Ocena sieciowania resztkowego wywołanego efektem samorozgrzania we włóknistych kompozytach epoksydowych z wykorzystaniem spektroskopii Ramana

• Autorzy: Katunin A. , Krukiewicz K. , Turczyn R.

Warianty tytułu

EN

Evaluation of residual cross-linking caused by self-heating effect in epoxy-based fibrous composites Rusing Raman spectroscopy

• Języki publikacji: PL EN

Abstrakty

PL

Mechaniczne obciążenia cykliczne struktur polimerowych wywołuje procesy dyssypacji energii mechanicznej, które prowadzą do powstania efektu samorozgrzania, tj. lokalnego wzrostu temperatury, odpowiadającemu gradientowi naprężeń. W szczególnych przypadkach obciążania zmęczeniowego, efekt samorozgrzania staje się procesem dominującym i nasila degradację strukturalną. Wcześniejsze badania w tym zakresie wykazują, że efekt samorozgrzania związany jest z sieciowaniem resztkowym grup epoksydowych (EP) w kompozytach włóknistych. Celem prezentowanych badań jest ocena stopnia sieciowania resztkowego oparta na analizie widm Ramana, profili temperaturowych oraz charakterystycznych temperatur w kompozytach poddawanych obciążeniom zmęczeniowym z występowaniem efektu samorozgrzania. Analizie poddano charakterystyczne pasma w widmach Ramana, a także charakterystyczne krzywe temperaturowe i ich zależność od częstotliwości wymuszenia. Uzyskane wyniki pozwalają na charakterystykę mechanizmów degradacji włóknistych kompozytów epoksydowych poddawanych zmęczeniu cieplnemu.

EN

Mechanical cyclic loading of polymeric structures causes dissipation processes, which introduce the self-heating effect, i.e. the local temperature increase equivalent to the stress gradient. In some specific cases of fatigue loading the self-heating effect dominates the process and intensifies the structural degradation. Previous studies in this area show that the heating-up is connected with residual cross-linking of epoxy groups (EP) in the fibrous composites. The purpose of the presented study is an evaluation of degree of residual cross-linking and an analysis of Raman spectra with temperature profiles and characteristic temperatures of EP-based fibrous composites subjected to the fatigue loading with occurrence of the self-heating effect. The characteristic bands in Raman spectra as well as characteristic temperature history curves and their dependence on the excitation frequency were investigated. Obtained results allow for the characterization of degradation mechanisms of EPbased fibrous composites under thermal fatigue.

Słowa kluczowe

PL

efekt samorozgrzania; zmęczenie cieplne; sieciowanie resztkowe; kompozyty polimerowe; spektroskopia Ramana

EN

self-heating effect; thermal fatigue; residual crosslinking; polymer composites; Raman spectroscopy

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Przemysłu Chemicznego, ZW CHEMPRESS-SITPChem
• Czasopismo: Chemik
• Rocznik: 2014
• Tom: Vol. 68, nr 11
• Strony: 957--966
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Katunin A.

• Instytut Podstaw Konstrukcji Maszyn, Wydział Mechaniczny Technologiczny, Politechnika Śląska

autor

Krukiewicz K.

• Katedra Fizykochemii i Technologii Polimerów, Wydział Chemiczny, Politechnika Śląska

autor

Turczyn R.

• Katedra Fizykochemii i Technologii Polimerów, Wydział Chemiczny, Politechnika Śląska

Bibliografia

• 1. Katunin A., Fidali M.: Fatigue and thermal failure of polymeric composites subjected to cyclic loading. Advanced Composites Letters 2012, 21, 64-69.
• 2. Katunin A.: Thermal fatigue of polymeric composites under repeated loading. Journal of Reinforced Plastics and Composites 2012, 31, 1037-1044.
• 3. Katunin A., Krukiewicz K.: Physicochemical analysis of self-heating of glassepoxy composites cured by novolac. CHEMIK 2012, 66, 1326-1331.
• 4. Gauthier M.A., Luo J., Calvet D., Ni C., Zhu X.X., Garon M., Buschmann M.D.: Degree of cross-linking and mechanical properties of crosslinked poly- (vinyl alcohol) beads for use in solid-phase organic synthesis. Polymer 2004, 45, 8201-8210.
• 5. Marcilla A., Garcia-Quesada J.C., Hernandez J., Ruiz-Femenia R., Perez J.M.: Study of polyethylene crosslinking with polybutadiene as coagent. Polymer Testing 2005, 24, 925-931.
• 6. Vaškova H., Křesálek V.: Quasi real-time monitoring of epoxy resin crosslinking via Raman spectroscopy. International Journal of Mathematical Models and Methods in Applied Science 2011, 5, 1197-1204.
• 7. Hussey D.L., Biagioni P.A., Lamey P.-J.: Thermographic measurement of temperature change during resin composite polymerization in vivo. Journal of Dentistry 1995, 23, 267-271.
• 8. Luo W., Yang T., Li Z., Yuan L.: Experimental studies of the temperature fluctuations in deformed thermoplastics with defects. International Journal of Solids and Structures 2000, 37, 887-897.
• 9. Bagavathiappan S., Lahiri B.B., Saravanan T., Philip J., Jayakumar T.: Infrared thermography for condition monitoring – A review. Infrared Physics and Technology 2013, 60, 35-55.
• 10. Garnier C., Pastor M.-L., Lorrain B., Pantalé O.: Fatigue behavior of impacted composite structures. Composite Structures, 2013, 100, 443-450.
• 11. Katunin A., Gnatowski A.: Influence of heating rate on evolution of dynamic properties of polymeric laminates. Plastics, Rubber and Composites 2012, 41, 233-239.
• 12. Socrates G.: Infrared and Raman characteristic group frequencies: Tables and charts. Wiley, 2004, Chichester.
• 13. Katunin A.: Critical self-heating temperature during fatigue of polymeric composites under cyclic loading. Composites Theory and Practice 2012, 12, 72-76.
• 14. Musto P., Abbate M., Ragosta G., Scarinzi G.: A study by Raman, near-infrared and dynamic-mechanical spectroscopies on the curing behaviour, molecular structure and viscoelastic properties of epoxy/anhydride networks. Polymer 2007, 48, 3703-3716.
• 15. Lyon R.E., Chike K.E., Angel S.M.: In-situ cure monitoring of epoxy resins using fibre-optic Raman spectroscopy. Journal of Applied Polymer Science 1994, 53, 1805-1812.