Analysis of Properties of Polymer Composites with Various Types of Fillers

Full Text

Повышение долговечности строительных конструкций эксплуатирующихся на промышленных и других предприятиях с агрессивными средами приобретает особое важное значение. Улучшение их долговечности достигается за счет специальных действий, позволяющих снизить или вообще полностью устранить агрессивные воздействия. Одним из способов, позволяющих продлить срок службы конструктивных элементов, является применение различных защитных покрытий на основе полимерных связующих [1, 2].

В настоящие время все большее применение находят защитные покрытия, изделия и конструкции, изготовленные на эпоксидных связующих [3]. Одним из преимуществ эпоксидных смол является широкая возможность модификации их структуры для повышения эксплуатационных свойств композитов на их основе. Наиболее широко применяются физико- химические методы модификации структуры путем регулирования состава КСМ (введением наполнителей, пластификаторов и других модификаторов), в результате чего возможно получение материалов с заданным комплексом эксплуатационных свойств. Важным компонентом данных составов наряду со связующим, определяющим физико-механические свойства и долговечность, является наполнитель. Практическая оценка эффективности наполнителя производится по степени влияния на улучшение показателей модуля упругости и прочности.

Исследованиям композиционных материалов посвящено множество работ [4–17]. Изучены процессы структурообразования, отверждения, определены физико-механические свойства и долговечность полимерных композитов, составленных на основе различных связующих, наполнителей, заполнителей и модифицирующих добавок. Существуют также исследования по оценке агрессивного воздействия композиционных материалов при различных условиях эксплуатации [18–20]. Технологические свойства пластмасс и возможные методы их переработки в изделия также во многом зависят от наполнителя. Содержание наполнителя в термопластах составляет, как правило, 30%, в термореактопластах – более 50%, а в пластиках с высоким содержанием наполнителя оно может превышать количество полимера в три и более раза. Первым этапом взаимодействия между полимером и наполнителем является адсорбция молекул полимера на поверхности наполнителя. Степень адсорбционного связывания молекул полимера с поверхностью наполнителя определяется химической природой его поверхности и химической структурой полимера, которая определяет возможность образования межмолекулярных связей на поверхности наполнителей. В результате адсорбции молекул полимера на поверхности наполнителя он связывается и значительно ограничивает подвижность в поверхностном слое [21–27]. Наполнитель активно участвует в физико-химических процессах [28, 29], его введение приводит к тому, что его частицы заполняют менее плотные области полимерного материала. Так как прочность большинства наполнителей сравнима с прочностью смолы, то данное явление приводит к увеличению прочности при сжатии, но к сожалению, возможно уменьшение прочности при растяжении при достаточно слабом адгезионном взаимодействии между связующим и наполнителем. Повышение содержания наполнителя в КСМ приводит к уменьшению толщины пленки полимера между частицами наполнителя и к более плотной упаковке, упорядочению структуры последнего. Вначале образуются кластеры на микроуровне, а затем при некоторой концентрации частиц, называемой критической, в матрице происходит образование непрерывной структуры или бесконечного кластера наполнителя. При переходе полимера в пленочное состояние происходит увеличение прочностных характеристик [30]. Значения прочности полимера при этом имеют экстремальный характер в зависимости от толщины пленки. С ее уменьшением прочность растет, что обусловливается повышением концентрации центров полимеризации с одинаковым потенциалом, связанных с ограничивающими поверхностями, а также спадом дефектности; дальнейшее уменьшение толщины приводит к такой концентрации центров полимеризации, при которой длина цепочек полимера снижается до величин, не обеспечивающих их взаимное проникновение. При оптимальной толщине полимера и упаковки наполнителя наблюдается максимум предела прочности. Введение наполнителя устраняет рост микротрещин, возникающих в результате действия силовых нагрузок. При превышении содержания наполнителя более оптимального количества происходит спад прочности при сжатии, что связано либо с дальнейшим уменьшением толщины полимерного слоя, либо с появлением свободного объема (пустот), ослабляющего сечение, служащего дополнительными концентраторами напряжений. В результате нарушается монолитность смеси, увеличивается объем пустот в композите и, как следствие, снижаются его плотность и физико-химическая стойкость. При этом характер разрушения меняется от пластического к хрупкому. Известно, что механизм усиления прочности дисперсно-наполненных композитов нельзя описать на основании элементарных соображений об аддитивности свойств матрицы и наполнителя. До настоящего времени не существует строгого его описания, приводящего к количественным оценкам, тем не менее данная проблема нашла отражение в ряде теорий [30 и др.].

