышленности. Известно, что для повышения свойств гетерогенных материалов на эпоксидной основе используют добавки неорганических частиц различной природы, в том числе наноразмерные. Для полимерных матриц одним из лимитирующих факторов является максимальная степень наполнения (предельная концентрация), которая для микрочастиц может составлять несколько десятков весовых процентов. В то же время содержание нанонаполнителей, обеспечивающих эффективную модификацию, как правило, не превышает долей либо единиц процентов.

Механическое поведение сложной двухфазной (полимерной) системы в значительной степени зависит от характеристик наполнителя, таких, как физико -механические свойства, степень наполнения, геометрия, размер, ориентация включений относительно направления приложения нагрузки и пр. С другой стороны, оно частично определяется характеристиками материала матрицы, что связано с ее физико-химическим строением, адгезионной способностью, степенью полимеризации и т.д. Большинство теоретических моделей, разработанных на сегодняшний день, рассматривает поверхности включений как совершенную математическую поверхность, которая может обеспечить непрерывность напряжений и перемещений на границе раздела «частица-матрица». В реальных гетерогенных материалах в процессе полимеризации возможно образование так называемого «внешнего слоя», представляющего собой более плотный, по

сравнению с матрицей, «композиционный» материал в приграничном с частицей слое наполнителя, что может приводить к увеличению модуля упругости всей наполненной системы. В этом случае гетерогенный материал следует рассматривать как трехфазный, то есть состоящий из матрицы, наполнителя и межфазного слоя, окружающего каждое из включений.

Существование подобного межфазного слоя было продемонстрировано с использованием различных экспериментальных методик, однако определение его упругих свойств встречает ряд затруднений. Решение данной задачи экспериментальными средствами является сложной и не всегда успешно решаемой задачей. По этой причине для определения межфазного слоя толщины необходимо использовать различные модели гетерогенных материалов с последующей их верификацией на основании доступных экспериментальных данных.

Для решения этой проблемы удобно использовать известные математические модели гетерогенного материала с проведенным осреднением по объему. Широкое признание и распространение получили подходы Фойгта и Рейсса. Разработка модели определения деформационных характеристик гетерогенного материала по свойствам его компонент, основанное на подходах усреднения Фойгта и Рейсса, является актуальной научной проблемой.

Степень разработанности темы.

Определение деформационных характеристик композита по свойствам его отдельных компонент и характеру их распределения является важной задачей, для решения которой используют различные подходы, основанные на: механике континуума; методах упругости кристаллов или атомистическом моделировании; численных подходах механики континуума, относящихся к конечно-элементным моделям.

Формальные методы усреднения по Фойгту и Рейссу используют для получения приближенных оценок упругих констант материала. Модели Хирша и Поповича объединили модели Фойгта и Рейса и представляют их среднеарифметические значения. Модели Баше и Неппера соответствуют

среднегеометрическим значениям компонент деформации. Представленные модели могут быть использованы для получения оценок модуля Юнга для различных связующих и наполнителей. Однако данные зависимости выведены для объяснения механического поведения гетерогенного материала и рассматривают интерфейс «наполнитель-матрица», как идеальную математическую поверхность.

Для того чтобы описать физическое поведение гетерогенного материала, необходимо рассмотреть третью фазу, а именно границу раздела «межфазный слой - тонкий пограничный слой» между матрицей и наполнителем, чьи свойства зависят от индивидуальных свойств матрицы и наполнителя. Для различных композитов существует большое количество моделей структуры межфазного слоя, в которых материал рассматривается как однородный либо неоднородный, обладает структурными дефектами или анизотропией. В литературе структуру межфазного слоя изучали с использованием дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК), инфракрасной спектроскопии, электронного парамагнитного и ядерного магнитного резонанса, электронной микроскопии и другими экспериментальными методами. Все эти экспериментальные исследования помогают лучше понять природу взаимодействия между матрицей и наполнителем, но не позволяют точно определить (измерить либо рассчитать) механические характеристики межфазного слоя.

Целью работы является моделирование закономерностей изменения механических свойств наполненных гетерогенных материалов на основе эпоксидной смолы с учетом характеристик межфазного слоя.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

1. Построить модель зависимости модуля упругости полимерного гетерогенного материала от концентрации наполнителя с учетом характеристик межфазного слоя.

2. Разработать модели образования межфазного слоя с целью определения его толщины в зависимости от температуры стеклования полимерного материала.

3. Экспериментально исследовать зависимость механических характеристик полимерного композита от природы, концентрации и размера частиц наполнителя.

4. На основе данных экспериментальных исследований рассчитать параметры межфазного слоя и установить зависимость его модуля упругости от концентрации наполнителя.

5. Разработать методику изготовления нанокомпозитов на основе эпоксидной смолы с улучшенными физико-механическими характеристиками согласно модельным представлениям о формировании межфазного слоя.

Научная новизна

1. Предложена модель для определения механических свойств наполненного полимера на основе эпоксидной смолы с учетом характеристик межфазного слоя и наполнителя.

2. Впервые получено аналитическое выражение для свободной энергии образования межфазного слоя и разработан метод определения параметров межфазного слоя для наполненных гетерогенных материалов.

3. Установлено, что ультразвуковое диспергирование наполнителя в отвердителе (а не в композиции или смоле) с использованием определенных в работе режимов приводит к увеличению модуля упругости композитов на 10 %, в то время как напряжение при разрушении возрастает в 2 раза. Данный подход основан на обеспечении равномерного распределения наночастиц в эпоксидой матрице с образованием межфазного слоя.

4. Показано, что введение в эпоксидную смолу 1.2 % нанопорошка диоксида кремния с размером частиц 14 - 18 нм позволяет повысить модуль упругости и напряжение при разрушении на 35 % и 30 %, соответственно, за счет образования прочного межфазного слоя, который выступает в качестве дополнительного армирующего элемента, равно как и сам наполнитель.

