Влияние неблагоприятных климатических факторов, характерных для арктической зоны, на свойства полимерных материалов и композитов (обзор)

Настоящая работа посвящена обзору исследований, направленных на изучение влияния внешних воздействующих факторов, характерных для арктической зоны, на свойства полимерных материалов и полимерных композитов. В представленных работах изучено влияние таких факторов, как низкие температуры, термоциклирование, повышенная влажность и других агрессивных условий внешней среды на прочностные свойства ряда термореактивных и термопластичных матриц, а также композитов на их основе. Проведен сравнительный анализ стойкости различных материалов к неблагоприятным климатическим факторам, характерным для арктического климата. Данный обзор может быть использован при выборе материалов для работы в арктической и субарктической зоне, а также в других регионах, где возможно влияние описанных факторов при эксплуатации изделий, машин и сооружений.

1. Климатические испытания по оценке стойкости материалов к условиям морского арктического и субарктического климатов / Н. П. Андреева и др. // Новости материаловедения. Наука и техника. – 2016. – №. 6. – С. 3–12.

2. Шеин Е. А., Дориомедов М. С., Дасковский М. И. Современные материалы для работы в условиях арктического климата // Новости материаловедения. Наука и техника. – 2016. – №. 1. – С. 49–56.

3. Buznik V. M., Kablov E. N. Arctic materials science: current state and prospects // Herald of the Russian Academy of Sciences. – 2017. – V. 87. – P. 397–408. DOI 10.1134/S101933161705001X.

4. Хлусова Е. И., Сыч О. В. Создание хладостойких конструкционных материалов для Арктики. История, опыт, современное состояние // Инновации. – 2018. – №. 11 (241). – С. 85–92.

5. Сыч О. В. Научно-технологические основы создания хладостойких сталей с гарантированным пределом текучести 315–750 МПа для Арктики. Часть 1. Принципы легирования и требования к структуре листового проката // Вопросы материаловедения. – 2018. – № 3. – С. 22–47.

6. Сыч О. В. Научно-технологические основы создания хладостойких сталей с гарантированным пределом текучести 315–750 МПа для Арктики. Часть 2. Технология производства, структура и характеристики работоспособности листового проката // Вопросы материаловедения. – 2018. – № 4. – С. 14–41.

7. Анализ научно-технической и патентной литературы в области создания морозостойких полимерных материалов / П. Н. Петрова и др. // Diagnostics, Resource and Mechanics of Materials and Structures. – 2017. – № 2. – С. 53–65. DOI 10.17804/2410-9908.2017.2.053-065.

8. Wigley D. A. Mechanical properties of materials at low temperatures // Cryogenics. – 1968. – V. 8, N 1. – P. 3–12. DOI 10.1016/S0011-2275(68)80042-6.

9. Lord H. W., Dutta P. K. On the design of polymeric composite structures for cold regions applications // Journal of reinforced plastics and composites. – 1988. – V. 7, N 5. – P. 435–458. DOI 10.1177/073168448800700503.

10. Мостовой А. С., Нуртазина А. С., Кадыкова Ю. А. Эпоксидные композиты с повышенными эксплуатационными характеристиками, наполненные дисперсными минеральными наполнителями // Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий. – 2018. – Т. 80, № 3 (77). – С. 330–335. DOI 10.20914/2310-1202-2018-3-330-335.

11. Morphological changes in epoxy resin (DGEBA/TETA) exposed to low temperatures / P. Suma Sindhuetal // Journal of Adhesion Science and Technology. – 2020. – V. 34, N 20. – P. 2262–2273. DOI 10.1080/01694243.2020.1756157.

12. Torabizadeh M. A. Tensile, compressive and shear properties of unidirectional glass/epoxy composites subjected to mechanical loading and low temperature services // Indian Journal of Engineering and Materials Sciences – 2013. – V. 20. – P. 299–309.

13. Dutta P. K. Structural fiber composite materials for cold regions // Journal of Cold Regions Engineering. – 1988. – V. 2, N 3. – P. 124–134.

14. Freeze–thaw resistance of unidirectional-fiber-reinforced epoxy composites / H. Liet al. // Journal of Applied Polymer Science. – 2012. – Т. 123, N 6. – С. 3781–3788. DOI 10.1002/app.34870.

