pimiПриборы и методы измеренийDevices and Methods of Measurements2220-95062414-0473BNTU10.21122/2220-9506-2026-17-2-164-176pimi-1051Research ArticleМетоды измерений, контроля, диагностикиMethods of measurements, monitoring, diagnosticsИсследование акустическим методом упругих свойств листов из закрытоячеистых пенополиолефинов при статическом растяженииAcoustic Investigation of Elastic Properties of Closed-Cell Polyolefin Foam Sheets under Static TensionБогданО. П.BogdanO. P.

ул. Студенческая, 7, г. Ижевск 426069

Studencheskaya str., 7, Izhevsk 426069

МуравьеваО. В.Murav'evaO. V.

ул. Студенческая, 7, г. Ижевск 426069

Studencheskaya str., 7,Izhevsk 426069

БлиноваА. В.BlinovaА. V.

Адрес для переписки:Блинова А. В.Ижевский государственный технический университет имени М.Т. Калашникова,ул. Студенческая, 7, г. Ижевск 426069, Россия e-mail: anna.tarasovaaa@mail.ru

Address for correspondence:Blinova A. V.Kalashnikov Izhevsk State Technical University,Studencheskaya str., 7,Izhevsk 426069, Udmurt Republic, Russiae-mail: anna.tarasovaaa@mail.ru

anna.tarasovaaa@mail.ruДенисовЛ. А.DenisovL. A.

ул. Студенческая, 7,г. Ижевск 426069

Studencheskaya str., 7,Izhevsk 426069

Ижевский государственный технический университет имени М.Т. КалашниковаРоссияKalashnikov Izhevsk State Technical UniversityRussian FederationИжевский государственный технический университет имени М.Т. Калашникова; Удмуртский федеральный исследовательский центр Уральского отделения Российской академии наукРоссияKalashnikov Izhevsk State Technical University; Udmurt Federal Research Center, of the Ural Branch of the Russian Academy of SciencesRussian FederationИжевский государственный технический университет имени М.Т. КалашниковаРоссияKalashnikov Izhevsk State TechnicalRussian Federation202608072026172164176Copyright © Богдан О.П., Муравьева О.В., Блинова А.В., Денисов Л.А., 20262026Богдан О.П., Муравьева О.В., Блинова А.В., Денисов Л.А.Bogdan O.P., Murav'eva O.V., Blinova А.V., Denisov L.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://pimi.bntu.by/jour/article/view/1051

Широкое использование пенополиолефинов в стратегически важных отраслях промышленности обусловлено их высокими тепло-, звуко и виброизоляционными свойствами, при этом в процессе применения эти материалы подвергаются различным механическим воздействиям, приводящим к их деформации и изменению свойств. Целью работы являлось исследование упругих свойств листов из закрытоячеистых пенополиолефинов разной кратности вспенивания при статическом растяжении с использованием акустического теневого амплитудного метода. В работе представлена методика экспериментальных исследований коэффициента прохождения акустической волны под воздействием статической растягивающей нагрузки, основанная на использовании амплитудного теневого метода, в процессе реализации которого производится одновременная регистрация амплитуды прошедшего сквозь лист пенополиолефина и значения статического растягивающего напряжения. Исследования коэффициента прохождения акустической волны проведены на листах из закрытоячеистых пенополиолефинов марки ISOLON 500 разной кратности вспенивания и толщины. Показано, что в процессе растяжения листов пенополиолефина наблюдаются две области: область упругости, в которой изменение относительного удлинения образца и изменение коэффициента прохождения акустической волны происходит линейно, и область текучести, в которой наблюдается нелинейная зависимость. Полученные результаты использованы для определения разрушающего растягивающего напряжения, модуля упругости и структурно-чувствительного параметра акустической тензометрии – коэффициента упруго-акустической связи по прохождению, при этом наблюдалась существенная зависимость от направления приложения растягивающей нагрузки (вдоль и поперёк листа). Для подтверждения этих областей деформации листов пенополиолефина исследована восстанавливаемость образцов при нагрузках 30 % и 70 % от разрушающего растягивающего напряжения. Полученные результаты подтвердили, что при 30 % от разрушающего растягивающего напряжения наблюдается область упругости, при 70 % от разрушающего растягивающего напряжения – область текучести, а также позволили оценить степень восстановления упругих свойств образцов после снятия растягивающей нагрузки.

