Композиты и наноструктуры №2 2016 (6136,00 руб.)

Стр.3

Стр.4

Стр.5

Стр.6

Стр.7

Стр.8

Индекс Пресса Ðîññèè: 83836 Композиты и наноструктуры ISSN 1999-7590 (Composites and Nanostructures) Научно-технический журнал http://www.issp.ac.ru/journal/composites Главный редактор профессор С.Т. Милейко Редакционная коллегия Алымов Ì.È., ÷ë.-êîðð. ÐÀÍ; Андриевский Ð.À., ïðîô.; Аннин Á.Ä., àêàäåìèê; Бахвалов Þ.Î., ä-ð. òåõí. íàóê; Викулин Â.Â., ïðîô.; Георгиевский Ä.Â., ïðîô.; Глезер À.Ì., ïðîô.; Колобов Þ.Ð., ïðîô.; Костиков Â.È., ÷ë.-êîðð. ÐÀÍ.; Куперман À. Ì., ïðîô.; Лурье Ñ.À., ïðîô.; Патлажан Ñ.À., ïðîô.; Победря Á.Å., ïðîô.; Сапожников Ñ.Á., ïðîô.; Севастьянов Â. Ã., ÷ë.-êîðð. ÐÀÍ; Сорина Ò.Ã., êàíä. òåõí. íàóê; Столин À.Ì., ïðîô.; Шмотин Þ.Í., êàíä. òåõí. наук Редакционный совет Ë.Ð. Âèøíÿêîâ, ïðîô.(Óêðàèíà); Ñ.Â. Ëîìîâ, ïðîô. (Áåëüãèÿ); A.R. Bunsell, ïðîô. (Ôðàíöèÿ); K.K. Chawla, ïðîô. (ÑØÀ); T-W Chou, ïðîô. (ÑØÀ); Sh. Du, ïðîô. (ÊÍÐ); T. Ishihara, ä-ð (ßïîíèÿ); A. Kohyama, ïðîô. (ßïîíèÿ); W.M. Kriven, ïðîô. (ÑØÀ); L.M. Manocha, ïðîô. (Èíäèÿ); V.M Orera, ïðîô. (Èñïàíèÿ); H. Schneider, ïðîô. (Ãåðìàíèÿ); K. Schulte, ïðîô. (Ãåðìàíèÿ); G.C. Sih, ïðîô. (ÑØÀ); M. Singh, ä-ð (ÑØÀ); H.D. Wagner, ïðîô. (Èçðàèëü) Учредители: ИФТТ РАН; ООО «Научно-техническое предприятие «Вираж-Центр» Редакция: ИФТТ РАН Ðîññèÿ, 142432, ã. Черноголовка Московской обл. Òåë./Ôàêñ: +7(49652)22493 http://www.issp.ac.ru Ведущий редактор: Н.А.Прокопенко Издательство: ООО НТП «Вираж-Центр» Ðîññèÿ, 105264, Ìîñêâà, óë. Верхняя Первомайская, ä. 49, êîðï. 1 офис 401. Почтовый àäðåññ: Ðîññèÿ, 105043, Ìîñêâà, à/ÿ 29 Òåë.: 7 495 290-34-73 http://www.machizdat.ru e-mail: virste@dol.ru Директор журнала: М.А.Мензуллов В¸рстка: А.А.Мензуллов Отпечатано: ООО «РПЦ ОФОРТ» г. Москва, ïð-êò Áóä¸ííîãî, 21 Заказ ¹ Тираж 100 Цена – договорная Журнал зарегистрирован Федеральной службой по надзору в сфере связи и массовых коммуникаций. Свидетельсво о регистрации средства массовой информации ¹ ÔÑ77-33449 от 08.10.2008. Авторы опубликованных материалов несут полную ответственность за достоверность привед¸нных сведений, а также за наличие в них данных, не подлежащих открытой публикации. Материалы рецензируются. Перепечатка, все виды копирования и воспроизведения материалов, публикуемых в журнале, осуществляются только с разрешения редакции. На первой ñòð. îáëîæêè: Ðèñ. 1, 2 и 4 Из статьи: ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ОБРАЗЦОВ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ ИЗ УГЛЕРОД-УГЛЕРОДНОГО КОМПОЗИТА ДЛЯ ЭЛЕКТРОДОВ ИОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ Èçäà¸òñÿ с 2009 ã.

