DEVELOPMENT OF ANISOTROPIC MATERIAL BASED ON DIRECTED CARBON FIBERS IN ELASTOMERIC MATRIX
Authors: Дьяконов А.А. , Винокуров А.А. , Туисов А.Г. , Кычкин А.К. 
Published: January 2024

В работе приводится способ создания анизотропного материала на основе бутадиен-нитрильного эластомера и высокомодульных углеродных волокон, а также физико-механические и структурные свойства. Придание регулируемых свойств материалу достигается путем ориентированной укладки углеродных волокон в эластомерной матрице, что позволяет либо деформироваться, либо сдерживать изменения линейных размеров в зависимости от направления прикладываемого усилия. Изготовление анизотропного композита производится в 3 этапа: поверхностная обработка углеродных волокон праймером и клеем хемосил для улучшения адгезионного взаимодействия с эластомером; послойная укладка материалов: резиновая смесь - углеродные волокна - резиновая смесь; вулканизация резиновой смеси. При поперечной укладки углеродных волокон условная прочность при разрыве увеличивается в 6 раз по сравнению с исходным эластомером, но снижается относительное удлинение до 18%. При продольной укладке углеродных волокон не происходит существенных изменений прочности и относительного удлинения. При испытании на расслоение эластомера от углеродных волокон разрушение проходило по эластомеру, указывая на то, что адгезионное соединение превышает когезионную прочность. При исследовании микроструктуры межфазной границы взаимодействия отмечается плотный контакт углеродных волокон с эластомерной матрицей. По результатам исследования можно сделать вывод, что ориентированная укладка углеродных волокон в эластомерную матрицу позволяет создавать материал с анизотропными свойствами.

The paper presents a method of creating an anisotropic material based on nitrile butadiene elastomer and high-modulus carbon fibers, as well as physical, mechanical and structural properties. The adjustable properties of the material are achieved by oriented placement of carbon fibers in an elastomeric matrix, allowing either deformation or restraining changes in linear dimensions depending on the direction of the applied force. Production of an anisotropic elastomeric composite is made in 3 stages: surface treatment of carbon fibers with a primer and Chemosil glue to improve the adhesive interaction with the elastomer; layer-by-layer placing of materials: rubber blend - carbon fibers - rubber blend; curing of the rubber mixture. When carbon fibers transversely placed, the tensile strength increases 6 times compared to the initial elastomer, but the elongation at break decreases by up to 18%. There is no significant change in tensile strength and elongation at break when carbon fibers are placed longitudinally. When tested for delamination of elastomeric composite, failure occured along the elastomer, indicating that the adhesive bond exceeded cohesive strength. When studying the microstructure of the interphase boundary of the interaction, the formation of a tight contact of carbon fibers with the elastomeric matrix is noted. Based on the results of the study it can concluded that the oriented placement of carbon fibers in the elastomeric matrix allows to create a material with anisotropic properties.