Дисертації
Постійне посилання зібранняhttps://repository.lntu.edu.ua/handle/123456789/487
Переглянути
1 результатів
Результати пошуку
Item type:Дисертація, Розробка біокомпозитних матеріалів на основі модифікованих компонентів стійких до впливу атмосферних факторів(Луцьк : ЛНТУ, 2024) Шегинський, Володимир ОлеговичВикористання полімеркомпозитних матеріалів на синтетичній основі ускладнюється через обмеженість сировинної бази та погіршення екологічної ситуації в світовому масштабі. Масове використання синтетичних полімеркомпозитних виробів призводить до забруднення навколишнього середовища через зростання об’ємів сміттєвих полігонів та виділення шкідливих речовин в полімеркомпозитних матеріалів. результаті руйнування компонентів. Одним з перспективних напрямків вирішення даної проблеми є використання біокомпозитних матеріалів, до складу яких входять компоненти природного походження. Це дозволить розширити сировинну базу, яка представляє собою відходи лісопереробної, меблевої, харчової та сільськогосподарської галузей. Біокомпозитні матеріали мають багато переваг порівняно з синтетичними полімеркомпозидами, однак через високу гідрофільність компонентів їх масове виробництво обмежено. В роботі розглянуто особливості формування структури та досліджено властивості бікомпозитних матеріалів на основі біополімерної матриці білкової природи та наповнювачів рослинного походження, які модифіковані гідрофобними речовинами. Це дозволить підвищити стійкість біокомпозитних виробів до експлуатації у вологому середовищі, за понижених температур та в умовах циклічної зміни температури. Мета роботи - дослідити властивості та особливості формування структури модифікованих біокомпозитів на основі компонентів природного походження, які мають стійкість до впливу атмосферних факторів за рахунок 3 використання гідрофобних речовин та технології модифікації матеріалів. Наукова новизна роботи: 1. Вперше встановлено, що за оптимального вмісту парафіну в кількості 4 мас.ч. та втрати вологості композиції 10 % відбувається підвищення на 20 % міцності на стиснення глютинових біокомпозитних матеріалів, які містять порошок деревного борошна (100 мас.ч.), що пов’язано з формуванням щільної структури біокомпозитів через зменшення опору переміщенню частинок наповнювача, на поверхні яких знаходиться гідрофобна добавка. 2. Показано, що використання парафіну в оптимальні кількості 14 мас.ч. в композиції з подрібненими стеблами дикорослих трав (100 мас.ч.) забезпечує підвищення на 76-78 % міцності на стиснення біокомпозитів в результаті антифрикційного впливу гідрофобної добавки, яка забезпечує компактне розташування частинок стебел в біополімерній матриці та формування фізико-хімічних зв’язків між активними групами добавки та компонентами біокомпозиту. 3. Встановлено, що введення оліфи Оксоль до складу біокомпозитного матеріалу в оптимальній кількості (4 мас.ч.) з додатковою обробкою біокомпозиту в середовищі розплавленого парафіну забезпечує формування захисного шару у вигляді плівки, що дозволяє знизити гігроскопічність біокомпозитних матеріалів до 0,37 % в умовах експлуатації за підвищеної вологості. 4. Додаткова обробка у середовищі оліфи Оксоль глютинових біокомпозитних матеріалів, які містять деревне борошно та гідрофобну добавку оліфу в оптимальній кількості 4,0 мас.ч., підвищує у 3,0-6,3 раз межу міцності на стиснення у випадку циклічної зміни температури від 25 °С до 25 °С за рахунок формування стійкої захисної плівки на поверхні біокомпозитного матеріалу. Практичним результатом роботи є розробка нових біокомпозитних покриттів, які мають високу міцність на стиснення, ударну в’язкість, 4 можливість до експлуатації в умовах підвищеної вологості, понижених або підвищених температур, циклічної зміни температур. Ефективність розроблених гідрофобних біокомпозитних матеріалів підтверджено актом впровадження, який визначає перспективність використання розроблених біокомпозитів для виготовлення елементів конструкцій з підвищеною стійкістю до впливу атмосферних факторів. Здобувач особисто приймав участь у проведенні досліджень структури та властивостей біокомпозитних матеріалів. Самостійно проводив аналіз результатів експериментальних досліджень та приймав участь у постановці завдань, визначенні наукової новизни та формулюванні загальних висновків. У вступі визначено проблему, що стосується розробки біокомпозитних матеріалів з використанням компонентів природного походження. Представлено об’єкт та предмет дослідження, визначено мету та основні завдання роботи, подано новизну та практичне застосування результатів роботи. Розділ 1. Представлено характеристику біокомпозитних матеріалів на основі синтетичних матриць та біополімерів. Показано переваги біокомпозитних матеріалів, представлено широкий спектр видів наповнювачів, які являють собою відходи сільськогосподарського виробництва або харчової промисловості. Визначено основні проблеми, що стосуються особливостей формування біокомпозитних матеріалів, наповнювачі яких мають високу гідрофільність. Це визначає широкий напрямок наукових досліджень, які грунтуються в основному на застосуванні методів фізичної та хімічної обробки наповнювачів рослинного походження. Розділ 2. Використано сучасні та класичні методи дослідження механічних та експлуатаційних властивостей, а також мікроструктури біокомпозитних матеріалів. Визначено механічні характеристики біокомпозитних матеріалів: адгезійна міцність, твердість, міцність на стиснення та ударна в’язкість. Визначено стійкість біокомпозитів у вологому середовищі, в умовах понижених температур та циклічної зміни температури. 