Стр.3

Composites and Nanostructures http://www.issp.ac.ru/journal/composites/ ISSN 1999-7590 Editor-in-Chief Professor Sergei T. Mileiko Editorial Board Professor M.I. Alymov (Russia); Professor R.A. Andriyevskii (Russia); Professor B.D. Annin (Russia); Dr Yu.O. Bakhvalov, (Russia); Professor A.R. Bunsell (France); Professor K.K. Chawla (USA); Professor T-W Chou (USA); Dr T. Ishihara (Japan); Professor Sh. Du (China); Professor D.V. Georgievskii (Russia); Professor A.M. Gleser (Russia); Professor A. Kohyama (Japan); Professor Yu.R. Kolobov (Russia); Professor V.I. Kostikov (Russia); Professor W.M. Kriven (USA); Professor A.M. Kuperman (Russia); Professor S.V. Lomov (Belgium); Professor S.A. Lurie (Russia); Professor L.M. Manocha (India); Professor V.M. Orera (Spain); Professor S.A. Patlazhan (Russia); Professor B.E. Pobyedrya (Russia); Professor S.B. Sapozhnikov (Russia); Professor H. Schneider (Germany); Dr Shmotin Yu. N. (Russia); Dr T.G. Sorina (Russia); Professor A.M. Stolin (Russia); Professor K. Schulte (Germany); Professor V.G. Sevastyanov (Russia); Professor G.C. Sih (USA); Dr M. Singh (USA); Professor V.V. Vikulin (Russia); Professor L.R. Vishnyakov (Ukrain); Professor H.D. Wagner (Israel) Established by: Solid State Physics Institute Russian Academy of Sciences (ISSP RAS) and Science Technical Enterprise «Virag-Centre» LTD ISSP RAS: 2, Institutskaya str., Chernogolovka, Moscow district., Russia, 142432 Tel./Fax: +7(49652)22493 http://www.issp.ac.ru/journal/composites/ Editor: Nelli Prokopenko Publishing House: STE Virag-Centre LTD 49/1, Verchnyaya Pervomayskaya str., Moscow, Russia, 105043. Phone: 7 495 290 34 73 http://www.mashizdat.ru Director of journal M.A. Menzullov Making-up A.A.Menzullov Photo on the cover: Fig. 1, 2 и 4 EVALUATION OF OPERATIONAL CHARACTERISTICS OF CARBON/CARBON COMPOSITES FOR GRIDS OF ION ENGINES