Polyolefins are widespreadly used in strategically important industries due to their high thermal, sound and vibration insulation properties. During the process of application these materials are subjected to various mechanical influences leading to their deformation and changes in properties. Aim of the work was to study the elastic properties of closed-cell polyolefin foam sheets with different foaming multiplicities under static tension using the acoustic shadow amplitude method. The paper presents a method for experimental studies of an acoustic wave transmission coefficient a static tensile load, based on the use of an amplitude shadow method. During the method implementation amplitude of the acoustic wave passed through the polyolefin foam sheet and the value of the static tensile stress are simultaneously recorded. Studies of the acoustic wave transmission coefficient were carried out on sheets of closed-cell polyolefin foam of the ISOLON 500 brand with different foaming multiplicity and thickness. It was shown that two regions are observed during the stretching of sheets of polyolefin foam: 1) the region of elasticity, in which changes both in the relative elongation of the sample and in the transmission coefficient of the acoustic wave occur linearly, and 2) the region of fluidity, in which a nonlinear dependence is observed. Results obtained were used to determine the destructive tensile stress, the modulus of elasticity, and the structurally sensitive parameter of acoustic strain measurement, the coefficient of elastic-acoustic coupling in transmission, while a significant dependence was observed on the direction of application of the tensile load (along and across the sheet). To confirm these areas of deformation of styrofoam sheets, the recoverability of samples under loads of 30 % and 70 % of the destructive tensile stress was studied. The obtained results confirmed that at 30 % of the ultimate tensile stress, the elastic region is observed, at 70 % of the ultimate tensile stress – the yield region; the results also enabled estimation of the specimens’ elastic properties recovery degree after removal of the tensile load.

