EFFECT OF FILLING A POLYURETHANE MATRIX WITH KAOLIN ON DAMPING EFFICIENCY, MECHANICAL AND THERMAL PROPERTIES.
One of the ways to reduce the cost of a polymermaterial is to replace the weight part of its composition with a cheaper natural filler. In this work, the objects of study are polyurethane composites synthesized by the insitumethod, containing the mineralfiller kaolin from 10 to 40 mass parts. Fillin...
Збережено в:
| Дата: | 2023 |
|---|---|
| Автори: | , , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Англійська |
| Опубліковано: |
V.I.Vernadsky Institute of General and Inorganic Chemistry
2023
|
| Онлайн доступ: | https://ucj.org.ua/index.php/journal/article/view/614 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Ukrainian Chemistry Journal |
| Завантажити файл: | |
Репозитарії
Ukrainian Chemistry Journal| _version_ | 1871466005739339776 |
|---|---|
| author | Babkina, Nataliia Antonenko, Oksana Vorontsova, Liubov Kosyanchuk, Ludmila Kozak, Nataly Brovko, Olexandr |
| author_facet | Babkina, Nataliia Antonenko, Oksana Vorontsova, Liubov Kosyanchuk, Ludmila Kozak, Nataly Brovko, Olexandr |
| author_institution_txt_mv | [
{
"author": "Nataliia Babkina",
"institution": "Institute of Macromolecular Chemistry NAS of Ukraine, 48, Kharkivskeshose, Kyiv, 02160, Ukraine"
},
{
"author": "Oksana Antonenko",
"institution": "Institute of Macromolecular Chemistry NAS of Ukraine, 48, Kharkivskeshose, Kyiv, 02160, Ukraine"
},
{
"author": "Liubov Vorontsova",
"institution": "Institute of Macromolecular Chemistry NAS of Ukraine, 48, Kharkivskeshose, Kyiv, 02160, Ukraine"
},
{
"author": "Ludmila Kosyanchuk",
"institution": "Institute of Macromolecular Chemistry NAS of Ukraine, 48, Kharkivskeshose, Kyiv, 02160, Ukraine"
},
{
"author": "Nataly Kozak",
"institution": "Institute of Macromolecular Chemistry NAS of Ukraine, 48, Kharkivskeshose, Kyiv, 02160, Ukraine"
},
{
"author": "Olexandr Brovko",
"institution": "Institute of Macromolecular Chemistry NAS of Ukraine, 48, Kharkivskeshose, Kyiv, 02160, Ukraine"
}
] |
| author_sort | Babkina, Nataliia |
| baseUrl_str | https://ucj.org.ua/index.php/journal/oai |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2026-07-22T08:23:53Z |
| description | One of the ways to reduce the cost of a polymermaterial is to replace the weight part of its composition with a cheaper natural filler. In this work, the objects of study are polyurethane composites synthesized by the insitumethod, containing the mineralfiller kaolin from 10 to 40 mass parts. Filling with kaolin significantly lowers the price of polyurethane material, and its cost is reduced by almost 30 percent when the content of the filler is 40 mass parts.  Morphological studies have shown that kaolin particles are uniformly dispersed in the polyurethane matrix, but thereis a tendency for the iragglomerationas the filler concentration increases. Viscoelastic, mechanical, and thermal properties of polyurethane composites wer studied. The damping efficiency of polyurethane materials was estimated from the results of dynamic mechanical analysis. Itis found that the filler additions lightly decreases the effective damping temperature range of polyurethane composites, but their heat resistance and mechanical properties improve. The method of thermogravimetricanalysis was shown the presence of kaolin significantly changes the character of thermo-oxidative destruction of composites. The temperature interval of the intensive decomposition stage increases for filled systems and the temperature of the maximum rate of weight loss at the decomposition stage (Tmax) increases with increasing kaolin content. According to the results of mechanical studies, an increase in the kaolin content in polyurethanes leads to an increase in the storage modulus (E') and a significant decrease in the relative elongation (ε). Thus, filling with kaolin significantly reduces the cost of polyurethane composites and contributes to their expansion of functional properties due to increased heat resistance and improved mechanical characteristics. |
| doi_str_mv | 10.33609/2708-129X.89.11.2023.51-63 |
| first_indexed | 2025-09-24T17:43:54Z |
| format | Article |
| fulltext |
51
УДК 678.66:539.4:534.282 doi: 10.33609/2708-129X.89.11.2023.51-63
ВПЛИВ НАПОВНЕННЯ ПОЛІУРЕТАНОВОЇ МАТРИЦІ КАОЛІНОМ
НА ДЕМПФЕРНУ ЕФЕКТИВНІСТЬ, МЕХАНІЧНІ
ТА ТЕРМІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ
Н. В. Бабкіна*, О. І. Антоненко, Л. О. Воронцова,
Л. Ф. Косянчук, Н. В. Козак, О. О. Бровко
Інститут хімії високомолекулярних сполук НАН України,
Харківське шосе, 48, Київ 02160, Україна
*E-mail: nabab1906@gmail.com
Одним зі способів зниження собівартості полімерного матеріалу є заміщення ва
гової частини його складу дешевим природним наповнювачем. У цій роботі об’єкта
ми дослідження є синтезовані методом insitu поліуретанові композити, що містять
мінеральний наповнювач каолін в кількості від 10 до 40 мас.ч. Наповнення каоліном
суттєво здешевлює поліуретановий матеріал і його собівартість знижується майже на
30 відсотків за вмістом 40 мас.ч. наповнювача. Морфологічні дослідження показали,
що частинки каоліну рівномірно дисперговані в поліуретановій матриці, але спосте
рігається тенденція до їхньої агломерації за збільшення концентрації наповнювача.
Досліджено в’язкопружні, механічні та термічні властивості поліуретанових компози
тів і за результатами динамічного механічного аналізу (ДМА) оцінено їхню демпферну
ефективність. Виявлено, що додавання наповнювача призводить до незначного змен
шення температурної області ефективного демпфування поліуретанових композитів,
але покращує їхню термостійкість та посилює механічні властивості. Методом термо
гравіметричного аналізу (ТГА) показано, що присутність каоліну помітно змінює ха
рактер термоокиснювальної деструкції композитів. Для наповнених систем зростає
температурний інтервал стадії інтенсивного розкладання та зі збільшенням вмісту ка
оліну зростає температура максимальної швидкості падіння ваги на стадії розкладання
(Тmax). За результатами механічних досліджень збільшення вмісту каоліну в поліурета
нах призводить до зростання модуля пружності (Е') та суттєвого зниження відносного
подовження (ε). Отже, наповнення поліуретану каоліном значно здешевлює вартість
полімерних композитів і водночас сприяє розширенню їхніх функціональних власти
востей завдяки зростанню термостійкості та покращенню механічних характеристик.
Ключові слова: поліуретанові композити, каолін, демпферна ефективність, меха
нічні властивості, термостійкість.
