Акустичні дослідження пружності та демпфування композитів на основі поліпропілену, наповнених частинками нітриду титану, для 3D-друку

Анотація

Досліджено композитні матеріали, наповнені частинками нітриду титану, які є основою виготовлення методом 3D-друку виробів, перспективних для використання в екстремальних умовах: ріжучого інструмента, зносостійких та захисних покривів, біомедичних виробів та електрохімічних конденсаторів енергії. Лінійними та нелінійними акустичними методами досліджено характеристики пружності та здатності до демпфування композитів на основі поліпропілену, наповнених частинками нітриду титану з об’ємним вмістом до 46%. Встановлено, що зі зростанням об’ємного вмісту частинок нітриду титану від 20 до 46% збільшується модуль Юнга композита з 4,91 до 9,77 ГПа, а модуль зсуву — від 1,85 до 3,55 ГПа. Залежності обох модулів пружності від об’ємного вмісту кераміки у дослідженому діапазоні з задовільною точністю можуть бути описані формулою Хальпина–Цая з емпіричним фактором форми частинок наповнювача 4,2, що є близьким до експериментально визначеного. Здат­ність до демпфування досліджених композитів лежить в діапазоні 0,06–0,12, причому вона дещо нижче у композита з більшим вмістом частинок нітриду титану. Залежності здатності до демпфування обох композитів від амплітуди максимальних циклічних деформацій мають мінімум в точках, що відповідають напруженням близько 2,5 МПа. За тих самих напружень спостерігався злам на амплітудній залежності зміни відносної резонансної частоти. Автори вважають, що обидва ці явища викликані структурними змінами в композиті, які виникають в процесі циклічної деформації за даних амплітуд і частот коливань. Результати засвідчили перспективність використання акустичних неруйнівних методів для моніторингу якості філаментів для 3D-друку, а також готових виробів із композиційних матеріалів.