МАТЕМАТИЧНЕ ОБҐРУНТУВАННЯ СКЛАДУ НАПОВНЕНИХ ПОЛІПРОПІЛЕНОВИХ КОМПОЗИЦІЙ ДЛЯ ВИГОТОВЛЕННЯ ДЕТАЛЕЙ АВТОМОБІЛІВ З ВИКОРИСТАННЯМ RSM–GRA АНАЛІЗУ
DOI:
https://doi.org/10.30857/2786-5371.2026.3.8Ключові слова:
багатокритеріальна оптимізація, ранжування, поліпропілен, концентрат кальциту, карбонат кальцію, поліолефіновий еластомер, RSM, GRA, ударна в’язкість, ПТРАнотація
Мета. Метою роботи є встановлення можливості застосування методології поєднання поверхні відгуку (Response Surface Methodology, RSM) та сірого реляційного аналізу (Grey Relational Analysis, GRA) для математичного обґрунтування складу наповнених поліпропіленових композицій для виготовлення деталей автомобілів, які можуть бути відібрані для подальшої експериментальної перевірки з урахуванням різних інженерних пріоритетів.
Методика. Математичне моделювання виконано ретроспективно на основі експериментальних даних, отриманих у попередніх дослідженнях авторів. Як незалежні фактори використано вміст концентрату кальциту та вміст поліолефінового еластомеру. Як залежні відгуки розглянуті межа міцності при розтягуванні, показник течії розплаву та ударна в’язкість. На основі експериментального масиву методом найменших квадратів побудовано регресійні моделі другого порядку. На основі побудованих RSM-моделей сформовано серію розрахункових варіантів складу полімерних композицій, для яких виконано GRA-ранжування за різними сценаріями.
Результати. Побудовані RSM-моделі дозволили кількісно описати вплив вмісту концентрату кальциту та поліолефінового еластомеру на міцність, ПТР і ударну в’язкість композицій. Використання GRA дало змогу перевести різнорозмірні відгуки до єдиної безрозмірної шкали й порівняти однаковий набір розрахункових варіантів складу за різних вагових сценаріїв. GRA виконано за різними сценаріями відповідно до інженерних пріоритетів. Отримано структурований ранжований перелік конкурентних варіантів складу полімерних композицій, що дає можливість відбирати рецептури із збалансованими властивостями.
Наукова новизна. Запропоновано схему поєднання методів RSM та GRA для багатокритеріального аналізу складу наповнених поліпропіленових композицій на основі ретроспективного масиву експериментальних даних.
Практична значимість. Запропонований підхід може бути використаний для попереднього відбору складів наповнених поліпропіленових композицій для виготовлення деталей автомобілів без проведення додаткових експериментів. Сценарне GRA-ранжування дає можливість скоротити кількість складів полімерних композицій, що потребують перевірки, та оцінити компроміс між межею міцності при розтягуванні, ПТР та ударною в’язкістю.
Завантаження
Посилання
Hossain M. T., Shahid M. A., Mahmud N., Habib A., Rana M. M., Khan S. A., Hossain M. D. Research and application of polypropylene: a review. Discover Nano. 2024. Vol. 19, No. 1. Article 2. DOI: https://doi.org/10.1186/s11671-023-03952-z.
Karian H. G. Handbook of Polypropylene and Polypropylene Composites. 2nd ed. New York: Marcel Dekker, 2005. P. 76. URL: https://api.pageplace.de/preview/DT0400.9780203911808_A23567367/preview-9780203911808_A23567367.pdf.
Maddah H. A. Polypropylene as a promising plastic: a review. American Journal of Polymer Science. 2016. Vol. 6, No. 1. P. 1–11. DOI: https://doi.org/10.5923/j.ajps.20160601.01.
Shirvanimoghaddam K., Balaji K. V., Yadav R. et al. Balancing the toughness and strength in polypropylene composites. Composites Part B: Engineering. 2021. Vol. 223. Article 109121. DOI: https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2021.109121.
Singh M. K., Tewari R., Zafar S. et al. A comprehensive review of various factors for application feasibility of natural fiber-reinforced polymer composite. Results in Materials. 2023. Vol. 17. Article 100355. DOI: https://doi.org/10.1016/j.rinma.2022.100355.
Mohan K. A., Dimple A. N., Ashokavel S. et al. Numerical investigation of mechanical properties of hybrid fiber reinforced polymer composites. Materials Today: Proceedings. 2022. Vol. 52. P. 2255–2263. DOI: https://doi.org/10.1016/j.matpr.2021.08.096.
Yu T., Zhang Z., Song S. et al. Tensile and flexural behaviors of additively manufactured continuous carbon fiber-reinforced polymer composites. Composite Structures. 2019. Vol. 225. Article 111147. DOI: https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2019.111147.
Timsina S. Investigation into mechanical properties to use recycled Polypropylene/Talc composites for car bumper application. Technical Journal. 2019. Vol. 1, No. 1. P. 54–64. DOI: https://doi.org/10.3126/tj.v1i1.27592.
Сайтарли С. В. Розробка наповнених полімерних композицій з поліпшеними властивостями на основі поліпропілену і олігобутадієнів: автореф. дис. ... канд. техн. наук: 05.17.06 – технологія полімерних і композиційних матеріалів. Київ: Київський національний університет технологій та дизайну, 2019.
Vasnetsov V., Vasnetsov C. Optimization techniques for multi-component materials. Journal of Modern Polymer Chemistry and Materials. 2023. Vol. 2. Article 2. DOI: https://doi.org/10.53964/jmpcm.2023002.
Bezerra M. A., Santelli R. E., Oliveira E. P., Villar L. S., Escaleira L. A. Response surface methodology (RSM) as a tool for optimization in analytical chemistry. Talanta. 2008. Vol. 76. P. 965–977. DOI: https://doi.org/10.1016/j.talanta.2008.05.019.
Deng J. Introduction to Grey System Theory. The Journal of Grey System. 1989. Vol. 1, No. 1. P. 1–24.
Дзюбенко Л. С., Сайтарли С. В., Сап’яненко О. О., Горбик П. П., Плаван В. П., Будаш Ю. О. Вплив високодисперсного кальциту на реологію, структуру та термостійкість композитів на основі поліпропілену. Поверхня. 2019. № 11 (26). С. 403–413. DOI: https://doi.org/10.15407/Surface.2019.11.403.
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2026 Кирило АРТЕМЕНКО, Вікторія ПЛАВАН, Світлана САЙТАРЛИ
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.
