Гаришин О.К., Шадрин В.В., Морозов И.А. Анализ вязкоупругих свойств силиконовых резин // Вестник Чувашского государственного педагогического университета им. И. Я. Яковлева. Серия: Механика предельного состояния. 2024. № 4(62). С. 40-52. DOI: https://doi.org/10.37972/chgpu.2024.62.4.003. EDN: RDPYQN.

Автор(ы)

Гаришин О.К. — Институт механики сплошных сред УрО РАНORCIDeLibrary

Шадрин В.В. — Институт механики сплошных сред УрО РАН; Пермский государственный национальный исследовательский университетORCIDeLibrary

Морозов И.А. — Институт механики сплошных сред УрО РАН; Пермский государственный национальный исследовательский университетORCIDeLibrary

Название статьи

Анализ вязкоупругих свойств силиконовых резин

Название (англ.): Analysis of viscoelastic properties of silicone rubbers

Индекс(ы) УДК

531

DOI

10.37972/chgpu.2024.62.4.003

EDN

RDPYQN

Ключевые слова

силиконовые эластомеры; детонационные наноалмазы; малослойный графен; механические испытания; циклические конечные деформации; вязкоупругость; эффект Маллинза; остаточные деформации

Аннотация

Проведены механические испытания силиконового каучука и нанокомпозитов на его основе с использованием программы "вложенных циклических деформаций". Образец подвергался циклическому нагружению с изменяющимися скоростью и амплитудой деформирования, причем минимальные цикловые деформации на каждом последующем шаге возрастали, а максимальные уменьшались. Скорость деформирования на протяжении цикла оставалась постоянной, но уменьшалась с переходом на следующий. При достижении минимальных и максимальных цикловых деформаций захваты разрывной машины останавливались на фиксированный промежуток времени для снятия соответствующих релаксационных зависимостей. По результатам испытаний строились деформационная и временная (релаксационная) кривые нагружения, а на их основе рассчитывались соответствующие равновесные зависимости. С их помощью были исследованы вязкоупругие свойства эластомерных нанокомпозитов в зависимости от типа наполнителя (при одинаковой массовой концентрации) и скорости деформирования. В качестве наполнителя использовались детонационные наноалмазы и малослойный графен. Установлено, что для этих материалов диссипативные цикловые потери при нагрузке всегда больше чем при разгрузке и это соотношение слабо зависит от скорости деформирования. Проведена количественная оценка размягчения Маллинза и определена доля диссипативных потерь, приходящаяся на этот эффект. С помощью равновесных кривых также определены количественные значения остаточных деформаций.