Особенностью композитов с усиливающим дисперсным наполнителем является экстремальное изменение их прочности с увеличением объемной доли наполнителя. Оптимизация состава для получения максимально низкой полимерной емкости композита при сохранении высоких прочностных характеристик достигается за счет использования наполни- телей различного гранулометрического состава. Несмотря на значительные объемы выполненных работ, следует отметить, что на данный момент количественные зависимости изменения прочностных и упругопластических свойств материалов в зависимости от природы и зернового состава наполнителя, соотношения модулей упругости наполнителя и полимера как в теоретическом, так и в экспериментальном аспектах не установлены.

Цель и задачи исследования

Целью исследования было установление количественных зависимостей изменения прочностных и деформационных свойств полимерных композитов от плотности, прочности и модуля упругости наполнителей.

Задачи исследования:

1. Обосновать выбор наполнителей для установления его влияния на прочность и модуль упругости эпоксидных композитов.
2. Составить план эксперимента по установлению зависимости изменения упругопрочностных свойств полимерных композитов от соотношения деформационных и других свойств наполнителя и полимера, агрессивности среды.
3. Получить количественные зависимости изменений свойств композитов от характеристик входящих в их состав компонентов, пригодные для прогнозирования свойств материалов.
4. Определить корреляционные зависимости между прочностью композита при сжатии и изгибе.
5. Определить экстремальные показатели свойств композитных строительных материалов с использованием методов глобальной оптимизации и искусственных нейронных сетей.

Материалы и методы

Авторами проведены исследования по изучению влияния различных наполнителей на свойства эпоксидных связующих. Принято, что характер взаимодействия наполнителей с вяжущим наиболее точно можно оценить по степени отверждения, прочности и химической стойкости композитов, так как долговечная работа материала возможна только в случае образования прочной, термически и гидролитически устойчивой химической связи между наполнителем и синтетической смолой. Наиболее предпочтительными с точки зрения получения прочных и долговечных композитов для строительных целей являются материалы с наполнителями определенной природы, которые, как правило, характеризуются различными прочностными и упругопластическими свойствами. Исследования выполнены в три этапа.

Учитывая, что адгезионная прочность между полимером и наполнителем зависит от степени отверждения наполненного связующего, на первом этапе были проведены исследования, направленные на оценку процесса отверждения эпоксидного связующего с различными наполнителями и рассчитана степень отверждения наполненных композиций по отношению к ненаполненной смоле. В качестве наполнителей были использованы порошки различных природных каменных материалов, а также отходы кирпичного производства. Исследования проведены методом инфракрасной спектроскопии. О степени отверждения эпоксидных композиций судили по изменению максимума поглощения при 845 см^-1, соответствующего эпоксидной группе. Для более точного определения коэффициента экстинкции этих полос поглощения связей использован «метод внутреннего стандарта», в качестве которого служила полоса поглощения колебаний ароматических колец в эпоксидных смолах (1530–1540 см^-1). Отношение площадей полос поглощения или, в первом приближении, их высот служит характеристикой относительной степени отверждения [31].

На втором этапе исследования состояли в установлении влияния наполнителя и его количественного содержания на прочностные свойства композитов. В качестве наполнителей были выбраны порошки стекла, доломита, термолита и диатомита. В изучаемых составах количество отвердителя бы- ло принято постоянным и равным 10 мас. ч. на 100 мас. ч. смолы марки ЭД-20. Составы композитов для испытаний приведены в табл. 1.

