Кафедра інноваційної інженерії (ІІ)

Permanent URI for this communityhttps://crust.ust.edu.ua/handle/123456789/20192

ENG: Department of Innovation Engineering

Browse

Now showing 1 - 17 of 17

Development of Polymer Composite Materials for Friction Elements of Conveyor Equipment
(Technology Audit and Production Reserves, 2025) Sytar, Volodymyr І.; Kozyrko, Dmytro; Kabat, Oleh S.; Nazarenko, Andriy
ENG: The object of the study is materials with enhanced tribological properties intended for the friction components of conveyor equip-ment. One of the most critical issues is ensuring the wear resistance of friction units in conveyor systems, particularly under dry friction conditions. A promising solution involves the use of tribotechnical polymer composite materials (PCMs) based on aromatic polyamide.The research involved the use of modified graphite-containing systems based on aromatic polyamides filled with graphites of various dispersities and at different mass concentrations.Polymer composites were obtained based on aromatic polyamide modified with organosilicon fluid and filled with graphites differ-ing in nature and morphology. A correlation was established between the antifriction properties of the polymer compositions and both the filler content and graphite grade.Under dry friction conditions, the enhancement of antifriction properties is achieved by incorporating graphite into the aromatic polyamide in an effective concentration of 15–20%, at which a stable antifriction film forms on the counterbody surface, acting as a solid lubricant. In this case, the coefficient of friction and the linear wear rate of the material remain low, 0.1 to 0.15 and 0.5 to 1 × 10–⁹ m/m, respectively. A notable observation is that during friction, the graphite material wears away while the metal remains virtually unaffected. It was found that an excessive filler content (> 20%) leads to brittleness of the composite, which is a critical design limitation.As a result, the developed material can be effectively used for friction components operating under dry, lubrication-free conditions. This justifies its high utility and environmental benefits, as it eliminates the need for lubricants and their disposal. Compared to tradi-tional materials such as bronze, the proposed composites offer distinct advantages.
Effect of Clearance on Residual Stress and Quality in Rolled Tube-Tubesheet Connections
(Вісник Приазовського Державного Технічного Університету, 2025) Stovpnyk, Oleksandr V.; Kabat, Oleh S.; Ved’, Viktor V.
ENG: The quality of the tube-to-tubesheet joint is a critical factor determining the reliability and durability of heat exchangers and various types of industrial equipment operating under demanding conditions. This article examines the influence of the clearance between the tube and the tubesheet hole on the magnitude of residual stresses in the joint following the tube rolling process. The experimental component of the study involved precise measurements of actual clearances using specialized tools, the calculation of residual stresses through the mechanical stress relief method, and a comprehensive statistical analysis of the collected data to ensure accuracy and consistency. The findings revealed that the actual clear-ance typically exceeds the nominal value specified in design standards, and an increase in this clearance directly corre-lates with a rise in residual stresses within the joint. Notably, the highest stress levels were observed at clearances of 0.40 mm and greater, which may lead to localized plastic deformation, compromising the structural integrity and reducing the fatigue strength of the joint over time. Based on the analysis, the optimal clearance range was determined to be between 0.10 mm and 0.30 mm, as it strikes a balance between ensuring joint reliability and maintaining acceptable stress levels, thus minimizing the risk of premature failure. To validate the reliability of the experimental results, advanced statistical methods were employed, including the calculation of standard deviation to assess data variability and the application of Student's t-test to evaluate the significance of the observed trends. These calculations confirmed a statistically significant relationship between clearance size and residual stress levels, with particularly pronounced effects observed in joints involving small-diameter tubes, where tolerances are more critical. The outcomes of this research have practical impli-cations for the design and manufacturing of shell-and-tube heat exchangers, offering a pathway to optimize joint param-eters, enhance operational performance, and extend service life. Additionally, the study provides detailed practical rec-ommendations for quality control, including precise methods for measuring clearances with highaccuracy and evaluating residual stresses during production and maintenance processes.
Influence of Solid-State Polycondensation Conditions on the Intrinsic Viscosity of Recycled Poly(Ethylene Terephthalatе)
(Ukrainian State University of Science and Technologies, 2026) Chervakov, Denys O.; Ved, Viktor V.; Fedan, V. V.; Sukhyy, Kostyantyn M.; Chervakov, Oleh V.
