Индекс Пресса Ðîññèè: 83836
Композиты и наноструктуры
ISSN 1999-7590
(Composites and Nanostructures)
Научно-технический журнал
http://www.issp.ac.ru/journal/composites/
Учредители:
ИФТТ РАН
ООО «Научно-техническое предприятие
«Вираж-Центр»
Редакция: ИФТТ РАН
Ðîññèÿ, 142432, ã. Черноголовка Московской îáë.
Òåë./Ôàêñ: +7(49652)22493
http://www.issp.ac.ru
Ведущий редактор: Нелли Анатольевна 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.: 7 495 780-94-73
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, пр-кт
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 стр. обложки: Рис. 6. Геометрия и граничные условия
для конечно-элементного моделирования Arcan-схемы.
ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИЧЕСКОГО ПОВЕДЕНИЯ КОМПОЗИТОВ
И ИХ СОЕДИНЕНИЙ В УСЛОВИЯХ ТРЕХМЕРНОГО НАПРЯЖЕННОГО
СОСТОЯНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МОДИФИЦИРОВАННОГО
ARCAN - УСТРОЙСТВА
Èçäà¸òñÿ с 2009 ã.
Главный редактор
С.Т. Милейко
ä-ð òåõí. íàóê, ïðîô., ИФТТ ÐÀÍ, Россия
Редакционная коллегия
М.И. Алымов
чл.-корр. РАН, ИМЕТ РАН, Россия
Р. А. Андриевский
ä-ð ôèç.-ìàò. íàóê, ИПХФ ÐÀÍ, Россия
Ю.О. Бахвалов
д-р техн. наук, ГКНПЦ им. Хруничева, Россия
С.И. Бредихин
ä-ð ôèç.-ìàò. íàóê, ИФТТ ÐÀÍ, Россия
Л.Р. Вишняков
д-р техн. наук, ИПМ НАНУ, Украина
Â. Â. Викулин
проф., ФГУП ОНПП «ТЕХНОЛОГИЯ»
В.М. Кийко
канд. техн. наук, ИФТТ РАН, Россия
Ю.Р. Колобов
ä-ð ôèç.-ìàò. íàóê, ïðîô., ÁåëÃÓ, Россия
В.И. Костиков
чл.-корр. РАН, МИСИС, Россия
А.М. Куперман
ä-ð òåõí. íàóê, ИХФ РАН èì. Í.Í. Ñåì¸íîâà, Россия
С.А. Лурье
ä-ð ôèç.-ìàò. íàóê, ВЦ ÐÀÍ, Россия
Б.Е. Победря
ä-ð ôèç.-ìàò. íàóê, ïðîô., МГУ èì. Ì.Â. Ломоносова, Россия
В.Г. Севастьянов
д-р хим. наук, ИОНХ РАН, Россия
А.В. Серебряков
ä-ð òåõí. íàóê, ïðîô., ИФТТ ÐÀÍ, Россия
A.R. Bunsell
проф., Франция
K. Chawla
проф., США
T-W. Chou
проф., США
George C. Sih
проф., США
Shanyi Du
проф., Китай
T. Ishihara
проф. Япония
A. Kelly
проф., Великобритания
A. Koyama
проф. Япония
W.M. Kriven
проф., США
L.M. Manocha
проф., Индия
V.M. Orera
проф., Испания
H. Schneider
проф., Германия
K. Schulte
проф., Германия
M. Singh
проф., США
H.D. Wagner
проф., Израиль
1
Стр.1
Composites and Nanostructures
http://www.issp.ac.ru/journal/composites/
ISSN 1999-7590
Editor-in-Chief:
Professor S.T. Mileiko,
Institute of Solid State Physics of RAS , Russia
Editorial Board:
Professor M.I. Alymov
A.A. Baikov
Institute of Metallurgy and Materials Science of RAS, Russia
Professor R. A. Andriyevskii
Institute of Problem of Chemical Physics of RAS, Russia
Dr Yu.O. Bakhvalov
Khrunichev State Research and Production Space Center, Russia
Dr S.I. Bredikhin
Institute of Solid State Physics of RAS , Russia
Professor A.R. Bunsell
Ecole Nationale Superieure des Mines de Paris, France
Professor K. Chawla
University of Alabama, USA
Professor T-W. Chou
University of Delawere, USA
Professor T. Ishihara
Japan
Professor Shanyi Du
Harbin Institute of Technology, China
Professor A. Kelly
University of Cambridge, UK
Dr V.M. Kiiko
Institute of Solid State Physics of RAS , Russia
Professor A. Koyama
Kyoto University, Japan
Professor Yu.R. Kolobov
Belgorod State University, Russia
Professor V.I. Kostikov
State Technological University «Moscow Institute of Steel and Alloys»,
Russia
Professor W.M. Kriven
The University of Illinois at Urbana-Champaign, USA
Dr. A.M. Kuperman
Institute of Chemical Physics of RAS , Russia
Professor S.A. Lurie
Dorodnicyn Computing Centre of RAS, Russia
Professor L.M. Manocha
Sardar Patle University, India
Professor V.M. Orera
Instituto de Cinicia de Materiales, Spain
Professor B.E. Pobyedrya
Lomonosov Moscow State University, Russia
Professor H. Schneider
Institute of Crystallography, University of Koeln, Germany
Professor K. Schulte
Technical University Hamburg − Hamburg, Germany
Professor George C. Sih
Lehigh University, Bethlehem, USA
Professor A.V. Serebryakov
Institute of Solid State Physics of RAS , Russia
Professor V.G. Sevastyanov
Institute of General and Inorganic Chemistry of RAS , Russia
Dr M. Sing
NASA Glenn Centre, USA
Professor V.V. Vikulin
FSUE ORPE «TECHNOLOGIYA» State Research Centre of the Russian
Federation, Russia
Dr Leon Vishnyakov
Frantsevich Insnitute for Problems of Materials Science, Ukrain
Professor H.D. Wagner
Weizmann Institute of Science, Israel
2
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, 105264.
