ВПЛИВ БІНАРНОГО СПЛАВУ СИСТЕМИ AL-CR НА ТЕПЛОФІЗИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ НАДВИСОКОМОЛЕКУЛЯРНОГО ПОЛІЕТИЛЕНУ
DOI:
https://doi.org/10.31319/2519-2884.46.2025.6Ключові слова:
надвисокомолекулярний поліетилен, бінарний сплав системи Al-Cr, теплопровідність, теплоємністьАнотація
В умовах стрімкого розвитку науково-технічного прогресу зростають вимоги до конструкційних і триботехнічних матеріалів: необхідні нові інноваційні, екологічно безпечні та ефективні розробки. До них належать полімерні композиційні матеріали, зокрема на основі термопластів, наповнені дисперсними наповнювачами. Такі матеріали знаходять широке застосування в сільськогосподарській, енергетичній і автомобільній промисловості завдяки високій стійкості до низьких та високих температур, вібрацій, корозії, дії вологи та інших агресивних чинників, стабільній роботі в абразивному середовищі, під впливом циклічних та втомних навантажень, а також здатності до безвідмовної експлуатації в трибологічних з’єднаннях в умовах тертя без змащення. Тому актуальним науково-практичним завданням для виготовлення деталей сучасної техніки є розробка та дослідження нових складів композитів на полімерній основі з високим комплексом функціональних властивостей, зокрема високою зносостійкістю та теплопровідністю.
У статті розглянуто вплив загартованого з рідкого стану бінарного сплаву системи Al-Cr на теплофізичні властивості надвисокомолекулярного поліетилену. Встановлено, що введення сплаву у кількісті 5—30 мас. % призводить до зменшення питомої теплоємності та зростання теплопровідності орієнтовано на 25 %. Покращення зазначених показників зумовлено тим, що частки бінарного сплаву формують ефективні теплопровідні шляхи в об’ємі полімерного матеріалу, що сприяє зменшенню теплового опору на межі поділу «полімер-наповнювач». З іншого боку, зменшення питомої теплоємності та зростання теплопровідності також пов’язані зі зростанням ступеня кристалічності полімерних композитів порівняно з чистим надвисокомолекулярним поліетиленом. Виявлено, що ефективний вміст наповнювача в надвисокомолекулярному поліетилені складає 20 мас. %. Даний матеріал доцільно рекомендувати для виготовлення деталей конструкційного та триботехнічного призначення, які працюють в умовах інтенсивного тертя, де необхідні висока зносостійкість і теплопровідність.
Посилання
Melnyk, L.I. & Svidersky, V.A. (2024). Polimernyi kompozytsiinyi material na osnovi perlitu [Polymer composite material based on perlite] Scientific notes of the V.I. Vernadsky TNU. Se-ries: Technical Sciences. 35 (4). P. 281– 287 [in Ukrainian].
Kabat, O.S., Bannyk, N.G., & Voronyi, O.M. (2025). Polymer composite materials of special purpose for the aerospace and rocket industry. Science and innovation. 21 (1). P. 95–103.
Lebedev, V.V., Kryvobok, R.V., Cherkashyna, G.M., Blyznyuk O.V., Lisachuk G.V., & Voloshchuk V.V. (2022). Rozrobka ta oderzhannia polimernykh kompozytiv dlia pohlynannia elektromahnitnoho vyprominiuvannia [Development and production of polymer composites for absorption of electromagnetic radiation]. Scientific notes of the V.I. Vernadsky TNU. Series: Technical Sciences. 33 (5). P. 261–265 [in Ukrainian].
Kobets, A.S. [et al.]. (2022). Application of polymer composites in the agricultural and industrial complex [Application of polymer composites in the agricultural and industrial complex] Dnipro: Zhurfond, 356 p [in Ukrainian].
Hsissou, R., Seghiri, R., Benzekri, Z., Hilali, M., Rafik., M., & Elharfi, A. (2021). Polymer composite materials: A comprehensive review. Composite Structures. Vol.262. 113640.
Rybicka, J., Tiwari, A., Alvarez del Campo P., & Howarth J. (2015). Capturing composites manufacturing waste flows through process mapping. Journal of Cleaner Production. 91. P.251–261.
Tomin, S.V., Yeromenko, О.V., & Yeriomina, Ye.A. (2024). Influence of dispersed filler on the abrasive wear index of ultra-high molecular polyethylene. Functional Materials. 31 (2). P. 210–214.
Tomina A.-M.V. Cheshenko Ye.D., & Dormed A.V. (2024). Influence of dispersed alloys on the tribological properties of ultra-high-molecular-weight polyethylene. International scientific conference «MININGMETALTECH 2024 – The mining and metals sector: integration of busi-ness, technology and education»: conference proceedings, [Riga], November 28–29, 2024. Latvia: «Baltija Publishing». P. 196–198.
Guo, B., Lijuan, Wang, Yin, P., Bengang, Li, & Panxin, Li. (2017). Ultra-high-molecular-weight polyethylene fiber-reinforced thermoplastic corn starch composite. Materials Science. 33. P. 564–577.
Wang, L., Gao, S., Wang, J., Wang, W., Zhang, L., & Tian, M. (2018). Surface modification of UHMWPE fibers by ozone treatment and UV grafting for adhesion improvement. The Journal of Adhesion. 94. Р.30–45.
Mudryi, S.I., Kulik Yu.O. & Yakymovych A.S. (2017). Renthenostrukturnyi analiz u materialoznavstvi [X-ray structural analysis in materials science]: teaching and methodical manual Lviv: I. Franko Lviv National University, 2017. 226 p [in Ukrainian].
