resarПриродные ресурсы Арктики и СубарктикиArctic and Subarctic Natural Resources2618-97122686-9683Академия наук Республики Саха (Якутия)10.31242/2618-9712-2025-30-4-673-682resar-1093Research ArticleМатериаловедение и химические технологииMaterials science and chemical technologiesВлияние поверхностной обработки армирующих тканей на физико-механические свойства эластомерных композитовEffect of reinforcement surface treatment on the physico-mechanical properties of elastomeric compositeshttps://orcid.org/0000-0001-6853-6758МарковА. Е.MarkovA. E.

Марков Айтал Еремеевич, младший научный сотрудник

ResearcherID: ACF8819-2022

г. Якутск

Markov, Aital Eremeevich, Junior Researcher

ResearcherID: ACF-8819-2022

Yakutsk

aital.markov@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0002-6959-368XДьяконовА. А.DyakonovA. A.

Дьяконов Афанасий Алексеевич, кандидат технических наук, старший научный сотрудник

 ResearcherID: E-5710-2014

г. Якутск

Dyakonov,  Afanasy Alekseevich, Cand. Sci. (Eng.), Senior Researcher

ResearcherID: E-5710-2014

Yakutsk

afonya71185@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-6819-1937ТуисовА. Г.TuisovA. G.

Туисов Алексей Геннадьевич, кандидат технических наук, старший научный сотрудник

ResearcherID: ABA-4930-2020

г. Якутск

Tuisov, Aleksei Gennadevich, Cand. Sci. (Eng.), Senior Researcher

ResearcherID: ABA-4930-2020

Yakutsk

tuisovag@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0003-0691-7066ОхлопковаА. А.OkhlopkovaA. A.

Охлопкова  Айталина Алексеевна, доктор технических наук, профессор, главный научный сотрудник

ResearcherID: A-6594-2014

г. Якутск

Okhlopkova, Aitalina Alekseevna, Dr. Sci. (Eng.), Professor, Chief Researcher

ResearcherID: A-6594-2014

Yakutsk

okhlopkova@yandex.ruФедеральный исследовательский центр «Якутский научный центр СО РАН»РоссияFederal Research Centre “The Yakut Scientific Centre of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences”Russian FederationФедеральный исследовательский центр «Якутский научный центр СО РАН»; Северо-Восточный федеральный университет имени М.К. АммосоваРоссияFederal Research Centre “The Yakut Scientific Centre of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences”; Ammosov North-Eastern Federal UniversityRussian FederationСеверо-Восточный федеральный университет имени М.К. АммосоваРоссияAmmosov North-Eastern Federal UniversityRussian Federation202513012026304672682Copyright © Марков А.Е., Дьяконов А.А., Туисов А.Г., Охлопкова А.А., 20262026Марков А.Е., Дьяконов А.А., Туисов А.Г., Охлопкова А.А.Markov A.E., Dyakonov A.A., Tuisov A.G., Okhlopkova A.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://resar.elpub.ru/jour/article/view/1093