52 ISSN 2708-129X. Укр. хім. журн., 2023
ВПЛИВ НАПОВНЕННЯ ПОЛІУРЕТАНОВОЇ МАТРИЦІ КАОЛІНОМ НА ДЕМПФЕРНУ ЕФЕКТИВНІСТЬ,
МЕХАНІЧНІ ТА ТЕРМІЧНІ ВЛАСТИВОСТІФІЗИЧНА ХІМІЯ
ВСТУП. Відомо, що поліуретани (ПУ) є
універсальними полімерними матеріала
ми, які знаходять широке застосування як
покриття, клеї, герметики, пластмаси, во
локна, піни, каучуки, термопластичні ела
стомери тощо [1–3].Основою синтезу ПУ є
такі компоненти, як поліоли, діізоціанати,
подовжувачі ланцюга або твердники [4].
В результаті їхньої взаємодії утворюється
специфічна мікрофазова структура, яка
складається з «гнучких» і «жорстких» сег
ментів. Зазвичай гнучку складову утворю
ють поліоли, а жорстку – діізоціанати. Мік
рофазовий поділ цих доменів через несхо
жість характеристик відповідає за широ
кий спектр властивостей ПУ. Як наслідок,
ПУ можуть бути доступні в різних формах,
від гнучких еластомерів до твердих реакто
пластів, що значно розширює сфери їхньо
го практичного застосування.
Завдяки особливостям хімічної будови
більшість ПУ мають високу здатність по
глинати механічну енергію та перетворюва
ти її в тепло при циклічному навантаженні
і визнані ефективними демпферними мате
ріалами [5–8]. Демпферні матеріали вико
ристовують для гасіння шкідливих вібра
цій, що є актуальним завданням у промис
ловості, будівництві, літакобудуванні, при
ладобудуванні. Покращення демпферних
властивостей ПУ досягають шляхом моди
фікації структури [9, 10] або через створен
ня багатошарових конструкцій [11, 12].
Однак основними вимогами до створен
ня сучасних полімерних матеріалів є роз
ширення функціональності та зниження
собівартості. Одним із шляхів розширення
функціональних можливостей полімерів
є формування композиційних матеріалів,
властивості яких значною мірою визначає
тип наповнювача, а здешевленню матеріалу
може сприяти заміщення частини дорого
вартісних компонентів матриці застосу
ванням більш дешевого мінерального на
повнювача. До таких наповнювачів можна
віднести, наприклад, каолін, монтморило
ніт, гідрослюду. Останнім часом інтерес до
полімерних композитів, наповнених при
родними мінеральними глинами, збільшу
ється через їхнє широке застосування.
Додавання мінеральних наповнювачів
до полімерів має економічне обґрунтува
ння і дозволяє розробляти недорогі ком
позити з унікальними властивостями. Як
функціональний наповнювач для поліп
шення механічних, електричних і терміч
них властивостей композиту часто ви
користовують мінерал глиняний каолін
[13–15]. Цей природний наповнювач змен
шує розтріскування та усадження під час
затвердіння композиту, сприяє утворенню
гладенької поверхні, підвищує ударну міц
ність та покращує стійкість до хімічних і
атмосферних впливів. Каолін використо
вують у виробництві оздоблювальних ма
теріалів, клеїв, герметиків, мастик, у плас
тичних масах та гумах та в галузях, в яких
затребувані малий розмір частинок та їхня
луската форма, що надає матеріалу з таким
наповнювачем еластичності, бар’єрних та
зміцнювальних властивостей. Перевагою
каоліну є також його висока хімічна інерт
ність.
Покращення механічних властивостей та
підвищення термостійкості виявлено при
наповненні каоліном гум [16–18], епоксид
них, полікарбонатних, поліпропіленових та
поліетиленових матриць [19–23]. Задовіль
ні механічні та хімічні властивості автори
спостерігали також [24–26] при додаванні
53https://ucj.org.ua
Н. В. Бабкіна, О. І. Антоненко, Л. О. Воронцова, Л. Ф. Косянчук, Н. В. Козак, О. О. Бровко УХЖ № 11 / ТОМ 89
каоліну в поліуретани. Завдяки своїй різ
номанітності та унікальності ПУ є ефек
тивними матрицями для створення багато
функціональних композиційних матеріа
лів, а заміщення частини їхніх компонентів
природним наповнювачем каоліном може
сприяти розширенню функціональних
властивостей матеріалу і зниженню його
собівартості.
Метою зазначеної роботи є досліджен
ня впливу наповнення ПУ-матриці різною
кількістю каоліну на демпферну ефектив
ність, механічні та термічні властивості.
ЕКСПЕРИМЕНТ І ОБГОВОРЕННЯ РЕ-
ЗУЛЬТАТІВ. Об’єктами дослідження були
отримані методом insitu ненаповнені і на
повнені різною кількістю каоліну поліуре
тани (ПУ). Для синтезу використовували
такі матеріали: поліоксипропіленгліколь
молекулярної маси 1000 (ПОПГ) (Rakita,
Польща), який сушили вакуумуванням за
температури Т=70–80°С та Р=5–6 мм рт. ст.
упродовж 5–6 годин та зберігали в атмос
фері сухого азоту; 2,4-толуїлендіізоціанат
(ТДІ) (81,4 %; Merck), який використову
вали без додаткового очищення; триме
тилолпропан (ТМП) (99,9%; Merck), який
сушили під вакуумом Р=5–6 мм рт. ст. за
температури Т=48°С протягом 60 годин;
каолін збагачений марки КН-77 (Турбів
ський каоліновий завод) – тонкодиспер
сний кристалічний порошок із питомою
поверхнею 15±1 м2/г (основним компо
нентом є мінерал каолініт, хімічна форму
ла – Al2O3·2SiO2·2H2O). Каолін попередньо
сушили в сушильній шафі за температури
100 °С протягом 10 годин.
Синтез вихідного ПУ проводили двос
тадійним способом через стадію форпо
лімеру – макродіізоціанату (МДІ), який
одержували з ПОПГ і ТДІ у мольному спів
відношенні 1:2. Надалі в МДІ вводили екві
мольну кількість зшивача –ТМП, перемі
шували, вакуумували реакційну суміш для
видалення пухирців повітря. Тверднення
проводили за температури 60 0С упродовж
6–8 годин. Товщина одержаних зразків
складала 1,5 мм.
Наповнені ПУ композиції одержували
введенням порціями у вихідну поліурета
нову суміш наповнювачів із подальшим
перемішуванням і вакуумуванням. Плівки
одержували аналогічно вихідним ПУ. Кіль
кість наповнювача розраховували в масо
вих частинах на 100 масових частин ПУ,
сумуючи вагу його вихідних компонентів
(МДІ та ТМП). Вміст каоліну в композиті
становив 10, 20 та 40 мас.ч., що, відповідно,
складає 9, 17 та 29 мас.%.
