Wpływ temperatury na charakterystyki mechaniczne tworzywa epoksydowego EPY® poddanego obciążeniom ściskającym

• Autorzy: Urbaniak M. , Grudziński K.

Warianty tytułu

EN

The effect of temperature on the compressive behaviour of epoxy compound EPY®

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Przedmiotem badań, opisanych w tej pracy, było specjalne tworzywo epoksydowe o nazwie handlowej EPYŽ, stosowane na podkładki fundamentowe maszyn i urządzeń okrętowych, a ostatnio także wielu innych ciężkich maszyn i urządzeń lądowych. Odlewanie z tego tworzywa podkładek fundamentowych na gotowo, bezpośrednio pod odpowiednio ustawionym obiektem (np. silnikiem napędu głównego statku), znacznie upraszcza montaż ciężkich maszyn i urządzeń, dając w efekcie wiele korzyści techniczno-ekonomicznych i eksploatacyjnych. Należy jednakże przy tym brać pod uwagę fakt, że właściwości mechaniczne powstałych w ten sposób podkładek fundamentowych zależą nie tylko od składu tworzywa polimerowego, ale także w dużym stopniu od technologii ich wytwarzania i warunków eksploatacji, głównie temperatury i szybkości odkształcania. Celem prac, przedstawionych w tym artykule, było zbadanie procesu dotwardzania tworzywa EPYŽ oraz określenie wpływu temperatury i szybkości odkształcania na właściwości mechaniczne tego tworzywa jako materiału konstrukcyjnego w zastosowaniu na podkładki fundamentowe maszyn i urządzeń. Badania procesu dotwardzania tworzywa przeprowadzono metodą różnicowej kalorymetrii skaningowej (DSC). Wyniki badań obrazują termogramy przedstawione na rysunku 1. Charakterystyki mechaniczne tworzywa przy obciążeniu ściskającym, w różnych temperaturach (od 22 do 160°C) i przy różnych szybkościach odkształcania (od 0,0208 do 20,8 min(-1)), oraz wartości wybranych wskaźników wytrzymałościowych wyznaczono za pomocą skomputeryzowanej maszyny wytrzymałościowej INSTRON. Wyniki tych badań przedstawiono na rysunkach 2-5. Analiza uzyskanych wyników badań eksperymentalnych wykazała dobrą ich zgodność z równaniem Eyringa (2). Wynika z tego, że wytrzymałość na ściskanie dotwardzonego tworzywa rośnie liniowo wraz z logarytmem szybkości jego odkształcania (rys. 6). Natomiast wzrost temperatury pomiaru (w zakresie od 22 do 100°C) badanego tworzywa powoduje, że jego wrażliwość na zmianę szybkości odkształcania maleje (rys. 6). Uzyskano także dobrą zgodność wyników badań doświadczalnych z empirycznym równaniem Lessera (4), co umożliwia prognozowanie wytrzymałości na ściskanie dotwardzonego tworzywa EPYŽ w zależności od temperatury pomiarowej (rys. 7). Przeprowadzone badania umożliwiają pełniejszą ocenę zasadniczych właściwości mechanicznych badanego tworzywa EPYŽ jako materiału konstrukcyjnego, stosowanego w montażu ciężkich maszyn i urządzeń, eksploatowanych w różnych warunkach termicznych, przy różnych obciążeniach statycznych i dynamicznych.

