Journals →  Цветные металлы →  2023 →  #8 →  Back

К 250-летию Санкт-Петербургского горного университета императрицы Екатерины II и 20-летию Международного симпозиума «Нанофизика и наноматериалы»
Композиционные материалы, многофункциональные покрытия из наноматериалов
ArticleName Влияние графеновых 2D-наноструктур на прочностные характеристики композиционного материала
DOI 10.17580/tsm.2023.08.02
ArticleAuthor Носов В. В., Возняковский А. П., Королёв И. А., Кульбеда Д. А.
ArticleAuthorData

Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II, Санкт-Петербург, Россия:

В. В. Носов, профессор кафедры метрологии, приборостроения и управления качеством, докт. техн. наук, эл. почта: nosov_vv@pers.spmi.ru ; nosovvv@list.ru
И. А. Королёв, доцент кафедры машиностроения, канд. техн. наук, эл. почта: korolev_ia@pers.spmi.ru

Д. А. Кульбеда, магистрант кафедры метрологии, приборостроения и управления качеством, эл. почта: kuda9909@yandex.ru

 

ФГУП НИИ Синтетического каучука имени академика С. В. Лебедева, Санкт-Петербург, Россия:

А. П. Возняковский, заведующий сектором наногетерогенных полимерных материалов, докт. хим. наук, эл. почта: voznap@mail.ru

Abstract

Приведены результаты исследований свойств нового композиционного материала, основанного на эпоксидной смоле с добавлением 3 % порошка графена, полученного экономичным и производительным методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) из целлюлозы. Целью исследования являлось выявление влияния полученного новым методом графена на прочность композиционного материала посредством сравнения разных показателей прочности его образцов. Для этого сравнивали результаты механических испытаний и зарегистрированных сигналов акустической эмиссии (АЭ) до и после включения частиц активированного графена в состав материала. Представлены многоуровневая модель потока импульсов АЭ, технологии получения образцов и методика их испытаний. Показаны связанное с совершенствованием физической наноструктуры материала упрочняющее воздействие графена, перспектива разработки методов неразрушающего контроля и диагностирования прочностного состояния изделий.

keywords Композиционный материал, самораспространяющийся высокотемпературный синтез, графен, акустическая эмиссия, многоуровневая модель, энергия активации, микротрещины
References

1. Ageeva K. A. Analysis of the possibility of using coatings based on graphene for processing metal structures to reduce risks man-made accidents. Civil Security Technology. 2022. Vol. 19, No. 2. pp. 92–95.
2. Kozlov G. V., Dolbin I. V. Comparative analysis of the effectiveness of carbon nanotubes and graphene in the reinforcement of polymer nanocomposites. Solid State Physics. 2020. Vol. 62, No. 8. pp. 1240–1243.
3. Feshchenko R. Yu., Eremin R. N., Erokhina O. O., Povarov V. G. Improvement of oxidation resistance of graphite blocks for the electrolytic production of magnesium by impregnation with phosphate solutions. Part 2. Tsvetnye Metally. 2022. No. 1. P. 24–29.
4. Kozyrev B. A., Sizyakov V. M., Arsentyev V. A. Principles of rational processing of red mud with the use of carboxylic acids. Non-ferrous Metals. 2022. No. 2. P. 30–34.
5. Sldozyan R. D., Mikhaleva Z. A., Tkachev A. G. Physical and mechanical properties of building composites with carbon nanostructures. Materials Science. Power Engineering. 2020. Vol. 26, No. 2. pp. 100–110. DOI: 10.18721/JEST.26208