Розрахунок собівартості отриманих ПУ
(табл. 1) за ринковими цінами складових
реагентів свідчить про значне здешевлен
ня матеріалів, що вміщують каолін. Майже
на 30 відсотків знижується вартість поліу
ретанового композиту за вмістом 40 мас.ч.
каоліну.
Таблиця 1
Вміст каоліну та собівартість ПУ-про-
дукту
Table 1.
Kaolin content and cost of PU product.
Зразок Вміст каоліну,
мас.ч.
Вартість 1 кг
продукту, грн
ПУ 0 9 200
ПУ-10К 10 8 370
ПУ-20К 20 7 640
ПУ-40К 40 6 530
54 ISSN 2708-129X. Укр. хім. журн., 2023
ВПЛИВ НАПОВНЕННЯ ПОЛІУРЕТАНОВОЇ МАТРИЦІ КАОЛІНОМ НА ДЕМПФЕРНУ ЕФЕКТИВНІСТЬ,
МЕХАНІЧНІ ТА ТЕРМІЧНІ ВЛАСТИВОСТІФІЗИЧНА ХІМІЯ
Для оцінки форми і розміру частинок
каоліну та для аналізу морфології отри
маних ПУ- композитів застосовано метод
світлової мікроскопії. Каолін досліджували
на оптичному мікроскопі «МБІ-6» у від
битому світлі в світлому та темному полі
за збільшення 225×, ПУ- композити – на
оптичному мікроскопі PERAVAL interphako
(Zeiss) у прохідному світлі в світлому полі
за збільшення 200×. Мікрофотографії от
римано за допомогою цифрової камери-
окуляра MDC-300 і програмного забезпе
чення ScopePhoto.
В’язкопружні властивості вихідної ПУ-
матриці та наповнених каоліном ПУ- ком
позитів досліджували методом динамічно
го механічного аналізу (ДМА), використо
вуючи прилад DMAQ800 (TAInstruments,
США). Вимірювання проводили в режимі
згину за частоти вимушених синусоїдаль
них коливань 10 Гц у діапазоні температур
від -70 до 120 °С зі швидкістю нагрівання
3 град/хв.
Механічні показники, зокрема міцність
при розриві (σ, МПа) та відносне подов
ження при розриві (ε, %) визначали згідно
з ГОСТ 14236 за допомогою модернізованої
розривної машини 2166 Р-5 за швидкості
руху активного затискача 10 мм/хв. Похиб
ка вимірювань не перевищувала 10 %.
Термоокиснювальну деструкцію зраз
ків досліджували методом термогравіме
тричного аналізу (ТГА) на приладі Q50
(TAInstruments, США) в температурному
інтервалі від (20 до 700) оС за швидкості на
грівання 20 оС/хв в атмосфері повітря. Тем
пературні інтервали стадій розкладання
оцінювали з диференційних кривих втра
ти маси (ДТГ), враховуючи той факт, що
площа піка кривої ДТГ пропорційна втраті
маси на відповідній стадії на кривих падін
ня ваги (ТГ), а ступінь розділення стадій на
кривих ДТГ істотно перевищує можливості
інтегральних кривих.
За допомогою оптичної мікроскопії
встановлено, що використаний в роботі
кристалічний порошок каоліну являє со
бою частинки у вигляді агломерованих ша
руватих пластинок неправильної форми
розмірами від 1 до ~120 мкм (рис. 1а). Для
більш чіткої візуалізації при визначенні
форми і розмірів частинок каоліну було за
стосовано метод темного поля у відбитому
світлі (рис. 1б).
а б
Рис. 1 – Мікрозображення каоліну в світлому (а) та темному (б) полях
Fig. 1 – Images of kaolin in light (a) and dark (b) fields.
55https://ucj.org.ua
Н. В. Бабкіна, О. І. Антоненко, Л. О. Воронцова, Л. Ф. Косянчук, Н. В. Козак, О. О. Бровко УХЖ № 11 / ТОМ 89
а б в г
Рис. 2 – Мікрозображення зразків плівок ПУ-матриці (а) та ПУ-композитів
зі вмістом каоліну 10 (б), 20 (в) та 40 мас. ч. (г)
Fig. 2 – Imagesoffilm samples of the PU matrix (a) and PU composites with
a kaolin content of 10 (b), 20 (c), and 40 mass part (d).
На рис. 2 наведено мікрофотографії ви
хідної ПУ-матриці та ПУ-композитів.
Як видно (рис. 2а), для вихідної ПУ-ма
триці характерна однорідна структура.
В ПУ- композитах (рис. 2б–г) частинки као
ліну добре дисперговані в полімерній мат
риці, хоча й спостерігаємо агломерацію де
яких частинок. При збільшенні вмісту као
ліну частинки набувають більшої тенденції
до агломерації та утворення кластерів, про
те розподіл каоліну залишається достатньо
рівномірним.
Для оцінки демпферної ефективності
ПУ-композитів методом ДМА досліджено
температурні залежності механічних втрат
(tanδ). Відомо, що механічні втрати харак
теризують здатність полімерного матеріалу
поглинати механічну енергію та перетворю
вати її в тепло при циклічному навантажен
ні [27]. Максимальні значення tanδ поліме
ри мають в області релаксаційного перехо
ду, тобто поблизу температури склування
(Тс), де швидкість (частота) координовано
го руху сегментів полімерного ланцюга має
ту ж саму величину, що й швидкість (часто
та) механічної дії. Зазвичай вважають, що
полімерні матеріали з механічними втрата
ми на рівні показника 0,3 (tanδ ≥ 0,3) мають
ефективну здатність до гасіння зовнішніх
коливань. Однак для практичного застосу
вання демпферний матеріал повинен мати
не тільки високі значення tanδ, але й більш
широкий діапазон температур, в якому він
має ефективні вібропоглинальні властиво
сті. Отже, ефективну демпферну здатність
мають полімери, в яких є оптимальним по
єднання гнучкості молекулярного ланцюга
та міжмолекулярної взаємодії, що забезпе
чує необхідне значення механічних втрат у
визначеній області температур.