15. Development of Construction and Repair Materials Used in Transport and Technological Machines Operating in the Arctic / E. Kosenko et al. // MATEC Web of Conferences, EDP Sciences. – 2021. – V. 346. – P. 03019. DOI 10.1051/matecconf/202134603019.

16. Effect of aramid pulp on low temperature flexural properties of carbon fibre reinforced plastics / Y. Huet al. // Composites Science and Technology. – 2020. – V. 192. – Art. 108095. DOI 10.1016/j.compscitech.2020.108095.

17. Compressive behavior of cenosphere/epoxy syntactic foams in arctic conditions / Shahapurkar K. et al. // Composites Part B: Engineering. – 2018. – V. 135. – P. 253–262. DOI 10.1016/j.compositesb.2017.10.006.

18. Low-velocity impact response of woven carbon composites in arctic conditions / A. G. Castellanos et al. // Journal of Dynamic Behavior of Materials. – 2018. – V. 4. – P. 308–316. DOI 10.1007/s40870-018-0160-8.

19. Damping properties of thermoplastic-elastomer interleaved carbon fiber-reinforced epoxy composites / H. Kishi et al. // Composites Science and technology. – 2004. – Т. 64, N 16. – С. 2517–2523. DOI 10.1016/j.compscitech.2004.05.006.

20. Analysis of low temperature impact fracture data of thermoplastic polymers making use of an inverse methodology / V. Pettarin et al. // Engineering fracture mechanics. – 2006. – V. 73, N 6. – P. 738–749. DOI 10.1016/j.engfracmech.2005.10.005.

21. Fracture resistance of mineral reinforced polyamide 6 / C. J. G. Plummer et al. // Polymer. – 2004. – Т. 45, N 4. – С. 1147–1157.

22. Zhang Z., Hartwig G. Low-temperature viscoelastic behavior of unidirectional carbon composites / Cryogenics. – 1998. – V. 38, N 4. – P. 401–405.

23. Low temperature effect on impact energy absorption capability of PEEK composites / D. Garcia-Gonzalez et al. // Composite Structures. – 2015. – V. 134. – P. 440–449. DOI 10.1016/j.compstruct.2015.08.090.

24. Jeng C. C., Chen M. Flexural failure mechanisms in injection-moulded carbon fibre/PEEK composites // Composites science and technology. – 2000. – V. 60, N 9. – P. 1863–1872. DOI 10.1016/S0266-3538(00)00076-2.

25. Karger-Kocsis J., Friedrich K. Temperature and strain-rate effects on the fracture toughness of poly (ether ether ketone) and its short glass-fibre reinforced composite // Polymer. – 1986. – V. 27, №. 11. – P. 1753–1760. DOI 10.1016/0032-3861(86)90272-7.

26. Rohart V., Lebel L. L., Dubé M. Influence of freeze/thaw cycling on the mechanical performance of resistance-welded carbon fibre/polyphenylene sulphide composite joints //Journal of Reinforced Plastics and Composites. – 2020. – V. 39, N 21–22. – P. 837–851 DOI 10.1177/0731684420933681.

27. Correlation between thermo-mechanical properties and chemical composition of aged thermoplastic and thermosetting fiber reinforced plastic materials: Korrelation zwischen thermomechanischen Eigenschaften und chemischer Zusammensetzung von gealterten thermo-und duroplastischen faserverstärkten Kunststoffen / A. Messana et al. // Materialwissenschaft und Werkstofftechnik. – 2017. – V. 48, N 5. – P. 447–455. DOI 10.1002/mawe.201700024.

28. IEC 60068–2-38 Edition 2009–01. Environmental testing – Part 2–38 Tests – Test Z/AD, IEC International Standard, 17 р.

29. Costa A. P., Botelho E. C., Pardini L. C. Influence of environmental conditioning on the shear behavior of poly (phenylene sulfide)/glass fiber composites // Journal of Applied Polymer Science. – 2010. – V. 118, N 1. – P. 180–187. DOI 10.1002/app.32295.

30. Arici A. A. Effect of hygrothermal aging on polyetherimide composites // Journal of reinforced plastics and composites. – 2007. – V. 26, N 18. – P. 1937–1942. DOI 10.1177/0731684407082630.

31. Baschek G., Hartwig G., Zahradnik F. Effect of water absorption in polymers at low and high temperatures // Polymer. – 1999. – V. 40, N 12. – P. 3433–3441 DOI 10.1016/S0032-3861(98)00560-6.