 

Таблица 1

Table 1

Количественное содержание компонентов в составах

The quantitative content of the components in theformulations

Состав	Напол- нитель	Содержа- ние смолы ЭД-20, мас. ч.	Содержа- ние отвердителя ПЭПА, мас. ч.	Содержа- ние наполнителя, мас. ч.
1	–	100	10	–
2	Стекло	100	10	55
3		100	10	110
4		100	10	165
5	Доломит	100	10	45
6		100	10	90
7		100	10	135
8	Термолит	100	10	40
9		100	10	80
10		100	10	120
11	Диатомит	100	10	20
12		100	10	40
13		100	10	60

 

Известно, что, комбинируя наполнители различной дисперсности, можно получать композиты с улучшенными свойствами по сравнению с материалами на основе однофракционных наполнителей. С этой целью на третьем этапе были изучены композиты на основе многофракционных наполнителей.

При проведении исследований высоконаполненных эпоксидных композитов нами использовались измельченные отходы оптического стекла марки TF-10, содержащие тройную систему K₂O–PbO–SiO₂; порошки из битого обычного глиняного кирпича и мел. Оптимизация составов проводилась с использованием методов математического планирования эксперимента. Рассматривался полный факторный эксперимент, состоящий из пяти опытов. В качестве переменных факторов были взяты тип фракций и содержание наполнителя определенного зернового состава: X₁ – 0,16–0,315 мм; X₂ менее 0,16 мм. При изготовлении эпоксидных КСМ в качестве связующего использовалась смола марки ЭД-20; отверждающими компонентами были полиэтиленполиамин (ПЭПА), а также аминофенольный отвердитель (АФ-2).

Матрица планирования, указывающая кодированные и натуральные (реальные) значения факторов, приведена в табл. 2.

 

Таблица 2

Table 2

Матрица планирования для составов рецептур, наполненных измельченным оптическим стеклом и порошками из молотого кирпича и мела

Planning matrix for formulations filled with crushed optical glass and powders made of ground bricks and chalk

Кодированные факторы		Содержание компонентов, %
Х1	Х2	Фракции наполнителя, мм
		0,16–0,315	<0,16
+1	–1	100	0
–1	+1	0	100
+1/3	+2/3	100/3	200/3
+2/3	+1/3	200/3	100/3
–1	–1	0	0

 

Композиции со всеми наполнителями были сделаны одинаково подвижными. В данном случае содержание отходов стекла и битого кирпича составляло 300 частей по массе на 100 частей по массе смолы, а мела – 100 частей по массе на такое же количество смолы. В каждом случае максимальное содержание наполнителя принималось равным 100%.

Статистическая обработка результатов эксперимента позволила выявить зависимости, характеризующие изменение прочности при сжатии, а также изгибе полимерных композитов, от типа используемого наполнителя. Общая функциональная схема исследования композитов с различными наполнителями показана на рис. 1.

 

Рис. 1. Функциональная схема для изучения свойств композитов

Fig. 1. A functional diagram for studying the properties of composites

 

Анализ результатов эксперимента

Результаты испытаний, такие как кубиковая прочность, модуль упругости, водопоглощение, коэффициент водостойкости и рассчитанная степень отверждения различных композиций приведены в табл. 3. Сопоставление ИК-секторов пленок ненаполненного эпоксидного композита и составов с различными наполнителями показывает, что на степень полимеризации большое влияние оказывает вид применяемого наполнителя. Результаты испытаний, такие как кубиковая прочность, модуль упругости, водопоглощение, коэффициент водостойкости и рассчитанная степень отверждения различных композиций, приведены в табл. 3.