Phone: 7 495 780 94 73
http://www.mashizdat.ru
Director of journal
M.A. Menzullov
Making-up
A.A.Menzullov
Subscriptions: please apply to one of the partners
of JSC «MK-Periodica» in your country or to JSC
«MK-Periodica» directly:
39, Gilyarovsky Street, Moscow Russia, 129110;
Tel: +7(495) 681-9137, 681-9763;
Fax +7(495) 681-3798
E-mail: info@periodicals.ru
http://www.periodicals.ru
(Inquire Komposity i nanostructury)
Photo on the cover: Fig. 6. Geometry and boundary conditions
for the finite element modeling of the Arcan test with composite.
ANALYSIS OF THE MECHANICAL BEHAVIOUR OF COMPOSITES
AND THEIR BONDED ASSEMBLIES UNDER OUT-OF-PLANE
LOADS USING A MODIFIED ARCAN APPARATUS
Established by:
Solid State Physics Institute
Russian Academy of Sciences
(ISSP RAS)
and
Science Technical Enterprise
«Virag-Centre» LTD
Стр.2
Композиты и наноструктуры
COMPOSITES and NANOSTRUCTURES
СОДЕРЖАНИЕ
Т.П.Дьячкова, Е.Ю.Филатова, С.Ю.Горский, А.В.Шуклинов, А.Г.Ткачев, С.В.Мищенко
МОДИФИЦИРОВАНИЕ МНОГОСЛОЙНЫХ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК ПОЛИАНИЛИНОМ
И ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ ПОЛУЧЕННЫХ МАТЕРИАЛОВ .................................................................................................... 5
Получены нанокомпозиты на основе модифицированных полианилином исходных и функционализированных углеродных нанотрубок
(УНТ). Исследовано влияние предварительной функционализации УНТ, мольных соотношений реагентов окислительной
полимеризации анилина под действием персульфата аммония на морфологию, термическую стабильность и электропроводящие
свойства полученных материалов (ñ. 5-18; èë. 7).
J.Y. Cognard, L. Sohier, P. Davies, N. Carrère, R. Créac’hcadec, C. Badulescu
ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИЧЕСКОГО ПОВЕДЕНИЯ КОМПОЗИТОВ И ИХ СОЕДИНЕНИЙ В УСЛОВИЯХ
ТРЕХМЕРНОГО НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МОДИФИЦИРОВАННОГО
ARCAN - УСТРОЙСТВА ..........................................................................................................................................................................19
Адгезионные склейки композитных элементов, в отличие от болтовых или заклепочных соединений, не требуют сверления отверстий,
которые являются концентраторами напряжений. Поэтому такого рода соединения предпочтительны, особенно в тех конструкциях,
для которых вес является критичным параметром. Но в адгезионных соединениях и в областях, к ним прилегающим, часто зарождаются
трещины или расслоения в результате действия касательных напряжений между слоями или растягивающих по нормали к слоям.
Такие соединения часто работают в условиях больших концентраций напряжений, что затрудняет расчеты на прочность конструкций,
используемых в промышленности. Поскольку механическое поведение склеек и самих композитных элементов сложно, то для разработки
надежных методов на прочность, требуется наполнять большую базу данных экспериментальными результатами, полученными в
различных условиях нагружения. К сожалению, лишь небольшое число испытательных устройств позволяет реализовать напряженное
состояние с ненулевым напряжением, нормальным к плоскости сло¸в. Исключение составляют лишь испытания «толстых» образцов,
при этом такая схема не соответствует практически важным случаям композитных элементов. В статье описываются возможности
нагружающего приспособления, представляющего собой модификацию так называемого Arcan-устройства, и оптимизированного
образца, конструкция которого позволяет уменьшить влияние краевых эффектов. Представлены некоторые экспериментальные данные,
демонстрирующие потенциальные возможности схемы. Результаты данных в виде предельных поверхностей для пропорционального
(простого) нагружения с нормальной компонентой напряженного состояния. Кроме того, затронуты некоторые аспекты влияния
низких температур на механическое поведение гибридных клееных соединений композитов (с. 19-36; ил. 17).