Стр.4

Композиты и наноструктуры COMPOSITES and NANOSTRUCTURES СОДЕРЖАНИЕ В.И.Солодилов, И.В.Бессонов, А.В.Кирейнов, Н.Ю.Тараскин, А.М.Куперман СВОЙСТВА СТЕКЛОПЛАСТИКОВ НА ОСНОВЕ ЭПОКСИДНОГО СВЯЗУЮЩЕГО, МОДИФИЦИРОВАННОГО ФУРФУРОЛАЦЕТОНОВОЙ СМОЛОЙ И ПОЛИСУЛЬФОНОМ........... 77 В работе представлены результаты изучения свойств стеклопластиков на основе стеклянного волокна РВМПН 10-420-80 и эпоксидных матриц, в состав которых входят либо термореактивная фурановая смола ФА-5, либо полисульфон ПСК-1, либо оба этих компонента совместно. Полученные данные подтверждают перспективность использования эпоксиполисульфоновых матриц, модифицированных фурановым олигомером, для изготовления композиционных материалов. Созданные гибридные многокомпонентные связующие позволяют существенно расширить технологические возможности метода намотки. Введение 10 мас. % ФА-5 в эпоксидные связующие, содержащие полисульфон, позволяет значительно повысить их технологичность, т.к. в 2-3 раза снижается вязкость и на 20 °С температура переработки. При этом трещино- и ударостойкость армированных пластиков заметно увеличивается практически без снижения температуры стеклования. Максимальный эффект от введения полисульфона в эпоксидную матрицу наблюдается при добавлении более 20 ìàñ. % ÏÑÊ-1 (c. 77–87; èë. 3). Â.Â.Âàñèëüåâ, C.À.Ëóðüå ЗАДАЧА О ТРЕЩИНЕ В ОДНОНАПРАВЛЕННОМ КОМПОЗИТНОМ ÑËÎÅ.................................... 88 Рассматривается армированный в одном направлении нерастяжимыми и абсолютно гибкими волокнами неограниченный композитный слой, имеющий трещину конечной длины в матрице, параллельную волокнам, и равномерно растягиваемый в направлении, ортогональном трещине. С использованием комплексных потенциалов построено решение, описывающее форму раскрывающейся трещины и определяющее напряженное состояние с традиционной для классической теории упругости сингулярностью перед кончиком трещины. Получено решение аналогичной задачи с помощью соотношений обобщенной теории упругости [1, 2], которое определяет деформированную форму трещины, отличающуюся от формы, соответствующей классической теории упругости и не являющееся сингулярным в отношении напряжений. Предложен способ экспериментального определения входящего в уравнения обобщенной теории структурного параметра и представлены численные результаты, определяющие зависимости формы деформированной трещины и распределения напряжений в окрестности трещины от величины структурного параметра (с. 88– 98; èë. 5). ние наночастиц TiN на формирование микроструктуры керамического композита. Показано, что введение в состав реакционной смеси наночастиц TiN приводит к формированию дисперсной фазы и керамической связки в виде твердых растворов (Zr,Ti)B2 Статья посвящена получению методом СВС-компактирования керамических композитов на основе системы ZrB2 Â.À. Ùåðáàêîâ, À.Í. Ãðÿäóíîâ, À.Ì. Òåðåõèí, Í.Â. Сачкова ВЛИЯНИЕ НАНОЧАСТИЦ TIN НА ФОРМИРОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВА КОМПОЗИТОВ НА ОСНОВЕ ZRB2 –Zr с остаточной пористостью менее 1% и размером частиц ZrB2 твердостью 1700 - 2200 МПа (ñ. 99–109; èë. 9). и (Zr,Ti)Nx -ZR ...................................................................................................... 99 менее 1 мкм. Изучено влияс размером частиц дисперсной фазы менее 0,1 мкм и В.Т.Сапунов ПРОЧНОСТЬ, НАДЕЖНОСТЬ И ДОЛГОВЕЧНОСТЬ КОМПОЗИТОВ КАК КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ ......................................................................................... 110 Рассмотрены особенности поведения композитов под нагрузкой. Предложен общий подход, позволяющий принимать в рассмотрение указанные особенности, Реализация подхода дает возможность оценить прочность при разрушении, надежность и долговечность стеклотекстолитов, используемых при изготовлении некоторых элементов конструкций (ñ. 110–119). © ИФТТ РАН «Композиты и íàíîñòðóêòóðû». 2016 Том 8 ¹ 2 2016

