Порівняльний аналіз характеристик міцності вітчизняних композитних матеріалів на поліуретановій основі
DOI:
https://doi.org/10.31498/2225-6733.50.2025.336272Ключові слова:
поліуретанові композити, міцність на стиск, пористість, деформація, дисперсні наповнювачі, матеріалознавство, полімерна матрицяАнотація
У статті представлено результати порівняльного аналізу фізико-механічних властивостей двох вітчизняних композитних матеріалів на поліуретановій основі – ДК2 (розробка Приазовського державного технічного університету) та АК.UR-03 (виробництво компанії «Капітел», м. Дніпро). Дослідження спрямоване на визначення граничної міцності матеріалів при стисканні та оцінку їхньої деформованості, що є критично важливим фактором при виборі матеріалів для захисту обладнання, яке працює в умовах високих навантажень. Особливу увагу приділено також аналізу пористості матеріалів як одного з ключових параметрів, що впливає на їх довговічність та експлуатаційні характеристики. Експериментальні випробування проводилися на гідропресі потужністю 10 тонн із поетапним збільшенням навантаження. Було виміряно зміну товщини зразків на кожному етапі для обчислення ступеня деформації та напружень. Результати показали, що матеріал ДК2 демонструє вищу міцність (209 МПа проти 170 МПа для АК.UR-03) та значно меншу відносну деформацію (12,5% проти 43% відповідно). Це вказує на доцільність його використання в конструкціях, де критично важливими є міцність і стабільність розмірів під навантаженням. Крім механічного аналізу, у роботі було проведено дослідження пористості матеріалів за допомогою 3D-макроскопу після їх руйнування в охолодженому стані. Для матеріалу ДК2 виявлено 977 пор, які займали близько 9,79% площі дослідженої поверхні. Причиною пороутворення визначено хімічну реакцію між ізоціанатами та вологістю, внаслідок чого виділяється вуглекислий газ, що створює мікропухирці в структурі полімеру. Запропоновано методи зменшення пористості, зокрема введення дисперсних наповнювачів (графіт, оксид міді), які можуть зв’язувати CO₂, покращуючи однорідність структури та міцність композиту. Практичне значення результатів полягає в можливості ефективного застосування матеріалу ДК2 у гірничо-металургійній, машинобудівній та енергетичній галузях для відновлення та захисту обладнання, що експлуатується в умовах значних навантажень і агресивних середовищ. Робота також відкриває перспективи для подальших досліджень щодо підвищення експлуатаційних характеристик полімерних композитів шляхом модифікації їх структури та складу
Посилання
Flexible polyurethane foam. I. FTIR analysis on residual isocyanate / Cole K.C., Gheluwe P. Van, Hébrard M.J., Leroux J. Journal of Applied Polymer Science. 1987. Vol. 34. No. 1. Pp. 395-407. DOI: https://doi.org/10.1002/app.1987.070340131.
Mechanism of the stabilization of flexible polyether polyurethane foams by silicone-based surfactants / G.R. Rossmy et al. Journal of Cellular Plastics. 1981. Vol. 17. No. 6. Pp. 319-327. DOI: https://doi.org/10.1177/0021955X8101700602.
Enhanced mechanical and thermal properties of rigid polyurethane foam composites containing graphene nanosheets and carbon nanotubes / D. Yan et al. Polymer International. 2012. Vol. 61. No. 7. Pp. 1107-1114. DOI: https://doi.org/10.1002/pi.4188.
A Study on Polyurethane Hybrid Nanocomposite Foams Reinforced with Multiwalled Carbon Nanotubes and Silica Nanoparticles / Navidfar A., Sancak A., Yildirim K.B., Trabzon L. Polymer-Plastics Technology and Engineering. 2018. Vol. 57. No. 14. Pp. 1463-1473. DOI: https://doi.org/10.1080/03602559.2017.1410834.
Navidfar A., Trabzon L. Graphene type dependence of carbon nanotubes/graphene nanoplatelets polyurethane hybrid nanocomposites: Micromechanical modeling and mechanical properties. Composites Part B: Engineering. 2019. Vol. 176. 107337. DOI: https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2019.107337.
Multi-scale modeling in thermal conductivity of Polyurethane incorporated with Phase Change Materials using Physics-Informed Neural Networks / B. Liu et al. Renewable Energy. 2024. Vol. 220. 119565. DOI: https://doi.org/10.1016/j.renene.2023.119565.
Woods G. The ICI polyurethanes handbook. 2-nd ed. New York: John Wiley&Sons, 1990. 362 p.
Fiore V., Bella G. Di, Valenza A. The effect of alkaline treatment on mechanical properties of kenaf fibers and their epoxy composites. Composites Part B: Engineering. 2015. Vol. 68. Pp. 14-21. DOI: https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2014.08.025.
Марчук Р., Мнацаканов Р. Аналіз полімерних композиційних матеріалів для підшипників ковзання. Problems of Friction and Wear. 2023. С. 55-62. DOI: https://doi.org/10.18372/0370-2197.1(98).17359.
Аналіз стану досліджень полімерних композит-них матеріалів в Україні та світі / С.А. Федосов та ін. Наукові нотатки. 2021. № 72. С. 23-29. DOI: https://doi.org/10.36910/775.24153966.2021.72.4.
Іщенко А., Підплетний В. Ремонт прокатного обладнання металополімерних матеріалів. Прокатне виробництво. 2000. № 6. С. 25-27.
Іщенко А., Рассохін Д., Носовська О. Відновлення прокатного обладнання за допомогою композитних матеріалів. Вісник Приазовського Державного Технічного Університету. Серія : Технічні науки. 2023. № 46. С. 55-61. DOI: https://doi.org/10.31498/2225-6733.46.2023.288125.
Exploitation of Arundo donax L. hydrolysis residue for the green synthesis of flexible polyurethane foams / J. Bernardini et al. BioResources. 2017. 12, 2. Pp. 3630-3655. DOI: https://doi.org/10.15376/biores.12.2.3630-3655.
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Журнал "Вісник Приазовського державного технічного університету. Серія: Технічні науки" видається під ліцензією СС-BY (Ліцензія «Із зазначенням авторства»).
Дана ліцензія дозволяє поширювати, редагувати, поправляти і брати твір за основу для похідних навіть на комерційній основі із зазначенням авторства. Це найзручніша з усіх пропонованих ліцензій. Рекомендується для максимального поширення і використання неліцензійних матеріалів.
Автори, які публікуються в цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
1. Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, яка дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи в цьому журналі.
2. Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди, які стосуються неексклюзивного поширення роботи в тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи в цьому журналі.
