1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Химия высоких энергий
  4. T. 57, № 5, 2023

Химия высоких энергий, 2023, T. 57, № 5, стр. 369-377

Исследование механических свойств и структуры облученных базальтовых композитов с использованием ИК-спектрометрии

В. Д. Онискив a, В. Ю. Столбов a, *, Ю. Л. Макаревич b

a Пермский национальный исследовательский политехнический университет (ПНИПУ)
614990 Пермь, Комсомольский пр., 29, Россия

b Уральский научно-исследовательский институт композиционных материалов (УНИИКМ)
614014 Пермь, Новозвягинская, 57, Россия

* E-mail: valeriy.stolbov@gmail.com

Поступила в редакцию 30.04.2023
После доработки 19.05.2023
Принята к публикации 19.05.2023

Аннотация

Работа связана с изучением относительно нового перспективного композитного материала на основе базальтовых волокон. В работе была предпринята попытка более глубокого исследования структурных изменений, которые происходят при облучении образцов базальтового композита потоками гамма-квантов, которые, в свою очередь, влияют на механические свойства. Изменения, произошедшие при радиационной модификации, были оценены с помощью механических испытаний и исследований с помощью инфракрасной спектрометрии. Обоснованно предполагается влияние структуры материала на упругие свойства облученного базальтового композита. Обнаружено, что модификация материала гамма-облучением приводит к повышению упругих свойств базальтового композита. В то же время величина деформации разрушения уменьшается. Анализ ИК-спектра в высокочастотной области показал, что радиационное воздействие приводит к продолжающимся реакциям полимеризации и межмолекулярному сшиванию. Однако когда доза излучения достигает 15 Мрад, происходит уменьшение числа связей в низкочастотной области спектра, что, по мнению авторов, соответствует разрушению алюминиево-кремниево-кислородного и органосиликатного каркасов.

Ключевые слова: базальтовый композит, радиационная модификация, механические испытания, ИК-спектрометрия, молекулярная структура, упругие свойства

Список литературы

  1. Оснос М.С., Оснос С.П. Базальтовые непрерывные волокна – основа для создания нового промышленного производства и широкого применения армирующих и композиционных материалов // Составной мир. 2019. № 1. С. 58–65.

  2. Оснос С.П., Рожков А.И., Федотов А.А. Базальтовые непрерывные волокна: характеристики и преимущества. Сырье, технологии и оборудование. Создание фабрик и материалы // Составной мир. 2022. № 2. С.18–27.

  3. Dhand V., Mittal G., Rhee K.Y., Park S.J., Hui D. A short review on basalt fiber reinforced polymer composites // Compos Part B Eng. 2015. № 73. P. 166–180.

  4. Szabo P.J., Reti T., Czigany T. Investigation of Bazalt Fiber Reinforced Polyamide Composites // Materials science Forum. 2008. V. 589. P. 7–12.

  5. Dorigato A., Pegoretti A. Fatigue resistance of basalt fibers-reinforced laminates // J. Compos Mater. 2012. V. 46. № 15. P. 1773–1785.

  6. Liu H., Yu Y., Liu Y., Zhang M., Li L., Ma L., Sun Y., Wang W. A review on basalt fiber composites and their applications in clean energy sector and power grids // Polymers. 2022. V. 14. P. 2376.

  7. Liu Y., Zhang M., Liu H., Tian L., Liu J., Fu C., Fu X. Properties of basalt fiber core rods and their application in composite cross arms of a power distribution network // Polymers. 2022. V. 14. P. 2443.

  8. Yan L., Chu F., Tuo W., Zhao X., Wang Y., Zhang P., Gao Y. Review of research on basalt fibers and basalt fiber-reinforced composites in China (I): Physicochemical and mechanical properties // Polymers and Polymer Composites. 2021. V. 29. № 9. P. 1612–1624.

  9. Fitzgerald A., Pround W., Kandemir A., Murphy R.J., Jesson D.A., Trask R.S., Hamerton I., Longana M.L. A life cycle engineering perspective on biocomposites as a solution for a sustainable recovery // Sustainability. 2021. V. 13. № 3. P. 1160.

  10. Чувашов Ю., Ященко О., Дидука И., Гулик В. Исследование состояния поверхности волокон из базальтоподобных пород для расширенного промышленного применения // Журнал о натуральных волокнах. 2020. Т. 19. № 8.

  11. Baptista R., Marat-Mendes R., Fortes C., Gil R., Queiroga B. Comparation of mechanical behavior of basalt and carbon fiber reinforced composites applied to a prosthesis device // 6th Congresso Nacional De Biomecanica. Monte Real, Leiria, Portugal, 6–7 de fevereiro. 2015. P. 1–6.

  12. Karavaeva E.M., Rogozhnikov G.I., Nyashin Y.I., Nikitin V.N. Biomechanical modelling of application of splinting fiber on the basis of basalt in the treatment of patients with parodontal diseases // Russian Journal of Biomechanics. 2015. V. 19. № 1. P. 106–115.