Л.Р.Вишняков, В.П.Мороз, И.М.Ромашко, Е.Л.Вишнякова, О.П.Яременко
ПОЛУЧЕНИЕ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ С АЛЮМИНИЕВОЙ МАТРИЦЕЙ
И НЕКОТОРЫМИ КАРБИДНЫМИ И ОКСИДНЫМИ НАПОЛНИТЕЛЯМИ ............................................................................... 37
Промышленно выпускаемые порошки SIC и опытно изготавливаемые игольчатые кристаллы муллита являются доступными для
получения износостойких композитов с алюминиевой матрицей в производственных условиях. Методами горячей экструзии смесей
порошков алюминиевых сплавов и керамических частиц или путем изготовления порошковых гранул Al-SiC получены композиты с
повышенной прочностью и износостойкостью. Жидкофазная технология вакуум-компрессионной пропитки биоморфных преформ
из карбида кремния позволяет использовать продукты переработки отходов растительного сырья, в частности, сосновую стружку
для повышения свойств композитов с алюминиевой матрицей (с. 37-45; ил. 9).
А.Е.Ушаков, Ю.Г.Кленин, Т.Г.Сорина, Е.И.Корниенко, А.А.Сафонов
ОЦЕНКА ПРОНИЦАЕМОСТИ ЗАГОТОВОК ИЗ СУХОГО НАПОЛНИТЕЛЯ, ПРЕДНАЗНАЧЕННЫХ
ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПАНЕЛЕЙ ВАКУУМНОЙ ИНФУЗИЕЙ ......................................................................................................46
В статье представлены аппаратура и описаны, основанные на законе Дарси, методы оценки плоскостной и сквозной проницаемости
сухих заготовок из стеклянных и углеродных волокон, предназначенных для изготовления полимерных композиционных материалов
(ПКМ) методом вакуумной инфузии. Экспериментальным пут¸м определены значения плоскостной и сквозной проницаемости,
показана зависимость их величин от объ¸много содержания армирующего наполнителя в исследуемых образцах. Удовлетворительная
сходимость полученных значений коэффициентов проницаемости позволяет их использовать для математического моделирования
процесса инфузионной пропитки при изготовлении изделий из ПКМ (с. 46-56; ил. 6).
Н.С.Кавун, И.Ф.Давыдова, Т.В.Гребнева
ВЛИЯНИЕ ПРОШИВКИ СТЕКЛЯННОГО И УГЛЕРОДНОГО АРМИРУЮЩИХ ВОЛОКОН
НА ОСТАТОЧНУЮ ПРОЧНОСТЬ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ ПОСЛЕ УДАРА .......................................... 57
Исследовано изменение свойств композиционных материалов на основе стеклянных и углеродных наполнителей с
различными способами прошивки, подвергнутых воздействию ударных нагрузок. Показано что, прошивка тканых наполнителей
позволяет уменьшить области разрушения и повысить остаточную прочность стеклопластиков и углепластиков
при сжатии (ñ. 57-63; èë. 3).
А.С.Смолянский, Л.Ю.Ляшко, С.Г.Лакеев
НАУЧНЫЙ ПОТЕНЦИАЛ И ТВОРЧЕСТВО ÌÎËÎĨÆÈ НАНОТЕХНОЛОГИЯМ ÐÎÑÑÈÈ..................................... 64
Представлен обзор современных направлений исследований российских молодых ученых и специалистов в области
физической химии и нанотехнологий, подготовленный по итогам научных мероприятий, проведенных в ФГУП «НИФХИ
èì. Ë.ß. Êàðïîâà» в 2012 году (ñ. 64-72).
© ИФТТ РАН «Композиты и íàíîñòðóêòóðû». 2013
3
¹ 1
2013
Стр.3
¹ 1
2013
Композиты и наноструктуры
COMPOSITES and NANOSTRUCTURES
CONTENS
T.P.Dyachkova, E.Yu.Filatova, S.Yu.Gorskiy, A.V.Shuklinov, A.G. Tkachev, S.V. Mischenko
MODIFICATION MULTIWALLED CARBON NANOTUBES WITH POLYANILINE AND STUDY
OF PROPERTIES OF THE MATERIALS OBTAINED ............................................................................................................... 5
Nanocomposites based on pristine and functionalized carbon nanotubes (CNT) modified with polyaniline were obtained. Effects
of pre-functionalization of CNTs, molar ratios of reactants of the oxidative polymerization of aniline under the action of ammonium
persulfate on the morphology, thermal stability and conductive properties of these materials were studied. (p. 5-18; fig. 7).