Температурні залежності tanδ вихідної
ПУ-матриці та композитів, що містять ка
олін, наведено на рис. 3. За параметрами
релаксаційного максимуму для дослідже
них матеріалів визначено Тс, максимальну
інтенсивність механічних втрат (tanδmax) та
інтервал температур ефективного демпфу
вання(ΔТ) як область температур, в якій
tanδ ≥ 0,3 (табл. 2). Всі досліджені ПУ де
монструють один релаксаційний перехід,
що відповідає гнучкій (поліетерній) скла
довій. Для цього складу поліуретанів жор
сткі домени утворюють дисперсну фазу, ре
лаксаційний перехід якої зазвичай фіксують
56 ISSN 2708-129X. Укр. хім. журн., 2023
ВПЛИВ НАПОВНЕННЯ ПОЛІУРЕТАНОВОЇ МАТРИЦІ КАОЛІНОМ НА ДЕМПФЕРНУ ЕФЕКТИВНІСТЬ,
МЕХАНІЧНІ ТА ТЕРМІЧНІ ВЛАСТИВОСТІФІЗИЧНА ХІМІЯ
доволі рідко. Порівняно з вихідною матри
цею для наповнених ПУ-композитів релак
саційний максимум зсувається в бік низь
ких температур, і відповідні значення Тс є
на 5–7 ºС нижчими. Причиною зниження Тс
для ПУ-композитів можуть бути структурні
трансформації, що відбуваються через взає
модію наповнювача з матрицею. Відомо, що
активні поверхні кристалів каоліну можуть
легко взаємодіяти з полярними полімерами
[13], і тому можна припустити, що присутні
в наповнювачі гідроксильні групи утворю
ють у ПУ водневі зв’язки переважно з кар
бонільним киснем (С=О) уретанової групи.
Це сприяє розшаруванню між гнучкими та
жорсткими сегментами, що призводить до
зростання рухливості гнучкої складової ПУ,
і як наслідок зниження Тс.
Рис. 3 – Температурні залежності tanδ для
ПУ-матриці (1)та ПУ-композитів зі вмістом
каоліну 10 (2); 20 (3) та 40 мас.ч. (4)
Fig. 3 – Temperaturedependence of tan δ for PU
matrix (1) and PU composites with kaolin content
10 (2); 20 (3) and 40 mass part (4)
Таблиця 2
ДМА-характеристики ПУ-матриці та композитів із різним вмістом каоліну
Table 2.
DMA characteristics of PU matrix and composites with different kaolin content.
Зразок Тс,ºС tanδmax
Діапазон ефективного
демпфування від Т1до Т2,
(ΔТ), оС
Е', МПа
ПУ 17 1,032 від -3до 53,
(56) 6,07
ПУ-10К 10 1,061 від -7до 42,
(49) 8,68
ПУ-20К 11 1,053 від -7 до 40,
(47) 9,90
ПУ-40К 12 0,977 від -5 до 41,
(46) 13,54
Також виявлено, що додавання каоліну
в ПУ призводить до зменшення інтервалу
ефективного демпфування та зсуву ΔТ до
менших температур (рис. 3, табл. 2). При
заміщенні частини ПУ-компонентів на
повнювачем каоліном в кількості 40 мас.ч.
спостерігаємо зменшення ΔТ на 10 ºС, і об
ласть ефективного демпфування поширю
57https://ucj.org.ua
Н. В. Бабкіна, О. І. Антоненко, Л. О. Воронцова, Л. Ф. Косянчук, Н. В. Козак, О. О. Бровко УХЖ № 11 / ТОМ 89
ється з -5 до 41 ºС, що слід враховувати при
використанні такого матеріалу за певних
експлуатаційних умов.
Однак результати ДМА-досліджень пока
зали, що ПУ-композити мають більш високі
значення модуля пружності (Е'). У табл. 2
наведено значення Е' для ПУ-матриці та
наповнених каоліном композитів. З рис. 4
видно, що спостерігається майже лінійна за
лежність зростання значень Е' із підвищен
ням вмісту каоліну в ПУ-композиті.
Рис. 4 – Залежність модуля пружності від
вмісту каоліну в ПУ
Fig. 4 – Dependence of the storage modulus on
the kaolin content in PU.
Таблиця 3
Механічні характеристики ПУ-матриці
та композитів із різним вмістом каоліну
Table 3.
Mechanical characteristics of PU matrix
and composites with different kaolin content.
Зразок ПУ ПУ-10К ПУ-20К ПУ-40К
σ, МПа 32,4 33,6 35,6 38,2
ε, % 527 304 247 186
Результати дослідження механічних влас
тивостей ПУ-матриці та композитів, що
вміщують каолін, подані в табл. 3, а на рис. 5
та рис. 6 відповідно наведено гістограми
міцності при розриві σ та відносного по
довження при розриві ε.
Показано, що за збільшенням вмісту на
повнювача в ПУ спостерігаємо незначне
зростання значення міцності при розриві
(рис. 5) і суттєве зниження відносного по
довження (рис. 6). Подібну тенденцію спо
стерігали й автори [25, 26]. Ймовірним ме
ханізмом посилення механічних показни
ків за збільшенням вмісту метакаолінового
наповнювача в лінійному ПУ з подовженим
ланцюгом автори [26] вважають утворення
водневих зв’язків між уретановими група
ми матриці та гідроксильними групами на
повнювача, що може сприяти задовільній
міжфазовій адгезії між наповнювачем і ПУ.
Рис. 5 – Залежність міцності при розриві від
вмісту каоліну в ПУ
Fig. 5 – Dependence of tensile strength on the
kaolin content in PU.
Рис. 6 – Залежність відносного подовження
при розриві від вмісту каоліну в ПУ
Fig. 6 – Dependence of the relative elongation at
break on the kaolin content in PU.
58 ISSN 2708-129X. Укр. хім. журн., 2023
ВПЛИВ НАПОВНЕННЯ ПОЛІУРЕТАНОВОЇ МАТРИЦІ КАОЛІНОМ НА ДЕМПФЕРНУ ЕФЕКТИВНІСТЬ,
МЕХАНІЧНІ ТА ТЕРМІЧНІ ВЛАСТИВОСТІФІЗИЧНА ХІМІЯ
Рис. 7 – Криві ТГ для ПУ матриці (1) та ПУ-
композитів зі вмістом каоліну 10 (2), 20 (3) та
40 мас.ч. (4)
Fig. 7 – TG curves for PU matrix (1) and PU
composites with a kaolin content of 10 (2), 20 (3)
and 40 mass part (4).
Рис. 8 – Криві ДТГ для вихідної ПУ-матриці
(1) та ПУ-композитів зі вмістом каоліну 10 (2),
20 (3) та 40 мас.ч. (4)
Fig. 8 – DTG curvesfor PU matrix (1) and PU
composites with a kaolin content of 10 (2), 20 (3)
and 40 mass part (4).
Температурні залежності кривих втрати
ваги (ТГ) та диференційних кривих втрати
ваги (ДТГ) наведено відповідно на рис. 7 та
рис. 8, показники процесу термоокисню
вальної деструкції – в табл. 4.
Таблиця 4
Характеристики термоокиснювальної деструкції ПУ матриці та композитів із різ-
ним вмістом каоліну
Table 4.
Characteristics of thermo-oxidative destruction of PU matrix and composites with
different kaolin content.
