УДК 539.199

DOI 10.24411/1683-805X-2020-13007

В статье предложены новые модели для оценки модуля упругости металл-углеродных нанокомпозитов на основе углеродных нанотрубок. Ряд моделей композитов (модели Hirsch, Hui–Shia, Halpin–Tsai для 3D наполнителей и модель Lewis–Nielsen) дают хорошие результаты в сравнении с экспериментальными данными для композитного материала из меди с многостенными углеродными нанотрубками. В соответствии с моделью Takayanagi для данного нанокомпозита необходимо учитывать влияние межфазных границ. В настоящей работе с использованием модели Ji проведена оценка толщины и модуля упругости межфазного слоя. Также при разработке новых моделей использованы модифицированное правило смесей и модель Kerner–Nielsen. Из предлагаемых моделей исключены многие неэффективные и трудно описываемые параметры. Значительно упрощенные модели демонстрируют высокую эффективность при расчете модуля упругости нанокомпозитов.

Ключевые слова: металл-углеродные нанокомпозиты на основе углеродных нанотрубок, модуль упругости при растяжении, моделирование

 

Development of new models for tensile modulus of metal/carbon nanotubes nanocomposites

The current paper studies the development of new models for the prediction of tensile modulus in metal/carbon nanotubes (CNTs) nanocomposites. Several composite models such as the Hirsch, Hui–Shia, developed Halpin–Tsai for 3D fillers and Lewis–Nielsen models can present appropriate predictions compared to experimental results of a Cu/multiwalled CNTs (MWCNTs) sample. Furthermore, Takayanagi model reveals that the effect of the interface phase should be considered for the present nanocomposite. Therefore, an appropriate evaluation of the thickness and modulus of the interphase is carried out by the Ji model. In addition, new models are developed based on the modified rule of mixtures and Kerner–Nielsen models. Many ineffective and difficultly characterized parameters are eliminated from the suggested models. The developed models demonstrate the best predictability together with significant simplicity for the calculation of tensile modulus in nanocomposites.

Keywords: metal/CNTs nanocomposites, tensile modulus, modeling

Y. Zare, K.Y. Rhee  Разработка новых моделей для модуля упругости металл-углеродных нанокомпозитов // Физ. мезомех. - 2020. - Т. 23. - № 3. - С. 70-76