6. Zaitsev I. A., Blokhin A. N. Strengthening of epoxy resins with carbon nanomaterials. Materials Science. Power Engineering. 2021. Vol. 27, No. 1. S. pp. 74–86. DOI: 10.18721/JEST.27106
7. Bouhamed A., Al-Hamry A., Muller C., Choura S. et al. Assessing the electrical behaviour of MWCNTs/epoxy nanocomposite for strain sensing. Composites Part B: Engineering. 2017. Vol. 128. pp. 91–99. DOI: 10.1016/j.compositesb.2017.07.005
8. Yunusov F. A., Larionova T. V., Tolochko O. V. Influence of alloying elements on the structure and properties of composite materials based on aluminum with carbon nanoparticles. Global Energy. 2022. Vol. 28, No. 3. pp. 75–84.
9. Chatterjee S., Wang J. W., Kuo W. S., Tai N. H. et al. Mechanical reinforcement and thermal conductivity in expanded graphene nanoplatelets reinforced epoxy composites. Chemical Physics Letters. 2012. Vol. 531. pp. 6–10. DOI: 10.1016/j.cplett.2012.02.006
10. Stankovich S., Dikin D. A., Dommett G. H. B., Kohlhaas K. M. et al. Graphene-based composite materials. Nature. 2006. Vol. 442. pp. 282–286. DOI: 10.1038/nature04969
11. Sun Xuemei, Sun Hao, Houpu Li, Peng Heisheng. Developing polymer composite materials: Carbon nanotubes or graphene? Advanced Materials. 2013. Vol. 25, Iss. 37. pp. 5153–5176. DOI: 10.1002/adma.201301926
12. Bai Hua, Li Chun, Shi Ge. Functional composite materials based on chemically converted grapheme. Advanced Materials. 2011. Vol. 23, Iss. 9. pp. 1089–1115. DOI: 10.1002/adma.201003753
13. Popova A. N., Klimenkov B. D., Grabovskiy A. Yu. Scientific school for plasma nanotechnology and energy at the Mining University. Izvestiya VUZ. Applied Nonlinear Dynamics. 2021. Vol. 29, No. 2. P. 317–336. DOI: 10.18500/0869-6632-2021-29-2-317-336
14. Atif R., Shyha I., Inam F. Mechanical, thermal, and electrical properties of graphene-epoxy nanocomposites. A review. Polymers. 2016. Vol. 8, Iss. 8. DOI: 10.3390/polym8080281
15. Voznyakovskii A. P., Vozniakovskii A. A., Kidalov S. V. New way of synthesis of few-layer graphene nanosheets by the self propagating high-temperature synthesis method from biopolymers. Nanomaterials. 2022. Vol. 12, Iss. 4. DOI: 10.3390/nano12040657
16. Ellis B. Introduction to the chemistry, synthesis, manufacture and characterization of epoxy resins. Chemistry and Technology of Epoxy Resins. Dordrecht : Springer, 1993. 327 p. DOI: 10.1007/978-94-011-2932-9_1
17. Pascault J.-P., Willams R. J. J. Epoxy polymers: new materials and innovations. Weinheim : WILEY-VCH, 2010. 367 p.
18. Zahed Ahmadi. Epoxy in nanotechnology: A short review. Progress in Organic Coatings. 2019. Vol. 132. pp. 445–448.
19. Smirnova O. M., Menéndez-Pidal I., Alekseev A. V., Petrov D. N. et al. Strain hardening of polypropylene microfiber reinforced composite based on alkali-activated slag matrix. Materials. 2022. Vol. 15, Iss. 4. pp. 2–22. DOI: 10.3390/ma15041607
20. Feshchenko R. Y., Eremin R. N., Erokhina O. O., Dydin V. M. Phosphate solutions wetting of graphite blocks for magnesium electrolysis to enhance their oxidation resistance. Part 1. Tsvetnye Metally. 2020. No. 10. pp. 49–54.
21. Alattar A. L., Bazhin V. Y. Al–Cu–B4C composite materials for the production of high-strength billets. Metallurgist. 2020. Vol. 64, Iss. 5-6. pp. 566–573. DOI: 10.1007/s11015-020-01028-2
22. Vinogradova A., Gogolinskii K., Umanskii A., Alekhnovich V., Tarasova A., Melnikova A. Method of the mechanical properties evaluation of polyethylene gas pipelines with portable hardness testers. Inventions. 2022. No. 7. P. 125. DOI: 10.3390/inventions7040125
23. Potapov A. I., Kondratev A. V. Non-destructive testing of multilayer medium by the method of velocity of elastic waves hodograph. Journal of Mining Institute. 2020. Vol. 243, Iss. 3. pp. 348–356. DOI: 10.31897/PMI.2020.3.348
24. Potapov A. I., Kondratev A. V., Smorodinskii Y. G. Nondestructive testing of structurally inhomogeneous composite materials by the method of elasticwave velocity hodograph. Russian Journal of Nondestructive Testing. 2019. No. 6. pp. 434–442. DOI: 10.1134/S106183091906007X
25. Prokopchuk N. R., Globa A. I., Laptik I. O., Syrkov A. G. The properties of metal coatings enhanced with diamond nanoparticles. Tsvetnye Metally. 2021. No. 6. pp. 50–54.
26. Prokopchuk N. R., Syrkov A. G., Klyuev A. Y., Laptik I. O. Modification of the model compound with nanodiamond particles for precise investment casting of metal articles. Tsvetnye Metally. 2022. No. 6. pp. 59–63.
27. Mikhailov A. V., Fedorov A. S. Analysis of the screw press mouthpiece parameters for 3d extrusion of peat pieces of tubular type. Journal of Mining Institute. 2021. Vol. 249, Iss. 5. pp. 351–365.
28. Vasiliev N. I., Ivanov I. P. Optimization of gear pairs according to stress levels and specific slip of teeth on blocking contours. Journal of Mining Institute. 1986. Vol. 108. pp. 17–21.
29. Petrov D. N. Determination of strength parameters of concrete with polymer fiber. Journal of Mining Institute. 2013. Vol. 204. pp. 236–239.
30. Perveitalov O. G., Nosov V. V, Borovkov A. I., Khanukhov K. M. et al. Calculation of durability and fatigue life parameters of structural alloys using a multilevel model of acoustic emission pulse flow. Metals. 2023. Vol. 13, Iss. 1. DOI: 10.3390/met13010004
31. Grigorev E. V., Nosov V. V. Improving quality control methods to test strengthening technologies: A multilevel model of acoustic pulse flow. Applied Sciences. 2022. Vol. 12, Iss. 9. DOI: 10.3390/app12094549
32. Zhurkov S. N. Kinetic concept of the strength of solids. International Journal of Fracture. 1984. Vol. 26, Iss. 4. pp. 295–307. DOI: 10.1007/BF00962961
33. Korshunov A. I., Novikov S. A. Influence of the scale effect on endurance parameters. Strength of Materials. 1990. Vol. 22. pp. 1003–1006.
34. Morris D. G. Strengthening mechanisms in nanocrystalline metals. Nanostructured Metals and Alloys. Amsterdam, The Netherlands : Elsevier, 2011. pp. 299–328.
35. Regel V. R. Kinetic theory of strength as a scientific basis for predicting the lifetime of polymers under load. Polymer Mechanics. 1971. Vol. 7. pp. 82–93.
36. Zhurkov S. N., Regel V. R., Sanfirova T. Effect of active additives on the time-temperature dependence of polymer strength. Polymer Science USSR. 1965. Vol. 7, Iss. 8. pp. 1486–1491.

Full content Влияние графеновых 2D-наноструктур на прочностные характеристики композиционного материала
Back