 

Таблица 3

Table 3

Результаты испытаний

Test results

Наполнитель	Кубиковая прочность, МПа	Модуль упругости, МПа	Водопоглощение, %	Коэффициент водостойкости	Относительная степень полимеризации
–	91,7	1771	0,327	0,97	1
Гранит	107,5	3074	0,089	0,91	2,03
Базальт	103,9	1618	0,119	0,97	0,96
Диатомит	118	2601	0,072	1,00	1,62
Кварц	103,5	1986	6,17	0,98	1,5
Мергель	89,2	1086	0,262	0,85	1,22
Каолин	75	–	–	0,75	1,43
Ракушечник	104,8	2797	0,434	1	1,13
Гипс	101	2875	0,343	1	2,03
Молотый кирпич	118,2	2747	0,124	1	2,04

 

Из результатов исследований композиций, наполненных гранитом и базальтом, видно, что кислотность поверхности наполнителя может способствовать катализации или ингибированию твердения связующего. Наибольшая степень отверждения соответствует композициям, наполненным гранитом, который относится к кислым породам. Исходя из этих данных кварц можно считать хорошим наполнителем для эпоксидных смол. Степень отверждения композиций с базальтом, относящимся к основным породам, ниже, чем у ненаполненной смолы. Результаты показывают, что наполнители с основными свойствами ингибируют твердение эпоксидных смол.

Кремнистые породы (диатомит и др.), основным породообразующим минералом которых является кварц, катализируют процесс отверждения. Степень отверждения композиций с каолином также является высокой. Обогащение глинистой породы – каолина карбонатами кальция и магния (мергель) несколько снижает степень отверждения, но она остается все же выше, чем у ненаполненной смолы и композиций с ракушечником, являющимся органогенным известняком. Сравнение составов, наполненных породо- образующими минералами (гипсом), относящимися к классам сульфатов, показывает хорошее взаимодействие эпоксидных смол с данными порошками. Высокая степень отверждения соответствует также композициям, наполненным кирпичной пылью. В результате реакции между полимером и наполнителем возникают в основном связи типа С–О, которые в значительной степени обусловливают высокую адгезионную прочность.

С целью установления изменения прочности, водостойкости и степени отверждения композитов в зависимости от природы наполнителя были использованы порошки различных природных каменных материалов, а также отходы кирпичного производства.

Из рассмотренных составов наибольшей прочностью обладают композиты с порошками гранита, базальта, кирпича, обсидиана, портландцемента, кварца и диатомита. Худшие показатели прочности имеют составы, наполненные каолином и мергелем.

Для оценки гидролитической устойчивости связи между полимером и наполнителем была исследована водостойкость эпоксидных композитов. Образцы были выдержаны в воде в течение 9 ч при температуре 90^оС. Испытания показали, что более высокая водостойкость характерна для композитов, наполненных пиритом, пемзой, кристаллическим сланцем, ракушечником, кварцем, диатомитом и кирпичной пылью. Эпоксидные составы с этими наполнителями имеют коэффициент водостойкости выше, чем без наполнителя. Не ухудшили водостойкость и порфирит, базальт, сажа. А такие наполнители, как каолин, пиритные огарки и мергель, резко снизили водостойкость, следовательно, они непригодны для изготовления химически устойчивых эпоксидных полимербетонов.

Результаты физико-механических испытаний наполненных композитов, состав которых представлен в табл. 1, приведены на рис. 2. Анализируя полученные зависимости, можно сделать вывод, что количественное содержание наполнителя существенным образом влияет на прочностные свойства.

 

Рис. 2. Зависимости изменения прочности полимерных композитов от содержания стекла (а); доломита (b); термолита(c); диатомита (d) при сжатии (Rсж) и при изгибе (Rи)

Fig 2. Dependences of changes in the strength of polymer composites on the content of glass (а), dolomite (b), thermolite (c), diatomite (d) during compression (R_comp), and bending (R_bend)

 

Из результатов исследований видно, что наибольшей прочностью при сжатии (R_сж=179 МПа) из рассмотренных составов обладает композит, наполненный термолитом в количестве 40 мас. ч. на 100 мас. ч. смолы, а наибольшей прочностью при изгибе (R_и=120 МПа) – состав, наполненный доломитом при его содержании в количестве 90 мас. ч. на 100 мас. ч.

