Ученые ИМСС УрО РАН (филиал ПФИЦ УрО РАН) провели двухосные циклические испытания бутадиен-стирольного каучука (БСК) с различными наполнителями: технический углерод и детонационные наноалмазы (3D нанозерна), нанографен (2D нанопластинки) и углеродные нанотрубки (1D нановолокна).

Данные наполнители являются новыми и перспективными компонентами эластомерных композитов. Пока на сегодняшний день их воздействие на физико-механические свойства композитов изучено недостаточно.

Проведенные в ИМСС УрО РАН теоретические исследования позволили разработать для экспериментального изучения механических свойств таких композитов 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. Такие образцы оптимальны с точки зрения получения однородных полей деформаций и напряжений на их рабочей части и минимизации размеров тяг (нерабочей части).

Гаришин Олег Константинович – доктор физико-математических наук, старший научный сотрудник ИМСС УрО РАН (филиал ПФИЦ УрО РАН):
«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. Особенно выраженно эти эффекты проявились для композитов с углеродными нанотрубками. По нашему мнению это связано с тем, что длинные и гибкие 1D нановолокна намного эффективнее влияют на ориентационные процессы в микроструктуре наполненного эластомера при его деформировании по сравнению 2D и 3D наполнителями».

Эксперименты проводились на уникальном четырехвекторном испытательном стенде Zwick/Roell.

Это единственная в России разрывная машина, которая позволяет проводить механические испытания по двум взаимно перпендикулярным направлениям одновременно. Стенд обладает широкими возможностями по программированию сложных траекторий нагружения: монотонное и циклическое растяжение – сжатие, изменение скорости деформирования на любом этапе приложения нагрузки, остановки на релаксацию в любой момент цикла и т.д. Максимальный ход захватов составляет 800 мм, а скорость перемещения варьируется от 0.001 до 7500 мм/мин. Машина практически идеально подходит для испытания относительно "мягких" эластомерных материалов, способных деформироваться на десятки и сотни процентов.

По мнению исследователей, в перспективе эти материалы можно использовать на практике для различного рода резиновых амортизаторов, причем наиболее подходящими будут композиты, наполненные углеродными нанотрубками.