ПУ (Ткінц–Тпоч.),
ºС
Тmax,
ºС
Втрата ваги за температур, % Коксовий
залишок,
%300 ºС 350 ºС
ПУ 338 320 25,21 94,37 0, 05
ПУ-10К 338 324 21,43 83,63 9,40
ПУ-20К 339 330 15,73 79,48 16,24
ПУ-40К 341 333 11,31 67,24 28,10
Як видно з рис. 8, за додавання каолі
ну та підвищенням його вмісту зростають
температурний інтервал стадії інтенсивно
го розкладання (Ткінц – Тпоч) та температура
максимальної швидкості падіння ваги на
стадії (Тmax), що свідчить про покращення
термостійкості ПУ композитів. При цьому
температури початку окиснення для ПУ
59https://ucj.org.ua
Н. В. Бабкіна, О. І. Антоненко, Л. О. Воронцова, Л. Ф. Косянчук, Н. В. Козак, О. О. Бровко УХЖ № 11 / ТОМ 89
і всіх розглянутих композитів практично
збігаються (Тпоч= 270 оС). Слід зауважити,
що характер деструкції досліджених сис
тем на стадії інтенсивного розкладу поміт
но змінюється за присутності наповнюва
ча. На кривих ДТГ спостерігається розще
плення цієї стадії на дві – з максимальною
швидкістю розкладу в інтервалі 318–327 оС
та на більш високотемпературну в області
324–333 оС. Причому при збільшенні вміс
ту каоліну в композиті інтенсивність більш
низькотемпературної стадії спадає, а висо
котемпературної стадії – зростає. Таке роз
щеплення можна пов’язати з формуванням
у ПУ-матриці областей, які безпосередньо
взаємодіють із поверхнею каоліну, і таких,
що не мають взаємодії з наповнювачем.
З табл. 4 також видно, що зі збільшенням
вмісту каоліну знижується втрата ваги
зразка композиту за температур 300 та
350 ºС. Коксовий залишок відповідає кон
центрації наповнювача (мас.%).
ВИСНОВКИ. Методом insitu синтезова
но поліуретанові композити, в яких як на
повнювач використано природний мінерал
каолін. Вміст каоліну в композитах складав
від 10 до 40 масових частин. Наповнення
ПУ-матриці каоліном значно здешевлює
полімерний матеріал і за вмістом 40 мас.ч.
каоліну його собівартість знижується
майже на 30 відсотків. За результатами
морфологічних досліджень кристалічний
порошок каоліну являє собою частинки
у вигляді агломерованих шаруватих плас
тинок неправильної форми розмірами від
1 до ~120 мкм, які в поліуретановій матри
ці рівномірно диспергуються, але за збіль
шення концентрації наповнювача мають
тенденцію до агломерації. Досліджено в’яз
копружні, механічні та термічні властиво
сті поліуретанових композитів і за резуль
татами динамічних механічних досліджень
оцінено їхню демпферну ефективність.
Виявлено, що наявність наповнювача при
зводить до незначного зменшення темпера
турної області ефективного демпфування
ПУ-композитів. Проте наповнення ПУ као
ліном збільшує термостійкість та покращує
механічні характеристики, що може спри
яти розширенню функціональних власти
востей ПУ-композитів.
Роботу виконано в межах держбю-
джетної теми «Наукові засади ство-
рення функціональних полімерних
систем для сучасних технологій»,
державний реєстраційний номер:
0122U000435.
EFFECT OF FILLING A POLYURETHANE MATRIX
WITH KAOLIN ON DAMPING EFFICIENCY,
MECHANICAL AND THERMAL PROPERTIES.
N.V. Babkina*, O.I. Antonenko,
L.O. Vorontsova, L.F. Kosyanchuk,
N.V. Kozak, O.O. Brovko
Institute of Macromolecular Chemistry NAS of
Ukraine,
48 Kharkivske shose, 02160 Kyiv, Ukraine
*E-mail: nabab1906@gmail.com
One of the ways to reduce the cost of a
polymermaterial is to replace the weight part of
its composition with a cheaper natural filler. In
this work, the objects of study are polyurethane
composites synthesized by the insitu method,
60 ISSN 2708-129X. Укр. хім. журн., 2023
ВПЛИВ НАПОВНЕННЯ ПОЛІУРЕТАНОВОЇ МАТРИЦІ КАОЛІНОМ НА ДЕМПФЕРНУ ЕФЕКТИВНІСТЬ,
МЕХАНІЧНІ ТА ТЕРМІЧНІ ВЛАСТИВОСТІФІЗИЧНА ХІМІЯ
containing the mineralfiller kaolin from 10 to
40 mass parts. Filling with kaolin significant
ly lowers the price of polyurethane material,
and its cost is reduced by almost 30 percent
when the content of the filler is 40 mass parts.
Morphological studies have shown that kaolin
particles are uniformly dispersed in the poly
urethane matrix, but thereis a tendency for the
iragglomerationas the filler concentration in
creases. Viscoelastic, mechanical, and thermal
properties of polyurethane composites wer
studied. The damping efficiency of polyure
thane materials was estimated from the results
of dynamic mechanical analysis. Itis found that
the filler additions lightly decreases the effec
tive damping temperature range of polyure
thane composites, but their heat resistance and
mechanical properties improve. The method
of thermogravimetricanalysis was shown the
presence of kaolin significantly changes the
character of thermo-oxidative destruction of
composites. The temperature interval of the in
tensive decomposition stage increases for filled
systems and the temperature of the maximum
rate of weight loss at the decomposition stage
(Tmax) increases with increasing kaolin content.
According to the results of mechanical stud
ies, an increase in the kaolin content in poly
urethanes leads to an increase in the storage
modulus (E') and a significant decrease in the
relative elongation (ε). Thus, filling with kaolin
significantly reduces the cost of polyurethane
composites and contributes to their expansion
of functional properties due to increased heat
resistance and improved mechanical charac
teristics.
Keywords: polyurethane composites, kao
lin, damping efficiency, mechanical properties,
heat resistance.
ЛІТЕРАТУРА
1. Sonnenchein M.F. Polyurethanes: Science, te
chnology, markets, andtrends.NewYork: John
WileyandSons, 2014. 432 p.
ISBN-10: 1118737830.
2. Engels H.-W., Pirkl H.-G., Albers R., Albach
R. W., Krause J., Hoffmann A., Casselmann H.,
Dormish J. Polyurethanes: Versatile Materials
and SustainableProblem Solvers for Today’s
Challenges.Angew. Chem. Intern. Ed. 2013.
52(36). P. 9422–9441.
https://doi.org/10.1002/anie.201302766
3. Somarathna H.M.C.C., Raman S.N., Mohot
ti D., Mutalib A.A., Badri K.H. The use of po
lyurethane for structural and infrastructural
engineering applications: A state-of-the-art
review. Construction and Building Materials.
2018. 190. P. 995–1014.
https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2018.
09.166
4. Lipatov Yu. S., Kercha Yu. Yu., Sergeeva L.M.
Struktura isvojstvapoli uretanov. K.: Nauk.
dumka, 1970. 280 p. (іn Russian).
5. Chen S., Wang Q., Wang T. Preparation, ten
sile, damping and thermal properties of poly
urethanes based on various structural polymer
polyols: effects of composition and isocyanate
index. Journal of Polymer Research. 2012.
