Климатическая деградация базальтопластиковых композиционных материалов плоской формы: предельные значения пористости и статистическое моделирование ее формирования

Армированные полимерные композиционные материалы (ПКМ), содержащие различные виды волокон, широко применяются во многих отраслях промышленности. ПКМ имеют известные преимущества перед традиционными материалами, но практика показывает, что под длительным воздействием экстремальных климатических условий происходит их старение с ухудшением упругопрочностных характеристик. Одним из основных требований при конструировании изделий из ПКМ для условий холодного климата является низкий уровень влагопоглощения, что напрямую связано с пористостью материала. В данной работе исследовано формирование пористости пристарениибазальтопластиковых материалов (БП) плоской формывэкстремальных условиях Севера, оценены предельные значения пористости. Для выявления предельных значений пористости учитывается слоистая структура БП с плоскопараллельной симметрией. Формирование пористости при климатической деградации материалов происходит, начиная с внешней наружной поверхности БП. Для описания закономерностей порообразования разработана статистическая модель формирования открытой пористости БП плоской формы. Распределение пористости слоев рассматривается как двумерная кластерная структура на квадратной решетке, далее выявляются совпадающие элементы двумерных кластеров пористости нескольких (двух, трех и более) плоских слоев БП. Результаты проведенных оценочных и статистических расчетов сравнивались с экспериментальными данными, которые были получены в результате изучения открытой пористости многослойных панелей БП. Эти панели подвергались открытому экспонированию в природно-климатических условиях г. Якутск. Разработанная статистическая модель формирования пористости многослойных базальтопластиковых
композиционных материалов может быть использована при конструировании ПКМ для эксплуатации в климатических условиях Арктики и Субарктики.

1. Старцев О.В., Аниховская Л.И., Литвинов А.А., Кро тов А.С. Повышение достоверности прогнозирования свойств полимерных композиционных материалов при термовлажностном старении. Доклады Академии наук. 2009;428(1):56–60. https://doi.org/10.1134/S0012500809090079

2. Старцев В.О., Молоков М.В., Гребенева Т.А., Тка чук А.И. Динамический механический и термомеханиче ский анализ обратимой пластификации влагой системы эпоксидная диановая смола–диаминодифенилсульфон. Вы сокомолекулярные соединения. Серия А. 2017;59(5):420–429. https://doi.org/10.7868/S2308112017050157

3. Каблов Е.Н. Конструкционные композиционные ма териалы. М.: ФГУП «ВИАМ»; 2012. 58 с.

4. Sai Krishna Golla, Prasanthi Р. Prediction of micromechanical behavior of fiber (glass/basalt) reinforced polymer composites. International Research Journal of Engineering and Technology (IRJET). 2016;3(7):1557–1563.

5. КабловЕ.Н.ИнновационныеразработкиФГУП«ВИАМ» ГНЦРФпореализации «Стратегических направлений раз вития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года». Авиационные материалы и технологии. 2015; 34(1):3–33. https://doi.org/10.18577/2071-9140-2015-0-1-3-33

6. Pochiraju K.V., Tandon G.P., Schoeppner G.A. Long term durability of polymeric matrix composites. Springer; 2012. P. 677. https://doi.org/10.1007/978-1-4419-9308-3

7. White C.C., White K.M., Pickett L.E. Service life prediction of polymers and plastics exposed to outdoor weathering. William Andrew Publ; 2017. P. 342.

8. Bhide S.J., Zurale, M.M. Durability aspects of fibre rein forced composites. In: Proceedings of the Eighth International Conference on Durability of Building Materials and Components 8, Vancouver, Canada, May 30–June 3 1999, Ottawa: NRCResearch Press; 1999, pp. 1382–1391.

9. Vodicka R. Environmental exposure of boron-epoxy composite material DSTOTN-0309. Melbourne: DSTO Aero nautical and Maritime Research Lab.; 2000. P. 24.

10. Martin R. Ageing of composites. Cambridge University Press; 2008. P. 544.

11. Nishizaki I., Sakurada H., Tomiyama T. Durability of pul truded GFRP through ten-year outdoor exposure test. Polymers. 2015;7:2494–2503. https://doi.org/10.3390/polym7121525

12. Каблов Е.Н., Старцев В.О. Системный анализ влия ния климата на механические свойства полимерных компо зиционных материалов по данным отечественных и зару бежных источников. Авиационные материалы и технологии. 2018;(2):47–58. https://doi.org/10.18577/2071-9140-2018-0-240-46

13. Кычкин А.К., Стручков Н.Ф., Винокуров Г.Г. Фор мирование пористости базальтопластиковых композицион ных материалов при климатических испытаниях в условиях Севера. Природные ресурсы Арктики и Субарктики. 2021; 26(1):145–154. https://doi.org/10.31242/2618-9712-2021-26-1-14

14. Исакаев Э.Х., Мордынский В.Б., Подымова Н.Б. и др. Определение пористости газотермических покрытий. Физика и химия обработки материалов. 2010;(5):71–77.

15. Тихонов В.И., Миронов М.А. Марковские процессы. М.: Советское радио; 1977: С.489.

16. Тарасевич Ю.Ю. Перколяция: теория, приложения, алгоритмы. М.: Едиториал УРСС; 2002. 112 с.

17. Тягунов А.Г., Мильдер О.Б., Тарасов Д.А., Серге ев А.П. Применение искусственных нейронных сетей в материаловедении. Учеб. пособие РФ. Екатеринбург: Изд-во Урал. ун-та; 2021. 68 с.