Experimental study of low cycle fatigue properties for epoxy resins with dibutyl phthalate (DBP)

• Autorzy: Wang Z. , Zhou J. , Song L. , Li L.

Identyfikatory

DOI

10.2478/ace-2018-0021

Warianty tytułu

PL

Eksperymentalne badanie właściwości zmęczeniowych niskocyklowych dla żywic epoksydowych z ftalanem dibutylu (DBP)

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In order to improve the toughness of traditional epoxy resin, dibutyl phthalate (DBP) was introduced into the epoxy resin. The static mechanical performance of plasticized and unplasticized epoxy resin was evaluated. The test results showed that the DBP modified epoxy resin can obtain a higher toughness than conventional epoxy resin, but the elastic modulus and the tensile strength were slightly reduced. The low cycle fatigue test results indicated that the stress ratio and the stress level were two critical factors of fatigue life, which was increased with the growth of stress ratio. It was also found that the fatigue life of plasticized specimen was much less than that of the unplasticized specimen because of the plastic deformation. A logarithmic linear relationship was then established to predict the fatigue life for plasticized epoxy resin. The strain energy density was also applied to demonstrate the accumulation of energy loss. In addition, the fatigue toughness can be obtained by the hysteresis loop area method.

PL

W artykule przedstawiono właściwości zmęczeniowe żywicy plastyfikowanej z ftalanem dibutylu (DBP) oraz niemodyfikowanej żywicy epoksydowej. W celu zwiększenia wytrzymałości tradycyjnej żywicy epoksydowej, do źywicy epoksydowej wprowadzono ftalan dibutylu (DBP). Oceniono statyczną wytrzymałość mechaniczną plastyfikowanej oraz nieplastyfikowanej żywicy epoksydowej. Wyniki badania wykazały, że wydłużenie plastyfikowanej oraz nieplastyfikowanej żywicy wynosi odpowiednio 4,61% i 3,55%, co oznacza, że modyfikowana żywica epoksydowa z ftalanem dibutylu (DBP) może uzyskać wyższą wytrzymałość niż zwykła żywica epoksydowa. Jednakże moduł sprężystości i wytrzymałość na rozciąganie plastyfikowanej żywicy zostały nieznacznie zmniejszone. Niskocyklowe badanie zmęczeniowe w trzech różnych współczynnikach oraz poziomach naprężenia przeprowadzono w celu porównania wytrzymałości zmęczeniowej żywicy epoksydowej. Wyniki badania wykazały, że współczynnik oraz poziom naprężenia stanowiły dwa krytyczne czynniki trwałości zmęczeniowej, która została zwiększona wraz ze wzrostem współczynnika naprężenia. Stwierdzono również, że trwałość zmęczeniowa plastyfikowanej próbki była znacznie mniejsza niż w przypadku nieplastyfikowanej próbki z powodu odkształcenia plastycznego. Następnie ustalono logarytmiczną zależność liniową, aby przewidzieć trwałość zmęczeniową plastyfikowanej żywicy epoksydowej. Gęstość energii odkształcenia została również zastosowana w celu wykazania nagromadzenia strat energii. Ponadto wytrzymałość zmęczeniową można uzyskać za pomocą metody pola pętli histerezy. Obszar pętli histerezy oraz odpowiednia gęstość energii odkształcenia maleją wraz ze wzrostem współczynnika naprężenia zarówno dla plastyfikowanej i nieplastyfikowanej żywicy. Gęstość energii odkształcenia plastyfikowanej żywicy jest większa niż gęstość nieplastyfikowanej żywicy dla tego samego współczynnika naprężenia. Analiza szkód zmęczeniowych przy użyciu pętli histerezy może być uważana za jedną ze skutecznych metod dla żywicy.

Słowa kluczowe

EN

low cycle fatigue; dibutyl phthalate; DBP; epoxy resin; strain energy; fatigue life

PL

zmęczenie niskocyklowe; ftalan dibutylu; DBP; żywica epoksydowa; energia odkształcenia; trwałość zmęczeniowa

• Wydawca: Komitet Inżynierii Lądowej i Wodnej PAN ; Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Lądowej
• Czasopismo: Archives of Civil Engineering
• Rocznik: 2018
• Tom: Vol. 64, nr 2
• Strony: 147--159
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz., il., tab.

