Wpływ szybkości odkształcania na charakterystyki mechaniczne tworzywa epoksydowego EPY® poddanego obciążeniom ściskającym

• Autorzy: Urbaniak M. , Grudziński K.

Warianty tytułu

EN

The effect of strain rate on the compressive behaviour of epoxy compound EPY®

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Przedmiotem badań, przedstawionych w tej pracy, jest 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), upraszcza znacznie technologie montażu ciężkich maszyn i urządzeń, dając w efekcie wiele korzyści techniczno-ekonomicznych oraz eksploatacyjnych. Właściwości mechaniczne tego tworzywa determinowane są w dużym stopniu czynnikami związanymi z technologią wytwarzania podkładek fundamentowych, a zwłaszcza warunkami ich utwardzania, jak również z warunkami ich eksploatacji, głównie temperaturą i szybkością odkształcania. Przeprowadzono badania przebiegu procesu utwardzania tworzywa EPYŽ metodą różnicowej kalorymetrii skaningowej (DSC), które obrazują termogramy przedstawione na rysunku 1. Za pomocą skomputeryzowanej maszyny wytrzymałościowej INSTRON wyznaczono charakterystyki mechaniczne tworzywa dla różnych jego stanów utwardzenia przy różnych szybkościach odkształcania. Wyniki tych badań przedstawiono na rysunkach 2, 3 i 6. Dokonano analizy wpływu szybkości odkształcania na charakterystyki mechaniczne i wyznaczono wartości wybranych wskaźników wytrzymałościowych przy ściskaniu, istotnych dla praktycznych zastosowań tworzywa EPYŽ utwardzonego w 22 š1°C (rys. 4), jak i dotwardzanego w różnych temperaturach (od 40 do 100°C) (rys. 6). Analiza uzyskanych wyników badań właściwości mechanicznych wykazała, że mogą one być dobrze opisane za pomocą równania Eyringa (1) (rys. rys. 5 i 7). Oznacza to w efekcie, że wytrzymałość na ściskanie badanego tworzywa, w danym stanie jego utwardzenia, rośnie liniowo wraz z logarytmem szybkości jego odkształcania (rys. 5). Wzrost temperatury dotwardzania tego tworzywa (w zakresie od 40 do 100°C) powoduje, że jego wrażliwość na zmianę szybkości odkształcania nieznacznie maleje (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 paper is a special epoxy material of the trade name EPYŽ that has been applied to foundation chocks of ship's machinery and installations, and also to many other heavy land-based machines lately. Casting of foundation chocks from this material on the spot, directly under an installed and suitably positioned object (e.g. ship's main engine) considerably simplifies the assembling technology of heavy machines. This technology offers a number of technical, economic and operational advantages. The mechanical properties of this material are determined to a large extent by factors bound with the production technology of foundation chocks and especially by curing conditions as well as by operating conditions, mainly by the temperature and strain rate. The course of curing process for EPYŽ material was investigated by DSC method. The obtained DSC thermograms are shown in Figure 1. The mechanical characteristics of the material for its different cure states at various strain rates were determined by a computerized testing machine INSTRON. The results of these tests arc shown in Figures 2, 3 and 6. Strain rate effect on the mechanical characteristics of the material was subjected to an analyse. The values of some chosen cornpressive strength parameters, which are essential for practical applications of EPYŽ material both cured at 22 š1°C (Fig. 4) and postcured at various temperatures (from 40 to 100°C) (Fig. 6), were determined. An analysis of the results obtained from the tests showed that the mechanical properties of EPYŽ material can be well described by means of the Eyring equation (1) (Figs. 5 and 7). This means that compressive strength of the investigated material in a given curing state linearly increases with the logarithm of strain rate (Fig. 5). An increase of the postcuring temperature of the material (in the temperatures ranging from 40 to 100°C) results in diminishing its sensitivity to the change of strain rate (Fig. 7). The presented paper makes it possible to better understand the essential mechanical properties of EPYŽ material treated as a structural material and used to assemble heavy machines and installations which operate in various thermal and loading conditions.

Słowa kluczowe

PL

tworzywo epoksydowe; stan utwardzenia; szybkość odkształcania; właściwości wytrzymałościowe

EN

epoxy compound; cure conditions; compressive strain rate; mechanical properties

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Kompozyty
• Rocznik: 2006
• Tom: R. 6, nr 4
• Strony: 24--28
• 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., Rozwój polskich tworzyw i technologii posadawiania na nich maszyn i urządzeń okrętowych, Budownictwo Okrętowe i Gospodarka Morska 1993, 7-8, 11-13.
• [2] Grudziński K., Jaroszewicz W., Posadawianie maszyn i urządzeń na podkładkach fundamentowych odlewanych z tworzywa EPY, Wydawnictwo ZAPOL, Szczecin 2005, 19-32.
• [3] Harismendy L, 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 crosslink densities, Polymer 1997, 38, 5573-5577.
• [4] Prime R.B., Thermosets, (in:) Thermal Characterization of Polymeric Materials, ed. E.A. Turi, Academic Press, London 1997, vol. 2, 1377-1766.
• [5] Rana D., Sauvant V., Halary J.L., Molecular analysis of yielding in pure and antiplasticized epoxy-amine thermosets, J. Mater. Sci. 2002, 37, 5267-5274.
• [6] Eyring H., Viscosity, plasticity, and diffusion as examples of absolute reaction rates, J. Chem. Phys. 1936, 4, 283-291.
• [7] Mayr A.E., Cook W.D., Edward G.H., Yielding behaviour in model epoxy thermosets - I. Effect of strain ratę and composition, Polymer 1998, 39, 3719-3724.
• [8] Cook W.D., Mayr A.E., Edward G.H., Yielding behaviour in model epoxy thermosets - II. Temperature dependence, Polymer 1998, 39, 3725-3733.
• [9] Ward I.M., Review, The yield behaviour of polymers, J. Mater. Sci. 1971, 6, 1397-1417.
• [10] Stachursld Z.H., Deformation mechanisms and yield strength in amorphous polymers, Prog. Polym. Sci. 1997, 22, 407-474.
• [11] Ashby M.F., Jones D.R., Materiały inżynierskie. Kształtowanie struktury i właściwości, dobór materiałów, tom 2, WNT, Warszawa 1996, 290-309.
• [12] Padmanabhan K., Time - temperature failure analysis of epoxies and unidirectional glass/epoxy composites in compression, Composites: Part A 1996, 27A, 585-596.