19(11). P. 1–7.
DOI: 10.1007/s10965-012-9994-2
6. Chen H., Zhou H.J., Liu D.J., Li Y.T. The Effect
of Polyester Structures on the Damping Pro
perty of Polyurethane Elastomers. Adv. Mat.
Res. 2012. 581–582. P. 710–714.
https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/
AMR.581-582.710.
7. Nakamura M., Aoki Y., Enna G., Oguro K.,
Wada H. Polyurethane damping material. J.
Elastomers and Plastics. 2015. 47(6). P. 515–522.
https://doi.org/10.1177/0095244314526739
8. Beniah G., Liu K., Heath W.H., Miller M.D.,
Scheidt K.A., Torkelson J.M. Novel thermo
plastic polyhydroxyurethane elastomers as ef
61https://ucj.org.ua
Н. В. Бабкіна, О. І. Антоненко, Л. О. Воронцова, Л. Ф. Косянчук, Н. В. Козак, О. О. Бровко УХЖ № 11 / ТОМ 89
fective damping materials over broad temper
ature ranges. European Polymer Journal. 2016.
84. P. 770–783.
DOI: 10.1016/j.eurpolymj.2016.05.031
9. Feng Z., Jianjun G., Xin D., Ligang C. Study
on Inorganic Modification of Damping Ca
pacity of Polyurethane Materials for Building.
MATEC Web of Conferences. 2018. 175: art.
01016.
https://doi.org/10.1051/matecconf/20181750
1016
10. Feng Y., Zhou H., Zhang X., Li Y., Li Y. Prepa
ration and characterization of polyurethane
damping materials derived from mixed-base
prepolymers containing numerous side me
thyls. e-Polymers. 2015. 15(5). P. 323–327.
https://doi.org/10.1515/epoly-2015-0097
11. Babkina N.V., Antonenko O.I., Kosianchuk
L.F., Brovko O.O. Dempferna efektyvnist
dvosharovykh poliuretanovykh kompozytiv.
Polym. J. 2021. 43(1). P. 12–18.
DOI 10.15407/polymerj.43.01.012
12. Babkina N., Antonenko O., Kosyanchuk L.,
Vorontsova L., Babich O., Brovko O. Effect
of polyurethane material design on damping
ability. Polymersfor Advanced Technologies.
2023. 34(11). P. 3426–3437.
https://doi.org/10.1002/pat.6156
13. Katz H.S., Milewski J.V. (Eds.) Handbook
off illersandrein for cementsforplastics. New
York: Van Nostrand Reinhold, 1978. 652 p.
14. Murray H.H. Applied Clay Mineralogy: Oc
currences, Processing and Applications of Ka
olins, Bentonites, Palygorskite-Sepiolite, and
Common Clays. Developments in Clay Science,
2. Amsterdam: Elsevier, 2007. 180 p.
ISBN-10: 0-444-51701-4.
15. Anam A., Gamit N., Prajapati V., Dholakiya
B.Z. An overview of kaolin and its potential
application in thermosetting polymers.Materi-
als Today Communications. 2023. 36: 106827.
https://doi.org/10.1016/j.mtcomm.2023.106827
16. Wu W., Tian L. Formulation and morpholo
gy of kaolin-filled rubber composites. Applied
Clay Science. 2013. 80–81. P. 93–97.
https://doi.org/10.1016/j.clay.2013.06.025
17. Sheikh S.H., Yin X., Ansarifar A., Yendal K.
The potential of kaolin as a reinforcing filler
for rubber composites with new sulfur cure
systems. Journal of Reinforced Plastics and
Composites. 2017. 36(16). P. 1–14.
https://doi.org/10.1177/0731684417712070
18. Ahmed N.M., El-Sabbagh S.H. The Influence
of Kaolin and Calcined Kaolin on SBR Com
posite Properties. Polymer composites. 2014.
35(3). P. 570–580.
https://doi.org/10.1002/pc.22697
19. Mohmmed J.H. Tensile and Compressive Pro
perties of Kaolin Rienforced Epoxy. Al-Khwari
zmi Engineering Journal. 2015. 11(3): 96–101.
20. Jang K.-S. Mineral filler effect on the mecha
nics and flame retardancy of polycarbonate
composites: talc and kaolin. e-Polymers. 2016.
16(5): 379–386.
https://doi.org/10.1515/epoly-2016-0103
21. Mustafa S.N. Effect of kaolin on the mecha
nical properties of polypropylene/polyethy
lene composite material. Diyala Journal of
Engineering Sciences. 2012. 5(2). P. 162–178.
https://doi.org/10.24237/djes.2012.05212
22. Salmah H., Ruzaidi C.M., Supri A.G. Com
patibilisation of Polypropylene/Ethylene Pro
pylene Diene Terpolymer/Kaolin Composites:
The Effect of Maleic Anhydride-Grafted-Poly
propylene. Journal of Physical Science. 2009.
20(1). P. 99–107.
https://doi.org/10.24237/djes.2012.05212
23. Thongsoon D., Abeykoon C., Vera-Marun I.J.,
Potluri P., Polrut W., Boonliang B. Compari
son of Mechanical Properties of Carbon Fibre
and Kaolin Reinforced Polypropylene Com
posites. Proceedings of the 7th World Congress
on Mechanical, Chemical, and Material Engi-
neering (MCM'21). 2021. Virtual Conference,
Paper No. MMME 301.
https://doi.org/10.11159/mmme21.301
24. Rama M.S., Swaminathan S. Influence of Struc
ture of Organic Modifiers and Polyurethane
62 ISSN 2708-129X. Укр. хім. журн., 2023
ВПЛИВ НАПОВНЕННЯ ПОЛІУРЕТАНОВОЇ МАТРИЦІ КАОЛІНОМ НА ДЕМПФЕРНУ ЕФЕКТИВНІСТЬ,
МЕХАНІЧНІ ТА ТЕРМІЧНІ ВЛАСТИВОСТІФІЗИЧНА ХІМІЯ
on the Clay Dispersion in Nanocomposites
via In Situ Polymerization. Journal of Applied
Polymer Science. 2010. 118(3). P. 1774–1786.
https://doi.org/10.1002/app.32500
25. Shahzamani M., Rezaeian I., Loghmani M.S.,
Zahedi P., Rezaeian A. Effects of BaSO4,
CaCO3, kaolin and quartz fillers on mechani
cal, chemical and morphological properties of
cast polyurethane. Plastics, Rubber and Com-
posites. 2012, 41(6) P. 263–269.
https://doi.org/10.1179/1743289811Y.000000
0035
26. Roopa S., Siddaramaiah. Effect of Meta Kaolin
Filler on the Physico-mechanical Properties
and Chemical Resistance of Chain Extend
ed Polyurethane. Journal of Reinforced plas-
tics and composites. 2007. 26(7). P. 681–686.
https://doi.org/10.1177/0731684407075578
27. Nielson L.E. Mechanical Properties of Polymer
and Composites. New York: Marcel Dekker
Int., 1974. 255 p. ISBN-10: 0824761837.
