ОПТИМИЗАЦИЯ РЕЦЕПТУР РАЗРАБОТАННЫХ РЕЗИНОВЫХ СМЕСЕЙ С УЧЕТОМ ОЦЕНКИ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ

Оптимизация состава резиновых смесей представляет собой сложный и многофакторный процесс, обусловленный разнообразием применяемых компонентов и сложными взаимосвязями между ними. Проведение серии экспериментальных исследований для подбора оптимальной рецептуры требует значительных затрат времени, сырья и лабораторных ресурсов. В данной работе предложен подход, основанный на применении методов математического моделирования, позволяющий прогнозировать свойства резиновых смесей и определить их оптимальный состав. Особое внимание уделено использованию природного цеолита и отходов нефтепереработки в качестве модифицирующих добавок, что способствует повышению эффективности и экологичности производства. В качестве добавок использованы органическая фракция нефтешлама и цеолит Чанканайского месторождения. На основе априорной информации разработан план экспериментов, позволяющий построить адекватные математические модели методом наименьших квадратов. Эти модели описывают зависимость эксплуатационных свойств и экономических показателей от компонентного состава смеси. На основе полученных моделей сформулирована задача оптимизации, проведено исследование её особенностей и выбран наиболее эффективный метод решения. Эффективность предложенного подхода демонстрируется на примере подбора оптимального состава резиновой смеси. Модификация резиновых смесей позволяет получать композиционные материалы с повышенной маслостойкостью, стабильными эластичными и прочностными свойствами. Такой подход способствует снижению производственных затрат за счет использования доступного сырья и упрощения технологического процесса. Разработанная расчетная модель определения оптимального состава резиновой смеси может быть применена как в научных исследованиях, так и в промышленной практике при разработке новых рецептур эластомерных композиций.

1. Akhmadiev F.G. Mathematical modeling and optimization of «composition-property» of multicomponent mixtures [Matematicheskoye modelirovaniye i optimizatsiya «sostav-svoystvo» mnogokomponentnykh smesey] / F.G. Akhmadiev, R.M. Gilfanov // Izvestiya KSUACE. – 2012. – № 2(20). – P. 289-296.

2. Natural and synthetic rubber/waste – Ethylene-Vinyl Acetate composites for sustainable application in the footwear industry / D. Lopes et al // J Clean Prod. – 2015. – № 92. – Р. 230-236. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2014.12.063.

3. Progress in Rubber Nanocomposites / KS Sisanth et al // Woodhead Publishing, Cambridge, UK. – 2017. – P.1-39.

4. The fabrication and properties of natural rubber-clay nanocomposites / SC George et al // Polym Test. 2016. – Vol. – 51. – Р. 165-173. https://doi.org/10.1016/j.polymertesting.2016.03.010.

5. Sushkevich V.L. Synthesis of isoprene from formaldehyde and isobutene over phosphate catalysts / V.L. Sushkevich, V.V. Ordomsky, I.I. Ivanova // Appl Catal A-Gen. – 2012. – Vol. 441-442. – Р. 21- 29. https://doi.org/10.1016/j.apcata.2012.06.034.

6. Modeling the optimal composition of a rubber mixture using industrial waste [Modelirovaniye optimal'nogo sostava rezinovoy smesi s ispol'zovaniyem promyshlennykh otkhodov] / M.B. Abilev et al // Bulletin of KazNU. Chemical series. – 2020. – № 4. – P.12-25. https://doi.org/10.15328/cb1176.

7. Uddin M.S. Multiscale modeling of a natural rubber: Bridging a coarse-grained molecular model to the rubber network theory / M.S. Uddin, J. Ju // Polymer. – 2016. – Vol 101. – Р. 34-47. https://doi.org/10.1016/j.polymer.2016.08.037.

8. Alimardani M. Prediction of mechanical and fracture properties of rubber composites by microstructural modeling of polymer-filler interfacial effects / M. Alimardani, M. Razzaghi-Kashani, M.H.R. Ghoreishy // Mater Des. – 2017. – Vol. 115. – Р. 348-354. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2016.11.061.

9. Nguyen Q.T. The modelling of nonlinear rheological behaviour and Mullins effect in High Damping Rubber / Q.T. Nguyen, V. Tinard, C. Fond // Int J Solids Struct. – 2015. – Vol. 75-76. – Р. 235-246. https://doi.org/10.1016/j.ijsolstr.2015.08.017.

10. Temperature and filler effects on the relaxed response of filled rubbers: Experimental observations on a carbon-filled SBR and constitutive modeling / C. Ovalle Rodas et al // Int J Solids Struct. – 2015. – Vol. 58. – Р. 309-321. https://doi.org/10.1016/j.ijsolstr.2014.11.001.

11. Experimental investigation and theoretical modelling of induced anisotropy during stresssoftening of rubber / G. Marckmann et al // Int J Solids Struct. – 2016. – Vol. 97-98. – Р. 554-565. https://doi.org/10.1016/j.ijsolstr.2016.06.028.

12. Experiment and modeling of uniaxial tension fatigue performances for filled natural rubbers / WB Shangguan et al // Mater Des. – 2014. – Vol. 58. – Р. 65-73. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2014.01.035.

13. Mathematical Modeling of the Reliability of Polymer Composite Materials / M.E. Isametova et al // Mathematics. – 2022. – Vol. 10. – Р. 3978. https://doi.org/10.3390/math10213978.

14. Khassankhodzhayeva B.Sh. Study of the possibility of using the organic component of oil sludge in the formulation of rubber seals [Issledovaniye vozmozhnosti primeneniya organicheskogo komponenta nefteshlama v retsepture rezinovykh uplotneniy] / B.Sh. Khassankhodzhayeva, G.F. Sagitova, A.N. Tileuberdi // Oil and gas. – 2024. – № 6(144). – Р. 267-280.

15. Patent of the Republic of Kazakhstan for utility model № 10461. Method for separating the organic part of oil sludge [Sposob vydeleniya organicheskoy chasti nefteshlama]. Khassankhodjayeva B.Sh., Sagitova G.F. 2025/0234.2 dated 17.02.2025.

16. TECHNOLOGICAL PROPERTIES OF RUBBER COMPOUNDS FOR HYDRAULIC SEALS (Part 1) / Khassankhodzhayeva B.Sh. et al // Technological properties of rubber compounds for hydraulic seals (part 1). Chem. J. Kaz. – 2025. – № 1(89). – Р. 59-68. https://doi.org/10.51580/2025-1.2710-1185.06.

17. Physical and mechanical properties of rubbers for sealing water seals (Part 2) [Fizikomekhanicheskiye svoystva rezin dlya uplotneniy gidrozatvorov (Chast' 2)] / B.Sh. Khassankhodzhayeva et al // Bulletin of Shakarim University. Technical sciences. – 2025. – № 2(18). – Р. 379-388.

18. Modification of tyre rubber crumb with wastes of plant oil production / G.N. Kalmatayeva et al // Advances in Polymer Technology. – 2023. – Vol. 2023. – Р. 1-8. https://doi.org/10.1155/2023/6889286.

19. Modified Bitumen Materials from Kazakhstani Oilfield / G.F. Sagitova et al // Advances in Polymer Technology. – 2024. – Vol. 2024. – Р. 1-10. https://doi.org/10.1155/2024/8078021.

20. Mathematical approach to solving the problem of waste-free processing of metallurgical wastes / A. Tileuberdi et al // Polish Journal of Environmental Studies – Olsztyn, Poland. – 2024. – Vol. 33, Issue 4. – Р. 5887-5892. https://doi.org/10.15244/pjoes/183431.