Прогнозирование свойств многокомпонентных минерально-полимерных композитных материалов

Введение. Прогресс строительной индустрии приводит к возникновению новых композитных материалов. Этому предшествуют экспериментальные исследования, в частности, аналитические приемы прогнозирования свойств новых материалов. В строительстве широкое распространение получили полимерные композитные материалы (ПКМ), которые хорошо зарекомендовали себя и в других отраслях промышленности. ПКМ имеют ряд особенностей, которые следует принимать во внимание в процессе разработки аналитических методик. Рассмотрение ПКМ происходит при условии изотропии конечного материала и подчинения правилу смеси при его изготовлении. Целью настоящего исследования является аналитическое определение прогнозируемых пределов прочности многокомпонентных композитных материалов с минеральными наполнителями.

Материалы и методы. Существуют различные методики определения характеристик полимерных композитов. Предложена интегральная методика определения модуля упругости и коэффициента Пуассона бинарного полимерного композитного материала, основанная на предположении, что между упругими потенциалами составных частей композита существует связь. Также показан переход аналитического прогнозирования характеристик от бинарного к многокомпонентному полимерному композитному материалу.

Результаты исследования. Важнейшей характеристикой строительных полимерных композитов является их прочность. Получена формула для аналитического определения прогнозируемого предела прочности бинарного полимерного композитного материала, также на основе данных формул получен прогнозируемый предел прочности для некоторых многокомпонентных полимерных композитных материалов.

Обсуждение и заключение. Полученные результаты позволяют сделать вывод о том, что при формировании состава многокомпонентного полимерного композитного материала целесообразно сочетать наполнители с близкими по величине характеристиками, в частности, модулями упругости.

1. Бартенев Бартенев Г.В., Зеленев Ю.В. Физика полимеров. М.: Высшая школа; 1982. 280 с.

2. Voigt Voigt V. Lehrbuch der Kristallphysik. Berlin: Teubner; 1928. 962 p.

3. Reuss Reuss A. Berechnung der Fliessgrenze von Mischkristallen auf Grund der Plastizitätsbedingung für Einkristalle. Journal of Applied Mathematics and Mechanics. 1929;9(1):49–58. http://dx.doi.org/10.1002/zamm.19290090104

4. Hashin Z, Shtrikman S. A variational approach to the elastic behavior of multiphase materials. Journal of the Mechanics and Physics of Solids. 1963;11:127–140. https://doi.org/10.1016/0022-5096(63)90060-7

5. Klusemann B. Homogenization methods for multi-phase elastic composites: Comparisons and benchmarks. Technische Mechanik. 2010;30(4):374–386. URL: https://www.researchgate.net/publication/256374208_Homogenization_methods_for_multi-phase_elastic_composites_Comparisons_and_benchmarks (дата обращения 15.01.2025).

6. Вержбовский Г.Б. Малоэтажные быстровозводимые здания и сооружения из композитных материалов. Ростов-на-Дону: П-Пресс; 2015. 280 с.

7. Клесов А.А. Древесно-полимерные композиты. СПб.: НОТ; 2010. 735 с.

8. Саввинова М.Е., Петухова Е.С. Выбор перспективных наполнителей для полиэтиленов ПЭ80Б и ПЭ2НТ11. Инженерный вестник Дона. 2013;1. URL: http://www.ivdon.ru/ru/magazine/archive/n1y2013/1518 (дата обращения 15.01.2025).

9. Вержбовский Г.Б. Прогнозирование физических свойств многокомпонентных композитных материалов с полимерной матрицей. Инженерный вестник Дона. 2022;7. URL: http://wwvv.ivdon.ru/ru/magazine/archive/n7y2022/7829 (дата обращения 15.02.2025).

10. Михайлин Ю.А. Конструкционные полимерные композиционные материалы. СПб.: НОТ; 2013. 822 с.

11. Ochsner A, Silva LFM, Altenbach H. Mechanics and Properties of Composed Materials and Structures. Berlin Heidelberg: SpringerVerlag; 2012. 195 p. https://doi.org/10/1007/978-3-642-31497