Теоретическая значимость. Фундаментальные результаты, полученные в диссертационной работе, позволяют уточнить и расширить представления о механизме образования межфазного слоя вокруг наноразмерных включений в

эпоксидной матрице и определить его механические характеристики. Разработанная модель позволит учесть влияние, которое вносит межфазный слой в макросвойства создаваемого гетерогенного материала.

Практическая значимость. Результаты данной работы показывают возможность получения комплексных связующих на основе наномодифицированных эпоксидных олигомеров аминного и ангидридного отверждения, которые могут быть использованы для создания гетерогенных материалов различного функционального назначения. Использование разработанной модели на стадии проектирования композита позволяет научно обоснованно разрабатывать материалы с заранее заданными свойствами, тем самым существенно снижая количество экспериментальных исследований.

Результаты исследований по диссертационной работе апробированы в ОАО НПО «ЭЛСИБ» (г. Новосибирск) при решении задачи получения эпоксидного компаунда с улучшенными физико-механическими и электроизоляционными характеристиками для пропитывания слюдинитовых лент, применяемых в качестве обмотки медных проводников в электрогенераторах. Метод модификации эпоксидного связующего используется на Тюменском заводе композитных материалов с целью улучшения структуры и свойств производимой стеклопластиковой арматуры.

Методология и методы исследования. При построении теоретической модели использовали методы и подходы механики деформируемого твердого тела. Решение поставленных задач основано на подходах Фойгта и Рейсса. Вычисление параметров межфазного слоя выполнено с использованием параметра свободной энергии образования межфазного слоя, а также определенных экспериментальных значений температуры стеклования наполненной матрицы.

Экспериментальные исследования проводили с использованием следующих методов и подходов: растровая электронная микроскопия, инфракрасная спектроскопия, механические испытания на растяжение и трехточечный изгиб, наноиндентирование.

Положения, выносимые на защиту

1. Разработанная математическая модель зависимости модуля упругости гетерогенного материала от концентрации наполнителя с учетом характеристик межфазного слоя.

2. Метод определения модуля упругости и толщины межфазного слоя наполненного полимерного материала на основе эпоксидной смолы.

3. Экспериментально установленные оптимальные концентрации и размеры частиц наполнителя, позволяющие формировать полимерные композиты с увеличенным на 35 % и 30 % соответственно модулем упругости и величиной напряжения при разрушении.

4. Методика получения гетерогенного материала с улучшенными физико-механическими свойствами на основе эпоксидной смолы аминного и ангидридного отверждения, модифицированной наночастицами.

Достоверность результатов и обоснованность выводов обеспечиваются строгой постановкой задач исследования; применением фундаментальных методов и подходов механики деформируемого твердого тела при построении модели; использованием современных экспериментальных методов исследований на сертифицированном оборудовании; применением апробированных методик, а также воспроизводимостью данных, полученных экспериментальным путем, и их статистической обработкой; согласием экспериментальных результатов с литературными данными и оценками, полученными на основе теоретической модели.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих международных и всероссийских конференциях и семинарах: 8-м Российском симпозиуме «Проблемы физики ультракоротких процессов в сильнонеравновесных средах» (Абхазия, г. Новый Афон, 2010); Russia Bilateral Symposium on Mechanical Engineering (Taiwan, Hsinchu, 2011); XLIX и LIV Международных научных студенческих конференциях «Студент и научно-технический прогресс» (Россия, г. Новосибирск, 2011, 2016); XXII и XXIII и XXIV Всероссийских конференциях

«Численные методы решения задач теории упругости и пластичности» (Россия, г. Барнаул, 2011, 2013, г. Омск, 2015); IX и X Всероссийских конференциях молодых ученых «Проблемы механики: теория, эксперимент и новые технологии» (Россия, г. Новосибирск, 2012, 2014); Международной научно-технической конференции «Нанотехнологии функциональных материалов» (Россия, Санкт-Петербург, 2012); Fourteenth Annual International Symposium «Materials, Methods and Technologies» (Bulgaria, Sunny Beach, 2013); Sixteenth Annual Conference Yucomat 2014 (Montenegro, Herceg Novi, 2014); III Всероссийской конференции, посвященной 100-летию со дня рождения академика Ю.Н. Работнова «Деформирование и разрушение структурно -неоднородных сред и конструкций» (Россия, г. Новосибирск, 2014); X и XI Всероссийских съездах по фундаментальным проблемам теоретической и прикладной механики (Россия, Нижний Новгород, 2011, Казань, 2015); International Conference and Youth Scientific School on Materials and Technologies of New Generations in Modern Materials Science (Russia, Tomsk, 2016).

Публикации. Основное содержание работы изложено в 15 научных публикациях, включая 10 статей в рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК, 5 статей в журналах, включенных в библиографические базы цитирования Web of Science и Scopus.

Личный вклад соискателя состоит в обсуждении цели и задач исследований, разработке теоретической модели зависимости модуля упругости полимерного композита от концентрации наполнителя, с учетом образования межфазного слоя, в планировании, подготовке и проведении экспериментальных работ, в обработке и анализе полученных результатов, в написании научных статей.

Работа выполнена в рамках госбюджетного проекта СО РАН № 97 (2012-2014); проекта ФЦП соглашение № 8020 (2012-2013гг.); проектов РФФИ № 13-08-01218-а (2013-2015 гг.), №14-01-31295 мол а (2014-2015гг.), №16-08-00244-а (2016-2017гг.), №16-31-00135 мол а (2016-2017гг.).

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, заключения, списка литературы из 123 наименований. Всего 113 страниц машинописного текста, в том числе 42 рисунка и 13 таблиц.