пенополиолефинупругие свойстваакустический теневой методразрушениестатическое растягивающее напряжениеpolyolefin foamelastic propertiesacoustic shadow methodunevennessstructureИсследование выполнено при финансовой поддержке ФГБОУ ВО «ИжГТУ имени М.Т. Калашникова» в рамках программы «Ректорские гранты 2025», научный проект «Исследование акустических свойств материалов с низкой поверхностной плотностью», шифр БОП-2025рг, с использованием УНУ «Информационно-измерительный комплекс для исследования акустических свойств материалов и изделий» (рег. номер: 586308).The study was carried out with the financial support Kalashnikov ISTU within the framework of the Rector's Grants 2025 scientific project "Research of acoustic properties of materials with low surface density" cipher BOP-2025rg using the UNU "Information and Measuring Complex for the study of acoustic properties of materials and products" (registration number: 586308).ReferencesАкимова В.М. Обзор пенополимеров под микроскопом / В.М. Акимова // Тенденции развития науки и образования. – 2022. – № 92-15. – С. 113-116. DOI: 10.18411/trnio-12-2022-711Akimova VM. Overview of foams under a microscope. Trends in the development of science and education. 2022;92(15):113-116. (In Russ.).Колосова А.С. Современные газонаполненные полимерные материалы и изделия / А.С. Колосова, Е.С. Пикалов // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2020. – № 10. – С. 54-67.Kolosova AS, Pikalov ES. Modern gas-filled polymer materials and products. International Journal of Applied and Fundamental Research. 2020;10:54-67. (In Russ.).Панкратов А.В. Влияние минеральных наполнителей на свойства химически сшитого пенополиэтилена / А.В. Панкратов, Г.Н. Матюхина, Ю.Т. Панов, О.А. Фридман // Пластические массы. – 2010. – № 7. – С. 32-34.Pankratov AV, Matyuhina GN, Panov YUT, Fridman OA. Influence of mineral extender on properties of crosslinked cellular polyethylene. International Polymer Science and Technology. 2010;7:32-34. (In Russ.).Дементьев А.Г. Деформирование химически сшитого пенополиэтилена. 2. Связь между структурой, механическими свойствами и термическим деформированием пенополиэтилена / А.Г. Дементьев, Г.Н. Матюхина, А.В. Панкратов // Пластические массы. – 2013. – № 5. – С. 16-19.Dement'ev AG, Matyuhina GN, Pankratov AV. Deformation of chemical sew cellular polyethylene. Relation between structure, mechanical properties and thermal deformation of cellular polyethylene. International Polymer Science and Technology. 2013;5:16-19. (In Russ.).Волынский А.Л. Визуализация структурных перестроек, сопровождающих деформацию аморфного полиэтилентерефталата / А.Л. Волынский, Т.Е. Гроховская, А.И. Кулебякина [и др.] // Высокомолекулярные соединения. Серия А. – 2006. – Т. 48, № 5. – С. 823-833.Volynskii AL, Grokhovskaya TE, Kulebyakina AI. [et al.] Visualization of strain-induced structural rearrangements in amorphous poly (ethylene terephthalate). Polymer Science, Series A. 2006;48(5):527-535. DOI: 10.1134/S0965545X06050105Дементьев А.Г. Деформирование химически сшитого пенополиэтилена. 1. Термическое деформирование пенополиэтилена / А.Г. Дементьев, Г.Н. Матюхина, А.В. Панкратов // Пластические массы. – 2013. – № 4. – С. 8-12.Dement'ev AG, Matyuhina GN, Pankratov AV. Deformation of chemical sew cellular polyethylene. Thermal deformation of cellular polyethylene. International Polymer Science and Technology. 2013;4:8-12. (In Russ.).Дементьев А.Г. Влияние ячеистой структуры на восстановление размеров деформированного пенополиэтилена. / А.Г. Дементьев, Ю.А. Куликов // Высокомолекулярные соединения. – 1991. – Серия Б, Т. 33, № 9. – С. 650-655.Dement'ev AG, Kulikov YuA. The effect of the cellular structure on the size restoration of deformed polyurethane foam. High molecular weight compounds. Series B. 1991;650-655 pp. (In Russ.).Леньков С.В. Акустические поверхностные волны в пористо-упругих двухфазных средах / С.В. Леньков // Химическая физика и мезоскопия. – 2023. – Т. 25, № 3. – С. 375-384. DOI: 10.15350/17270529.2023.3.33Len'kov SV. Acoustic surface waves in porouselastic biphasic media. Chemical physics and mesoscopy. 2023;25:3:375-384. (In Russ.). DOI: 10.15350/17270529.2023.3.33Черноус Д.А. Методы расчета механических характеристик пороматериалов малой плотности (обзор) / Д.А. Черноус, Е.М. Петроковец, Д.А. Конек, С.В. Шилько // Механика композиционных материалов и конструкций. – 2001. – Т. 7, № 4. – С. 533-545.Hernous DA, Petrokovec EM, Konek DA, SHil'ko SV. Methods of Calculation of Mechanical Characteristics of Low Density Porous Materials: Review. Mechanics of composite materials and structures. 2001;7:4:533-545. (In Russ.).Hong K. Моделирование растяжения полиэтилена: влияние температуры и степени кристалличности/ K. Hong, GStrobl// Высокомолекулярные соединения. Серия А. – 2008. – Т. 50, № 5. – С. 760-772.Hong K, Strobl G. Characterizing and Modeling the Tensile Deformation of Polyethylene: The Temperature and Crystallinity Dependences. Seriya A. 2008;50(5):760-772. (In Russ.).Белокуров В.Н. Механизм деформации вязкоупругих полимерных материалов в резонансных режимах / В.Н. Белокуров, Д.В. Шагунов // Интернет-журнал "Науковедение". – 2015. – Т. 7, № 1(26). – С. 93. DOI: 10.15862/129TVN115Belokurov VN, SHagunov DV. Deformation mechanism of visco-elastic polymeric materials in the resonance modes. http://naukovedenie.ru/PDF/129TVN115.pdf. 2015;7(1):93. (In Russ.). DOI: 10.15862/129TVN115Хохлов А.В. Немонотонность, знакопеременность и другие особенности поведения коэффициента Пуассона линейно вязкоупругих материалов при растяжении с постоянной скоростью / А.