Розроблення програмного забезпечення для оцінювання однорідності розподілу наповнювача в полімерній матриці

Abstract

Мета роботи – створення програмного забезпечення для оцінювання однорідності розподілу наповнювача в поліетиленовій матриці. Розроблення програмного забезпечення проводили з використанням мови програмування Python та бібліотек: PIL, Numpy, Matplotlib, Xlsxwriter. Визначали придатність розробленого програмного забезпечення до застосування шляхом проведення його верифікації. Під час цієї верифікації оцінюванню підлягали поліетиленові композиції, наповнені колоїдним графітом у вигляді пресованих плівок. Для одержання цих композицій було обрано поліетилен марки P6006AD та колоїдний графіт марки С-1. Зразки поліетиленових композицій отримували у дві стадії: 1) отримання стренги методом екструзії; 2) додаткове змішування композиції на дисковому змішувачі та пресування готових композицій у плівку. Розроблено програмне забезпечення, яке дозволяє проводити оцінювання однорідності розподілу наповнювача в поліетиленовій матриці. Із його застосуванням встановлено дані щодо залежності коефіцієнта неоднорідності поліетиленових композицій від вмісту колоїдного графіту, за якої збільшення вмісту наповнювача призводить до зменшення цієї неоднорідності. Показано, що такий вплив можна пояснити структуруванням наповнювача в поліетиленовій матриці. Незважаючи на утворення агрегатів у поліетиленових композиціях, значна кількість дрібних колоїдних частинок графіту знаходиться між агрегатним простором. Це призводить до певного вирівнювання концентрації у плівці та знижує її неоднорідність. Визначено вплив вмісту колоїдного графіту на однорідність поліетиленових композицій. Показано, що з підвищенням вмісту графіту від 0 до 20% об. коефіцієнт неоднорідності композиції зменшується від 5,3% до 3,9%, що обумовлене структуруванням наповнювача в поліетиленовій матриці. Розроблено програмне забезпечення, яке дозволяє оцінювати однорідність розподілу частинок наповнювача в полімерній матриці і може бути використане для дослідження якості змішування полімерних композиційних матеріалів.

Цель работы – создание программного обеспечения для оценки однородности распределения наполнителя в полиэтиленовой матрице. Разработка программного обеспечения проводилась с использованием языка программирования Python и библиотек: PIL, Numpy, Matplotlib, Xlsxwriter. Определяли пригодность разработанного программного обеспечения к применению путем его верификации. Во время этой верификации оценке подлежали полиэтиленовые композиции, наполненные коллоидным графитом в виде прессованных пленок. Для получения этих композиций были выбраны полиэтилен марки P6006AD и коллоидный графит марки С-1. Образцы полиэтиленовых композиций получали в две стадии: 1) получение стренги методом экструзии; 2) дополнительное смешивание композиции на дисковом смесителе и прессование готовых композиций в пленку. Разработано программное обеспечение, позволяющее проводить оценку однородности распределения наполнителя в полиэтиленовой матрице. С его применением установлены данные о зависимости коэффициента неоднородности полиэтиленовых композиций от содержания коллоидного графита, при которой увеличение содержания наполнителя приводит к уменьшению этой неоднородности. Показано, что такое влияние можно объяснить структурированием наполнителя в полиэтиленовой матрице. Несмотря на образование агрегатов в полиэтиленовых композициях, значительное количество мелких коллоидных частиц графита находится между агрегатным пространством. Это приводит к определенному выравниванию концентрации в пленке и снижает ее неоднородность. Определено влияние содержания коллоидного графита на однородность полиэтиленовых композиций. Показано, что с повышением содержания графита от 0 до 20% об. коэффициент неоднородности композиции уменьшается от 5,3% до 3,9%, что обусловлено структурированием наполнителя в полиэтиленовой матрице. Разработано программное обеспечение, позволяющее оценивать однородность распределения частиц наполнителя в полимерной матрице, и может быть использовано для исследования качества смешивания полимерных композиционных материалов.

Creation of software for evaluating the uniformity of distribution of the filler in a polyethylene matrix. Software development was carried out using the Python programming language and libraries: PIL, Numpy, Matplotlib, Xlsxwriter. The suitability of the developed software for use was determined by verifying it. During this verification, polyethylene compositions filled with colloidal graphite in the form of compressed films were evaluated. To obtain these compositions, we chose P6006AD grade polyethylene and C-1 colloidal graphite. Samples of polyethylene compositions were obtained in two stages: 1) obtaining a strand by extrusion; 2) additional mixing of the composition on a disc mixer and pressing the obtained compositions into a film. The software has been developed to assess the uniformity of the distribution of the filler in the polyethylene matrix. The data were established on the dependence of the coefficient of heterogeneity of polyethylene compositions on the content of colloidal graphite with use of the developed software. The increase in the content of the filler leads to a decrease in its heterogeneity. It is shown that this effect can be explained by the structuring of the filler in the polyethylene matrix. Despite the formation of aggregates in polyethylene compositions, a significant amount of small colloidal particles of graphite is located between the aggregate space. This leads to a certain leveling of the concentration in the film and reduces its inhomogeneity. The influence of the content of colloidal graphite on the homogeneity of polyethylene compositions is determined. It is shown that with an increase in the graphite content from 0 to 20% vol. the coefficient of heterogeneity of the composition decreases from 5.3% to 3.9%, which is due to the structuring of the filler in the polyethylene matrix. Software that makes it possible to evaluate the uniformity of the distribution of filler particles in a polymer matrix, and can be used to study the quality of mixing of polymer composite materials has been developed.