ENG: The study investigates the influence of solid-state polycondensation (SSP) conditions on the change in intrinsic viscosity (IV) of recycled poly(ethylene terephthalate) (PET) processed via a bottle-to-bottle technology. Experimental work was carried out within the temperature range of 110–1600C while varying the duration of SSP. It was found that during SSP at 110–1300C, the intrinsic viscosity of PET-BTB increased by 23–34%, whereas the melt flow index (MFI) decreased by up to 54%, indicating a nonlinear relationship between IV and MFI. A mathematical model was proposed to predict IV as a function of temperature, SSP duration, and MFI value. Validation of the model revealed a deviation not exceeding 6%, which confirms its high practical reliability. The proposed approach enables a reduction in the scope of experimental work required for optimizing SSP conditions of recycled PET and assessing its recyclability toward products with the desired level of physical and mechanical properties.
Investigation of Tribological Characteristics of Polymer Coating Based on Phenylone Modified by Complex Copper (II) Compounds of the Composition [Cu(HL)X2 ] 2
(Ukrainian State University of Science and Technologies, Dnipro, 2025) Stovpnyk, O.V.; Sytar Volodymyr
ENG: Antifriction coatings based on aromatic phenylene polyamide (phenylone) were developed by introducing a copper arylamide complex with benzimidazole-2-thiocarboxylic acid as a modifying additive. The tribological properties of the phenylene-modifying additive system were investigated, focusing on the nature and concentration of the modifying additive in the polymer composition. The influence of the additive on the microhardness of the polymer coatings was assessed. The introduction of the copper arylamide complex with benzimidazole-2-thiocarboxylic acid as a modifying additive resulted in changes to the polymer matrix structure, forming strong chemical bonds between polymer chains, which improved the strength of materials and reduced its wear susceptibility. The tribological properties of the modified coatings were characterized by a lower coefficient of friction and better wear resistance compared to unmodified coatings. The developed coatings can be widely applied in various industries, such as mechanical engineering, aviation, and automotive, offering benefits such as enhanced durability, wear protection, and reduced maintenance costs. Additionally, their use can contribute to lower energy consumption and reduced environmental impact.
Modeling the Tribological Properties of Polymer Coatings Based on Phenylone With Copper (II) Complex Modifiers Using Matlab
(Engineering, 2025) Stovpnyk, Oleksandr V.; Sytar, Volodymyr І.
ENG: This study is dedicated to designing and evaluating antifriction polymer coatings based on phenylone C2, an aromatic polyamide with high thermal stability, modified with copper (II) complexes of the composition [Cu(HL)X₂]₂, where HL represents derivatives of benzimidazole-2-thiocarboxylic acid arylamides. The research aims to model the tribological behavior of these coatings, focusing on the effects of sliding speed, specific load, and modifier concentration, to improve the performance and durability of friction units in mechanical engineering applications under high-load conditions typical of industrial machinery.
Polymer Composite Materials of Special Purpose for the Aerospace and Rocket Industry
(Science and innovation, 2025) Kabat, Oleh S.; Bannyk, Natalia. G.; Voronyi, О. М.
ENG: Іntroduction. The advancement of the aviation and space industry has not only led to the creation of modern aircraft, rockets, and spacecraft but has also positively infl uenced related industries.Problem Statement. A critical requirement for aviation and space industry products is a high level of reliability and durability due to their continuous interaction with humans and the signifi cant costs of production and operation. This is particularly relevant for modern aircraft, rockets, and spacecraft, which operate at higher speeds, temperatures, and loads than their predecessors. Therefore, enhancing the reliability and durability of such products has become a pressing challenge. Purpose. The purpose of this research is to increase the reliability and durability of key components in rocket and space technology by replacing conventional materials with newly developed ones. Materials and Methods. The research has focused on polymer composite materials (PCMs) based on fl uoropolymers and aromatic polyamides, fi lled with dispersed materials derived from silicon dioxide and carbon. Results. Formulations and processing technologies for PCMs based on fl uoropolymers and aromatic polyamides have been