МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МАГНИТОАКТИВНЫХ ЭЛАСТОМЕРОВ

Деринг Е.В., Сафронов А.П.

Уральский федеральный университет

620002, г. Екатеринбург, ул. Мира, д. 19

Магнитоактивные эластомеры (резины, наполненные магнитными наночастицами) представляют интерес как управляемые композиты, жёсткость которых может изменяться под действием внешнего магнитного поля. В отличие от водонасыщенных феррогелей, эластомерные матрицы позволяют получить материалы с более высокой прочностью и стабильностью формы, что важно для задач демпфирования, виброизоляции и сенсорики.

Цель работы – установить, как массовая доля магнитного наполнителя и однородное магнитное поле влияют на плотность и модуль упругости силоксановых композитов при одноосном сжатии. В качестве полимерной матрицы использовали однокомпонентный силиконовый герметик на основе полидиметилсилоксана, сшиваемый метилацетоксисиланом под действием влаги воздуха. В качестве наполнителей использовали сферические наночастицы (НЧ) Fe и Fe₃O₄ при наполнении 0–60% от массы композита. НЧ имели удельную поверхность 5.0 м²/г (Fe) и 6.9 м²/г (Fe₃O₄). Плотность композитов определяли гидростатическим взвешиванием при 23±2 °C по ГОСТ 267–73. Модуль Юнга рассчитывали по линейному участку зависимостей напряжения от деформации, полученных методом последовательных нагружений. Магнитное поле до 600 мТ задавали электромагнитом и прикладывали параллельно оси сжатия.

Показано, что плотность ρ композитов монотонно возрастает с увеличением массовой доли наполнителя и имеет нелинейный характер. Для ненаполненного эластомера ρ₀ = 0.95 г/см³; при наполнении 60% достигнуты значения плотности 2.361 г/см³ (Fe) и 1.897 г/см³ (Fe₃O₄). Более высокая плотность у серии с Fe согласуется с большей плотностью металлического железа по сравнению с магнетитом.

Введение магнитных частиц приводит к росту модуля упругости по сравнению с ненаполненной матрицей. Для композитов, наполненных Fe₃O₄ значение модуля упругости, остается в одном диапазоне значений при наполнении 30–50%. При увеличении наполнения до 60% наблюдается резкий рост модуля Юнга. Для серии с Fe отмечено немонотонное поведение модуля и больший разброс значений, что связано с повышенной склонностью Fe к агломерации, неоднородностью распределения частиц и изменением эффективности армирования при разных концентрациях.

Наложение однородного магнитного поля напряжённостью 600 мТ обеспечивает дополнительное увеличение эффективного модуля, особенно при высоком содержании наполнителя. При этом для композитов с наночастицами Fe влияние поля выражено сильнее, но сохраняется немонотонность, обусловленная микроструктурными факторами.