Разработка физико-математической модели наномодифицированного композита

Улучшение эксплуатационных свойств полимерных композиционных материалов — актуальная задача, которую можно решить путем модификации наноразмерными частицами. Рассмотрены различные технологии наномодификации полимерных композиционных материалов. Для исследования их эффективности на примере углепластика, модифицированного наночастицами графена, разработана математическая модель, позволяющая определять механические и теплофизические свойства материала расчетным методом. Математическая модель является многоуровневой, так как материал последовательно рассматривают на микро-, мезо- и макроуровнях. В качестве целевого свойства материала при его модификации выбран коэффициент теплопроводности. Расчеты проведены методом конечных элементов с помощью специализированного пакета прикладных программ. Установлено, что при модификации материала графеном теплопроводность композитной пластины в поперечном направлении увеличивается. Полученные результаты согласуются с экспериментальными данными.
EDN: OKETZP, https://elibrary/oketzp

Литература

[1] Каблов Е.Н. Стратегические направления развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года. Авиационные материалы и технологии, 2012, № S. URL: https://journal.viam.ru/ru/system/files/uploads/pdf/2012/2012_S_1_1.pdf

[2] Дориомедов М.С. Российский и мировой рынок полимерных композитов (обзор). Труды ВИАМ, 2020, № 6–7, с. 29?37, doi: https://dx.doi.org/10.18577/2307-6046-2020-0-67-29-37

[3] Pernigoni L., Grande A.M. Advantages and challenges of novel materials for future space applications. Front. Space Technol., 2023, vol. 4, doi: https://doi.org/10.3389/frspt.2023.1253419

[4] Николаева Е.А., Тимофеев А.Н., Михайловский К.В. Высокотеплопроводный углепластик на основе углеродного волокна из пека и дисперсно-наполненной матрицы ЭНФБ. Информационно-технологический вестник, 2018, № 2, с. 130?137.

[5] Малков И.В., Макухин А.Г., Сыровой Г.В. Механизм модификации наночастицами полимерных композитов на основе эпоксидной матрицы. Вестник ТГТУ, 2016, т. 22, № 1, с. 98?107, doi: https://doi.org/10.17277/vestnik.2016.01.pp.098-107

[6] Ткачук А.И., Куршев Е.В., Лонский С.Л. и др. Модификация эпоксидных связующих многостенными углеродными нанотрубками. Труды ВИАМ, 2023, № 2, с. 63?76. EDN: LFQGTX

[7] Рустамова Е.Г., Губин С.П. Композиты графен?полиэтилен высокого давления и их свойства. РЭНСИТ, 2021, т. 13, № 3, с. 369?376, doi: https://doi.org/10.17725/rensit.2021.13.369

[8] Кондрашов С.В., Шашкеев К.А., Попков О.В. и др. Перспективные технологии получения функциональных материалов конструкционного назначения на основе нанокомпозитов с УНТ (обзор). Труды ВИАМ, 2016, № 3, doi: https://doi.org/10.18577/2307-6046-2016-0-3-7-7

[9] Урванов С.А., Казённов С.В., Жукова Е.А. и др. Армированные композиционные материалы с применением эластомерной матрицы на основе модифицированного углеродными нанотрубками углеродного волокна. Известия высших учебных заведений. Сер. Химия и химическая технология, 2015, т. 58, № 5, с. 73?77.

[10] Ташкинов М.А., Добрыднева А.Д., Матвеенко В.П. и др. Моделирование эффективных электропроводящих свойств полимерных нанокомпозитов со случайным расположением частиц оксида графена. Вестник ПНИПУ. Механика, 2021, № 2, с. 167?180, doi: https://doi.org/10.15593/perm.mech/2021.2.15

[11] Конкин А.А., ред. Термо-, жаростойкие и негорючие волокна. Москва, Химия, 1978. 424 с.

[12] Чэнь Я., Мараховский П.С., Малышева Г.В. Определение теплофизических свойств эпоксидных материалов в процессе их отверждения. Труды ВИАМ, 2018, № 9, с. 119?123, doi: https://doi.org/10.18577/2307-6046-2018-0-9-119-123

[13] Elsaid K., Abdelkareem M.A., Maghrabie H.M. et al. Thermophysical properties of graphene-based nanofluids. Int. J. Thermofluids, 2021, vol. 10, art. 100073, doi: https://doi.org/10.1016/j.ijft.2021.100073

[14] Ackermann A.C., Demleitner M., Guhathakurta J. et al. Mechanical, thermal, and electrical properties of amine- and non-functionalized reduced graphene oxide/epoxy carbon fiber-reinforced polymers. Polym. Compos., 2023, vol. 44, no. 8, pp. 4937?4954, doi: https://doi.org/10.1002/pc.27461

[15] Gao Z., Zhu J., Rajabpour S. et al. Graphene reinforced carbon fibers. Sci. Adv., 2020, vol. 6, no. 17, art. eaaz4191, doi: https://doi.org/10.1126/sciadv.aaz4191