Из рис. 2а видно, что при введении в качестве наполнителя порошка стекла в количествах 165 мас. ч. на 100 мас. ч. смолы эпоксидные композиты обладают большей прочностью при сжатии и изгибе (R_сж=173,6 МПа; R_и=113,2 МПа), чем составы с меньшим содержанием наполнителя. Относительно ненаполненных составов прочность при сжатии увеличилась на 20%, однако уменьшилась прочность при растяжении при изгибе на 5%.

Из результатов исследований рис. 2, b видно, что высокими показателями прочности при сжатии (R_сж=160,8 МПа), при изгибе (R_и=122,8 МПа) обладает состав, наполненный доломитом в количестве 90 мас. ч. на 100 мас. ч. смолы. Относительно ненаполненных составов прочность при сжатии увеличилась на 17%, а прочность при растяжении при изгибе увеличилась на 5%. Это дает основание считать карбонатные наполнители предпочтительными.

Согласно рис. 2, с видно, что при введении в качестве наполнителя термолита в количествах 40 мас. ч. на 100 мас. ч. смолы эпоксидные композиты обладают большей прочностью при сжатии и изгибе (R_сж=179 МПа; R_и=79 МПа), чем составы с большим содержанием наполнителя. Относительно ненаполненных составов прочность при сжатии увеличилась на 25%, однако уменьшилась прочность при растяжении при изгибе на 30%.

Из данных рис. 2, d следует, что при введении в качестве наполнителя диатомита наблюдается уменьшение физико-механических показателей эпоксидных композитов относительно ненаполненных составов.

Сравнение результатов, полученных для составов, наполненных термолитом и диатомитом, показывает лучшие результаты для термически обработанного материала. Из изложенного выше следует, что оптимальное содержание наполнителей, при которых достигаются более высокие показатели прочности, составляет: для стекла – 165 мас. ч.; доломита – 90 мас. ч.; термолита – 40 мас. ч. на 100 мас. ч. эпоксидной смолы марки ЭД-20. Количественные результаты были использованы для проведения оптимизационных исследований.

Анализ данных, приведенных на рис. 2, дает основание их исследовать на предмет ранговой корреляции между значениями прочности при сжатии и изгибе. Ранговая, или непараметрическая, корреляция позволяет исследовать тесноту связи для зна- чений произвольного вероятностного распределения [31–35]. Корреляционная связь (rho) может меняться от -1 до +1. Соответственно, вероятность (pval) отклонения нулевой гипотезы (гипотезы предполагаемой корреляционной связи) будет изменяться от 0 до +1.

Результаты оценки ранговых корреляций Пирсо- на, Кендалла и Спирмена, вычисленные с помощью библиотечной функции corr системы MATLAB, приведены в табл. 4.

 

Таблица 4

Table 4

Результаты ранговой корреляции между прочностью при сжатии и изгибе полимерных композитов

Results of the rank correlation between the compressive and bending strength of polymer composites

Наполнитель	Вычисляемые значения	Методы ранговой корреляции
	corr	Пирсона	Кендалла	Спирмена
Стекло	rho	0,393347	0,333333	0,400000
	pval	0,606653	0,750000	0,750000
Доломит	rho	0,867257	1,000000	1,000000
	pval	0,132743	0,083333	0,083333
Термолит	rho	–0,129604	0,333333	0,400000
	pval	0,870396	0,750000	0,750000
Диатомит	rho	0,992648	1,000000	1,000000
	pval	0,007352	0,083333	0,083333

 

Очевидное заключение по результатам табл. 4: прочность при сжатии и прочность при изгибе композита с наполнителем диатомита практически имеют функциональную связь с достаточно малой вероятностью отклонения этой связи. Данный результат позволяет сделать предположение о структурной устойчивости или подобии композита с наполнителем диатомита. В случае наполнителя термолита также достаточно очевидно, что корреляционная связь прочности при сжатии и при изгибе находится под вопросом. Можно только сказать по Пирсону, что имеется некоторая обратная корреляционная связь. Возможно, требуются дополнительные исследования.