Twórcy

autor

Wang Z.

• Zhengzhou University, School of Mechanics & Engineering Science, Zhngzhou, China
• Michigan Technological University, Department of Civil and Environmental Engineering, Houghton, MI, United States

autor

Zhou J.

• Zhengzhou University, School of Mechanics & Engineering Science, Zhngzhou, China

autor

Song L.

• Zhengzhou University, School of Mechanics & Engineering Science, Zhngzhou, China

autor

Li L.

• Zhengzhou University, School of Mechanics & Engineering Science, Zhngzhou, China

Bibliografia

• 1. Junrong Jiang, "Research progress in modification of unsaturated polyester resin", Thermosetting Resin(China) 17:22-25, 2002.
• 2. Tianxin Ma, Bo Jiang, "Effect of plasticizers on properties of epoxy resin", Thermosetting Resin(China) 18:7-9, 2003.
• 3. Rui Mei, Jun Wang, Junming Li, Hongxiao Si, "Research on the tension-tension fatigue performance of glass fiber reinforced plastic", Fiber Reinforced Plastics/Composites 2: 39-42, 2013.
• 4. A-ying Zhang, Dongxing Zhang, Dihong Li, Rui Yang, Haiying Xiao, Jin Jia, "Advances of study on fatigue properties of carbon fiber reinforced epoxy laminates", Fiber Reinforced Plastics/Composites(China) 6: 70-74, 2010.
• 5. Qiao W., Korai Y., Mochida I., " Preparation of an activated carbon artifact: factors influencing strength when using a thermoplastic polymer as binder", Carbon 39: 2355-2368, 2001.
• 6. Tarasov A. E., Malkov G. V., Bubnova M. L., "Influence of curing conditions and dibutyl phthalate concentration on the properties of cured epoxy resin", Russian Journal of Applied Chemistry 88: 2015-2020, 2015.
• 7. Yufen Xie, Xingze Duan, Jianguo Liao, Yishun Zhang, "Research and Application in Coal Mine of Polymer Modified Concrete", Bulletin of the Chinese Ceramic Society 35: 568-572, 2016.
• 8. Zhi-guo Zhao, Hong Zhu, "Property of expoxy-modified mortar", Concrete(China) 9: 88-90, 2008.
• 9. Zhenhua Sun, Huiyang Luo, Shiqi Zhao, "Low cycle fatigue behavior of rubber-plasticized epoxy resins", Journal of Tsinghua University (Science and Technology) 39:17-20, 1999.
• 10. Miyazaki K., Fujii T., Amijima S., "Fatigue properties of single lap joints using rubber plasticized epoxy adhesive - Effect of adhesive thickness on fatigue life", Journal of the Japan Society for Composite Materials 18:151-157, 1992.
• 11. Alisa Boonyapookana, Anchalee Saengsai, Supachai Surapunt, "Time dependent fatigue crack growth behavior of silica particle reinforced epoxy resin composite", International Journal of Fatigue 87: 288-293, 2016.
• 12. Shokrieh M. M., Esmkhani M., Haghighatkhah A. R., "Flexural fatigue behavior of synthesized graphene/carbon-nanofiber/epoxy hybrid nanocomposites", Materials & Design 62: 401-408, 2014.
• 13. Yang Y., Qian Z., Song X., "A pothole patching material for epoxy asphalt pavement on steel bridges: Fatigue test and numerical analysis", Construction & Building Materials 94: 299-305, 2015.
• 14. Bagheri Z. S., Sawi I. E., Bougherara H., "Biomechanical fatigue analysis of an advanced new carbon fiber/flax/epoxy plate for bone fracture repair using conventional fatigue tests and thermography", Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials 35: 27-38, 2014.
• 15. DANIEL KUJAWSKI, "Fatigue failure criterion based on strain energy density", Journal of Theoretical and Applied Mechanics 27: 15-22, 1989.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019).