Вплив наповнювачів на структуру та властивості полімерної матриці

Abstract

UA: Мета роботи. Підвищення механічних властивостей полімерної матриці шляхом додавання в неї дрібнодисперсних наповнювачів оксиду алюмінію та тальку, які можуть бути модифікаторами. Методи дослідження. Було проведено дослідження зразків з полімеру на розтяг за ДСТУ EN ISO 527-5:2018. Випробування проводили на розривній машині УРМ-5 з максимальним зусиллям 50 кН. Металографічний аналіз проводили на мікроскопі KEYENCE VHX при збільшеннях 50 та 500. Мікроструктуру полімерної матриці визначали шліфах без травлення. Отримані результати. Показано що введення дрібнодисперсних частинок оксиду алюмінію збільшило показник міцності з 4,69 МПа до 13,07 МПа, порівняно зі зразком без наповнювачів. Також було дослід-жено, що введення дрібнодисперсних частинок тальку в кількості 0,75 % мас. призвело до збільшення показників міцності з 4,69 МПа до 12,74 МПа, в порівнянні зі зразком без наповнювачів. Наукова новизна. Отримано полімерну матрицю з підвищеними механічними властивостями за допомогою додавання наповнювачів, як модифікаторів. Знайдено оптимальний варіант концентрації добавок оксиду алюмінію та тальку. Порівнюючи результати з попередніми дослідженнями, де використовувались оксид алюмінію та тальк у різних концентраціях з різними типами полімерних матриць, можна визначити, що досліджені концентрації модифікаторів з епоксидною смолою ЕД-20 привели до отримання полімерного композита з більшими механічними характеристиками. Отримані результати свідчать про значний потенціал оксиду алюмінію та тальку як ефективних модифікаторів для покращення міцності та інших важливих властивостей композитних матеріалів. Практична цінність. Отримані результати вказують на великий потенціал використання оксиду алюмінію та тальку в якості модифікаторів для полімерних матриць з метою покращення їхніх механічних характеристик. У практичному плані, використання цих наповнювачів може мати значний вплив на розробку нових композитних матеріалів з покращеними властивостями, що може знайти застосування у виробництві композитної арматури. Враховуючи підвищену міцність та стійкість отриманих матеріалів, ці композити можуть бути ефективно використані для створення легших та міцніших конструкцій у будівництві та інших сферах. Також, їхнє використання може призвести до зменшення витрат на ремонт та обслуговування завдяки підвищеній довговічності та стійкості до механічних навантажень. Таким чином, впровадження отриманих результатів може мати вагомий вплив на практику виготовлення композитних матеріалів та забезпечити створення продуктів з покращеними характеристиками для різноманітних застосувань. EN: Purpose. Enhancement of the mechanical properties of the polymer matrix through the incorporation of finely dispersed fillers, namely aluminum oxide and talc, as potential modifiers. Research methods. Research was conducted on polymer specimens subjected to tensile testing according to DSTU EN ISO 527-5:2018. The tests were performed using a URM-5 tensile testing machine with a maximum force of 50 kN. Metallographic analysis was carried out using a KEYENCE VHX microscope at magnifications of 50 and 500. The microstructure of the polymer matrix was assessed through etching-free procedures. Results. The study demonstrates that the incorporation of finely dispersed aluminum oxide particles increased the strength parameter from 4.69 MPa to 13.07 MPa, as compared to the unfilled sample. Additionally, it was observed that the introduction of finely dispersed talc particles at a concentration of 0.75 % by mass led to an enhancement in strength values from 4.69 MPa to 12.74 MPa, in comparison to the unfilled sample. Scientific novelty. A polymer matrix with enhanced mechanical properties was achieved through the addition of fillers acting as modifiers. The optimal concentration of aluminum oxide and talc additives was determined. By comparing the results with previous studies involving aluminum oxide and talc at various concentrations in different types of polymer matrices, it can be concluded that the investigated concentrations of modifiers with epoxy resin ED-20 led to the production of a polymer composite with superior mechanical characteristics. The obtained results underscore the significant potential of aluminum oxide and talc as effective modifiers for improving the strength and other crucial properties of composite materials. Practical value. The obtained results highlight the significant potential of utilizing aluminum oxide and talc as modifiers for polymer matrices to enhance their mechanical characteristics. From a practical standpoint, the use of these fillers can exert a substantial impact on the development of new composite materials with improved properties, finding application in composite reinforcement production. Considering the heightened strength and resilience of the resulting materials, these composites can be effectively employed to create lighter and stronger structures in construction and other industries. Additionally, their application may lead to reduced repair and maintenance costs due to increased durability and resistance to mechanical loads. Thus, the implementation of the obtained results could have a substantial influence on the practice of composite material manufacturing, ensuring the creation of products with enhanced characteristics for various applications.