Автор выражает огромную благодарность своему научному руководителю академику, д.ф.-м.н. Фомину Василию Михайловичу. Выражаю глубокую благодарность за проведение совместных исследований по микроиндентированию сотрудникам ИМАШ УрО РАН д.т.н. Смирнову Сергею Витальевичу, к.т.н. Веретенниковой Ирине Андреевне. Выражаю признательность за помощь в проведении экспериментальных работ сотрудникам НИОХ СО РАН д.х.н. Малыхину Евгению Васильевичу, к.х.н. Вагановой Тамаре Андреевне, к.х.н. Шундриной Инне Казимировне, а так же Филиппову Артему Александровичу за полезные дискуссии и советы. Отдельная благодарность д.ф.-м.н. Панину Сергею Викторовичу за полезные рекомендации и замечания, которые помогли улучшить диссертационную работу.

Глава 1. Полимерные гетерогенные материалы: современное состояние

исследований

Развитие промышленности невозможно без создания материалов с новыми свойствами. В литературе под термином «композиционный материал» (КМ) часто подразумевают конструкционные (металлический или неметаллический) материалы, в которых имеются усиливающие элементы в виде нитей или волокон более прочного материала [1].

Гетерогенные материалы (ГМ) получают путем сочетания матрицы и наполнителя, который обладает высокими механическими характеристиками или другими необходимыми функциональными свойствами, при этом полученный ГМ имеет свойства отличные от свойств его компонент [2]. Таким образом, заранее задавая необходимый состав и соотношения матрицы и наполнителя, и используя некоторые технологические приемы, получают гетерогенный материал с требуемым набором свойств.

1.1 Классификация гетерогенных материалов по материалу матрицы

и природе наполнителя

С позиций материаловедения, основой классификации гетерогенных материалов является: назначение, происхождение, природа включений, тип материала матрицы, метод получения, размер наполнителя [3].

По происхождению выделяют природные и искусственные гетерогенные материалы. По назначению ГМ можно классифицировать на конструкционные, инструментальные, коррозионные, антифрикционные и т.д.

Классификация по материалу матрицы

Гетерогенные материалы могут быть классифицированы в соответствии с матричным материалом, который может быть полимер, металл, углерод, керамика или цемент [4]

1. Гетерогенные материалы с металлической матрицей.

В качестве матрицы для гетерогенных материалов на основе металлов применяют: медь, никель, алюминий, магний и т.д. Наполнителем являются частицы различного диаметра, не растворяющиеся в матрице или высокопрочные волокна. Волокна из соединений боридов, нитридов и карбидов, а так же борные волокна, широко применяют для упрочнения магния и алюминия из-за высокого модуля упругости и прочности. В качестве наполнителя используют проволоку из высокопрочных сталей, которая часто заменяет волокна. Изготовление гетерогенных материалов с металлической матрицей происходит при высокой температуре, для этого под давлением расплавом металла пропитывают каркас из армирующих волокон, а затем прессуют и прокатывают полученный материал. [5,6,7,8].

2. Гетерогенные материалы на основе керамики.

Керамические материалы принято армировать волокнами стали, вольфрама, молибдена и ниобия. При введении в керамику металлических волокон происходит образование пластичной сетки, которая уменьшает вероятность разрушения, после растрескивания материала, тем самым обеспечивая его целостность. Для получения керамики с повышенной теплопроводностью и стойкостью, а так же устойчивостью к тепловым ударам, в качестве наполнителя используют металлические частицы различной дисперсности. Металлические волокна начинают взаимодействовать с оксидной керамикой после температуры 2073-2773К. Гетерогенные материалы на основе керамики получают методом горячего прессования, используя высокое давление, либо шликерным литьем, когда наполнитель заливают матричным материалом, затем сушат и спекают. [9,10,11].

3. Гетерогенные материалы на полимерной основе.

Полимерные гетерогенные материалы (ПГМ) содержат в своем составе полимерную матрицу и наполнитель, наноразмерный как минимум в одном измерении. Полимерные материалы с небольшим количеством наполнителя обладают высокой прочностью, хорошими деформационными свойствами и упругостью. К тому же полимерные материалы имеют ряд преимуществ, такие как высокие электрические, оптические и магнитные свойства, огнестойкость, газонепроницаемость, стойкость к механическим повреждениям и износу [12]. В качестве наполнителей ПГМ используется множество различных веществ.

Стеклопластики - материал на полимерной основе, в качестве наполнителей применяют стеклянные волокна в виде жгутов, нитей, тканей, рубленых волокон, а связующем служат в основном фенольные, эпоксидные и полиэфирные смолы. Такие материалы имеют низкую теплопроводность, при высоких показателях прочности, а так же хорошие электроизоляционные свойства. Стеклопластики применяют при производстве спортивного инвентаря, бытовых предметов, в судостроении, строительстве, радиоэлектронике и т.п. [13,14].

Углепластики - в качестве наполнителя используют углеродные волокна, которые получают из природных и синтетических волокон на основе нефтяных пеков, целлюлозы, каменноугольных пеков, сополимеров акрилонитрила и т.д. Матрицей в углепластиках служат термореактивные синтетические смолы и термопласты.

Стеклопластики обладают более высокой плотностью и низким модулем упругости, чем углепластики, которые являются прочным и легким материалом одновременно. Все углепластики проводят электричество [4,15,16].

Боропластики - содержат в качестве упрочняющего наполнителя борные волокна в виде мононитей или жгутов. Борные нити обладают большой твердостью и имеют высокую прочность при сжатии, поэтому боропластики имеют высокий модуль упругости и другие физико-механические характеристики. Основное применение боропластиков - это космическая и

авиационная техника, так как данный материал выдерживает длительные нагрузки в условиях агрессивной среды [17,18].

Так же к ПГМ относятся органопластики, где наполнителями служат органические волокна [19,5]. Полимерные гетерогенные материалы получают, пропитывая наполнитель полимером, а затем прессуют или прокатывают при высоких температурах под давлением.