EN

The object of the investigations described in this article was a special cpoxy material, known under its trade name EPYŽ, which is applied to foundation chocks of ships' machinery and installations, and also in many other heavy land-based machines. Casting of foundation chocks from this material on the spot, directly under an installed object (e.g. a ship's main engine) considerably simplifies the assembling technology of heavy machines and gives a lot of technical, economic and maintenance advantages. However, it must be taken into account that mechanical properties of foundation chocks obtained in this way depend not only on the chemical composition of the polymer but also on the production technology and operating conditions of the chocks - and particularly on the temperature and the strain rate. The aim of the studies presented in the article was to investigate the postcuring process for the EPYŽ material and the effect of the temperature and strain rate on the mechanical properties of this material too. The postcuring process of the EPYŽ material was investigated by DSC method. The obtained DSC thermograms are shown in Figure 1. The mechanical characteristics and the values of some selected comprcssive strength parameters for the EPYŽ material subjected to load at various temperatures (from 22 to 160°C) and various strain rates (from 0.0208 to 20.8 min(-1) were determined by means of a computerized testing machine INSTRON. The results of these investigations are shown in Figures 2 to 5. The results of the tests showed their good fit to the Eyring equation (2). Consequently, the compressive strength of the postcured EPYŽ material increases lineally together with the logarithm of strain rate (Fig. 6). However, elevated test temperatures (in the range from 22 to 100°C) of the material led to a decrease of its sensitivity to strain rate changes (Fig. 6). The results of the tests proved to be in good fit with the results calculated using the Lesser empirical equation (4) which allows compressive strength forecasting of the postcured EPYŽ material depending on the temperature of measurement (Fig. 7). The performed investigations make it possible to carry out a more comprehensive evaluation of the essential mechanical properties of the EPYŽ material treated as a structural material used for assembling of heavy machines and installations which work in various thermal and loading conditions.

Słowa kluczowe

PL

tworzywo epoksydowe; właściwości wytrzymałościowe; szybkość odkształcania; temperatura

EN

epoxy compound; mechanical properties; compressive strain rate; temperature

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Kompozyty
• Rocznik: 2006
• Tom: R. 6, nr 1
• Strony: 20--25
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz., rys.

Twórcy

autor

Urbaniak M.

autor

Grudziński K.

• Politechnika Szczecińska, Wydział Mechaniczny, Katedra Mechaniki i Podstaw Konstrukcji Maszyn al. Piastów 19, 70-310 Szczecin

Bibliografia

• [1] Grudziński K., Jaroszewicz W., Posadawianie maszyn i urządzeń na podkładkach fundamentowych odlewanych z tworzywa EPY, Wydawnictwo ZAPOL, Szczecin 2005, 19-32.
• [2] Harismendy I., Miner R., Valea A., Llano-Ponte R., Mujika F., Mondragon I., Strain rate and temperature effects on the mechanical behaviour of epoxy mixtures with different cross-link densities, Polymer 1997, 38, 5573-5577.
• [3] Min B.-G., Hodgkin J.H., Stachurski Z.H., The dependence of fracture properties on cure temperature in a DGEBA/DDS epoxy system, J. Appl. Polym. Sci. 1993, 48, 1303-1312.
• [4] Urbaniak M., Grudziński K., Wpływ szybkości odkształcania na charakterystyki mechaniczne tworzywa epoksydowego EPY poddanego obciążeniom ściskającym, Kompozyty (Composites) 2006, 6.
• [5] Karkanas P.L, Partridge I.K., Cure modeling and monitoring of epoxy/amine resin systems. II. Network formation and chemoviscosity modeling, J. Appl. Polym. Sci. 2000, 77, 2178-2188.
• [6] Ashby M.F., Jones D.R., Materiały inżynierskie, Kształtowanie struktury i właściwości, dobór materiałów, tom 2, WNT, Warszawa 1996, 290-309.
• [7] Eyring H., Viscosity, plasticity, and diffusion as examples of absolute reaction rates, J. Chem. Phys. 1936, 4, 283-291.
• [8] Mayr A.E., Cook W.D., Edward G.H., Yielding behaviour in model epoxy thermosets - I. Effect of strain rate and composition, Polymer 1998, 39, 3719-3724.
• [9] Cook W.D., Mayr A.E., Edward G.H., Yielding behaviour in model epoxy thermosets - II. Temperature dependence, Polymer 1998, 39, 3725-3733.
• [10] Ward I.M., Review: The yield behaviour of polymers, J. Mater. Sci. 1971, 6, 1397-1417.
• [11] Padmanabhan K., Time - temperature failure analysis of epoxies and unidirectional glass/epoxy composites in compression, Composites: Part A, 27A, 1996, 585-596.
• [12] Lesser A.J., Kody R.S., A generalized model for the yield behavior of epoxy networks in multiaxial stress states, J. Polym. Sci. Polym. Phys. 1997, 35, 1611-1619.