5 Структуру біокомпозитних матеріалів досліджено методами оптичної мікроскопії та інфрачервоної спектроскопії. Оптимізацію складу та режиму термічної обробки біокомпозитів здійснено в результаті побудови математичної моделі за допомогою методу багатофакторного планування експерименту. Розділ 3. Визначено адгезійну міцність глютинового біополімеру залежно від тривалості витримки в тепловому полі та температури термічної обробки, яка забезпечує процес формування фізико-хімічних зв’язків. Встановлено підвищення адгезійної міцності для біополімерів за тривалості витримки 90 хв та температури 120 °С, що пов’язано з рівномірним структуруванням глютинової матриці. В результаті введення парафіну в кількості 4 мас.ч. відбувається підвищення на 26-39 % міцності на стиснення, що визначається здатністю матеріалу формувати ущільнену структуру через наявність гідрофобної добавки, яка виконує мастильну функцію. Проведення додаткової термічної обробки композиції, яка забезпечує видалення вологи в кількості 10 %, призводить до підвищення міцності на стиснення в межах 50-55 %, оскільки відбувається формування необхідної кількості фізико-хімічних зв’язків між компонентами біокомпозитного матеріалу. Проведено аналіз руйнувань біокомпозитних зразків з різним вмістом гідрофобної добавки. Характер руйнування зразків підтверджує результати експериментальних досліджень по визначенню межі міцності на стиснення. Оптимальний вміст парафіну для біокомпозитних матеріалів, які наповнені подрібненими стеблами дикорослих трав, становить 14 мас.ч., що визначається формуванням щільної структури за рахунок використання антифрикційної добавки, яка полегшує процес пресування композиції. Використання парафіну призводить до зниження на 35-40 % ударної в’язкості біокомпозитів, що пов’язано з зменшенням опору до поширення тріщини в об’ємі біокомпозитного матеріалу. Введення оліфи в кількості 2-4 мас. ч. забезпечує підвищення межі 6 міцності при стисненні на 12-15 % порівняно з міцністю біокомпозитного матеріалу без модифікуючої добавки. Використання гідрофобної добавки забезпечує підвищення жорсткості біополімерної матриці та утворення нових фізико-хімічних зв’язків. Виявлено, що біокомпозитний матеріал, який наповнений деревним борошном та модифікований парафіном, характеризується більшою оптичною густиною та площею піка смуг поглинання порівняно із біокомпозитним матеріалом, який не містить в складі модифікатора. Це вказує на вищу міцність даного біокомпозитного матеріалу за рахунок утворення вищої кількості фізико-хімічних зв’язків в матеріалі. Методом багатофакторного експерименту визначено оптимальний вміст добавок та режим термічної обробки, що дозволило підвищити до 20 % міцність на стиснення біокомпозитних матеріалів, які модифіковані парафіном. Розділ 4. Найвищу гігроскопічну вологість (18,5 %) мають біокомпозитні зразків без гідрофобного покриття та додаткової термічної обробки. Термічна обробка забезпечує формування щільної структури біополімерної матриці, що ускладнює проникання молекул води всередину глобул амінокислот глютинової матриці. Підвищену стійкість до водопоглинання мають біокомпозитні матеріали, на поверхні яких нанесено шар парафіну в результаті занурення зразків у розплав гідрофобної добавки. Це дозволяє сформувати на поверхні біокомпозитного матеріалу захисний шар значно більшої товщини порівняно з покриттям на основі оліфи. Водопоглинання біокомпозитів з таким покриттям не перевищує 3,4 %. Біокомпозити, що містять оліфу та покриті шаром оліфи мають високі значення межі міцності на стиснення за низької температури (-25 °С), що пов’язано з підвищенням жорсткості полімерної сітки глютинової матриці. Також найвищу міцність на стиснення мають біокомпозитні матеріали, які модифіковані оліфою та покриті шаром оліфи, яка утворює стабільну 7 плівку на поверхні біокомпозитних зразків. Під час нагрівання та охолодження плівка зберігає цілісність та здатна деформуватися без руйнування. Подано технологію формування біокомпозитних виробів, які містять комплекс наповнювачів (деревне борошно та подрібнені стебла дикорослих трав) в оптимальній кількості та модифікуючу добавку (парафін). Формування біокомпозитних виробів відбувається в результаті пресування композиції та сушіння за кімнатної температури. Після проведення операції шліфування на поверхню виробу наноситься гідрофобне покриття, яке забезпечує захист від вологи та підвищує стійкість до дії атмосферних факторів.