Металлы и сплавы применяются чаще других материалов. Однако они постепенно вытесняются полимерами, комбинация свойств которых, делает их более притягательными для конструкторов. Неумолимые законы природы диктуют необходимость резкого увеличения прочностных характеристик изделий при минимизации их массы. Это становится возможным при изготовлении материалов на полимерной основе. Полимерная матрица фиксирует форму изделия, обеспечивая монолитность конструкции, к тому же она обладает высокой прочностью и жесткостью, что играет существенную роль при нагружении. Эксплуатационные требования определяют совокупность характеристик матрицы, обеспечивающих работоспособность материала в процессе эксплуатации [20].

Эпоксидные смолы чаще всего используются в качестве матричного материала для большинства ПГМ, т.к. они обладают хорошей адгезией к наполнителям, имеют высокие электроизоляционные и физико-механические характеристики, обладают химической стойкостью [4].

Именно поэтому, эпоксидные смолы широко применяются во многих отраслях промышленности, таких как авиа-, судо- и машиностроение, электротехнической и радиоэлектронной промышленности, в строительстве в составе герметика и клеев, а так же в качестве связующих для армированных пластиков. Эпоксидные смолы разделяют на два класса: термореактивные и термопластичные. В авиационной промышленности для изготовления деталей фюзеляжа, крыла, лопаток турбин применяют термореактивные смолы, для изготовления деталей интерьера - термопластичные. Термореактивные связующие обладают высокими прочностными свойствами, однако, они уступают

термопластичным связующим по характеристикам трещиностойкости и ударной вязкости. В последние годы путем сочетания термопластичных и термореактивных связующих, получают гибридные связующие, сочетающие в себе основные свойства компонент [21].

Эпоксидные смолы - олигомеры, содержащие эпоксидные группы и способные под действием отвердителей образовывать сшитые полимеры (рисунок 1.1). Жидкие ЭС могут иметь цвет от белого, желтого до темно-коричневого и консистенцию от твердого до вязкого вещества. Содержание эпоксидных групп на 100 грамм смолы, т.е. эпоксидное число, используют в качестве характеристики эпоксидного связующего.

Эпоксидные группы могут химически взаимодействовать с другими молекулами, образуя развитую трехмерную пространственную структуру. Этот процесс превращения жидкой смолы в твердую смолу называют отверждением. При рассмотрении технологии получения эпоксидных смол центральное место занимает изучение свойств отверждающих агентов. Для отверждения ЭС применяются соединения двух типов: кислые и аминные отвердители (рисунок 1.2). К кислым отвердителям относятся ангидриды и дикарбоновые кислоты, их называют отвердителями горячего отверждения, т.к. их применяют при высоких температурах 100-200 °С. Отверждение аминами происходит при небольшом нагреве (70-80 °С) или при комнатной температуре, поэтому их относят к отвердителям холодного отверждения [22].

сн.

Рисунок 1.1- Эпоксидная смола ЭД-20

при актином отверждении

—К—О—С Нг—СН—СНг— М—С Нз—С Н—СН1—О—

ОН 1Г ¿н

}

при ангидридном отверждении

—Е^—О—СН2—С Н—СН2—О—С—Й'—С—

! II II

0 О О

1

с—г—с-о~

I II

о о

Рисунок 1.2 - Эпоксидный полимер аминного и ангидридного отверждения

Эпоксидный полимер ангидридного отверждения имеет в составе сложные эфирные связи и меньшее содержание ОН - групп в единице объема по сравнению с исходным олигомером. В то время как при аминном отверждении во фрагменте пространственной сетки видно наличие третичного азота и большего содержания ОН - групп [23].

Выбор отвердителя определяется техническими требованиями к изделию и условиями его эксплуатации [24]. Различия в механических показателях полимеров в стеклообразном состоянии невелики. Преимущественно лучшими электроизоляционными характеристиками обладают полимеры ангидридного отверждения. Повышение диэлектрических показателей у полимеров аминного отверждения связано с большим содержанием гидроксильных групп. Большое содержание ОН - групп оказывает влияние, как на диэлектрические характеристики, так и на их изменение с температурой [25]. Классификация по природе наполнителя вводимого в матрицу

По природе наполнителя вводимого в матрицу гетерогенные материалы подразделяются на группы, соответствующие признакам модифицирующих компонентов. Для модификации полимерных матриц используют различные по своей природе и технологиям получения нанопорошки. В настоящее время опубликовано большое количество работ, связанных с получением

ультрадисперсных порошков, исследованием их свойств и созданием материалов на их основе [26,27,28]. Способы получения нанонаполнителей делят на две группы: химические и физические (электротермические и механические) [29,30].

Электротермические способы представляют собой нагрев, испарение с последующей конденсацией вещества в присутствии инертных газов или в вакууме. К механическим способам получения нанопорошков относятся помол, вибропомол, механохимический, взрывной [31]. Основные химические методы: осаждение из растворов (золь-гель метод), газофазный и пиролитический [32,33].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Брусенцева Татьяна Александровна, 2018 год

Список литературы

1. Победря Б.Е. Механика композиционных материалов. Москва : Московского университета, 1984. 336 с.

2. Гороховский А. Композитные наноматериалы. Саратов: Саратовский государственный технический университет, 2008. 73 с.

3. Капитонов A.M., Редькин В.Е. Физико-механические свойства композиционных материалов. Упругие свойства. Красноярск: Сиб. федер. университет, 2013. 533 с.

4. Любин Д. Справочник по композиционным материалам. Москва: Машиностроение, 1988. 448 с.

5. Кац Г.С.,. Милявский Д.В. Наполнители для полимерных композиционных материалов. Москва: Химия, 1981. 736 с.

6. Kelly A. Concise Encyclopedia of Composite Materials. Oxford: Pergamon Press, 1994. 378 pp.

7. Васильева B.B., Тарнопольский М.Ю. Композиционные материалы. Справочник. Москва: Машиностроение, 1990. 510 с.

8. Mileiko S.Т. Metal and Ceramic Based Composites. Elsevier Science, 1997. 704 pp.

9. Андреева A.B. Основы физикохимии и технологии композитов. Москва: ИПРЖР, 2001. 192 с.

