Registration Number
0825U002527, PhD dissertation
Status
Доктор філософії
Date
27-08-2025
popup.evolution
.
Title
Development of biocomposite materials based on glutin filled with products of plant waste processing
Author
Mykhailo Vyshynsky,
popup.head Oksana Sadova
popup.opponent Olexandr Sapronov
popup.opponent Maksym V. Yurzhenko
popup.review Mykola D. Melnychuk
popup.review Nataliia Y. Imbirovych
popup.rada
Lutsk National Technical University
Description
Мета роботи - оптимізація складу та розробка технології формування глютинових біокомпозитних матеріалів на основі продуктів переробки відходів рослинного походження.
Наукова новизна роботи:
1.Вперше виявлено, що найвищу міцність на стискання (55,7 МПа) мають високонаповнені глютинові біокомпозитні матеріали з оптимальним вмістом дискретних волокон соломи в кількості 140 мас. ч. зі ступенем підсушування композиції 25% за рахунок утворення фізичних та хімічних зв’язків між полімерною матрицею і поверхнею наповнювача.
2.Встановлено залежність вмісту наповнювача від ступеня підсушування композиції, згідно якої біокомпозити із нижчим вмістом наповнювача (140 мас. ч. подрібненої соломи, 160 мас. ч. подрібнених стебел кропиви, 190 мас. ч. кавової гущі) потребують застосування вищого ступеня підсушування композиції 25% і, навпаки, для біокомпозитів із вищим вмістом наповнювача (150 мас. ч. подрібненої соломи, 170 мас. ч. подрібнених стебел кропиви, 200 мас. ч. кавової гущі) достатнім є застосування меншого ступеня підсушування композиції 20%, що вказує на економічну ефективність формування біокомпозитів з вищим вмістом наповнювача.
3.Встановлено, що температура термічної обробки біокомпозитів має становити 150 С, що дозволяє отримати біокомпозитні матеріали високої міцності (115-121 МПа) з вмістом подрібнених стебел кропиви та ударної в’язкості (4,5-6,5 кДж/м2) з вмістом подрібненої соломи за рахунок забезпечення оптимальної щільності (1,38 г/см3) та високого ступеня структурування біокомпозитів.
4.Вперше виявлено, що формування біокомпозитів, які містять волокнисті наповнювачі (подрібнена солома, подрібнені стебла кропиви) в оптимальній кількості під вищим тиском (11 МПа) дозволяє підвищити ударну в’язкість матеріалів на 39-51% за рахунок утворення більшої кількості хімічних зв’язків між компонентами системи, що підтверджено вищими значення оптичної густини для даних біокомпозитних матеріалів.
Розділ 1. Представлено класифікацію та характеристику основних полімерів натурального походження. Наведено класифікацію та властивості волокнистих наповнювачів природного походження. Визначено основні проблеми, які виникають під час використання волокнистих наповнювачів природного походження в якості наповнювачів композитних матеріалів. Подано огляд практичного застосування біокомпозитних матеріалів на основі біорозкладних та наповнювачів природного походження та вказано їх переваги.
Розділ 2. Подано основні характеристики та властивості використаних в роботі компонентів для формування біокмопозитів. Використано сучасні та класичні методи дослідження механічних властивостей (міцність на стискання, ударна в’язкість) біокомпозитних матеріалів. Мікроструктуру розроблених біокомпозитних матеріалів досліджено методами ІЧ-спектроскопії, оптичної та електронної мікроскопії. Здійснено математичну обробку з метою оптимізації складу біокомпозиту та режиму формування методом багатофакторного планування експерименту.
Розділ 3. Розроблено технологію формування глютинових біокомпозитних матеріалів, наповнених подрібненими стеблами злакових культур. Досліджено вплив підсушування композиції та додаткової термічної обробки на властивості та структурування біоокмпозитів. Встановлено, що міцність на стискання біокомпозитних матеріалів зростає із збільшенням ступеня підсушування композиції до 25% внаслідок формування однорідної щільної структури в результаті видалення надлишку вологи з об’єму матеріалу. Найвищі значення міцності на стискання 87,6МПа мають біокомпозити із ступенем підсушування композиції 20%, для яких проведено додаткову термічну обробку за температури 50 С протягом 4 год.
Розділ 4. Встановлено, що оптимальним в біокомпозитному матеріалі є вміст кавової гущі в кількості 200 мас. ч. із ступенем підсушування композиції 20% та щільністю композиції 1,17 г/см3. Міцність на стискання даного біокомпозиту становить 75,8-79,6 МПа. Встановлено, що оптимальним є наступний режим термічної обробки: 1 год 150 °С + пресування + 1 год 150 °С. У випадку скорочення тривалості витримки відбувається зниження на 19-30% механічних властивостей біокомпозитів.
Registration Date
2025-06-26
popup.nrat_date
2025-06-26 / 2026-07-01