  13. Охлопкова А.А., Васильев С.В., Гоголева О.В. Исследование влияния базальтового волокна на физико-механические и триботехнические характеристики композитов на основе политетрафторэтилена // Арктика. 21 век. Технические науки. 2014. Т. 1. № 2. С. 11–19.

  14. Старовойтова И.А., Зыкова Е.С., Сулейманов А.М. и др. Исследование физико-механических характеристик наномодифицированного базальтового ровинга и композитного материала на его основе // Известия КГУАЭ. 2016. № 3. С. 217–222.

  15. Ефанова В.В. ИК-спектроскопическое исследование взаимодействия полимерной матрицы с поверхностью активированной базальтовой окалины // Украинский химический журнал. 2000. Т. 66. № 3. С. 59–62.

  16. Арзамасцев С.В., Артеменко С.Е., Павлов В.В. Структура и свойства базальтопластика на основе полиамида-6 // Пластмассы. 2011. № 5. С. 60–64.

  17. Shcherbakov A., Mostovoy A., Bekeslev A., Burmistrov I., Arzamastsev S., Lopukhova M. Effect of microwave irradiation at different stages of manufacturing usaturated polyester nanocomposite // Polymers. 2022. V. 14. № 21. P. 4594.

  18. Bekeslev A., Mostovoy A., Tastanova L., Kadykova Y., Kalganova S., Lopukhova M. Reinforcement of Epoxy Composites with Application of Finely-ground Ochre and Electrophysical Method of the Composition Modification // Polymers. 2020. V. 12. № 7. P. 1437.

  19. El-Hadi Z.A. Gamma Ray Interaction with Some High-Lead Glasses Containing Chromium Ions // J. of Solid State Chemistry. 2002. V. 163. № 2. P. 351–363.

  20. Артеменко С.Е., Кадыков Ю.А. Модификация базальтопластиков гибридизацией базальтовых нитей с неорганическим наполнителем // Пластмассы. 2009. № 1. С. 11–13.

  21. Кудинов В.В., Корнеева Н.В., Крылов И.К. и др. Гибридные полимерные композиционные материалы // Физика и химия обработки материалов. 2008. № 2. С. 32–37.

  22. Makarevich Yu.L., Oniskiv V.D., Stolbov V.Yu. Effect of modification on strength properties functional composites // Lecture Notes in Networks and Systems. 2022. V. 315. P. 464–470.

  23. Makarevich Yu.L., Oniskiv V.D., Stolbov V.Yu. and Gitman I. Effect of Gamma Irradiation on Strength Properties of Basalt Composites // Mechanics of Composite Materials. 2022. V. 58. № 1. P. 43–55.

  24. Скрозников С.В., Зеленцова Н.С., Лямкина Д.Э. и др. Особенности структурных и механических свойств радиационно-сшитого полиэтилена для изоляции кабелей // Достижения в области химии и химической технологии. 2010. Т. 24. № 3. С. 77–81.

  25. Al-Harthi M.A. Influence of applying microwave radiation on the LDPE/MWCNTs nanocomposite // Polymer Composites. 2014. V. 35. № 10. P. 2036–2042.

  26. Mussaeva M.A., Ibragimova E.M. Electron microscopy and elemental composition of the near-surface layer of electron-irradiated LiF crystals // Tech. Phys. Lett. 2019. V. 45. № 2. P. 155–158.

  27. Ibragimova E.M., Salakhitdinov A.N., Salakhitdinova M.K., Yusupov A.A. Effect of Gamma Radiation on Absorption of Light in Potassium-Aluminoborate Glasses with Additions of Iron Oxide // Journal of Applied Spectroscopy. 2018. V. 85. № 2. P. 255–260.

  28. Singha K. A short review on basalt fiber // Int J Text Sci. 2012. V. 1. № 4. P. 19–28.

  29. Mayo D.W., Miller F.A., Hannah R.W. Course notes on the interpretation of infrared and raman spectra. New Jersey: John Wiley & Sons. 2003.

  30. Накамото К. ИК- и рамановские спектры неорганических и координационных соединений. М: Мир, 1991.

  31. Аскадский А.А., Матвеев Ю.И. Химическая структура и физические свойства полимеров. М.: Химия. 1983.

  32. Нуруллаев Э.М., Онискив В.Д. Механические характеристики композиционного материала на основе гамма-облученных низкомолекулярных каучуков // Химия высоких энергий. 2021. Т. 55. № 2. С. 150–154.

  33. Нуруллаев Э.М., Онискив В.Д., Астафьева С.А., Лебедева Е.А. Влияние гамма-излучения на механические и структурные характеристики АБС-пластика на основе высокомолекулярного технического полимера акрилонитрилбутадиенстирола // Химия высоких энергий. 2022. Т. 56. № 6. С. 439–444.

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Химия высоких энергий

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал