УВЕЛИЧЕНИЕ ЭКСТРЕМАЛЬНЫХ ЗНАЧЕНИЙ ПРЕДЕЛА ПРОЧНОСТИ  ОРГАНОПЛАСТИКОВ ПРИ ОБРАБОТКЕ АРАМИДНОГО ВОЛОКНА  МНОГОСЛОЙНЫМИ УГЛЕРОДНЫМИ НАНОТРУБКАМИ

M.S. Shebanov; V.B. Ivanov; I.G. Kalinina; V.G. Bova; L.B. Shiyanova

doi:10.6060/rcj.2021654.1

M.S. Shebanov Отдел динамики химических и биологических процессов. ФГБУН ФИЦ химической физики им. Н.Н. Семенова РАН
V.B. Ivanov Отдел динамики химических и биологических процессов. ФГБУН ФИЦ химической физики им. Н.Н. Семенова РАН
I.G. Kalinina Отдел динамики химических и биологических процессов. ФГБУН ФИЦ химической физики им. Н.Н. Семенова РАН
V.G. Bova Научно-исследовательский отдел, АО Научно-Производственное Предприятие “Термотекс”
L.B. Shiyanova Научно-исследовательский отдел, АО Научно-Производственное Предприятие “Термотекс”

DOI: https://doi.org/10.6060/rcj.2021654.1

Ключевые слова: пара-арамидное волокно, углеродные нанотрубки, повышение экстремальной прочности композита

Аннотация

В статье приводятся результаты повышения прочности единичных филаментов сополимерного пара-арамидного волокна при обработке волокна многослойными углеродными нанотрубками. Эксперименты проводились на промышленной установке акционерного общества «Термотекс». Использовались многослойные углеродные нанотрубки производства Уральского научно-исследовательского института композиционных материалов. Окисление проводилось смесью концентрированных азотной и серной кислот. После отмывки кислот приготавливалась водная суспензия с использованием ультразвукового излучения. Водная суспензия окисленных многослойных нанотрубок обладала достаточной устойчивостью для проведения технологических экспериментов на серийном промышленном оборудовании. Определены параметры распределения Вейбулла для массивов экспериментальных данных прочности филаментов исходного волокна и филаментов образца волокна, обработанного многослойными углеродными нанотрубками. С использованием полученных результатов по методу Kelly и Tyson рассчитаны предельные экстремальные значения прочности композитов, изготовленных из испытанных образцов волокон. Экстремальное значение для однонаправленного композиционного материала, изготовленного на основе исходного волокна, составило 5,699 ГПа, для композиционного материала на основе волокна, обработанного окисленными многослойными нанотрубками 6,270 ГПа. Увеличение составило 10,2 %. Полученные результаты показывают возможность увеличения прочностных свойств, как волокна, так и композиционного материала на его основе без существенной модернизации собственно дорогостоящей химической технологии пара-арамидного волокна, что подчёркивает технико-экономическую перспективность направления.

Литература

Zebei Mao, Tong Li, Ke Zhang, Dongyu Li, Caihua Zhou, Mingfa Ren, Yuantong Gu, and Bo Wang. "Carbon Nanotube Reinforced Poly‐p‐Phenylene Terephthalamide Fibers for Toughness Improvement: A Molecular Dynamics Study." Advanced Theory and Simulations. 2020. V. 3.10. P. 2000135. DOI.org/10.1002/adts.202000135.

Sahab Uddin, Shariful Islam, Farjana Showline Chaity, Ali Akbar, Shahin Akand, Gafur M. A., Sarwaruddin A.M. Evaluation of Laminated Composites Reinforced by High-performance Kevlar Filaments with Variable SiO2: Me-chanical, Morphological & Thermal Tests. Composite Materials. 2020. V. 4(2). P. 15–24. DOI: 10.11648/j.cm.20200402.11.

Gonzalez P.I., Rodríguez-Uicab O., Martin-Barrera C., Uribe-Calderon J., Canché-Escamilla G., Yazdani-Pedram M., May-Pata A., Avilésa F. Influence of aramid fiber treatment and carbon nanotubes on the interfacial strength of polypropylene hierarchical composites. Composites Part B: Engineering. 1 August 2017. V. 122. P. 16–22. DOI.org/10.1016/j.compositesb.2017.04.006.

Yang X., Tu Q., Shen X., Zhu P., Li Y., Zhang S. A novel method for deposition of multi-walled carbon nanotubes onto poly (p-phenylene terephthalamide) fibers to enhance interfacial adhesion with rubber matrix. Polymers. 2019. V. 11(2). P. 374. DOI: 10.3390/polym11020374.

Aliotta L., Lazzeri A. A proposal to modify the Kelly-Tyson equation to calculate the interfacial shear strength (IFSS) of composites with low aspect ratio fibers. Composites Science and Technology. 20 January 2020. V. 186. P. 107920. DOI: 10.1016/j.compscitech.2019.107920.

Zhan-Ying Sun, Hai-Shan Han. Gan-Ce Dai. Mechanical Properties of Injection-molded Natural Fiber-reinforced Polypropylene Composites: Formulation and Compounding Processes. Journal of Reinforced Plastics and Composites. 2010. V. 29(5). P. 637–650 DOI: 10.1177/0731684408100264.

Zhu D., Mobasher B., Erni J., Bansal S., Rajan S.D. Strain rate and gage length effects on tensile behavior of Kevlar 49 single yarn. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing.V. 43, Issue 11, November. 2012. P. 2021–2029. DOI: 10.1016/j.compositesa.2012.06.007.

Liu X.Y., Dai G.C. Surface modification and micromechanical properties of jute fiber mat reinforced polypro-pylene composites. eXPRESS Polymer Letters. 2007. V. 1. No.5. P. 299–307. DOI: 10.3144/expresspolymlett.2007.43.

Ramanathan T., Fisher F.T., Ruoff R.S., Brinson L.C. Amino-Functionalized Carbon Nanotubes for Binding to Polymers and Biological Systems. Chem. Mater. 2005. V. 17. N. 6. P. 1290–1295. DOI: 10.1021/cm048357f.

Rich M.J., Drzal L.T., Hunston D., Holmes G., McDonough W. Round robin assessment of the single fi-ber fragmentation test. In Procedings of the American So-ciety for Composites 17th Technical Conference. CRC Press. 2002. P. 158–182.

Rabotnov Y.N. Mechanics of a Deformable Solid Body. Moscow.: Nauka. 1988. 712 p.

Orlov A.I. Nonparametric goodness-of-fit Kolmogorov, Smirnov, omegasquadrate test and er-rors in their application. Scientific Journal of KubSAU. 2014. № 97(03). P. 644–672.