REFERENCES
1. Sonnenchein M.F. Polyurethanes: Science,
technology, markets, andtrends. NewYork:
JohnWileyandSons, 2014. 432 p. ISBN-10:
1118737830.
2. Engels H.-W., Pirkl H.-G., Albers R., Albach
R.W., Krause J., Hoffmann A., Casselmann H.,
Dormish J. Polyurethanes: Versatile Materials
and Sustainable Problem Solvers for Today’s
Challenges. Angew. Chem. Intern. Ed. 2013.
52(36): 9422–9441.
https://doi.org/10.1002/anie.201302766
3. Somarathna H.M.C.C., Raman S.N., Mohotti
D., Mutalib A.A., Badri K.H. The use of pol
yurethane for structural and infrastructural
engineering applications: A state-of-the-art
review.Construction and Building Materials.
2018. 190: 995–1014.
https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2018.
09.166
4. Lipatov Yu. S., Kercha Yu. Yu., Sergeeva L.M.
Struktura isvojstva poliuretanov. K.: Nauk.
dumka, 1970. 280 p. (іn Russian).
5. Chen S., Wang Q., Wang T. Preparation, ten
sile, damping and thermal properties of poly
urethanes based on various structural polymer
polyols: effects of composition and isocyanate
index. Journal of Polymer Research. 2012.
19(11): 1–7.
DOI: 10.1007/s10965-012-9994-2
6. Chen H., Zhou H.J., Liu D.J., Li Y.T. The Effect
of Polyester Structures on the Damping Prop
erty of Polyurethane Elastomers. Adv. Mat.
Res. 2012. 581–582: 710–714.
https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/
AMR.581-582.710.
7. Nakamura M., Aoki Y., Enna G., Oguro K.,
Wada H. Polyurethane damping material. J.
Elastomers and Plastics. 2015. 47(6): 515–522.
https://doi.org/10.1177/0095244314526739
8. Beniah G., Liu K., Heath W.H., Miller M.D.,
Scheidt K.A., Torkelson J.M. Novel thermo
plastic polyhydroxyurethane elastomers as
effective damping materials over broad tempe
rature ranges. European Polymer Journal. 2016.
84: 770–783.
DOI: 10.1016/j.eurpolymj.2016.05.031
9. Feng Z., Jianjun G., Xin D., Ligang C. Study on
Inorganic Modification of Damping Capacity of
Polyurethane Materials for Building. MATEC
Web of Conferences. 2018. 175: art. 01016.
https://doi.org/10.1051/matecconf/2018175
01016
10. Feng Y., Zhou H., Zhang X., Li Y., Li Y. Prepa
ration and characterization of polyurethane
damping materials derived from mixed-base
prepolymers containing numerous side meth
yls. e-Polymers. 2015. 15(5): 323–327.
https://doi.org/10.1515/epoly-2015-0097
11. BabkinaN.V., Antonenko O.I., Kosianchuk
L.F., Brovko O.O. Dempferna efektyvnist dvo
sharovykh poliuretanovykh kompozytiv.
Polym. J. 2021. 43(1): 12–18.
DOI 10.15407/polymerj.43.01.012
63https://ucj.org.ua
Н. В. Бабкіна, О. І. Антоненко, Л. О. Воронцова, Л. Ф. Косянчук, Н. В. Козак, О. О. Бровко УХЖ № 11 / ТОМ 89
12. Babkina N., Antonenko O., Kosyanchuk L.,
Vorontsova L., Babich O., Brovko O. Effect
of polyurethane material design on damping
ability.Polymersfor Advanced Technologies.
2023. 34(11): 3426–3437.
https://doi.org/10.1002/pat.6156
13. Katz H.S., Milewski J.V.(Eds.) Handbook of
fillers and reinforcements for plastics. NewYo
rk: Van Nostrand Reinhold. 1978. 652 p.
14. Murray H.H. Applied Clay Mineralogy: Oc
currences, Processing and Applications of Ka
olins, Bentonites, Palygorskite-Sepiolite, and
Common Clays. Developments in Clay Science.
2. Amsterdam: Elsevier. 2007. 180 p.
ISBN-10: 0-444-51701-4.
15. Anam A., Gamit N., Prajapati V., Dholakiya
B.Z. An overview of kaolin and its potential
application in thermosetting polymers. Mate-
rials Today Communications. 2023. 36: 106827.
https://doi.org/10.1016/j.mtcomm.2023.106
827
16. Wu W., Tian L. Formulation and morpholo
gy of kaolin-filled rubber composites. Applied
Clay Science. 2013. 80–81: 93–97.
https://doi.org/10.1016/j.clay.2013.06.025
17. Sheikh S.H., Yin X., Ansarifar A., Yendal K.
The potential of kaolin as a reinforcing filler
for rubber composites with new sulfur cure
systems. Journal of Reinforced Plastics and
Composites. 2017. 36(16): 1–14.
https://doi.org/10.1177/0731684417712070
18. Ahmed N.M., El-Sabbagh S.H. The Influence
of Kaolin and Calcined Kaolin on SBR Com
posite Properties. Polymer composites. 2014.
35(3): 570–580.
https://doi.org/10.1002/pc.22697
19. Mohmmed J.H. Tensile and Compressive Prop
erties of Kaolin Rienforced Epoxy. Al-Khwariz-
mi Engineering Journal. 2015. 11(3): 96–101.
20. Jang K.-S. Mineral filler effect on the mecha
nics and flame retardancy of polycarbonate
composites: talc and kaolin. e-Polymers. 2016.
16(5): 379–386.
https://doi.org/10.1515/epoly-2016-0103
21. Mustafa S.N. Effect of kaolin on the mechani
cal properties of polypropylene/polyethylene
composite material. Diyala Journal of Engi-
neering Sciences. 2012. 5(2): 162–178.
https://doi.org/10.24237/djes.2012.05212
22. Salmah H., Ruzaidi C.M., Supri A.G. Com
patibilisation of Polypropylene/Ethylene Pro
pylene Diene Terpolymer/Kaolin Composites:
The Effect of Maleic Anhydride-Grafted-Poly
propylene. Journal of Physical Science. 2009.