При создании композиционных материалов одной из проблем является слабое адгезионное взаимодействие между матрицей и наполнителем, что резко снижает надежность и долговечность изделия. Для ее решения при меняют химическую и физическую модификацию поверхности наполнителя, чтобы создать прочную связь на границе раздела фаз. В работе рассматривается взаимодействие модифицированных высокомодульных волокон и эластомерной матрицы. Исследовано влияние поверхностной обработки базальтовых (БТ) и углеродных (УТ) тканей на свойства эластомерных композитов на основе бутадиенового каучука. Изучалось два метода поверх ностной обработки: раствором резиновой смеси в толуоле (РС) и адгезивом Хемосил 411. Микроструктурный анализ выявил, что необработанные образцы расслаиваются на границе контакта БТ с УТ из-за плохой адгезии между тканями, тогда как обработанные образцы характеризуются высокой адгезией между армирующими во локнами. Зарегистрировано формирование плотного контакта БТ и УТ с эластомерной матрицей за счет диффу зии макромолекул каучука, происходящей в процессе вулканизации. Упругопрочностные испытания свидетель ствуют о том, что комбинированное армирование БТ совместно с УТ повышает прочность композитов в 4,9 раза по сравнению с исходным эластомером в связи с распределением нагрузки на волокна. Нанесение на поверхность армирующих тканей РС обеспечивает наибольшую прочность, а обработка Хемосилом – высокую устойчивость в среде гидравлического масла. Адгезионные испытания подтвердили, что Хемосил сохраняет прочность сцепле ния между БТ и УТ после воздействия углеводородной среды благодаря защитному барьерному эффекту каркаса из адгезива. При длительном термическом воздействии происходит снижение адгезионной прочности всех образ цов вследствие деструкции полимерной матрицы и клеевого слоя, а также увеличивается их твердость за счет образования дополнительных связей между макромолекулами каучука из-за довулканизации. Полученные ре зультаты доказывают, что предварительная обработка базальтовых и углеродных волокон адгезивами эффективна при создании композитов на основе эластомерной матрицы и высокомодульных волокон.

A fundamental challenge in composite materials engineering is insufficient adhesive bonding between the matrix and the filler, which significantly reduces product reliability and durability. To address this problem, chemical and physical surface modification of the filler is employed so that a strong bond can be created at the phase interface. This study examines the interaction between modified high-modulus fibers and an elastomeric matrix, specifically investigating the influence of surface treatment for basalt (BF) and carbon (CF) fabrics on the properties of elastomeric composites based on butadiene rubber. Two surface treatment methods were studied: a rubber compound solution in toluene (RCS) and Chemosil 411 adhesive. Microstructural analysis revealed that untreated samples delaminate at the BF/CF interface due to poor adhesion between the fabrics, whereas treated samples exhibit strong adhesion between the rein forcing fibers. Furthermore, the formation of a dense contact between the fibers and the elastomeric matrix was registered, which is attributed to the diffusion of rubber macromolecules during vulcanization. Mechanical testing demon strates that combined reinforcement with BF and CF increases composite strength by 4.9 times compared to the original elastomer, as this is related to effective load distribution across the fibers. While applying RCS to the fabric surface provides the highest strength, treatment with Chemosil ensures high stability in a hydraulic oil environment. Adhesion tests confirmed that Chemosil maintains the bond strength between BF and CF after hydrocarbon exposure because the adhesive layer acts as a protective barrier. However, under prolonged thermal exposure, all samples show reduced adhesive strength due to the degradation of both the polymer matrix and the adhesive layer; additionally, their hardness increases since additional cross-linking between rubber macromolecules occurs via post-vulcanization. In conclusion, the results prove that pre-treating basalt and carbon fibers with adhesives is effective for creating composites based on an elastomeric matrix and high-modulus fibers.