10. Уайэтт О., Дью-Хьюз Д. Металлы. Керамики. Полимеры. Москва: Атомиздат, 1979. 580 с.

11. Кингери У.Д. Введение в керамику. Москва: литературы по строительству, 1967. 494 с.

12. Май Ю., Винг Ю., Жонг Ж. Полимерные нанокомпозиты. Москва: Техносфера, 2011. 688 с.

13. Аблесимов Н.Е., Земцов А.Н. Релаксационные эффекты в неравновесных конденсированных системах. Базальты: от извержения до волокна. Москва: ИТиГ им. Ю.А. Косыгина ДВО РАН, 2010. 400 с.

14. Арзомасов Б.Н. Конструкционные материалы. Москва: Машиностроение, 1990. 688 с.

15. Конкин A.A. Углеродные и другие жаростойкие волокнистые материалы. Москва: Химия, 1974. 376 с.

16. Костиков В.И., Дергунова B.C. Композиционные материалы на основе углерода. Москва. 1978.

17. Туранов P.A. Композиционные материалы с использование бора в авиастроении // Современные наукоемкие технологии. 2013. Т. 8. № 2. С. 230-231.

18. Гуняев Г.М. Пластики конструкционного назначения. Москва. 1974. 246-265 с.

19. Кацнельсон М.Ю., Балаев Г.А. Полимерные материалы. Ленинград: Химия, 1982. 320 с.

20. Васильев В.В. Механика конструкций из композиционных материалов. Москва: Машиностроение, 1988. 272 с.

21. Алентьев Ю., Яблокова М.Ю. Связующие для полимерных композиционных материалов. Москва. 2010. 70 с.

22. Воробьев А. Эпоксидные смолы // Компоненты и технологии, № 8, 2003. С. 170-173.

23. Хананашвили JIM., Андрианов К.А. Технология элементоорганических мономеров и полимеров. Москва: Химия, 1983. 400 с.

24. Власов C.B., Кандырин Л.Б., Кулезнев В.Н.и.д. Основы технологии переработки пластмасс. Москва: Химия, 2004. 600 с.

25. Чернин И.З., Смехов Ф.М., and Жердев Ю.В. Эпоксидные полимеры и композиции. Москва: Химия, 1982. 232 pp.

26. Бардаханов С.П., Корчагин А.И., Куксанов Н.К., Лаврухин A.B., Салимов P.A., Фадеев С.П., Черепков В.В. Получение нанопорошков испарением исходных веществ на ускорителе электронов при атмосферном давлении // ДАН. 2006. Т. 409. № 3. С. 320-323.

27. Хвостов С.А., Рогалев A.B., Ананьева Е.С., Маркин В.Б. Технология получения наноструктуированных композиционных материалов // Ползуновский Вестник. 2007. № 3. С. 162-166.

28. Крохин P.A., Солодилов В.П., Горбаткина Ю.А. Свойства стеклопластиков на основе эпоксидиановой смолы, наполненной аэросилом // Механика композиционных материалов и конструкций. 2009. Т. 15. № 3. С. 437-447.

29. Грязнов Г.М., Петрунин В.Ф. Ультрадисперсные материалы - нанокристаллы // Конверсия в машиностроении. 1996. № 4. С. 24-29.

30. Морохов И.Д., Трусов Л.И., Лаповик В.Н. Физические явления в ультрадисперсных средах. Москва: Энергоатомиздат, 1984. 224 с.

31. Аввакумов Е.Г. Механические методы активации химических процессов. Новосибирск: Наука, 1986. 306 с.

32. Айлер Р.К. Химия кремнезема. Т. 1,2. Москва: Мир, 1982. 1127 с.

33. Beaucage G., Hyeon-Lee J., and Kohls D.J.A.P.S.E. Aero-sol-gel reactor for nano-powder synthesis // Journal of Nanoparticle Research. 1999. Vol. 1. pp. 379-392.

34. Бабаевский П.Г. Наполнители для полимерных композиционных материалов. Справочное пособие. Москва: Химия, 1981. 328 с.

35. Перепелкин К.Е. Армирующие волокна и волокнистые полимерные композиты. Москва: Научные основы и технологии, 2009. 658 с.

36. Бабаевского П.Г. Промышленные полимерные композиционные матеиалы. Москва: Химия, 1980. 472 с.

37. Степанов А.А. Обработка резанием высокопрочных композиционных полимерных материалов. Ленинград: Машиностроение, Ленингр.отд-ние, 1987. 176 с.

38. Благо датских И.И., Чашкин М.А., Ко долов В.И. Формирование металл/углеродполимерных нанокомпозитов в нанореакторах сложных полимерных матриц и применение их для модификации эпоксидных смол // Нанотехнологии - производству. Тр. междунар. науч.-практ. конф.. 2010. С. 203-208.

39. Смирнова A.M., Райкова Т.В., Бродова Э.М. Влияние дисперсности наполнителя и продолжительности перетирания на физико-механические свойства полимеров // Коллоидный журнал. 1962. № 6. С. 742 - 748.

40. Иванов АА. Разработка и исследование износостойких композиций на основе металлизированных гранул пластмасс применительно к узлам трения машин, Иваново, Автореф. канд. техн. наук 1996.

41. Hashin Z. The elastic module of heterogeneous materials // J. Appl. Mech. 1962. Vol. 29. pp. 143-150.

42. Ishai O., Cohen L.J. Strain-rate dependence of the elastic modulus of filled and porous epoxy composites // Int. J. Mech. Sci. 1967. Vol. 9. pp. 605-608.

43. Paul B. Prediction of elastic constants of multiphase materials // Trans. AIME. 1960. Vol.218, pp. 36-41.

44. Smith J.C. Experimental values for the elastic constants of a particulate filled glassy polymer // J Res Nat Bur Stand. 1976. Vol. 80A. No. 1. pp. 45-49.