Jones, H. (2005). Some effects of solidification kinetics in microstructure formation in Al-based alloys. Materials Science and Engineering A. 413-414. Р.165–173.
Popil, O.I., Tomina, A.-M.V. & Mykyta K.A. (2025). Vplyv binarnoho splavu systemy Al-Cr na pokaznyk abrazyvnoho styrannia nadvysokomolekuliarnoho polietylenu [The influence of binary alloy of the Al-Cr system on the abrasive wear ratio of ultra-high-molecular-weight polyethylene]. Chemical Problems of Today (CPS-2025): collection of abstracts of the VIII International (XVIII Ukrainian) scientific conference of students, postgraduates and young scientists, [Vinnytsia], March 25–27, 2025 / Vasyl Stus Donetsk National University, ed. by O. M. Shendryk [et al.] P. 153 [in Ukrainian].
Sirenko, H.O., Sviderskyi, V.P. & Skladanyuk, M.B. (2020). Fizychni metody doslidzhennia rechovyn: Ch.II. Teplofizychni metody ta vlastyvosty polimernykh kompozytiv [Physical methods of studying substances]: Part II. Thermophysical methods and properties of polymer composites: monographic textbook (special course of lectures. – 2nd ed. corrected., supplemented) ed. by H.O. Sirenko – Ivano-Frankivsk: Suprun V.P. Publishing House 292 p [in Ukrainian].
Мельник Л.І., Свідерський В.А. Полімерний композиційний матеріал на основі перліту. Вчені записки ТНУ імені В.І. Вернадського. Серія: Технічні науки. 2024. Т. 35, № 4. С. 281–287.
Kabat O.S., Bannyk N.G., Voronyi O.M. Polymer composite materials of special purpose for the aerospace and rocket industry. Sci. innov., 2025, Вип. 21(1). С. 95–103.
Лебедєв В.В., Кривобок Р.В., Черкашина Г.М., Близнюк О.В., Лісачук Г.В., Волощук В.В. Розробка та одержання полімерних композитів для поглинання електромагнітного випромінювання. Вчені записки ТНУ імені В.І. Вернадського. Серія: Технічні науки. 2022. Т.33, №5. С. 261–265.
Застосування полімерних композитів в АПК / А.С. Кобець [та ін.]; – Дніпро: Журфонд, 2022. 356 с.
Hsissou R., Seghiri R., Benzekri Z., Hilali M., Rafik M., Elharfi A. Polymer composite materials: A comprehensive review. Composite Structures. 2021. Vol.262. 113640.
Rybicka J., Tiwari A., Alvarez del Campo P., Howarth J. Capturing composites manufacturing waste flows through process mapping. Journal of Cleaner Production. 2015. Vol.91. P.251–261.
Tomin S.V., Yeromenko О.V., Yeriomina Ye.A. Influence of dispersed filler on the abrasive wear index of ultra-high molecular polyethylene. Functional Materials. 2024. Vol.31. No.2. P. 210–214
Tomina A.-M.V. Influence of dispersed alloys on the tribological properties of ultra-high molec-ular weight polyethylene / A.-M.V. Tomina, Ye.D. Cheshenko, A.V. Dormed // International scientific conference «MININGMETALTECH 2024 – The mining and metals sector: integration of business, technology and education»: conference proceedings (November 28–29, 2024. Riga, the Republic of Latvia). Riga, Latvia: «Baltija Publishing». 2024. Vol. 1. P. 196–198.
Guo B., Lijuan Wang, P. Yin, Bengang Li, Panxin Li Ultra-high molecular weight polyethylene fiber-reinforced thermoplastic corn starch composite. Materials Science. 2017. Vol. 33. P. 564–577.
Wang L., Gao S., Wang J., Wang W., Zhang L., Tian M. Surface modification of UHMWPE fibers by ozone treatment and UV grafting for adhesion improvement. The Journal of Adhesion. 2018. Vol. 94. P.30–45.
Мудрий С.І. Рентгеноструктурний аналіз у матеріалознавстві: навч.-метод. посібник / С.І. Мудрий, Ю.О Кулік, А.С. Якимович. Львів: ЛНУ імені І .Франка. 2017. 226 с.
Jones H. Some effects of solidification kinetics in microstructure formation in Al-based alloys. Mat .Sci. and Eng.A.-413-414. 2005. Р.165–173.
Попіль О.І. Вплив бінарного сплаву системи Al-Cr на показник абразивного стирання надвисокомолекулярного поліетилену / О.І. Попіль, А.-М.В. Томіна, К.А. Микита // Хімі-чні проблеми сьогодення (ХПС-2025): збірник тез доповідей VIII Міжнародної (ХVIII Ук-раїнської) наукової конференції студентів, аспірантів і молодих учених, 25–27 березня 2025 року, м. Вінниця / Донецький національний університет імені Василя Стуса; редко-легія: О. М. Шендрик (відп. ред.) [та ін.]. Вінниця, 2025. C. 153.
Сіренко Г.О., Свідерський В.П., Складанюк М.Б. Фізичні методи дослідження речовин: Ч.ІІ. Теплофізичні методи та властивости полімерних композитів: монографічний підруч-ник (спеціальний курс лекцій. – 2-ге вид. випр.., доп.) / за ред. Г.О. Сіренка – Івано-Франківськ: Вид. Супрун В.П., 2020, 292 c.
