Моделирование и прочностные свойства при изгибе эпоксидных композитов с вискерами сульфата кальция
DOI:
https://doi.org/10.52575/2687-0959-2026-58-3-291-298Ключевые слова:
эпоксидная смола, нитевидные кристаллы, сульфат кальция, прочность при изгибе, модель Хальпина– Цая, теория Келли– Тайсона, агломерация, вязкое выдергиваниеАннотация
Работа посвящена комплексному теоретико-экспериментальному исследованию влияния дискретного армирования нитевидными кристаллами сульфата кальция (CaSO4) на механические свойства двухкомпонентной эпоксидной смолы при статическом изгибе. Методами оптической микроскопии и статистического логнормального анализа определены геометрические параметры вискеров в объеме полимера: средний диаметр составил d = 1.86 мкм средневзвешенная - (l)=44.8 мкм, что соответствует аспектарному отношению (l/d) =24.1 Установлен немонотон
ный характер зависимости прочностных свойств композита от степени наполнения с экстремумом при 10% масс.,
обеспечивающим трехкратный прирост модуля упругости (до 180 МПa) и увеличение предела прочности в 2.8 раза
(до 6.2 МПа). Для количественного описания упругого поведения привлечена микромеханическая модель Хальпина-Цая, модифицированная функцией эффективного объема Veff=Vf . exp(-k.Vf). Извлеченный коэффициент интенсивности агломерации k=15.6 строго обосновывает падение жесткости при 20% наполнении скручиванием
нитевидных кристаллов в изолированные конгломераты. С использованием модели Келли - Тайсона рассчитано
соотношение критической и геометрической длины кристаллов lc/l 1.63, доказывающее субкритический характер
армирования системы. Установлено, что диссипация механической энергии и упрочнение матрицы при изгибе
протекают по механизму вязкого выдергивания (pull-out) микрокристаллов из полимерной матрицы. Полученные
результаты открывают перспективы использования вискеров сульфата кальция для направленного конструирования высокопрочных конструкционных компаундов.
Скачивания
Библиографические ссылки
References
Haeri Z., Ramezanzadeh B., Ramezanzadeh M. Recent progress on the metal-organic frameworks decorated graphene oxide (MOFs-GO) nano-building application for epoxy coating mechanical-thermal/flame-retardant and anti-corrosion features improvement. Progress in Organic Coatings. 2020;163:106645.
Kollu P., Veeramalai C.P., Manickam S. Thermal properties of nanoscale polymer-based coatings. Polymer-Based Nanoscale Materials for Surface Coatings. 2023:275–289.
Hamerton I., Howlin BJ., Jepson P. Metals and coordination compounds as modifiers for epoxy resins. Coordination Chemistry Reviews. 2002;224:67–85.
Pham HQ., Marks MJ. Epoxy resins. Ullmann’s encyclopedia of industrial chemistry. 2000.
Wang S., Liang Z., Liu T., Wang B., Zhang C. Effective amino-functionalization of carbon nanotubes for reinforcing epoxy polymer composites. Nanotechnology. 006;17(6):1551–1557..
Zhu J., Peng H., Rodriguez-Macias F., Margrave JL., Khabashesku VN., Imam AM., Lozano K., Barrera EV. Reinforcing epoxy polymer composites through covalent integration of functionalized nanotubes. Advanced functional materials. 2004;14(7):643–648.
Aziz T., Haq F., Farid A., Cheng L., Chuah LF., Bokhari A., Mubashir M., Tang DYY., Show PL. The epoxy resin system: function and role of curing agents. Carbon Letters.2024;34(1):477–494.
Papageorgiou DG., Li Z., Liu M., Kinloch IA., Young RJ. Mechanisms of mechanical reinforcement by graphene and carbon nanotubes in polymer nanocomposites. Nanoscale. 2020;12(4):2228–2267.
Dorozhkin SV. Calcium orthophosphate (CaPO4) containing composites for biomedical applications: formulations, properties, and applications. Journal of Composites Science. 2024;8:218.
Halpin JC., Kardos JL. The Halpin-Tsai equations: a review. Polymer Engineering & Science. 1976;16(5):344–352.
Shokrieh MM., Moshrefzadeh-Sani H. On the constant parameters of Halpin-Tsai equation. Polymer. 2016;106:14–20.
Fuchs C., Bhattacharyya D., Friedrich K., Fakirov S. Application of Halpin–Tsai equation to microfibril reinforced polypropylene/poly (ethylene terephthalate) composites. Composite Interfaces. 2006;13:331–344.
Ghafaar MA., Mazen AA., El-Mahallawy NA. Application of the rule of mixtures and Halpin-Tsai equations to woven fabric reinforced epoxy composites. Journal of Engineering Sciences. 2006;34:227–236.
Wang J., Gong L., Xi S., Li C., Su Y., Yang L. Synergistic effect of interface and agglomeration on Young’s modulus of graphene-polymer nanocomposites. International Journal of Solids and Structures. 2024;292:112716.
Pan J., Liu J., Gao M., Liu X., Zhang L. Ellipsoidal carbon nanotube agglomeration impact on composite elastic modulus.Journal of Mechanics. 2025;41:377–391.
Kelly A., Tyson WR. Tensile properties of fibre-reinforced metals: copper/tungsten and copper/molybdenum.Journal of the Mechanics and Physics of Solids. 965;13(6):329–350.
Thodsaratpreeyakul W., Uawongsuwan P., Kataoka A., Negoro T., Hamada H. The determination of interfacial shear strength in short fiber reinforced poly ethylene terephthalate by Kelly-Tyson theory.Open Journal of Composite Materials. 2017;7(4):218–226.
Migneault S., Koubaa A., Erchiqui F., Chaala A., Englund K., Wolcott M.P. Application of micromechanical models to tensile properties of wood–plastic composites.Wood Science and Technology. 2011;45(3):521–532.
Qiao R., Zhong Z., Liu Q., Liu J., He W. Effects of Calcium Sulfate Whiskers on the Mechanical Properties and Light Transmittance of PE Greenhouse Films.Journal of Physics: Conference Series. 2022;2160:012004.
Nikulin I., Ivanov O., Nikulicheva T., Mishunin M., Vyugin A., Alfimova N., Vyazmin V., Saenko M. Mechanical strength measurement of needle-shaped CaSO4 microcrystals by a three-point bend test.Measurement Science and Technology. 2024;35(5):055603.
Inal O., Katnam KB., Potluri P., Soutis C. Progress in interlaminar toughening of aerospace polymer composites using particles and non-woven veils.The Aeronautical Journal. 2022;126(1295):222–248.
Bilge K., Papila M. Interlayer toughening mechanisms of composite materials. Toughening Mechanisms in Composite Materials. 2015;263–294.
Просмотров аннотации: 0
Поделиться
Опубликован
Как цитировать
Выпуск
Раздел
Copyright (c) 2026 Прикладная математика & Физика
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.
