Сотрудники лаборатории механики полимерных композиционных материалов (ПКМ) ИФПМ СО РАН (Институт физики прочности и материаловедения, Сибирское отделение Российской академии наук, г. Томск) провели исследование усталостного поведения композитов на основе полиэфиримида (ПЭИ), наполненных короткими углеродными волокнами длиной 200 мкм, в условиях приложения циклических нагрузок (polyetherimide-based composites loaded with short carbon fibers 200 μm long under cyclic loads), сообщается в пресс-релизе ИФПМ СО РАН.
Содержание наполнителя составляло 10, 20 и 30 мас.%, а максимальное напряжение в цикле — 55, 65 и 75 МПа. Была разработана модифицированная модель усталости, основанная на полученных экспериментальных результатах и уравнении Баскина.
Кривые усталости в координатах «σmax – Nf» для ПКМ с содержанием = CF 10, 20 и 30 мас.%, а также аппроксимационные линии, полученные с использованием разработанной модели на основе уравнения БаскенаИзображение: MDPI
Новизна результатов связана с разработкой модели, описывающей взаимосвязь структуры и свойств, которая учитывает как максимальное напряжение в цикле, так и содержание углеродного волокна в композитах.
Кроме того, был предложен алгоритм проектирования таких композитов в соответствии с критерием длительного срока службы. Подход к определению взаимосвязей между составом, структурой и свойствами ПКМ, описанный в этом исследовании, может быть применен для дальнейшего расширения модели и повышения ее универсальности при использовании других термопластичных матриц и наполнителей.
Результаты данного исследования могут быть использованы при проектировании композитов для конструкционных применений с заданными усталостными свойствами.
Работа выполнена д.т.н. Паниным С. В., Богдановым А. А. в рамках государственного задания ИФПМ СО РАН, проект FWRW-2021-0010. Результаты исследования опубликованы в журнале Polymers (Q1 в категории JCR: Polymer Science).
Bogdanov A. A., Panin S. V. Prediction of Fatigue Life of Polyetherimide/Carbon Fiber Particulate Composites at Various Maximum Stresses and Filler Contents. Polymers 2024, 16, 749.