45. Yee A.F., Pearson R.A. Toughening mechanisms in elastomer-modified epoxies // J. Mater. Sci. 1986. Vol. 21. pp. 2475-2488.

46. Omrani A., Rostami A.A. Understanding the effect of nano-A1203 addition upon the properties of epoxy-based hybrid composites // Materials Science and Engineering A. Aug 2009. Vol. 517. pp. 185-190.

47. Chen C.H., Jian J.Y., and Yen F.S. Preparation and characterization of epoxy/y-

aluminum oxide nanocomposites // Applied Science and Manufacturing. 2009. Vol. Composites Part A. No. 40. pp. 463-468.

48. Hamad A. Effect of nano ТЮ2 pertical size on macanical properties of cured epoxy resin// Org. Coatings. Nov 2010. Vol. 69. No. 3. pp. 241-246.

49. Зуев В.В., Костромин С.В., Шлыков А.В. Влияние фуллероидных наполнителей на механические свойства полимерных нанокомпозитов // Механика композиционных материалов. 2010. Т. 46. № 2. С. 219-228.

50. Акатенков Р.В., Алексашин В.Н., Аношин И.В. Влияние малых добавок функционализированных многослойных углеродных нанотрубок на кинетику отверждения и свойства эпоксидных композитов // Сборник тезисов докладов на Международном форуме по нанотехнологиям "Rusnanotech 08". 2008. С. 410-412.

51. Шадрин В.В., Корнев Ю.В., Гамлицкий Ю.А. Изменение свойств резины в результате модификации частиц углеродного наполнителя // Механика композиционных материалов и конструкций, Т. 15, № 3, 2009. С. 401-410.

52. Kuznetsov V.L., Butenko Y.V. Synthesis and properties of nano structured carbon materials: nanodiamond, onion-like carbon and carbon nanotubes // Nanostructured Materials and Coatings for Biomedical and Sensor Applications, Vol. 102, 2003. pp. 187-202.

53. Okhlopkova A.A., Shits E.Y. Structure and properties of teflon composites with natural diamond powders // Mechanics of Composite Materials March , Vol. 40, No. 2,2004. pp. 145-150.

54. Редькин BE и Капитонов AM. Физико-механические свойства композиционных материалов. Упругие свойства., Сиб. федер. ун-т, Красноярск, монография 2013. 533 с.

55. Форенталь Г.А., Сапожников С.Б. Расчетно-экспериментальная оценка механических свойств эпоксидного нанокомпозита // Механика композитных материалов. 2011. Т. 47. № 5. С. 739-750.

56. Soon-Chul К., Tadaharu A., and Wakako A. Temperature dependence of fracture toughness of silica/epoxy composites:Related to microstructure of nano- and micro- particles packing // Composites Part B: engineering. 2008. Vol. 39. No. 5. pp. 773-781.

57. Hsieh Т.Н., Kinloch A.J., and Taylor A.C. The effect of silica nanoparticles and carbon nanotubes on the toughness of a thermosetting epoxy polymer // Journal of Applied Polymer Science. Feb. 2011. Vol. 119. pp. 2135-2142.

58. Adachi Т., Osaki M., Araki W., and Kwon S.C. Fracture toughness of nano- and micro-spherical silica-particle-filled epoxy composites // Acta Materialia, Vol. 56,

2008. pp. 2101-2109.

59. Li H., Zhang Z., Ma X., Ни M., Wang X., and Fan P. Synthesis and characterization of epoxy resin modified with nano-Si02 and y-glycidoxypropyltrimethoxy silane // Surf. Coat. Tech. , No. 201, 2007. pp. 5269 -5272.

60. Hsieh Т.Н., Kinloch A.J., Masania K., Sohn L.J., and Taylor A.C. The toughness of epoxy polymers and fibre composites modified with rubber microparticles and silica nanoparticles//J. Mater. Sci. 2010. Vol. 45. pp. 1193-1210.

61. Чайников H.A., Беляев П.С., Мозжухин А.Б. Ресурсосберегающие технологии изготовления металополимерных материалов. Учебное пособие. Тамбов: ТГТУ, 2003. 1-54 с.

62. Тренисова AJI. Получение композиционных материалов на основе эпоксидного олигомера и нанонаполнителей, Российский Химико-Технологический Университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Автореферат диссертации 2009.

63. Огнев А.Ю., Теплых A.M., Батаев В.А. Композиционный материал с полимерной матрицей, содержащий в качестве упрочняющей фазы углеродные нанотрубки. // Труды Всероссийской научно-технической конференции «Наука. Промышленность. Оборона». Новосибирск. 2010.

64. Корохин Р.А., Солодилов В.И., ГорбаткинаДО.А., Отегов А.В. Влияние ультразвуковой обработки наномодифицированных связующих на вязкость разрушения отвержденных композиций // Механика композиционных материалов и конструкций. 2011. Т. 17. № 4. С. 527-538.

65. Раков Э.Г. Нанотрубки и фуллерены. Москва: Логос, 2006. 376 с.

66. Heinrich G., Lauke В., Комар Л.А. Моделирование процесса формирования межфазных слоев в нанонаполненных эластомерных материалах // Механика композиционных материалов и конструкций. 2010. Т. 16. № 1. С. 73-83.

67. Свистков А.Л., Комар Л.А. Влияние потенциального поля частиц технического углерода на изменение геометрии полимерных клубков // Труды XVI симпозиума "Проблемы шин и резинокордных композитов". Москва. 2005. Т. 2. С. 142-149.

68. Lipatov Y.S., Privalko V.P. // Vysokomolyrnie Soyedineniya, Vol. A14, 1972. P. 1643.

69. Litvinov V.M., Zhdanov A.A. // Polym Sci USSR, Vol. 9, 1987. P. 1133.

70. Litvinov V.M., Spiess H.W. // Makromol Chem, Vol. 192, 1991. P. 3005.

71. Berriot J., Monies H., Lequeux F., Long D., and Sotta P. Evidence for the Shift of

the Glass Transition near the Particles in Silica-Filled Elastomers // Macromolecules , Vol. 35, 2002. pp. 9756-9762.

