Оптимізація технологічних режимів пресування органопластиківіз застосуванням планування експерименту

Abstract

У статті представлено результати комплексного експериментального дослідження процесу форму-вання органопластиків на основі термостійкого ароматичного поліаміду фенілону С-1, армованих органіч-ними волокнами. Метою роботи є визначення оптимальних режимів пресування, що забезпечать підвище-ну ударну в’язкість матеріалу. Для цього використано метод математичного планування експерименту із застосуванням повного факторного плану. Вивчено вплив температури формування, умісту волокна та його довжини на механічні властивості композиту. Побудовано рівняння регресії першого порядку, яке описує залежність ударної в’язкості від зазначених параметрів. Модель перевірено на статистичну значу-щість і адекватність. Побудовані поверхні відгуку дали змогу визначити оптимальні технологічні режими: температура – 593–595 К, уміст волокна – 5–10 мас. %, довжина волокна – 2,5–4 мм. Дослідження підтвер-дили, що оптимальний результат досягається за 5 % умісту волокна, що забезпечує оптимальну мікро-структуру та покращені властивості матеріалу. Проведені експерименти свідчать про важливість точ-ного регулювання кожного параметра формування, оскільки навіть незначне відхилення від оптимальних умов може спричинити суттєве погіршення властивостей отриманого матеріалу. Застосування ста-тистичного аналізу у поєднанні з фізико-механічними випробуваннями дало змогу оцінити вплив чинників та встановити їх взаємозв’язки. Запропонована методика дає змогу не лише підвищити якість компо-зитних матеріалів, а й оптимізувати виробничі ресурси, оскільки завдяки математичному моделюванню можна зменшити кількість експериментів і знизити витрати сировини. Проведено морфологічний аналіз структури отриманих зразків за допомогою растрової електронної мікроскопії, що підтвердив рівномір-ність розподілу армуючого волокна та мінімальну кількість дефектів. Отримані результати демонстру-ють доцільність використання органічних волокон як ефективної альтернативи скляним і вуглецевим наповнювачам, що відкриває нові можливості у створенні високоякісних термостійких полімерних компо-зиційних матеріалів для авіації, транспорту та машинобудування.

The article presents the results of a comprehensive experimental study on the forming process of organoplastics based on the heat-resistant aromatic polyamide Phenilon C-1, reinforced with organic fibers. The aim of the work is to determine the optimal pressing conditions that ensure enhanced impact strength of the composite material. The study employs the method of mathematical experimental design using a full factorial plan. The influence of forming temperature, fiber content, and fiber length on the mechanical properties of the composite is investigated. A first-order regression equation describing the relationship between impact strength and the selected parameters is developed and verified for statistical significance and adequacy. The generated response surfaces allow the determination of optimal processing conditions: forming temperature of 593–595 K, fiber content of 5–10 wt.%, and fiber length of 2.5–4 mm. The findings confirmed that the best results are achieved at 5 % fiber content, which ensures a balanced microstructure and improved performance characteristics. The experiments demonstrate the importance of accurately controlling each processing parameter, as even minor deviations can lead to significant deterioration in material properties. The application of statistical analysis combined with mechanical testing enabled the evaluation of individual factor effects and their interactions. The proposed methodology not only improves the quality of composite materials but also optimizes manufacturing resources, as mathematical modeling reduces the number of required trials and material waste. Additionally, morphological analysis of the formed samples using scanning electron microscopy showed a uniform distribution of the reinforcing phase and a minimal number of defects under recommended conditions. The results support the use of organic fibers as an effective alternative to traditional glass and carbon fillers due to their better compatibility with polyamides and ability to form stable interfacial zones. This opens new prospects for the development of polymer composites with tailored characteristics for demanding applications in aviation, transport, mechanical engineering, and other high-performance industries.