Вероятность отклонения нулевой гипотезы о корреляции между двумя признаками будет наименее информативной, если она будет равна 0,5 (50%). Диаграмма с вероятностями отклонения нулевой гипотезы и вероятности наименьшей информативности приведена на рис. 3.

 

Рис. 3. Диаграмма распределения вероятностей нулевой гипотезы

Fig. 3. Probability distribution diagram of the null hypothesis

 

В соответствии с рис. 3 и на основе сделанного предположения можно заключить, что композиты с наполнителями доломита и диатомита могут считаться структурно-устойчивыми. Композиты с наполнителем стекла и термолита, по проведенной оценке ранговых корреляций, следует отнести к композитам структурно-неустойчивым в плане корреляционной связи прочности при сжатии и прочности при изгибе.

Результаты испытаний высоконаполненных композитов сведены в табл. 5, где контролируемыми параметрами исследуемых композитов были прочность при сжатии (R_сж) и модуль упругости (E).

 

Таблица 5

Table 5

Прочностные и деформационные характеристики наполненных композитов

Strength and deformation characteristics of filled composites

Наполнитель
стекло		молотый кирпич		мел
Rсж, MПa	E, 103 MПa	Rсж, MПa	E, 103 MПa	Rсж, MПa	E, 103 MПa
82	6,5	116	9,7	93,25	2,44
91	8,1	115,2	9,8	91,09	1,84
77	6,2	105,2	9	92,09	4,08
83	8,3	121,3	9,4	97,41	2,36
89,3	1,47	89,3	1,47	89,3	1,47

 

Значения в табл. 5 могут быть соотнесены с матрицей планирования в табл. 2. Здесь авторы рассматривают задачу определения всего набора допустимых кодированных значений факторов, при которых будет наблюдаться максимум как прочности, так и модуля упругости исследуемых композитов. Это связано с тем, что возможные значения факторов могут практически не реализовываться, поэтому возникает задача определения эквивалентных значений факторов, при которых будет определен максимум из указанных показателей. Данная задача решается с использованием существующих инструментов (библиотечных функций) искусственных нейронных сетей, которые реализованы в системе MATLAB.

Для определения набора факторов, при которых достигаются максимальная прочность при сжатии и максимальный модуль упругости, нейронная сеть сначала обучается (training) с использованием биб- лиотечных функций feedforwardnet, train, sim на основе данных табл. 2 и 4, а затем определяется массив аппроксимации новых данных с использованием расширенных данных. Термин «расширение данных» означает операцию равномерного заполнения данных (кодированных коэффициентов) в допустимых пределах, т. е. от -1 до +1. В табл. 6 представлены результаты определения максимальных значений прочности композитов с соответствующими наполнителями.

 

Таблица 6

Table 6

Результаты определения предельно допустимых значений предела прочности при сжатии (R_сж)

Results of determining the maximum permissible values of the compressive strength (R_comp)

Наполнитель	Прочность при сжатии, MПa	Значения факторов (Х1; Х2)	Экспериментальные значения предела прочности, MПa	Погрешность, %
Молотое стекло	91,0489	(–0.6842; 0,0526)	91	0,0538
Молотый кирпич	121,2181	(–0,4737; 0,0526)	121,3	0,0675
Мел	97,3510	(–1; 0,0526)	97,41	0,0606

 

Расчетные значения, приведенные в табл. 6, подтверждают, что аппарат искусственных нейронных сетей позволяет с высокой степенью точности определять закодированные значения факторов, при которых достигается максимум изучаемых свойств композитов с различными наполнителями.

В табл. 7 представлены результаты определения максимальных значений модуля упругости композитов с соответствующими наполнителями.