базальтовая тканьуглеродная тканьэластомерадгезиярастворенная резиновая смесьХемосилbasalt fabriccarbon fabricelastomeradhesiondissolved rubber compoundChemosilThis study was supported by the Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation (theme No. FWRS-2025-0027 and FSRG-2023-0026).This study was supported by the Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation (theme No. FWRS-2025-0027 and FSRG-2023-0026).ReferencesСеркова Е.А., Хмельницкий В.В., Застрогина О.Б. По лимерные материалы для антифрикционных покрытий (об зор). Труды ВИАМ. 2021;99(5):56–63. https://doi.org/10.18577/2307-6046-2021-0-5-56-63Serkova E.A., Hmelnitskiy V.V., Zastrogina O.B. Polymer materials for antifriction coatings (overview). Trudi VIAM. 2021;99(5):56–63. (In Russ.) https://doi.org/10.18577/23076046-2021-0-5-56-63Лебедева О.В., Сипкина Е.И. Полимерные компози ты и их свойства. Известия вузов.Прикладная химия и био технология. 2022;12(2):192–207. https://doi.org/10.21285/2227-2925-2022-12-2-192-207Lebedeva O.B., Sipkina E.I. Polymer composites and their properties. Proceedings of Universities. Applied Chemistry and Biotechnology. 2022;12(2):192–207. (In Russ.) https://doi.org/10.21285/2227-2925-2022-12-2-192-207Tang S., Li Z., Sun W., et al. Natural rubber/styrene butadiene rubber blend composites potentially applied in damping bearings. Polymers (Basel). 2024;16(13):1945. https://doi.org/10.3390/polym16131945Tang S., Li Z., Sun W., et al. Natural rubber/styrene butadiene rubber blend composites potentially applied in damping bearings. Polymers (Basel). 2024;16(13):1945. https://doi.org/10.3390/polym16131945Ismail A., Zubaydi A., Piscesa B., et al. A novel fiber glass-reinforced polyurethane elastomer as the core sandwich material of the ship–plate system. Journal of the Mechanical Behavior of Materials. 2023;32(1):20220288. https://doi.org/10.1515/jmbm-2022-0288Ismail A., Zubaydi A., Piscesa B., et al. A novel fiber glass-reinforced polyurethane elastomer as the core sandwich material of the ship–plate system. Journal of the Mechanical Behavior of Materials. 2023;32(1):20220288. https://doi.org/10.1515/jmbm-2022-0288Anidha S., Mozhuguan Sekar S., Natarajan E., et al. Pre liminary Investigations and Support for the Mechanical and Dynamic Characteristics of a Natural Rubber Reinforcement in E-Glass/ CNT/Epoxy Composite. Journal of the Mechanical Behavior of Materials. 2024;8:140. https://doi.org/10.3390/jcs8040140Anidha S., Mozhuguan Sekar S., Natarajan E., et al. Pre liminary Investigations and Support for the Mechanical and Dynamic Characteristics of a Natural Rubber Reinforcement in E-Glass/ CNT/Epoxy Composite. Journal of the Mechanical Behavior of Materials. 2024;8:140. https://doi.org/10.3390/jcs8040140Кычкин А.К., Кычкин А.А., Стручков Н.Ф. Исследо вание сохранения физико-механических свойств стекло углепластиков при провокационном биозаражении в усло виях холодного климата. Природные ресурсы Арктики и Субарктики. 2025;30(1):148–161. https://doi.org/10.31242/2618-9712-2025-30-1-148-161Kychkin A.K., Kychkin A.A., Struchkov N.F. The preser vation of physical and mechanical properties of glass-carbon composites under provocative biocontamination in cold cli mate conditions. Arctic and Subarctic Natural Resources. 2025;30(1):148–161. (In Russ.) https://doi.org/10.31242/2618/9712-2025-30-1-148-161Кычкин А.К., Гаврильева А.А., Васильева Е.Д. и др. Исследование стекло- и базальтотекстолитов по кинетике сорбции и десорбции влаги после экспонирования в ус ловиях холодного климата. Вестник машиностроения. 