developed. These materials have been shown to surpass most non-ferrous metals, their alloys, and low-carbon steels in strength (up to 285 MPa) while maintaining a low density (up to 1400 kg/m³). In terms of thermophysical properties, they have demonstrated exceptional heat resistance, with no thermal decomposition observed up to +365 C. Furthermore, parts manufactured from these materials have proven capable of operating in friction nodes without lubrication under normal loads of up to 2.5 MPa. Conclusions. The developed polymer composite materials based on fl uoropolymers and aromatic polyamides exhibit a high level of mechanical and thermal properties. Components made from these materials signifi cantly enhance the reliability and durability of modern aircraft, rockets, and spacecraft, representing a substantial ad-vancement for the aerospace and rocket industry
Polymer-Composites Based on Aromatic Polyamide and Aramid Fiber for Heavy-Duty Friction and Sealing Units
(Scientific-Technical Journal CHEMISTRY & CHEMICAL TECHNOLOGY, 2025) Kabat, Oleh S.; Boiko, Yulia
ENG: The paper substantiates the selection of a polymer and filler based on aromatic polyamide to create a material of friction pairs that operate in heavy-duty friction and sealing units of up-to-date vehicles and machinery. The effect of load and sliding speed on the tribological behavior of the initial aromatic polyamide and filled 15 %-aramid fiber was studied. As a result of tribo-logical studies, the terminal operating conditions of products made of initial aromatic polyamide and a composite based thereon, filled with aramid fiber, have been determined. The basic physical and mechanical properties of the materials under study have been deter- mined, and it is established that the introduction of aramid fiber into the aromatic polyamide contributes to a 10–15 % reduction in the level of the properties thereof due tothe occurrence of micro- and macrodefects of its structure.
Вибір способу осадження шару латуні на поверхню сталі перед гумуванням хімічної апаратури
(SWorldJournal, 2025) Банник, Віктор Вікторович; Зибайло, Сергій Миколайович
UKR: Гумові покриття застосовують в основному для захисту поверхні хімічного обладнання та споруд від впливу середовищ середньої агресивності. Ці покриття використовують також у якості еластичного та непроникного підшару під футерування штучними матеріалами для експлуатації обладнання та ємностей в сильно агресивних середовищах.Об’єктом дослідження є способи підвищення надійності контакту між металевою поверхнею та гумовим покриттям, а саме вибір способу нанесення підшару латуні на поверхню сталі.Латунні покриття отримані різними методами були випробувані експрес-методом та обрано оптимальний метод нанесення, який використовували перед нанесенням гумового покриття. Міцність кріплення відбувається за рахунок утворення мідних комплексів на поверхні латуньованогометалу. Крім того, шар латуні покращить надійність захисту сталевої підкладки та підвищить тривалість експлуатації гумового покриття.
Квантово-хімічні та експериментальні дослідження особливостей міжмолекулярних взаємодій у комплексних системах «ароматичний поліамід-арамідне волокно-силікагель»
(Journal of Chemistry and Technologies, 2025) Токар, Андрій В.; Бойко, Юлія В.; Кабат, Олег Станіславович; Артемов, Андрій О.
UKR: У статті представлені результати квантово-хімічного дослідження полімерних композиційних матеріалів на основі ароматичного поліаміду, модифікованого силікагелем і арамідним волокном. Запропоновані структурні моделі вихідних компонентів із розподілом електростатичних зарядів на атомах та визначенням характерних міжатомних відстаней. Побудовано теоретичні моделі комплексів у системі «поліамід–силікагель», що відображають найімовірніші міжмолекулярні взаємодії полімерної матриці з наповнювачем. Достовірність результатів підтверджено даними ІЧ-спектроскопії. Встановлено, що основний внесок у стабілізацію структури полімер–наповнювач забезпечується утворенням водневих зв’язків між атомами Оксигену карбонільних груп поліаміду та гідроксильними групами на поверхні силікагелю. Показано, що композиційні матеріали, отримані шляхом in situ суміщення вихідних компонентів полімерних композицій, за окремими параметрами виявляли покращення властивостей на рівні до 10 % у порівнянні із матеріалами, отриманими за традиційною технологією, що свідчить про ефективнішу міжфазну взаємодію в цих системах.
Квантово-хімічні та експериментальні дослідження особливостей міжмолекулярних взаємодій у комплексних системах «ароматичний поліамід-арамідне волокно-силікагель»
(Oles Honchar Dnipro National University, Dnipro, 2025) Токар, Андрій В.; Бойко, Юлія Володимирівна; Кабат, Олег С.; Артемов, Андрій О.
