Двухосные циклические испытания бутадиен-стирольного каучука (БСК) с различными наполнителями провели на уникальном для России испытательном стенде ученые Института механики сплошных сред (ИМСС) УрО РАН, филиала Пермского федерального исследовательского центра (ПФИЦ) Уро РАН, 28 сентября сообщает пресс-служба ПФИЦ.

Было исследовано влияние добавок технического углерода, детонационных наноалмазов (3D нанозерна), нанографена (2D нанопластинки) и углеродных нанотрубок (1D нановолокна) на прочностные характеристики БСК под нагрузкой.

Эти наполнители рассматриваются как перспективные компоненты эластомерных композитов. Однако в настоящее время их влияние на физико-механические свойства композитов изучено недостаточно.

Предварительные теоретические исследования, проведенные в ИМСС УрО РАН, позволили ученым для экспериментального изучения механических свойств таких композитов разработать специальные крестообразные образцы веерного типа с квадратной рабочей зоной, от которой с каждой стороны отходит по 10 стержнеобразных тяг из того же материала, что и образец.

Как показали расчеты, такие образцы позволяют получить однородные поля деформаций и напряжений на рабочей части образцов при минимизации размеров нерабочей части (тяг).

Для экспериментов был использован уникальный четырехвекторный испытательный стенд Zwick/Roell — единственная в России разрывная машина, позволяющая проводить механические испытания с различными режимами воздействий одновременно по двум взаимно перпендикулярным направлениям.

Старший научный сотрудник ИМСС УрО РАН доктор физико-математических наук Олег Гаришин рассказал о результатах испытаний:

«Эксперименты показали, что чистый ненаполненный эластомер ведет себя практически как нелинейно-упругий изотропный материал. Добавка любого из выше перечисленных наполнителей приводит к тому, что материал становится не только вязкоупругим, но и анизотропным. То есть в нем развивается наведенная механическая анизотропия — изменение свойств изначально изотропного материала при его деформировании в разных направлениях».

Эти эффекты наиболее сильно проявились у композитов с углеродными нанотрубками. Ученые считают, что причиной этого является намного большая эффективность, с которой длинные и гибкие 1D нановолокна влияют на ориентационные процессы в микроструктуре наполненного эластомера при его деформировании, чем 2D и 3D наполнители.

Специалисты ИМСС УрО РАН считают, что эти материалы в перспективе могут использоваться в производстве различных резиновых амортизаторов, а наиболее подходящими из них являются композиты с углеродными нанотрубками.