2024;103(4):336–342. https://doi.org/10.36652/0042-46332024-103-4-336-342Kychkin A.K., Gavrilieva A.A., Vasileva E.D., et al. Re search of fiberglass and basalt textile laminates on the kinetics of sorption and desorption of moisture after exposure to cold climate conditions. Vestnik mashinostroeniya. 2024;103(4):336 342. (In Russ.) https://doi.org/10.36652/0042-4633-2024-103 4-336-342Морозов С.В. Влияние физической модификации эпоксидного связующего на физико-механические свойст ва стеклопластика. Ползуновский вестник. 2021;(4):157–162. https://doi.org/10.25712/ASTU.20728921.2021.03.024Morozov S.V. Effect of physical modification of epoxy binder on the physical and mechanical properties of fiberglass. Polzunovskiy Vestnik. 2021;(4):157–162. (In Russ.) https://doi.org/10.25712/ASTU.20728921.2021.03.024Кузько А.В., Кузько А.Е., Кузьменко А.П. и др. Состав и физико-механические свойства термореактивных стекло пластиков. Известия Юго-Западного государственного уни верситета. Серия: Техника и технологии. 2022;12(3):105 117. https://doi.org/10.21869/2223-1528-2022-12-3-105-117Kuzko A.V., Kuzko A.E., Kuzmenko A.P., et al. Composition and physico-mechanical properties of thermosetting fiberglass. Izvestiya Yugo-Zapadnogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya: Technika i technologii. Proceedings of the Southwest State University. Series: Engineering and Technologies. 2022;12(3): 105–117. (In Russ.) https://doi.org/10.21869/2223-1528-202212-3-105-117Селезнев В.А., Какуша В.А., Горбунов И.А. и др. Физико-механические характеристики стеклокомпозитной арматуры. Вестник Поволжского государственного техно логического университета. Серия: Материалы. Конструк ции. Технологии. 2022;21(1):15–26. https://doi.org/10.25686/2542-114X.2022.1.15Seleznev V.A., Kakusha V.A., Gorbunov I.A., et al. Mechanical properties of fiber-glass composite reinforced polymer bars. Vestnik of Volga State University of Technology: Series “Materials. Constructions. Technologies”. (In Russ.) 2022;21(1): 15–26. https://doi.org/10.25686/2542-114X.2022.1.15Dalinkevich A.A., Gumargalieva K.Z., Marakhovs kii S.S., et al. Temperature–humidity corrosion behavior of basalt epoxy plastics. Protection of Metals and Physical Chemistry of Surfaces. 2015;51:1176–1184. (In Russ.) https://doi.org/10.1134/S2070205115070060Dalinkevich A.A., Gumargalieva K.Z., Marakhovs kii S.S., et al. Temperature–humidity corrosion behavior of ba salt epoxy plastics. Protection of Metals and Physical Chemistry of Surfaces. 2015;51:1176–1184. (In Russ.) https://doi.org/10.1134/S2070205115070060Yang S., Cheng Y., Xiao X., et al. Development and ap plication of carbon fiber in batteries. Chemical Engineering Journal. 2020;384:123294. https://doi.org/10.1016/j.cej.2019.123294Yang S., Cheng Y., Xiao X., et al. Development and ap plication of carbon fiber in batteries. Chemical Engineering Journal. 2020;384:123294. https://doi.org/10.1016/j.cej.2019. 123294Сидорина А.И. Модификация поверхности углерод ных армирующих наполнителей для полимерных компози ционных материалов электрохимической обработкой (об зор). Труды ВИАМ. 2022;110(4):61–74. https://doi.org/10.18577/2307-6046-2022-0-4-61-74Sidorina A.I. Modification of the surface of carbon rein forcing fillers for polymer composite materials by electrochem ical treatment (review). Trudi VIAM. 2022;110(4):61–74. (In Russ.) https://doi.org/10.18577/2307-6046-2022-0-4-61-74Чайкун А.М., Сергеев А.В., Правада Е.