72. Berriot J., Montes H., Lequeux F., Long D., and Sotta P. Gradient of glass transition temperature in filled elastomers // Europhys. Lett., Vol. 64, No. 1, 2003. pp. 50-56.

73. Володина H.C., Терзиян T.B., Сафронов А.П., Петров А.В. Термодинамика дезагрегированных полимерсо-держащих композиций на основе нанодисперсных порошков Ni и NiOl // материалы конференции "Химия в федеральных университетах". Екатеринбург. 2013. С. 40-44.

74. Гузь А.Н., Рущицкий Я.Я. О построении основ механики нанокомпозитов (Обзор) // Прикладная механика. 2011. Т. 47. № 1. С. 4-61.

75. Шокри М.М., Рафи Р. Обзор публикаций по изучению механических свойств углеродных нанотрубок и композитов на их основе // Механика композитных материалов. 2010. Т. 46. № 2. С. 229-252.

76. Гузь А.Н., Роджер А.А., Гузь И.А. О построении теории разрушения нанокомпозитов при сжатии // Прикладная механика. 2005. Т. 41. № 3. С. 3-35.

77. Hansen Т.С. Strength, Elasticity, and Creep as Related tothe Internal Structure'of Concrete // Chemistry of Cement, Proceedingsof the Fourth International Symposium. Washington. 1960. Vol. 2. pp. 709-723.

78. Тарнопольский Ю.М., Жигун И.Г., Поляков В. А. Пространственно-армированные композиционные материалы. Моква: Машиносроение, 1987. 224 с.

79. Bâche Н.Н., Nepper-Christensen P. Observations on strength and fracture in lighweight and fracture in lighweight and // Proc Conf Struct of concrete and its behaviour under load. London. 1965. pp. 93-108.

80. Hirsch T.J. Modulus of elasticity of concrete affected by elastic moduli of cement paste matrix and aggregate // ACI Journal. Feb. 1962. Vol. 59. pp. 427-452.

81. De Larrard F. Formulation et propriétés des bétons a très haute performance // Rapport de recherche L.P.C., No. 149, 1988. P. 335.

82. Guth E. Theory of filler reinforcement // Journal of Applied Physics, Vol. 16, No. 1, 1945. pp. 20-25.

83. Islam M.S., Masoodi R., and Rostami H. The effect of nanoparticles percentage on mechanical behavior of silica-epoxy nanocomposites // Journal of Nanoscience, 2013. P. 10.

84. Mooney M. The viscosity of a concentrated suspension of spherical particles //

ournal of Colloid Science. 1951. Vol. 6. No. 2. pp. 162-170.

85. Kerner E.H. The elastic and Thermo-elastic properties of composite media // Proceedings of the Physical Society B. 1956. Vol. 69. No. 8. pp. 808-813.

86. Dittanet P., Pearson R.A. Effect of silica nanoparticle size on tougheningmechanisms of filled epoxy // Polymer. 2012. Vol. 53. No. 9. pp. 1890-1905.

87. Каттани К., Рущицкий Я.Я., Синчило С.В. Физические постоянные одного вида нелинейно упругих волокнистых микро- и нанокомпозитов при наличии жесткой или мягкой нелинейности // Прикладная механика. 2005. Т. 41. № 12. С. 47-60.

88. Ван Фо Фы Г.А. Теория армированных материалов. Киев: Наук, думка, 1971. 232 с.

89. Хутар П., Майер 3., Нахлик JL, Шестакова JL, Кнесл 3. Влияние размера частиц на вязкость разрушения композита с полипропиленовой матрицей, наполненной частицами // Механика композитных материалов. 2009. Т. 45. № 3. С. 411-418.

90. Wu W., Verpoest I., and Varna J. An improved analysis of the stress in a single fibre fragmentation test. Part I: 2-Phase Mode // Composites Sci. Technol. 1997. Vol. 57. pp. 809-819.

91. Narin J.A., Liu Y.C. Stress transfer into a fragmented anisotropic fiber through an imperfect interphase // Int. J. Solid Structures. 1997. Vol. 34. P. 1255.

92. Theocaris P.S. The mesofase and its influence on the mecanical behavior of composite // In: Characterization of Polymers in the Solid State / Ed. by Kausch H.H., Zachmann H.G. Springer-Verlag, 1984. pp. 149-189.

93. Маркин В.Б., Тарасов А.В. Оценка вязкоупругих характеристик межфазных слоев и закономерности их влияния на механические свойства полимерных композиционных материалов // Ползуновский альманах. 1999. № 3. С. 1-8.

94. Павлов С.П., Пальков Р.С. Математическое моделирование эффектов усиления волокнистых нанокомпозитов с трубчатыми включениями и неоднородным межфазным слоем // Вестник СГТУ. 2013. Т. 2(70). № 1. С. 32-37.

95. Козлов Г.В., Шустов Г.Б., Яновский Ю.Г. Структурный выбор наполнителей для нанокомпозитов с эластомерной матрицей // Электронный научный журнал «Исследовано в России». С. 1220-1232.

96. Козлов Г.В., Буря А.И., Липатов Ю.С. Фрактальная модель усиления эластомерных нанокомпозитов // Механика композитных материалов. 2006.

Ill

Т. 42. № 6. С. 797-802.

97. Черноус Д.А., Шилько С.В., Панин С.В. Анализ механического поведения дисперсно-армированного нанокомпозита. Метод расчета эффективных упругих характеристик // Физ. мезомеханика. 2010. Т. 13. № 4. С. 85-90.