Стр.5

Volume 8 ¹ 2 2016 Композиты и наноструктуры COMPOSITES and NANOSTRUCTURES М.А.Хасков, К.Р.Ахмадиева, А.Н.Кудрявцева, Т.А.Гребенева ВЛИЯНИЕ ФУЛЛЕРЕНА С60 НА КИНЕТИКУ ОТВЕРЖДЕНИЯ ТЕРМОРЕАКТИВНЫХ СВЯЗУЮЩИХ НА ОСНОВЕ ЭПОКСИДНЫХ ÑÌÎË............................................................................ 120 Методом диэлектрического анализа и дифференциальной сканирующей калориметрии изучено влияние добавок фуллерена С60 добавки С60 ствие образования аддукта фуллерен-амин вызывающего повышение энергии активации реакции отверждения, и повышают скорость структурной релаксации полимерной матрицы, что может замедлять реакцию в диффузионно-контролируемой области (ñ. 120–132; èë. 2). H.L.Gajera and S.Manocha ПОЛУЧЕНИЕ ГРАФЕНА ПУТ¨М ТЕРМИЧЕСКОГО РАССЛОЕНИЯ И ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕРМИЧЕСКОЙ СТАБИЛЬНОСТИ ГРАФЕН-ЭПОКСИДНЫХ ÍÀÍÎÊÎÌÏÎÇÈÒÎÂ.................. 133 Графен был получен из окси-графита, который, в свою очередь, синтезирован модифицированным методом Хаммерса с использованием в качестве исходного материала чешуек природного графита. При получении графена использовано термическое расщепление высушенного окси-графита. Далее графен был исследован методами сканирующей и просвечивающей электронной микроскопии и рентгено-структурного анализа. Графен-эпоксидные нано-композиты получались с использованием метода перемешивания растворов. Влияние графена на термическую стабильность и температуру стеклования исследовано термогравиметрическим анализом и дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК), соответственно. Показано, что внесение графена в эпоксидный полимер приводит к увеличению его температуры деградации. Сохраняющиеся функциональные группы графена действуют как катализаторы для сшивки эпоксидных цепочек, что повышает температуру разложения материала. ДСК-результаты показывают увеличение температуры стеклования от 126о массовых графена (ñ. 133–140; èë. 7). для исходного эпоксида до 139о для полимера, содержащего 1.5% Ñ.Â.Ìàäååâ, À.Ñ. Ëîâöîâ, È.Í.Ëàïòåâ, Í.Í.Ñèòíèêîâ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ОБРАЗЦОВ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ ИЗ УГЛЕРОД-УГЛЕРОДНОГО КОМПОЗИТА ДЛЯ ЭЛЕКТРОДОВ ИОННЫХ ÄÂÈÃÀÒÅËÅÉ......................................................................................... 141 В ГНЦ ФГУП «Центр Келдыша» ведутся работы по созданию ионных двигателей с повышенными ресурсными характеристиками. Ресурс двигателя определяется эрозионной стойкостью материала ускоряющего электрода ионно-оптической системы (ИОС). Наибольшей эрозионной стойкостью обладают материалы на основе углерода. Электроды ИОС должны выдерживать стартовые вибрационные нагрузки, что позволяет сделать выбор в пользу углерод-углеродных композиционных материалов (УУКМ). Поскольку механические и теплофизические свойства УУКМ определяются технологией производства, в данной работе приведены результаты исследований свойств УУКМ российского производства, проведено сравнение механических характеристик ИОС из УУКМ с наполнителем из двунаправленной ткани с ИОС, выполненный из титана (ñ. 141–150; èë. 6). на кинетику отверждения связующего на основе эпоксидных смол. Показано, что замедляют реакцию отверждения в кинетически-контролируемой области, вероятно, вслед© ИФТТ РАН «Композиты и наноструктуры». 2016

Стр.6

Композиты и наноструктуры COMPOSITES and NANOSTRUCTURES CONTENS V.I.Solodilov, I.V.Bessonov, A.V.Kireinov, N.Yu.Taraskin, A.M.Kuperman GLASS FIBER REINFORCED PLASTIC WITH EPOXY MATRIX MODIFIED BY FURFURAL-ACETONE RESIN AND POLYSULFONE......................................................................... 77 The paper introduces a novel glass fiber reinforced plastic based on rowing RVMPN-10-420-80 and epoxy matrixes modified by thermosetting furanic resin, thermoplastic polysulfone, or both these components altogether. Data obtained confirm viability and promising outlook of epoxy-polysulfone matrixes modified by furanic co-monomer for manufacturing polymer-matrix composites by winding. Developed multi-component hybrid resins will permit to broaden substantially technological limits of filament winding. Introduction of 10 wt. % furanic resin into epoxy resin improves essentially its processability as a result of reducing viscosity by 2-3 times, and, hence, reducing processing temperature to 20°Ñ. Both fracture and impact toughness Increase noticeable without negative impairing of glass transition temperature. Maximum efficiency from modification of epoxy matrix with polysulfone is observed at its concentration above 20 wt. % (p. 77-87; fig. 3). V.V. Vasiliev, S.A.Lurie CRACK PROBLEM FOR A UNIDIRECTIONAL COMPOSITE LAYER.................................................... 88 The paper is concerned with analysis of an infinite unidirectional composite layer reinforced with inextensible and absolutely flexible fibers. The layer has a finite crack in the matrix parallel to the fibers and is loaded with uniform tension in the direction orthogonal to the crack. The solution of the classical elasticity theory obtained in terms of complex variables specifies the deformed shape of the crack and demonstrates traditional singularity of stresses in the vicinity of the crack tip. Analogous solution found within the framework of the generalized theory of elasticity [1, 2] demonstrates the crack deformation which is different from the solution following from the classical theory and specifies the stresses that are not singular. An experimental approach allowing us to determine the structural parameter which enters the equations of the generalized theory is proposed. Numerical results demonstrating the dependences of the deformed crack shape and the stress distribution in the vicinity of the crack on the structural parameter value are presented. (p. 88–98; fig. 5). V.A.Shcherbakov, A.N.Gryadunov, A.M.Terekhin, N.V.Sachkova EFFECT OF TIN NANOPARTICLES ON STRUCTURE FORMATION AND CHARACTERISTICS OF COMPOSITES BASED ON ZRB2 The article is devoted to obtaining by SHS compacting ceramic composites on the basis of ZrB2 -ZR........................................................ 99 -Zr system with low a residual porosity (less than 1%) and fine micristructure. The effect of TiN nanoparticles on the microstructure formation of the ceramic composites was studed. It was shown that introduction TiN nanoparticles in the reaction mixture results to formation solid solutions of a dispersed phase and a ceramic binder (Zr,Ti)B2 and (Zr,Ti)Nx accordingly. The particle size of dispersed phase is less than 0.1 microns and hardness of 1700 - 2200 MPa (p. 99–109; fig. 9). V.T.Sapunov RESISTANCE, RELIABILITY AND DURABILITY OF COMPOSITES AS CONSTRUCTIONAL MATERIALS ......................................................................................................... 110 Features (particularities) of behavior of composites under loading are considered. One proposes is the general approach making it possible to take into account the particularities. The realization gives the chance to estimate of the resistance of the failure, the reliability and longevity of the laminates containing glass fibers used at production of elements of designs is offered (p. 110–119). M.A.Khaskov, K.R.Akhmadieva, A.N.Kudryavtseva, T.A.Grebeneva AN EFFECT OF FULLERENE C60 ON THE CURING KINETICS OF EPOXY-BASED THERMOSET BINDERS.............................................................................................. 120 © ИФТТ РАН «Композиты и íàíîñòðóêòóðû». 2016 Том 8 ¹ 2 2016