Даты

Поступила: 28.09.2024; Принята: 06.12.2024; Опубликована: 27.12.2024

Страницы

40-52

Полная версия статьи

Скачать PDF

QR-код EDN

1. Алифанов Е. В., Чайкун А. М., Наумов И. С., Елисеев О. А. Эластомерные материалы повышенной теплостойкости // Труды ВИАМ. 2017. Т. 50, № 2. С. 41-47.  DOI: 10.18577/2307-6046-2017-0-2-6-6 EDN: XVLMST
2. Kumar V., Md. Najib Alam M. N, Park S. S. Review of Recent Progress on Silicone Rubber Composites for Multifunctional Sensor Systems // Polymers. 2024. V. 16, 1841. P. 1-27.  DOI: 10.3390/polym16131841 EDN: HQMQHI
3. Garishin O. K., Shadrin V. V., Svistkov A. L., Sokolov A. K., Stockelhuber W. K. Visco-elastic-plastic properties of natural rubber filled with carbon black and layered clay nanoparticles Experiment and simulation // Polymer Testing. 2017. V. 63. P. 133-140.  DOI: 10.1016/j.polymertesting.2017.08.002 EDN: XNPPVV
4. Mullins L. J. Softening of rubber by deformation // Rub. Chem. Techn. 1969. V. 42(1). P. 165-185.  DOI: 10.5254/1.3539210
5. Zhan L., Qu S., Xiao R. A review on the Mullins effect in tough elastomers and gels // Acta Mechanica Solida Sinica. 2024. V. 37. P. 181-214.  DOI: 10.1007/s10338-023-00460-6 EDN: TXNTQC
6. Bueche F. Mullins effect and rubber-filler interaction // Journal of Applied Polymer Science. 1961. V. 5(15). P. 271-281.  DOI: 10.1002/app.1961.070051504
7. Ayoub G., Zairi F., Nait-Abdelaziz M., Gloaguen J. M. Modelling large deformation behaviour under loading-unloading of semicrystalline polymers: application to a high density polyethylene // Int. J. Plasticity. 2010. V. 6. P. 329-347.  DOI: 10.1016/j.ijplas.2009.07.005
8. Drozdov A.D., Klitkou R., Christiansen J.C. Cyclic viscoplasticity of semicrystalline polymers with finite deformations // Mechanics of Materials. 2013. V. 56. P. 53-64.  DOI: 10.1016/j.mechmat.2012.09.005 EDN: RIKOLJ
9. Rickaby S. R., Scott N. H. A cyclic stress softening model for the Mullins effect // International Journal of Solids and Structures. 2013. V. 50. P. 111-120.  DOI: 10.1016/j.ijnonlinmec.2012.10.005
10. Diani J., Fayolle B., Gilormini P. A review on the Mullins effect // Eur. Polym. 2009. V. 45. P. 601-612.  DOI: 10.1016/j.eurpolymj.2008.11.017 EDN: KPBXQT
11. Netzker C., Husnu D., Kaliske M. An endochronic plasticity formulation for filled rubber // International Journal of Solids and Structures. 2010. V. 47. P. 2371-2379.  DOI: 10.1016/j.ijsolstr.2010.04.026
12. Свистков А. Л., Шадрин В. В. Способ одноосного циклического испытания материала / Патент № 2549841, зарегистрирован в ГРИРФ 2015.04.02. EDN: QQALQB
13. Poikelispaa M., Shakun A., Sarlin E. Nanodiamond-carbon black hybrid filler system for demanding applications of natural rubber-butadiene rubber composite // Applied Sciences. 2021. V. 11, 10085 (1-11).  DOI: 10.3390/app112110085 EDN: UHMIXL
14. Kumar V., Parvin N., Manikkavel A., Lee D-Y., Mandal T.K., Joo S.W., Park S.-S. Improved interfacial mechanical strength and synergy in properties of nano-carbon black reinforced rubber composites containing functionalized graphite nanoplatelets // Surfaces and Interfaces. 2023. V. 3, 102941 (1-12).  DOI: 10.1016/j.surfin.2023.102941 EDN: LCVHSH
15. Kuschnerus I. C., Wen H., Zeng X., Khine Y. Y., Ruan J., Su C-J, Jeng U.-S., Hugues A., Girard H. A., Arnault J.-C., Osawa E, Shenderova O., Mochalin V. N., Liu M., Nishikawa M., Chang S. L. Y. Fabrication process independent and robust aggregation of detonation nanodiamonds in aqueous media // Diamond & Related Materials. 2023. V. 139, 110199 (1-10).  DOI: 10.1016/j.diamond.2023.110199 EDN: SCZBSS
16. Vozniakovskii A. A., Smirnova E. A. Apraksin R. V., Kidalov S. V., Voznyakovskii A. P. Use of few-layer graphene synthesized under conditions of self-propagating high-temperature synthesis for supercapacitors applications // Nanomaterials. 2023. V. 13, 2368 (1-15).  DOI: 10.3390/nano13162368 EDN: VMKPXL
17. Mensah B., Gupta K. C., Kim H., Wang W., Jeong K.-U., Nah C. Graphene-reinforced elastomeric nanocomposites: A review // Polymer Testing. 2018. V. 68 P. 160-184.  DOI: 10.1016/j.polymertesting.2018.04.009 EDN: YGMTFB
18. Worku A. K., Ayele D. W. Recent advances of graphene-based materials for emerging technologies // Results in Chemistry. 2023. V. 5, 100971 (1-14).  DOI: 10.1016/j.rechem.2023.100971 EDN: BTNGOF
19. Urade A. R., Lahiri I., Uresh K. S. Graphene Properties, Synthesis and Applications: A Review // Journal of the Minerals, Metals and Materials Society. 2023. V. 75(3). P. 614-630.  DOI: 10.1007/s11837-022-05505-8 EDN: AICMJO
20. Fazekas B., Goda T. J. Constitutive modeling of rubbers: Mullins effect, residual strain, timetemperature dependence // International Journal of Mechanical Sciences. 2021. V. 210. P. 106735 (1-17).  DOI: 10.1016/j.ijmecsci.2021.106735 EDN: AAVXTM