J.Y. Cognard, L. Sohier, P. Davies, N. Carrère, R. Créac’hcadec, C. Badulescu
ANALYSIS OF THE MECHANICAL BEHAVIOUR OF COMPOSITES AND THEIR BONDED
ASSEMBLIES UNDER OUT-OF-PLANE LOADS USING A MODIFIED ARCAN APPARATUS .......................................... 19
Adhesively bonded assemblies, unlike riveted or bolted joints, do not require holes, which can lead to large stress
concentrations in composites. For this reason adhesive bonding is attracting attention particularly when weight is critical. But
failure in adhesively bonded assemblies involving composites is often associated with crack initiation in the adhesive or
delamination of the composite plies close to the adhesive joint caused by interlaminar or through-thickness stresses. Such
assemblies are often characterized by large stress concentrations, which make the analysis of their behaviour for industrial
applications difficult. As the mechanical behaviour of adhesives and of composites are quite complex, a large database of
experimental results under various loading conditions, is necessary to develop accurate numerical models. Unfortunately, few
experimental devices allow out-of-plane loading to be studied, except for specific loadings or by using thick composite specimens
which are not always representative of industrial applications. This paper presents the possibilities of an experimental device,
using a modified Arcan test, and optimized hybrid bonded assemblies, which limit the influence of edge effects. Some test
results, showing the potential of the approach, are presented in the form of failure envelope curves for proportional monotonic
out-of-plane loadings. Moreover, some aspects of the influence of low temperature on the mechanical behaviour of hybrid
bonded assemblies with composites are analysed (p. 19-36; fig. 17).
L.R.Vyshniakov, V.P.Moroz, I. M.Romashko, K.L.Vyshniakova, O.P.Yaremenko
DESIGN OF ALUMINIUM MATRIX COMPOSITES REINFORCED WITH CARBIDE AND OXIDE FILLERS..................... 37
Silicon carbide commercial powders or needle-like crystals of mullite are available to reinforce aluminium matrix to obtain wearresistant
metal matrix composites at industrial scale. It is possible to produce composites of enhanced strength and wear resistance
by hot extrusion of either powder mixtures or powder granules of Al-SiC.
The liquid-phase technique based on vacuum-compressing infiltration of biomorphic SiC preforms allows using wastes of
vegetable raw materials, in particular, pine wood chips, to produce Al matrix composites with improved characteristics (p. 37-45; fig. 9).
À.Å.Ushakov, Y.G.Klenin, Ò.G.Sorina, Å.I.Kornienko, À.À.Safonov
PERMEABILITY EVALUATION OF DRY FIBER PREFORMS DESIGNED FOR VACUUM INFUSION PRODUCTION OF
COMPOSITE PANELS ............................................................................................................................................................ 46
The article describes the apparatus and the Darcys law based methods of evaluation of in-plane and through-thethickness
permeability of dry glass and carbon fiber preforms designed for production of polymer composite materials
(PCM) by vacuum infusion. The values of in-plane and through-the-thickness permeability have been experimentally
determined and the correlation between these values and fiber volume content in the test specimens has been demonstrated.
Satisfactory convergence of the received values of permeability coefficient allows using them for mathematical simulation
of the infusion process during fabrication of polymer composite parts (p. 46-56; fig. 6).
N.S.Cavun, I.F.Davydova, T.V.Grebneva
AN EFFECT OF STITCHING GLASS AND CARBON REINFORCEMENTS ON RESIDUAL STRENGTH OF COMPOSITE
MATERIALS AFTER IMPACT .............................................................................................................................................. 57
Change of properties of composite materials is investigated on the basis of glass and carbon feelings with various ways of
the insertion with were exposed to shock loadings. It was demonstrated, that insertion of fabric feelings allows to reduce areas
of destruction and to increased residual durability of fibreglasses and carbon plastics under compression (p. 57-63; fig. 3).
A.S.Smolyanskii, L.Yu.Lyashko, S.G.Lakeev
SCIENTIFIC POTENTIAL AND WORK OF YOUTH FOR NANOTECHNOLOGIES IN RUSSIA .......................................... 64
A review of the modern lines of investigation the Russian young scientists and specialists in the fields of physical
chemistry and nanotechnologies, trained for totals of the scientific activities having carried out in Karpov Institute of Physical
Chemistry in the course of 2012 year, is presented (p. 64-72).
4
© ИФТТ РАН «Композиты и íàíîñòðóêòóðû». 2013
Стр.4