20(1): 99–107.
https://doi.org/10.24237/djes.2012.05212
23. Thongsoon D., Abeykoon C., Vera-Marun I.J.,
Potluri P., Polrut W., Boonliang B. Compari
son of Mechanical Properties of Carbon Fibre
and Kaolin Reinforced Polypropylene Com
posites. Proceedings of the 7th World Congress
on Mechanical, Chemical, and Material Engi-
neering (MCM'21). 2021. Virtual Conference,
Paper No. MMME 301.
https://doi.org/10.11159/mmme21.301
24. Rama M.S., Swaminathan S. Influence of Struc
ture of Organic Modifiers and Polyurethane on
the Clay Dispersion in Nanocomposites via In
Situ Polymerization. Journal of Applied Polymer
Science. 2010. 118(3): 1774–1786.
https://doi.org/10.1002/app.32500
25. Shahzamani M., Rezaeian I., Loghmani M.S.,
Zahedi P., Rezaeian A. Effects of BaSO4,
CaCO3, kaolin and quartz fillers on mechani
cal, chemical and morphological properties of
cast polyurethane. Plastics, Rubber and Com-
posites. 2012. 41(6): 263–269.
https://doi.org/10.1179/1743289811Y.00000
00035
26. Roopa S., Siddaramaiah. Effect of Meta Kaolin
Filler on the Physico-mechanical Properties
and Chemical Resistance of Chain Extended
Polyurethane. Journal of Reinforced plastics
and composites. 2007. 26(7): 681–686.
https://doi.org/10.1177/0731684407075578
27. Nielson L.E. Mechanical Properties of Polymer
and Composites. New York: Marcel Dekker
Int., 1974. 255 p. ISBN-10: 0824761837.
Стаття надійшла 26.09.2023.
|
| id | oai:ojs2.1444248.nisspano.web.hosting-test.net:article-614 |
| institution | Ukrainian Chemistry Journal |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | English |
| last_indexed | 2026-07-23T01:11:03Z |
| publishDate | 2023 |
| publisher | V.I.Vernadsky Institute of General and Inorganic Chemistry |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | ucjorgua/86/42ffd24a6996c3302406929e00ed4c86.pdf |
| spelling | oai:ojs2.1444248.nisspano.web.hosting-test.net:article-6142026-07-22T08:23:53Z EFFECT OF FILLING A POLYURETHANE MATRIX WITH KAOLIN ON DAMPING EFFICIENCY, MECHANICAL AND THERMAL PROPERTIES. Babkina, Nataliia Antonenko, Oksana Vorontsova, Liubov Kosyanchuk, Ludmila Kozak, Nataly Brovko, Olexandr polyurethane composites, kaolin, damping efficiency, mechanical properties, heat resistance. One of the ways to reduce the cost of a polymermaterial is to replace the weight part of its composition with a cheaper natural filler. In this work, the objects of study are polyurethane composites synthesized by the insitumethod, containing the mineralfiller kaolin from 10 to 40 mass parts. Filling with kaolin significantly lowers the price of polyurethane material, and its cost is reduced by almost 30 percent when the content of the filler is 40 mass parts.  Morphological studies have shown that kaolin particles are uniformly dispersed in the polyurethane matrix, but thereis a tendency for the iragglomerationas the filler concentration increases. Viscoelastic, mechanical, and thermal properties of polyurethane composites wer studied. The damping efficiency of polyurethane materials was estimated from the results of dynamic mechanical analysis. Itis found that the filler additions lightly decreases the effective damping temperature range of polyurethane composites, but their heat resistance and mechanical properties improve. The method of thermogravimetricanalysis was shown the presence of kaolin significantly changes the character of thermo-oxidative destruction of composites. The temperature interval of the intensive decomposition stage increases for filled systems and the temperature of the maximum rate of weight loss at the decomposition stage (Tmax) increases with increasing kaolin content. According to the results of mechanical studies, an increase in the kaolin content in polyurethanes leads to an increase in the storage modulus (E') and a significant decrease in the relative elongation (ε). Thus, filling with kaolin significantly reduces the cost of polyurethane composites and contributes to their expansion of functional properties due to increased heat resistance and improved mechanical characteristics. V.I.Vernadsky Institute of General and Inorganic Chemistry 2023-12-29 Article Article Physical chemistry Физическая xимия Фізична xімія application/pdf https://ucj.org.ua/index.php/journal/article/view/614 10.33609/2708-129X.89.11.2023.51-63 Ukrainian Chemistry Journal; Vol. 89 No. 11 (2023): Ukrainian Chemistry Journal; 51-63 Украинский химический журнал; ##issue.vol## 89 ##issue.no## 11 (2023): Ukrainian Chemistry Journal; 51-63 Український хімічний журнал; Том 89 № 11 (2023): Український хімічний журнал; 51-63 2708-129X 2708-1281 en https://ucj.org.ua/index.php/journal/article/view/614/309 Copyright (c) 2023 Nataliia Babkina, Oksana Antonenko, Liubov Vorontsova, Ludmila Kosyanchuk, Nataly Kozak, Olexandr Brovko https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0 |
| spellingShingle | Babkina, Nataliia Antonenko, Oksana Vorontsova, Liubov Kosyanchuk, Ludmila Kozak, Nataly Brovko, Olexandr EFFECT OF FILLING A POLYURETHANE MATRIX WITH KAOLIN ON DAMPING EFFICIENCY, MECHANICAL AND THERMAL PROPERTIES. |
| title | EFFECT OF FILLING A POLYURETHANE MATRIX WITH KAOLIN ON DAMPING EFFICIENCY, MECHANICAL AND THERMAL PROPERTIES. |
| title_full | EFFECT OF FILLING A POLYURETHANE MATRIX WITH KAOLIN ON DAMPING EFFICIENCY, MECHANICAL AND THERMAL PROPERTIES. |
| title_fullStr | EFFECT OF FILLING A POLYURETHANE MATRIX WITH KAOLIN ON DAMPING EFFICIENCY, MECHANICAL AND THERMAL PROPERTIES. |
| title_full_unstemmed | EFFECT OF FILLING A POLYURETHANE MATRIX WITH KAOLIN ON DAMPING EFFICIENCY, MECHANICAL AND THERMAL PROPERTIES. |
| title_short | EFFECT OF FILLING A POLYURETHANE MATRIX WITH KAOLIN ON DAMPING EFFICIENCY, MECHANICAL AND THERMAL PROPERTIES. |
| title_sort | effect of filling a polyurethane matrix with kaolin on damping efficiency, mechanical and thermal properties. |
| topic_facet | polyurethane composites kaolin damping efficiency mechanical properties heat resistance. |
| url | https://ucj.org.ua/index.php/journal/article/view/614 |
| work_keys_str_mv | AT babkinanataliia effectoffillingapolyurethanematrixwithkaolinondampingefficiencymechanicalandthermalproperties AT antonenkooksana effectoffillingapolyurethanematrixwithkaolinondampingefficiencymechanicalandthermalproperties AT vorontsovaliubov effectoffillingapolyurethanematrixwithkaolinondampingefficiencymechanicalandthermalproperties AT kosyanchukludmila effectoffillingapolyurethanematrixwithkaolinondampingefficiencymechanicalandthermalproperties AT kozaknataly effectoffillingapolyurethanematrixwithkaolinondampingefficiencymechanicalandthermalproperties AT brovkoolexandr effectoffillingapolyurethanematrixwithkaolinondampingefficiencymechanicalandthermalproperties |