UKR: У статті представлені результати квантово-хімічного дослідження полімерних композиційних матеріалів на основі ароматичного поліаміду, модифікованого силікагелем і арамідним волокном. Запропоновані структурні моделі вихідних компонентів із розподілом електростатичних зарядів на атомах та визначенням характерних міжатомних відстаней. Побудовано теоретичні моделі комплексів у системі «поліамід– силікагель», що відображають найімовірніші міжмолекулярні взаємодії полімерної матриці з наповнювачем. Достовірність результатів підтверджено даними ІЧ-спектроскопії. Встановлено, що основний внесок у стабілізацію структури полімер–наповнювач забезпечується утворенням водневих зв’язків між атомами Оксигену карбонільних груп поліаміду та гідроксильними групами на поверхні силікагелю. Показано, що композиційні матеріали, отримані шляхом in situ суміщення вихідних компонентів полімерних композицій, за окремими параметрами виявляли покращення властивостей на рівні до 10 % у порівнянні із матеріалами, отриманими за традиційною технологією, що свідчить про ефективнішу міжфазну взаємодію в цих системах.
Композити на основі фторполімерів ті діоксиду кремнію для вузлів тертя технологічного обладнання
(Український державний університет науки і технологій, Дніпро, 2025) Пікула, Іван Іванович
UKR: Дисертацію присвячено вирішенню проблеми створення полімерних композитів, отриманих за сучасним методом переробки у вироби, який дозволяє якісно розподілити наповнювач у об’ємі полімерної матриці і отримувати матеріали із достатньо високим рівнем фізико-механічних та теплофізичних властивостей для використання у вузлах тертя технологічного обладнання.
Композити на основі фторполімерів і метод їх перероблення у вироби
(Український державний університет науки і технологій, Дніпро, 2025) Кабат, Олег.; Пікула, І.
UKR: Розроблені полімерні композиційні матеріали на основі фторполімерів і силікагелю та метод їх переробки у вироби. Визначено доцільність використання як наповнювача політетрафторетилену, кополімер тетрафторетилена з етиленом та полівініліденфторид дрібнодисперсного діоксиду кремнію силікагелю. Відповідно до значень коефіцієнту неоднорідності одержаних полімерних композицій встановлено, що якість розподілення силікагелю у фторполімерах при суміщенні вихідних компонентів полімерних композитів за допомогою стандартного методу змішування у швидкохідній механічній мішалці є середньою. Для її покращення була запропонована методика одержання полімерних композитів на основі фторполімерів та діоксиду кремнію силікагелю, яка полягає в in situ суміщенні вихідних компонентів їх полімерних композицій у процесі синтезу наповнювача. Розроблені полімерні композити, отримані за запропонованою методикою мають на 55–60% кращу якість розподілення ніж ті, що отримані за стандартною. Визначені основі фізико-механічні властивості (густина, напруження при межі текучості та модуль пружності при стисканні, твердість) розроблених полімерних композитів і встановлено, що їх значення мають чітку кореляцію із якістю розподілу силікагелю у фторполімерах. Так, для матеріалів, отриманих за методом in situ суміщення вихідних компонентів полімерних композицій рівень досліджених фізико-механічних властивостей на 5–20% перевищує аналогічний для композитів, отриманих за стандартною методикою перероблення.
Одержання синтетичного рутилу з ільменітових концентратів Самотканського родовища
(Український державний університет науки і технологій, Дніпро, 2025) Цибуля, Євген Олександрович
UKR: Дисертаційна робота присвячена встановленню закономірностей фізико-хімічних процесів хімічного збагачення ільменітових концентратів Самотканського родовища до синтетичного рутилу при використанні природної та техногенної сировини з регенерацією реагентів та пошуку шляхів утилізації вилучених при вилуговуванні залізовмісних сполук.
Полімерні композити на основі політетрафторитилену та срібла для вузлів тертя обладнання харчової промисловості
(Український державний університет науки і технологій, Дніпро, 2025) Кабат, О. С.; Сула, М. П.; Кулініч, М. А.