В. Хохлов // Проблемы прочности и пластичности. – 2019. – Т. 81, № 3. – С. 271-291. DOI: 10.32326/1814-9146-2019-81-3-271-291Hohlov AV. Non-monotonicity, sign changes and other features of poisson's ratio evolution for isotropic linear viscoelastic materials under tension at constant stress rates. Problems of Strength and Plasticity. 2019;81(3):271-291. (In Russ.). DOI: 10.32326/1814-9146-2019-81-3-271-291Ефимов А.В. Влияние скорости растяжения на механические характеристики предварительно прокатанных пленок полиэтилентерефталата / А.В. Ефимов, С.Л. Баженов, А.В. Бобров, Т.Е. Гроховская // Высокомолекулярные соединения. Серия А. – 2017. – Т. 59, № 3. – С. 234-242. DOI: 10.7868/S2308112017030038Efimov AV, Grokhovskaya TE, Bazhenov SL, Bobrov AV. Effect of tensile speed on mechanical characteristics of preliminary rolled polyethylene terephthalate films. Polymer Science, Series A. 2017;59(3):316-323. (In Russ.). DOI: 10.1134/S0965545X17030038Демидов А.Н. Исследование механических характеристик биоразлагаемых полимеров методами растяжения и кинетического индентирования / А.Н. Демидов, М.А. Каримбеков, А.Ю. Марченков [и др.] // Технология металлов. – 2022. – № 10. – С. 46-51. DOI: 10.31044/1684-2499-2022-0-10-46-51Demidov AN. [et al.]. Study of mechanical properties of biodegradable polymers by tensile testing and instrumented indentation methods. Russian Metallurgy (Metally). 2022;(10):46-51. (In Russ.). DOI: 10.31044/1684-2499-2022-0-10-46-51Патлажан С.А. Деформационное поведение полиэтилена высокой плотности ниже предела текучести: влияние скорости разгрузки / С.А. Патлажан // Высокомолекулярные соединения. Серия А. – 2008. – Т. 50, № 5. – С. 789-796.Patlazhan SA, Hizoum K, Remond Y. Stressstrain behavior of high-density polyethylene below the yield point: effect of unloading rate. Polymer Science, Series A. 2008;50(5):789-796. (In Russ.).Bobrova EYu, Popov II, Zhukov AD, Ganzhuntsev MI. Fatigue strength of foamed polymers. Russian Journal of Building Construction and Architecture. 2022;4(56):29-38. DOI: 10.36622/VSTU.2022.56.4.003Bobrova EYu, Popov II, Zhukov AD, Ganzhuntsev MI. Fatigue strength of foamed polymers. Russian Journal of Building Construction and Architecture. 2022;4(56):29-38. (In Russ.). DOI: 10.36622/VSTU.2022.56.4.003Пилипенко А.С. Оценка долговечности вспененных полиолефинов / А.С. Пилипенко, Б.И. Ефимов, В.И. Кращенко, Е.О. Безверхова // Инновации в жизнь. – 2020. – № 2(33). – С. 129-136.Pilipenko AS, Efimov BI, Krashchenko VI, Bezverhova EO. Evaluation of long-term foam polyolefins. Innovations in life. 2020;2(33):129-136. (In Russ.).Черноуc Д.А. Анализ деформирования жестких пороматериалов / Д.А. Черноус, С.В. Шилько // Известия высших учебных заведений. СевероКавказский регион. Серия: Естественные науки. – 2003. – № 1(121). – С. 23-27.Chernous DA, SHil'ko SV. Analysis of deformation of rigid poromaterials. News of higher educational institutions. The North Caucasus region. Series: Natural Sciences. 2003; 1(121):23-27. (In Russ.).Bogdan O.P. Evaluation of Nonuniformity of Elastic Properties of Sheets Made from Closed-Сell Polyolefin Foams by Acoustic Method / O.P. Bogdan, D.V. Zlobin, O.V. Murav'eva [et al.]. // Devices and Methods of Measurements. – 2021. – Vol. 12, No. 1. – P. 58-66. DOI: 10.21122/2220-9506-2021-12-1-58-66Bogdan OP. [et al.]. Evaluation of Nonuniformity of Elastic Properties of Sheets Made from ClosedСell Polyolefin Foams by Acoustic Method. Devices and Methods of Measurements. 2021:12:1:58-66. (In Russ.). DOI: 10.21122/2220-9506-2021-12-1-58-66Богдан О.П. Методы акустического контроля пористых материалов / О.П. Богдан, А.В. Блинова, Л.А. Денисов // Машиностроение: сетевой электронный научный журнал. – 2024. – Т. 11, № 3. – С. 68-72. DOI: 10.24892/RIJIE/20240301Bogdan OP, Blinova AV, Denisov LA. Methods of acoustic control of porous materials. Russian Internet Journal of Industrial Engineering. 2024;11(3):68-72. (In Russ.). DOI: 10.24892/RIJIE/20240311Муравьева О.В. Влияние плотности листов терморасширенного графита на прохождение акустической волны / О.В. Муравьева, Л.А. Денисов, О.П. Богдан, А.В. Блинова // Дефектоскопия. – 2024. – № 12. – С. 44-58. DOI: 10.31857/S0130308224120047Muravieva OV, Denisov LA., Bogdan OP, Blinova AV. Influence of the Density of Sheeted Thermally Expanded Graphite on the Transmission of Acoustic Waves. Russian Journal of Nondestructive Testing. 2024;60(12):1363-1375. DOI: 10.1134/S1061830924603155Богдан О.П. Исследование плотности образцов из терморасширенного графита акустическим амплитудно-теневым методом / О.П. Богдан, О.В. Муравьева, А.В. Блинова, Д.В. Злобин // Дефектоскопия. – 2023. – № 8. – С. 21-31. DOI: 10.31857/S0130308223080031Bogdan OP, Muraveva OV, Blinova AV, Zlobin DV. Density study of thermoexpanded graphite samples by acoustic amplitude-shadow method. Russian Journal of Nondestructive Testing. 2023;(8)21-31. (In Russ.). DOI: 10.31857/S0130308223080031Богдан О.П. Исследование характеристик листов пенополиэтилена акустическими методами / О.П. Богдан, О.В. Муравьева, А.В. Платунов, Д.С. Рысев // Вестник ИжГТУ имени М.Т. Калашникова. – 2020. – Т. 23, № 2. – С. 61-68. DOI: 10.22213/2413-1172-2020-2-61-68Bogdan OP, Murav'eva OV, Platunov AV, Rysev DS. Investigation of characteristics of sheets of polyurethane foam using acoustic methods. Vestnik IzhGTU imeni M.T. Kalashnikova. 2020;23(2):61-68. (In Russ.). DOI: 10.22213/2413-1172-2020-2-61-68

The authors declare that there are no conflicts of interest present.