МЕТОД ПРУЖНОЇ ГОМОГЕНІЗАЦІЇ БІМОДАЛЬНИХ МЕРЕЖ
DOI:
https://doi.org/10.20998/2079-0775.2019.7.17Ключові слова:
мікромакромеханічна модель, мережева структура, пружна гомогенізація, бімодальна мережа, м'який матеріал, гідрогель, гумоподібний еластомерАнотація
Досліджуються властивості м'яких матеріалів із неоднорідним складом мережі. ці матеріали відрізняються в першу чергу своїм особливим складом. Бімодальні мережі утворюються двома видами хімічно ідентичних, наприклад, полідиметилсилоксанових полімерних ланцюгів. Однак молекулярна вага кожного з компонентів є відмінною. Довгі та короткі ланцюги змішуються, після чого вони випадковим чином поєднуються на кінцях за допомогою спільного вулканізуючого реагенту. На відміну від перехресної зшивки такий спосіб зберігає початковий чіткий поділ у довжині ланцюжків та відповідно дає змогу його контролювати. Для визначення макромеханічних властивостей цих матеріалів побудовано удосконалену мікромеханічну модель. Із цією метою для бімодальних матеріалів введено до розгляду два окремих статистичних простори. Кожен іх них містить мікросферу одиничних векторів початкових оріентацій у відповідній фракції. Осереднення на суцільній мережі здійснено із урахуванням питомих часток кожної фракції. Побудоване співвідношення, яке встановлює кінематичний зв'язок між макроскопічними деформаціями та мікродеформаціями, які для обох фракцій у мережі розглядаються окремо. відгук мережі до зовнішньої макроскопічної деформації зводиться до рівноваги пов'язаних з нею внутрішних мікродеформацій та визначається із розв'язку наступної задачі мінімізації з обмеженнями. Використання розробленої моделі продемонстровано на прикладі декількох реальних зразків. Установлено якісну та кількісну відповідність із даними експериментальних досліджень.
Посилання
Mark J.E. Elastomeric Networks with Bimodal Chain-Length Distributions. Accounts of Chemical Research. 1994. No. 27(9). Р. 271–278.
Gong J.P., Y. Katsuyama, Kurokawa T., Osada Y. Double-Network Hydrogels with Extremely High Mechanical Strength. Advanced Materials. – 2003. – No. 15(14). – Р. 1155–1158.
Sun J.Y., Zhao X., Illeperuma W.R., Chaudhuri O., Oh K.H., Mooney D.J., Vlassak J.J., Suo Z. Highly stretchable and tough hydrogels. Nature. 2012. No. 489(7414). Р. 133–136.
Erman B., J. E. Mark Calculations on Trimodal Elastomeric Networks. Effects of Chain Length and Composition on Ultimate Properties. Macromolecules, 1998. No. 31(9). Р. 3099–3103.
Tsukeshiba H., M. Huang, Y.-H. Na, T. Kurokawa, R. Kuwabara, Y. Tanaka, H. Furukawa, Y. Osada, Gong J.P. Effect of Polymer Entanglement on the Toughening of Double Network Hydrogels. The Journal of Physical Chemistry B. 2005. No 109(34). Р. 16304–16309. PMID: 16853073.
Ткачук Н.Н. Анализ контактного взаимодействия гладких и шероховатых тел методом граничных элементов / Н.Б. Скрипченко, Н.Н. Ткачук, Н.А. Ткачук, Д.С. Мухин // Вісник Національного технічного університету «Харківський політехнічний інститут». – Харків, НТУ «ХПІ». 2013. № 41. С. 133–142.
Green M., Tobolsky A. A new approach to the theory of relaxing polymeric media. Journal of Chemical Physics. 1946. no. 14. Р. 80–92.
Yamamoto M. The Visco-elastic Properties of Network Structure I. General Formalism. Journal of the Physical Society of Japan. 1956. No. 11. Р. 413.
Tanaka F., Edwards S. F. Viscoelastic properties of physically crosslinked networks. 1. Transient network theory. Macromolecules. 1992. No. 25(5). Р. 1516–1523.
P.A. Janmey, M.E. McCormick, S. Rammensee, J.L. Leight, P.C. Georges, MacKintosh F.C. Negative normal stress in semiflexible biopolymer gels. Nature Materials. 2007. Vol. 6(1). Р. 48–51.
R.J.J. Jongschaap, R.H.W. Wientjes, M.H.G. Duits, Mellema J. A generalized transient network model for associative polymer networks. Macromolecules. 2001. No. 34(4). Р. 1031–1038.
Miehe C., S. Göktepe, Lulei F.A micro-macro approach to rubber-like materials – Part I: the non-affine micro-sphere model of rubber elasticity. Journal of the Mechanics and Physics of Solids. 2004. Vol. 52. Р. 2617–2660.
Tkachuk M.M., N. Skripchenko, M.A. Tkachuk, Grabovskiy A. Numerical Methods for Contact Analysis of Complex-Shaped Bodies with Account for Non-Linear Interface Layers. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. 2018. No 5/7(95). P. 22–31
Llorente M.A., A.L. Andrady, Mark J.E. Model networks of end-linked polydimethylsiloxane chins. XI. Use of very short chains to improve ultimate properties. Journal of Polymer Science: Polymer Physics Edition. 1981. No. 19(4). P. 621–630.
Blundell J., Terentjev E. Forces and extensions in semiflexible and rigid polymer chains and filaments. Journal of Physics A: Mathematical and Theoretical. 2007. Vol. 40. Р. 10951–10964.
##submission.downloads##
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2019 Вісник Національного технічного університету «ХПІ». Серія: Машинознавство та САПР
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.