 

Таблица 7

Table 7

Результаты определения максимально допустимых значений модуля упругости (E)

Results of determining the maximum allowable values of the modulus of elasticity (E)

Наполнитель	Модуль упругости, MПa	Значения факторов (Х1; Х2)	Экспериментальные значения модуля упругости, MПa	Погрешность, %
Молотое стекло	8303,9016	(–0,7895; 0,0526)	8300	0,047
Молотый кирпич	9794,0394	(–0,4737; 0,0526)	9800	0,0608
Мел	4081,3541	(–1; 0,0526)	4080	0,0332

 

Как видно из табл. 5 и 6, более изменчивым фактором является коэффициент X₁, фактические значения которого зависят от наполнителей в диапазоне 0,16–0,315 мм. Экстремальные кодированные значения коэффициентов, приведенные в табл. 5 и 6, могут быть преобразованы в фактические значения (X_d) в замкнутом интервале от 0 до 100 (см. табл. 2). Эти преобразования, например для коэффициента X₁ из табл. 5 и 6, выполняются в соответствии со следующими соотношениями, если предположить, что известно максимальное значение коэффициента X₁ (X_max=–0,4737) из табл. 6:

d_max = 100;

d_min = 0;

d_m = (d_max – d_min) / 2 = 100 / 2 = 50;

d_c = (d_max + d_min) / 2 = 100 / 2 = 50;

X_d1 = X_max · d_m + d_c = 50 · (– 0,4737) + 50 = 26,315.

Представленные результаты могут быть использованы в тех случаях, когда необходимо знать обновленные значения кодированных коэффициентов, при которых достигается максимальная прочность при растяжении и модуль упругости композитов, в зависимости от наполнителя. Более того, можно выполнить расчеты, позволяющие определить максимум заданного свойства с заданной погрешностью, относительно которой будет много значений факторов, при которых будет достигнуто требуемое значение конкретного свойства исследуемого композита. Поиск возможностей прогнозирования свойств строительных материалов достаточно популярен и определенно необходим [22, 26, 27].

Выводы

1. Проанализированы закономерности структурообразования полимерных композитов с наполнителями различной природы.
2. Установлены зависимости изменения степени отверждения, прочности, деформативности и долговечности полимерных композитов от характеристик поверхности, дисперсности наполнителей и степени наполнения.
3. Обосновано, что в качестве наполнителей в эпоксидных композитах для моделирования упругих и поверхностных свойств на прочность и деформируемость. предпочтительно использовать порошки стекла, керамических материалов и карбонатных пород.
4. Осуществлен полный факторный эксперимент для получения регрессионных количественных зависимостей изменения прочности и модуля упругости эпоксидных композитов от типа наполнителя.
5. Предложена оценка структурной устойчивости композитов на основе ранговых корреляций Пирсо- на, Кендалла, Спирмена.
6. На основе искусственных нейронных сетей системы MATLAB определены экстремальные (максимальные) показатели свойств исследуемых композитов с наполнителями, что позволило найти кодированные и действительные значения факторов, при которых КСМ приобретают экстремальные значения свойств.

About the authors

V. T. Yerofeyev

National Research Moscow State University of Civil Engineering; Scientific-Research Institute of Building Physics of RAACS

Author for correspondence.
Email: erofeevvt@bk.ru

Doctor of Sciences (Engineering)

Russian Federation, Moscow; Moscow

V. V. Afonin

National Research Mordovia State University

Email: vvafonin53@yandex.ru

Candidate of Sciences (Engineering)

Russian Federation, Saransk

M. M. Zotkina

National Research Mordovia State University

Email: zotkina.mm@yandex.ru

Candidate of Sciences (Engineering)

Réunion, Saransk

K. S. Stenechkin

National Research Moscow State University of Civil Engineering

Email: stenechkina522@mail.ru

Candidate of Sciences (Engineering)

Russian Federation, Moscow

T. P. Tyuryakhina

Scientific-Research Institute of Building Physics of RAACS

Email: Kitana1908@mail.ru

Candidate of Sciences (Engineering)

Russian Federation, Moscow

A. V. Lazarev

Scientific-Research Institute of Building Physics of RAACS

Email: laz@mail.ru

Candidate of Sciences (Engineering)

Russian Federation, Moscow

References

Supplementary files