Авторы предлагают рассмотреть вопрос о внедрении наночастиц фуллерена в матрицу углерод-углеродного композита. Композит с таким внедренным веществом представляет собой различные молекулярные соединения, они обладают превосходными физическими и химическими свойствами [1–5].
Рассмотрим углерод-углеродный композит. Это композитный материал, состоящий из углеродных волокон, переплетенных между собой, расположенных в матрице из полимерных смол. Плотность материала составляет до 2000 кг/м3, отличается малой массой, высокой прочностью и жесткостью в отличие от металла [2].
На рис. 1 представлен углерод-углеродный композит.
Рассмотрим модификатор (наночастицы фуллерена) в качестве армирующего наполнителя в композит.
Фуллерен, бакиболы, или букиболы, — молекулярные соединения, принадлежащие к новому классу форм аллотропных углеродов. Особенность молекул высшего фуллерена заключается в том, что вся поверхность состоит из четного числа атомов углерода. В его молекуле может содержаться более 400 атомов углерода. Такое содержание углерода позволяет его механическим и химическим свойствам увеличиться в 1,5 раза [3].
Сама структура состоит из плоского соединения пятиугольников и шестиугольников (графитовая сетка), свернутая в эллипсоид или замкнутую сферу, что придает этой молекуле невероятную прочность. С другими веществами при соединении позволяет получить материалы с новыми свойствами. Данные частицы является перспективными для использования в космической технике и нанотехнологиях.
На рис. 2 представлена молекулярная структура фуллерена.
Чтобы понять, увеличатся ли характеристики композита после того, как в него внедрятся наночастицы фуллерена, проведем расчеты [6].
1. Расчет на предел прочности:
где: σв — предел прочности композита, σ1 — предел прочности полимерной матрицы, σ2 — предел прочности фуллерена, V1 — объемная доля матрицы, V2 — объемная доля фуллерена, k — коэффициент усиления прочности при взаимодействии с матрицей.