98. Jonat S., Hasenzahl S., Drechsler M., and Albers P. Investigation of compacted hydrophilic and hydrophobic colloidal silicon dioxides as glidants for pharmaceutical excipientsfor pharmaceutical excipients // Powder Technology. 2004. Vol. 41(1-2). pp. 31-43.

99. Ferch H., Oelmuller R., and Grinschgl B. Syntetic Silica as a Flow Aid and Carrier Substance // Degussa Tech. Bull., No. 31,2004.

100. Oliver W.C., Pharr G.M. An improved technique for determining hard-ness and elastic modulus using load-displacement sensing indentation experiments // Mater.Res.. 1992. Vol. 7. No. 6. pp. 1564-1583.

101. Бадамшина Э.Р., Гольдштейн P.B., Ольхов Ю.А., Устинов К.Б., Эстрин Я.И. Моделирование изменения механических свойств полиуретановых эластомеров при модифицировании углеродными нанотрубками // Физическая мезомеханика. май-июнь 2012. Т. 15. № 3. С. 5-11.

102. Drozdov V.O., Cherepanov A.N. Melting Point of the Coating on a Refractory Nanoparticle // Steel in Translation. 2014. Vol. 44. No. 2. pp. 96-98.

103. Брусенцева T.A., Филиппов A.A., Фомин B.M., Смирнов С.В., Веретенникова И. А. Модификация наночастицами диоксида кремния эпоксидной смолы и технология получения композитов на их основе // Механника композитных материалов. 2015. Т. 15. № 4. С. 747-756.

104. Прохоров A.M. Энциклопедия полимеров. Т. 1-3. Москва. 1977.

105. Брусенцева Т., Завьялов А., Викулина JL, Бардаханов С., Чимытов Т., Сызранцев В. Взаимодействие наночастиц диоксида кремния с полимерами // Наноиндустрия, научно-технический журнал. 2013. Т. 1. № 39. С. 32-36.

106. Брусенцева Т.А., Фомин В.М. Моделирование свойств гетерогенного материала с учетом межфазного слоя // Физическая мезомеханика, Т. 20, № 4, 2017. С. 100-104.

107. Vaganova Т.А., Kusov S.Z., Mitasov М.М., and Malykhin E.V. Synthesis of polyfluoroaromatic oligoimides with terminal anhydride groups — modifiers-hardeners of epoxy resins // Fluorine notes. 2013. Vol. 6. No. 91.

108. Кристенсен P. Введение в механику композитов. Москва: Мир, 1982. 336 с.

109. Конкин А.А. Углеродные и другие жаростойкие волокнистые материалы. Москва: Химия, 1974. 376 с.

110. Сабуров В.П., Черепанов А.Н., Жуков М.Ф., Галевский Г.В., Крушенко Г.Г., Борисов В.Т. Плазмохимический синтез ультрадисперсных порошков и их применение для модифицирования металлов и сплавов. Т. 12. Новосибирск: Наука. Сибирская издательская фирма РАН, 1995. 344 с.

Ш.Ушаков А.В., Редькин В.Е., Безруких Г.Ф. Установка для получения ультрадисперсных порошков // Материалы V Всерос. конф. "Физикохимия ультрадисперсных систем". Москва. 2000. С. 86-87.

112. Джур Е.А., Калинина Н.Е., Калинин А.В. Особенности плазмохимического синтеза сверхтонких порошков // Сборник докладов 7-го Международного симпозиума ISPM-7. Харьков. 2001. С. 83.

113. Григорьева ВА, Зорина ВМ, редакторы. Тепло- и массообмен. Теплотехнический эксперимент. Справочник. Москва: Энергоиздат, 1982. 512 с.

114. Попов В.Ф., Горин Ю.Н. Процессы и установки электронно-ионной технологи: Учеб. пособие для вузов. Москва: Высш. Школа, 1988. 255 с.

115. Бирюков Ю.А. Получение, свойства и применение энергонасыщенных ультрадисперсных порошков металлов и их соединений // Тез. докл. Российской конференции. Томск. 1993. С. 8.

116. Hussain F., Hojjati М., Okamoto М., and Gorga R.E. Polymer-matrix Nanocomposites, Processing, Manufacturing, and Application // An Overview. J. Composite Mater. 2006. Vol. 40. pp. 1511-1575.

117. Kochetov R., Andritsch Т., Morshuis P.H.F., and Smit J.J. Dielectric response and thermal conductivity of epoxy resin filled with nanoalumina particles of different size in а, у and 5 phase // Electrical Insulation and Dielectric Phenomena (CEIDP), Annual Report Conference on. 2010. pp. 1-4.

118. Geng Y., Liu M.Y., Li J., Shi X.M., and Kim J.K. Effects of surfactant treatment on mechanical and electrical properties of CNT/epoxy nanocomposites // Compos Part A - Appl Sci. 2008. Vol. 39. pp. 1876-1883.

119. http://p-km.ru/prochnost-napolnennyx-polimerov.

120. Бадамшина Э.Р., Гольдштейн P.B., Ольхов Ю.А., Устинов К.Б., Эстрин Я.И. Моделирование изменения механических свойств полиуретановых эластомеров при модифицировании углеродными нанотрубками // Физическая мезомеханика. май-июнь 2012. Т. 15. № 3. С. 5-11.

121. Брусенцева Т.А., Филиппов А.А., Фомин В.М., Малыхин Е.В., Ваганова Т.А. Влияние природы нанодисперсного наполнителя на механические свойства эпоксиангидридных полимерных композитов // Российские нанотехнологии. 2014. Т. 9. №11-12. С. 35-41.

122. Образцов И.Ф., Лурье С.А., Белов П.А., Волков-Богородский Д.Б. Основы теории межфазного слоя // Механика композиционных материалов и конструкций, Т. 10, № 4, 2004. С. 596-612.

123. Люкшин Б.А., Панин C.B., Бочкарева С.А., Гришаева Н.Ю.и.д. Компьютерное моделирование и конструирование наполненных композиций. Издательство СО РАН, 2015. 264 с.