1. Alifanov E.V., Chaikun A.M., Naumov I.S., Eliseev O.A. Elastomeric materials with enhanced heat resistance. Trudy VIAM, 2017, vol. 50, no. 2, pp. 41–47. DOI: 10.18577/2307-6046-2017-0-2-6-6. EDN: XVLMST. (In Russian).
2. Kumar V., Md. Najib Alam M.N., Park S.S. Review of recent progress on silicone rubber composites for multifunctional sensor systems. Polymers, 2024, vol. 16, article 1841, pp. 1–27. DOI: 10.3390/polym16131841. EDN: HQMQHI.
3. Garishin O.K., Shadrin V.V., Svistkov A.L., Sokolov A.K., Stöckelhuber W.K. Visco-elastic-plastic properties of natural rubber filled with carbon black and layered clay nanoparticles: Experiment and simulation. Polymer Testing, 2017, vol. 63, pp. 133–140. DOI: 10.1016/j.polymertesting.2017.08.002. EDN: XNPPVV.
4. Mullins L.J. Softening of rubber by deformation. Rubber Chemistry and Technology, 1969, vol. 42, no. 1, pp. 165–185. DOI: 10.5254/1.3539210.
5. Zhan L., Qu S., Xiao R. A review on the Mullins effect in tough elastomers and gels. Acta Mechanica Solida Sinica, 2024, vol. 37, pp. 181–214. DOI: 10.1007/s10338-023-00460-6. EDN: TXNTQC.
6. Bueche F. Mullins effect and rubber-filler interaction. Journal of Applied Polymer Science, 1961, vol. 5, no. 15, pp. 271–281. DOI: 10.1002/app.1961.070051504.
7. Ayoub G., Zaïri F., Naït-Abdelaziz M., Gloaguen J.M. Modelling large deformation behaviour under loading-unloading of semicrystalline polymers: Application to a high-density polyethylene. International Journal of Plasticity, 2010, vol. 6, pp. 329–347. DOI: 10.1016/j.ijplas.2009.07.005.
8. Drozdov A.D., Klitkou R., Christiansen J.C. Cyclic viscoplasticity of semicrystalline polymers with finite deformations. Mechanics of Materials, 2013, vol. 56, pp. 53–64. DOI: 10.1016/j.mechmat.2012.09.005. EDN: RIKOLJ.
9. Rickaby S.R., Scott N.H. A cyclic stress softening model for the Mullins effect. International Journal of Solids and Structures, 2013, vol. 50, pp. 111–120. DOI: 10.1016/j.ijnonlinmec.2012.10.005.
10. Diani J., Fayolle B., Gilormini P. A review on the Mullins effect. European Polymer Journal, 2009, vol. 45, pp. 601–612. DOI: 10.1016/j.eurpolymj.2008.11.017. EDN: KPBXQT.
11. Netzker C., Hüsnü D., Kaliske M. An endochronic plasticity formulation for filled rubber. International Journal of Solids and Structures, 2010, vol. 47, pp. 2371–2379. DOI: 10.1016/j.ijsolstr.2010.04.026.
12. Svistkov A.L., Shadrin V.V. Method for uniaxial cyclic testing of a material. Patent No. 2549841, Russian Federation, registered April 2, 2015. EDN: QQALQB. (In Russian).
13. Poikelispaa M., Shakun A., Sarlin E. Nanodiamond-carbon black hybrid filler system for demanding applications of natural rubber-butadiene rubber composite. Applied Sciences, 2021, vol. 11, article 10085, pp. 1–11. DOI: 10.3390/app112110085. EDN: UHMIXL.
14. Kumar V., Parvin N., Manikkavel A., Lee D.-Y., Mandal T.K., Joo S.W., Park S.-S. Improved interfacial mechanical strength and synergy in properties of nano-carbon black reinforced rubber composites containing functionalized graphite nanoplatelets. Surfaces and Interfaces, 2023, vol. 3, article 102941, pp. 1–12. DOI: 10.1016/j.surfin.2023.102941. EDN: LCVHSH.
15. Kuschnerus I.C., Wen H., Zeng X., Khine Y.Y., Ruan J., Su C.-J., Jeng U.-S., Hugues A., Girard H.A., Arnault J.-C., Osawa E., Shenderova O., Mochalin V.N., Liu M., Nishikawa M., Chang S.L.Y. Fabrication process independent and robust aggregation of detonation nanodiamonds in aqueous media. Diamond & Related Materials, 2023, vol. 139, article 110199, pp. 1–10. DOI: 10.1016/j.diamond.2023.110199. EDN: SCZBSS.
16. Vozniakovskii A.A., Smirnova E.A., Apraksin R.V., Kidalov S.V., Voznyakovskii A.P. Use of few-layer graphene synthesized under conditions of self-propagating high-temperature synthesis for supercapacitor applications. Nanomaterials, 2023, vol. 13, article 2368, pp. 1–15. DOI: 10.3390/nano13162368. EDN: VMKPXL.
17. Mensah B., Gupta K.C., Kim H., Wang W., Jeong K.-U., Nah C. Graphene-reinforced elastomeric nanocomposites: A review. Polymer Testing, 2018, vol. 68, pp. 160–184. DOI: 10.1016/j.polymertesting.2018.04.009. EDN: YGMTFB.
18. Worku A.K., Ayele D.W. Recent advances of graphene-based materials for emerging technologies. Results in Chemistry, 2023, vol. 5, article 100971, pp. 1–14. DOI: 10.1016/j.rechem.2023.100971. EDN: BTNGOF.
19. Urade A.R., Lahiri I., Uresh K.S. Graphene properties, synthesis, and applications: A review. JOM: The Journal of the Minerals, Metals & Materials Society, 2023, vol. 75, no. 3, pp. 614–630. DOI: 10.1007/s11837-022-05505-8. EDN: AICMJO.
20. Fazekas B., Goda T.J. Constitutive modeling of rubbers: Mullins effect, residual strain, time-temperature dependence. International Journal of Mechanical Sciences, 2021, vol. 210, article 106735, pp. 1–17. DOI: 10.1016/j.ijmecsci.2021.106735. EDN: AAVXTM.

Авторские права и лицензия

© 2024 Автор(ы). Статья публикуется в открытом доступе на условиях лицензии Creative Commons «Attribution» 4.0 Всемирная (CC BY 4.0), которая разрешает использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии надлежащего указания авторства. Авторские права на статью сохраняются за авторами.