Influence of carbon nanotubes on the characteristics of polymer melt flow during extrusion of two-layer pipes

Скорочена інформація про документ
dc.contributor.authorGurin, Roman
dc.contributor.authorGondliakh, Oleksandr
dc.contributor.authorSokolskyi, Oleksandr
dc.contributor.authorShcherbina, Valerii
dc.contributor.authorAntonyuk, Sergiy
dc.date.accessioned2026-04-02T07:56:52Z
dc.date.available2026-04-02T07:56:52Z
dc.date.issued2025
dc.description.abstractThis paper presents the results of numerical simulation of the extrusion process of two-layer polymer pipes in a two-dimensional axisymmetric formulation using the ANSYS Polyflow software package. The influence of the introduction of multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs) into polypropylene (PP) on the rheological properties of the melt and the flow characteristics in the extrusion head was investigated. The Bird-Carreau model was used to describe the viscosity of the PP/MWCNT composite, taking into account the concentrations of MWCNTs (0, 1, 2, 4, and 8 wt%). The second layer of the pipe was made of polyvinyl chloride (PVC). An analysis of the distributions of pressure, melt flow velocity, and layer thicknesses of the extruded pipe was conducted. It was found that with increasing MWCNT content, the viscosity of the PP/MWCNT composite significantly increases, leading to an increase in pressure in the extrusion head (from 91.3 kPa at 0 wt% to 28.5 MPa at 8 wt%) and affecting the layer thickness distribution: the thickness of the PP/MWCNT layer decreases from 2.49 mm to 1.70 mm, while the thickness of the PVC layer increases from 2.50 mm to 3.45 mm. The optimal concentration of MWCNTs was determined to be 2 wt%, which provides balanced rheological characteristics and stable pipe geometry (total thickness of 5.23 mm). At a concentration of 8 wt%, the PP/MWCNT layer remains intact, but its thickness becomes insufficient for practical use. The obtained data allow optimizing the composition of the polymer nanocomposite and the parameters of the extrusion process for the production of two-layer pipes with specified properties.
dc.description.abstractotherУ цій роботі представлено результати чисельного моделювання процесу екструзії двошарових полімерних труб у двовимірній осесиметричній постановці з використанням програмного комплексу ANSYS Polyflow. Досліджено вплив введення багатостінних вуглецевих нанотрубок (БВНТ) у поліпропілен (ПП) на реологічні властивості розплаву та характеристики течії в екструзійній голівці. Для опису в'язкості композиту ПП/БВНТ використовувалася модель Берда-Карро з урахуванням концентрацій БВНТ (0, 1, 2, 4 та 8 % мас.). Другий шар труби виготовлено з полівінілхлориду (ПВХ). Проведено аналіз розподілів тиску, швидкості течії розплаву та товщини шарів екструдованої труби. Встановлено, що зі збільшенням вмісту БВНТ в'язкість композиту ПП/БВНТ суттєво зростає, що призводить до зростання тиску в екструзійній голівці (від 91,3 кПа при 0 % мас. до 28,5 МПа при 8 % мас.) та впливає на розподіл товщини шарів: товщина шару ПП/БВНТ зменшується з 2,49 мм до 1,70 мм, тоді як товщина шару ПВХ збільшується з 2,50 мм до 3,45 мм. Оптимальна концентрація БВНТ становить 2 % мас., яка забезпечує збалансовані реологічні характеристики та стабільну геометрію труби (загальна товщина 5,23 мм). При концентрації 8 % мас. шар ПП/БВНТ залишається цілісним, але його товщина стає недостатньою для практичного використання. Отримані дані дозволяють оптимізувати склад полімерного нанокомпозиту та параметри процесу екструзії для виробництва двошарових труб із заданими властивостями.
dc.format.pagerangeС. 20-31
dc.identifier.citationInfluence of carbon nanotubes on the characteristics of polymer melt flow during extrusion of two-layer pipes / Roman Gurin, Oleksandr Gondliakh, Oleksandr Sokolskyi, Valerii Shcherbina, Sergiy Antonyuk // Вісник НТУУ «КПІ ім. Ігоря Сікорського». Серія «Хімічна інженерія, екологія та ресурсозбереження». – 2025. – № 2(24). – С. 20-31. – Бібліогр.: 11 назви.
dc.identifier.doihttps://doi.org/10.20535/2617-9741.2.2025.333972
dc.identifier.urihttps://ela.kpi.ua/handle/123456789/79917
dc.language.isoen
dc.publisherКПІ ім. Ігоря Сікорського
dc.publisher.placeКиїв
dc.relation.ispartofВісник НТУУ «КПІ ім. Ігоря Сікорського». Серія «Хімічна інженерія, екологія та ресурсозбереження», № 2 (24), 2025
dc.rights.urihttps://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
dc.subjectpolymer nanocomposites
dc.subjectcarbon nanotubes
dc.subjectextrusion
dc.subjectrheology
dc.subjecttwo-layer pipe
dc.subjectpolypropylene
dc.subjectpolyvinyl chloride
dc.subjectполімерні нанокомпозити
dc.subjectвуглецеві нанотрубки
dc.subjectекструзія
dc.subjectреологія
dc.subjectдвошарова труба
dc.subjectполіпропілен
dc.subjectполівінілхлорид
dc.subject.udc678.742.2:678.743.21:621.777.2+532.135+544.77
dc.titleInfluence of carbon nanotubes on the characteristics of polymer melt flow during extrusion of two-layer pipes
dc.title.alternativeВплив вуглецевих нанотрубок на характеристики течії розплаву полімеру під час екструзії двошарових труб
dc.typeArticle

Файли

Контейнер файлів
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз
Назва:
20-31.pdf
Розмір:
1.15 MB
Формат:
Adobe Portable Document Format
Завантажити
Ліцензійна угода
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз недоступний
Назва:
license.txt
Розмір:
8.98 KB
Формат:
Item-specific license agreed upon to submission
Опис:
Завантажити

Зібрання

Вісник НТУУ «КПІ ім. Ігоря Сікорського». Серія «Хімічна інженерія, екологія та ресурсозбереження»: збірник наукових праць, № 2 (24)