UKR: У роботі розроблені полімерні композити на основі політертрафторетилену, який наповнений дрібнодисперсним сріблом для використання як конструкційного матеріалу у вузлах тертя та герметизації обладнання харчової промисловості. Досліджено морфологію та гранулометричний склад срібла і політертрафторетиленів і визначено, що полімерна композиція Powder161+срібло при механічному суміщенні за допомогою змішування буде мати кращу якість розподілення вихідних компонентів, ніж при використанні полімеру марки Powder101. Досліджено вплив срібла на властивості одержаних полімерних композитів і встановлено, що його введення у політертрафторетилен дозволяє покращити його твердість за Бринелем з 39,0 по 51,0 МПа, напруження при межі текучості при стисканні з 12,0 по 17,5 МПа та модуль пружності при стисканні до 645 МПа. Окрім того, збільшуються значення температури розм якшення за Віка та температури початку активної деструкції для розроблених композитів до 1680С та 4520С, відповідно, у порівнянні із вихідним полімером. Також визначено, що коефіцієнт тертя розроблених композитів по сталі має на 10 15% кращі значення, а зносостійкість у 1,6 1,7 разів вища, ніж у вихідного політетрафторетилену.
Розробка обладнання для подрібнення органічних наповнювачів для біодеградабельних полімерів
(Хмельницький національний університет, 2025) Кравець, О.; Тітова, О.; Кравець, В.; Кабат, Олег С.
UKR: На сьогоднішній день актуальним питанням є розробка методів і обладнання для подрібнення органічних наповнювачів. Вони відіграють важливу роль у виробництві біодеградабельних полімерів. Органічні наповнювачі допомагають знизити вартість матеріалу, поліпшують його властивості, такі як біорозкладність, механічні характеристики та здатність до компостування. В роботі представлена принципова схема експериментальної установки та розроблений млин для подрібнення органічних наповнювачів. Проведені дослідження геометричних параметрів млина, елементів граничної сепарації та їх взаємозв’язок з технологічними параметрами здрібнювання для забезпечення сушки та гранулометричногоскладу готового продукту. Наведені результати досліджень впливу ширини сепараційних кілець млина на гранулометричний склад подрібненого продукту при подрібненні деревини хвойних порід та пшеничної соломи
Термостійкі композити на основі ароматичного поліаміду та гібридного органічно- неорганічного наповнювача для важконавантажених вузлів тертя технологічного обладнання
(Український державний університет науки і технологій, Дніпро, 2025) Бойко, Юлія Володимирівна
UKR: Дисертацію присвячено вирішенню проблеми створення полімерних композитів із високим рівнем фізико-механічних та теплофізичних властивостей та ресурсозберігаючої методики їх переробки у вироби, що дозволяє отримувати матеріали із достатнім рівнем властивостей для використання у важконавантажених вузлах тертя технологічного обладнання. Об’єкт дослідження - експериментальні закономірності створення полімерних композитів на основі ароматичних поліамідів, армованих органічним арамідним волокном і силікагелю для вузлів тертя технологічного обладнання. Предмет дослідження - полімерні композиційні матеріали на основі ароматичного поліаміду, армованого арамідним органічним волокном і силікагелю та методи виготовлення виробів із них
Фтополімерні матеріали для вузлів тертя сучасних машин механізмів
(Oles Honchar Dnipro National University, Dnipro, 2025) Кабат, Олег.; Сула, М. П.; Вороний, О. М.
UKR: У сучасному машинобудуванні в України виникають досить суттєві складності, які пов’язані із війною України та Росії. Зокрема це стосується дефіциту деяких полімерних матеріалів російського виробництва, які раніше знаходили широке використання в Україні. Так до таких полімерів відноситься фторполімерполітетрафторетилен, торгової марки фторопласт-4. Цей матеріал досить широко використовується у вузлах тертя машин і механізмів. Тому актуальною задачею є пошук альтернативи фторопласту-4 виробництва країн Євросоюзу, США, Китаю тощо. У роботі в якості альтернативи фторопласту-4 були обрані такі політетрафторетилени: PTFE Powder101 та PTFE Powder161 виробництва Stargetfluoro (Пекін, Китай). Проведені дослідження їх фізико-механічних, теплофізичних та трибологічних властивостей івстановлено, що за їх рівнем досліджені матеріали перевищують чи знаходяться на одному рівні із фторопластом-4. Це дозволяє стверджувати, що фторполімери марок PTFE Powder101 та PTFE Powder161 є альтернативою фторопласту-4, які повністю здатні його замінити в вузлах тертя машин і механізмів. Проведені трибологічні дослідження щодо встановлення шляху припрацювання фторполімерів PTFE Powder101 та PTFE Powder161, який під час фрикційної взаємодії із сталлю складає 250–400 м. Визначено граничну межу навантаження (до 0.8 МПа) за якого вироби із досліджених матеріалів зберігають свою працездатність.