С. Эласто мерно-тканевые материалы для изделий специальной тех ники (обзор). Труды ВИАМ. 2023;124(6):25–37. https://doi.org/10.18577/2307-6046-2023-0-6-25-37Chaikun A.M. Sereev A.V., Pravada E.S. Elastomeric-fab ric materials for products of special equipment (review). Trudi VIAM. 2023;124(6):25–37. (In Russ.) https://doi.org/10.18577/2307-6046-2023-0-6-25-37Морозов С.В., Ананьин С.В. Влияние модификации поверхности углеродных волокон на физико-механиче ские характеристики углепластиков. Ползуновский вест ник. 2022;(1):134–138. https://doi.org/10.25712/А8Т11.20728921.2022.01.018Morozov S.V. The effect of modification of the carbon fiber surface on the physical and mechanical characteristics of car bon fiber plastics. Polzunovskiy Vestnik. 2022;(1):134–138. (In Russ.) https://doi.org/10.25712/А8Т11.2072-8921.2022.01.018Zhang B., Jia L., Tian M., et al. Surface and interface modification of aramid fiber and its reinforcement for polymer composites: A review. European Polymer Journal. 2021;147: 110352. https://doi.org/10.1016/j.eurpolymj.2021.110352Zhang B., Jia L., Tian M., et al. Surface and interface modification of aramid fiber and its reinforcement for polymer composites: A review. European Polymer Journal. 2021;147: 110352. https://doi.org/10.1016/j.eurpolymj.2021.110352Марков А.Е., Копырин М.М., Дьяконов А.А. и др. Поверхностная обработка армирующих наполнителей сме сью фенилметана и полибутадиена для повышения адгезии с эластомером. Природные ресурсы Арктики и Субарктики.Markov A.E., Kopyrin M.M., Dyakonov A.A., et al. Sur face treatment of reinforcing fillers with a mixture of phenyl methane and polybutadiene to increase adhesion with elastomer. Arctic and Subarctic Natural Resources. 2022;27(3):439–449. (In Russ.) https://doi.org/10.31242/2618-9712-2022-27-3-439–449;27(3):439–449. https://doi.org/0.31242/2618-9712-202227-3-439-449Kopyrin M.M., Markov A.E., Dyakonov A.A., et al. Com parison of methods for improving adhesion between butadiene elastomer and basalt fabric. Polzunovskiy Vestnik. 2022;2(4): 109–117. (In Russ.) https://doi.org/10.25712/ASTU.2072-8921.2022.4.2.014Копырин М.М., Марков А.Е., Дьяконов А.А. и др. Сравнение способов повышения адгезии между бутадиено вым эластомером и базальтовой тканью. Ползуновский вест ник. 2022;2(4):109–117. https://doi.org/10.25712/ASTU.20728921.2022.4.2.014Manzhosova E.N., Lukina N.F., Isaev A.Y. Adhesives for gluing rubbers to metals during the vulcanization process: A review. Polymer Science, Series D. 2024;17:322–328. (In Russ.) https://doi.org/10.1134/S1995421224700539Manzhosova E.N., Lukina N.F., Isaev A.Y. Adhesives for gluing rubbers to metals during the vulcanization process: A review. Polymer Science, Series D. 2024;17:322–328. (In Russ.) https://doi.org/10.1134/S1995421224700539Tretiakova N.A., Puchkov A.F., Ilyicheva T.M. Chemical modification of rubbers with adhesion promoters synthesized in ε-caprolactam melts. In: Rubber Industry. Raw Materials. Materials. Technologies: Proceedings of the 26th Scientific and Practical Conference, Moscow, May 24–28, 2021. Moscow: Scientific Research Center “Research Institute of the Tire Industry”; 2021, pp. 117–120. (In Russ.)Третьякова Н.А., Пучков А.Ф., Ильичева Т.М. Хи мическая модификация резин промоторами адгезии, полу ченными в расплавах е-капролактама. В кн.: Резиновая про мышленность. Сырье. Материалы. Технологии: Доклады XXVI научно-практической конференции, г. Москва, 24 28 мая 2021 г. М.: ООО «Научно-исследовательский центр “Научно-исследовательский институт шинной промышлен ности”»; 2021. С. 117–120.Muhin V.V., Petrova N.N., Kapitonova E.A., et al. Development of aircraft synthetic oil resistant rubbers based on mixture of nitrile and diene rubbers. Vestnik of North-Eastern Federal University. 