Стр.7

Volume 8 ¹ 2 2016 An effect of fullerene C60 Композиты и наноструктуры COMPOSITES and NANOSTRUCTURES analysis and differential scanning calorimeter. It was shown that the additives of C60 in the chemical-controlled regime, probably, due to C60 down the curing reaction in the diffusion-controlled regime (p. 120–132; fig. 2). H.L.Gajera and S.Manocha Preparation of Thermal Exfoliated Graphene and Studies of Effect of Graphene on Thermal Stability of Graphene-Epoxy Nanocomposites .................................................................................................................................... 133 Thermally Exfoliated graphene (TEG) was synthesized from graphite oxide by thermal exfoliation treatment of dried graphite oxide, synthesized by modified Hummer‘s method using natural graphite flakes as starting material. This thermal exfoliated graphene (TEG) was characterized using SEM, TEM, and XRD techniques. TEG based epoxy nano composites were fabricated by using solution mixing method. The influence of graphene on the thermal stability and glass transition temperature of nano composites was studied by using thermo gravimetric analysis and differential scanning calorimetry, respectively. The thermo gravimetric results showed higher thermal stability of composites in comparison with pure epoxy and also an increase in char yield with increase in graphene content. It shows that pure epoxy resin starts degradation at 341 °C and maximum degradation takes place at 370 °C temperature and in case of composite with 1.5% of TEG degradation starts at 368 °C and maximum degradation takes place at higher temperature of 390 °C (p. 133–140; fig. 7). S.V.Madeev, A.S.Lovtsov, I.N.Laptev, N.N.Sitnikov EVALUATION OF OPERATIONAL CHARACTERISTICS OF CARBON/CARBON COMPOSITES FOR GRIDS OF ION ENGINES .............................................................................. 141 Keldysh Research Center investigates ion thrusters with extended lifetime capability. The lifetime depends on erosion resistance of material of accelerating grid of ion optics system (IOS). Ñarbon materials have the greatest erosion resistance. The grids of IOS must withstand launch vibration loads, therefore carbon/carbon composites look more promising. Mechanical and thermal properties of carbon composites depend on fabrication technology. Tests results, a complete description of the tests, and results of comparison of mechanical characteristics of carbon-carbon IOS and titanium IOS are presented herein (p. 141–150; fig. 6). on the curing kinetics of epoxy-based thermoset binders was studied by dielectric thermal slow down the curing reaction activation energy of the curing reaction. The enhance rate of structural relaxation of C60 -amine adduct formation, which causes an increase of the -modified system may slow © ИФТТ РАН «Композиты и íàíîñòðóêòóðû». 2016

Стр.8