2016;56(6):41–50. (In Russ.)Мухин В.В., Петрова Н.Н., Капитонов Е.А. и др. Разработка стойких к авиационным синтетическим маслам резин на основе смесей нитрильных и диеновых каучуков. Вестник Северо-Восточного федерального университета им. М.К. Аммосова. 2016;56(6):41–50.Ushmarin N.F., Egorov E.N., Kol’tsov N.I. Influence of mi crospheres on properties of aggressiveresistant rubbers. Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol. [ChemChemTech]. 2021;64(2):49–55. (In Russ.) https://doi.org/10.6060/ivkkt. 20216402.6165Ушмарин Н.Ф., Егоров Е.Н., Кольцов Н.И. Влияние микросфер на свойства агрессивостойких резин. Известия высших учебных заведений. Химия и химическая технология. 2021;64(2):49–55. https://doi.org/10.6060/ivkkt.20216402.6165Uss E.P., Shashok J.S., Kasperovich A.V., Krotova O.A. The influence of polymer nature on properties of elastomer compositions modified by oligomeric environments. Proceed ings of BSTU: Series 2. Chemical Engineering, Biotechnolo gies, Geoecology. 2018;205(1):53–60. (In Russ.)Усс Е.П., Шашок Ж.С., Касперович А.В., Кротова О.А. Влияние природы полимера на свойства эластомер ных композиций, модифицированных в олигомерных средах. Труды БГТУ. Серия 2: Химические технологии, биотехно логия, геоэкология. 2018;205(1):53–60.Illarionova M.S., Ushmarin N.F., Kapitonova M.S., Koltsov N.I. The influence of antioxidants on the properties of rubber based butadiene-nitrile caoutchouc. Butlerov Communications. 2017;51(7):126–131. (In Russ.)Илларионова М.С., Ушмарин Н.Ф., Капитонова М.С., Кольцов Н.И. Влияние антиоксидантов на свойства резины на основе бутадиен-нитрильных каучуков. Бутлеровские сообщения. 2017;51(7):126–131.Babievskaya I.Z., Drobot N.F., Fomichev S.V., Krenev V.A. Calculation of the mineral composition of basaltic rocks. Inor ganic Materials. 2009;45(8):916–918. (In Russ.)Бабиевская И.З., Дробот Н.Ф., Фомичeв С.В., Кре нев В.А.. Расчет минерального состава базальтовых пород. Неорганические материалы. 2009;45(8):987–989.Abramov O.N., Sidorov D.V., Apuhtina T.L., et al. Production of pitch carbon fiber based on petroleum raw materials. Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol. [ChemChemTech]. 2015;58(5):86–89. (In Russ.)Абрамов О.Н., Сидоров Д.В., Апухтина Т.Л. и др. Получение пекового углеродного волокна на основе нефтяного сырья. Известия высших учебных заведений. Химия и химическая технология. 2015;58(5):86–89.Kapitonov E.A., Petrova N.N., Mukhin V.V., et al. En hanced physical and mechanical properties of nitrile-butadiene rubber composites with n-cetylpyridinium bromide-carbon black. Molecules. 2021;26(4):805. https://doi.org/10.3390/molecules26040805Kapitonov E.A., Petrova N.N., Mukhin V.V., et al. Enhanced physical and mechanical properties of nitrile-butadi ene rubber composites with n-cetylpyridinium bromide-carbon black. Molecules. 2021;26(4):805. https://doi.org/10.3390/molecules26040805Ivanova S.F., Petrova N.N. Prospects for modifications of butadiene acrylonitrile rubbers with collagen hydrolysate from northern fish species. Kauchuk i Rezina. 2019;78(5):302–307. (In Russ.)Иванова С.Ф., Петрова Н.Н. Перспективы моди фикации бутадиен-нитрильных каучуков гидролизатом коллагена из северных видов рыб. Каучук и резина. 2019;78(5):302–307.hИванова С.Ф., Петрова Н.Н. Перспективы моди фикации бутадиен-нитрильных каучуков гидролизатом коллагена из северных видов рыб. Каучук и резина. 2019;78(5):302–307.h

The authors declare that there are no conflicts of interest present.