The effect of conversion degree on the dynamic and static mechanical properties of the EPYŽ epoxy material

• Autorzy: Urbaniak M.

Warianty tytułu

PL

Wpływ stopnia konwersji na statyczne i dynamiczne właściwości mechaniczne tworzywa epoksydowego EPYŽ

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The effect of the conversion degree on the mechanical properties of the EPYŽ epoxy system applied for machine foundation chocks was investigated above the gel point. The relationship of the glass transition temperature (Tg) to conversion degree (?) for the system has been investigated using differential scanning calorimetry (DSC) (Fig. 2). The DiBenedetto equation and Tg vs. ? experimental data proved to be in good accord (Fig. 3). The investigation showed how intensively dynamic and static mechanical properties depend on the conversion degree and test temperatures. Uniaxial compression tests in the wide range of test temperature (from 23°C to Tg + 20°C) and standard strain rate 0.208 min-1 were conducted using computerized testing machine INSTRON. The tests showed that compressive strength and yield stress increase with conversion, but that Young's modulus decreases (Fig. 1, 4). All the strength parameters decrease with test temperature (Fig. 5, 6, 8). Possibilities of predicting yield stress of the epoxy material at the known conversion degree (measured by Tg) vs. test temperature were validated. Experimental date of yield stress for the EPYŽ material at high conversion degree proved to be in good accord with the Lesser's equation (Fig. 9). The effects of conversion degree (measured by Tg) and test temperature on the dynamic mechanical properties of the material were investigated using dynamic mechanical thermal analysis (DMTA). The analysis showed that an increase of conversion degree of the EPYŽ material enlarges its resistance to softening but limits its ability to damp mechanical vibration (Fig. 7).

PL

Badano wpływ stopnia konwersji powyżej punktu żelowania na właściwości mechaniczne tworzywa epoksydowego EPYŽ stosowanego na podkładki fundamentowe maszyn. Związek między temperaturą zeszklenia (Tg) a stopniem konwersji (?) tworzywa badano za pomocą różnicowego kalorymetru skaningowego (DSC) (rys. 2). Uzyskano dobrą zgodność między równaniem DiBenedetto a wynikami eksperymentalnymi Tg i ? (rys. 3). Badania wykazały, jak bardzo właściwości mechaniczne statyczne i dynamiczne są zależne od stopnia konwersji i temperatury pomiarowej. Badania ściskania były prowadzone w szerokim zakresie temperatury pomiarowej (od 23°C do Tg + 20°C) i standardowej szybkości odkształcania 0,208 min-1 z zastosowaniem uniwersalnej maszyny wytrzymałościowej INSTRON. Stwierdzono, że wytrzymałość na ściskanie i granica plastyczności rosną ze wzrostem konwersji, natomiast moduł Younga maleje (rys. 1 i 4). Wszystkie te parametry wytrzymałościowe maleją ze wzrostem temperatury pomiarowej (rys. 5, 6 i 8). Sprawdzono możliwość prognozowania granicy plastyczności tworzywa o danym stopniu konwersji (mierzonej za pomocą Tg) w zależności od temperatury pomiarowej. Uzyskano dobrą zgodność wartości eksperymentalnych granicy plastyczności dla tworzywa EPYŽ o wysokim stopniu konwersji z równaniem Lessera (rys. 9). Wpływ stopnia konwersji (mierzonej za pomocą Tg) i temperatury pomiarowej na dynamiczne właściwości mechaniczne tworzywa badano za pomocą dynamicznego analizatora termomechanicznego (DMTA). Stwierdzono, że ze wzrostem stopnia konwersji tworzywa EPYŽ zwiększa się odporność na mięknięcie i maleje jego zdolność do tłumienia drgań mechanicznych (rys. 7).

Słowa kluczowe

EN

epoxy material; conversion degree; DiBenedetto equation; compressive yield stress; compressive modulus; mechanical vibration damping

PL

tworzywo epoksydowe; stopień konwersji; równanie Di- Benedetto; granica plastyczności przy ściskaniu; moduł sprężystości; tłumienie drgań mechanicznych

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2010
• Tom: Vol. 31, nr 6
• Strony: 1446--1452
• Opis fizyczny: Bibliogr. 18 poz., rys.

Twórcy

autor

Urbaniak M.

• Department of Mechanics Elements, Faculty of Mechanical Engineering and Mechatronics, West Pomeranian University of Technology in Szczecin,

Bibliografia

• [1] Wisanrakkit G., Gillham J. K.: The glass transition temperature (Tg) as an index of chemical conversion for a high-Tg amine/epoxy system: chemical and diffusion - controlled reaction kinetics. J. Appl. Polym. Sci. 41 (1990) 2885÷2929.
• [2] Ziaee S., Palmese G. R.: Effects of temperature on cure kinetics and mechanical properties of vinyl-ester resins. J. Polym. Sci., Part B: Polym. Phys. 37 (1999) 725÷744.
• [3] Kausch H. H., Fan Lu A., Cantwell W. J., Szöcs F.: The influence of network structure on the macroscopic mechanical properties of crosslinked polymers. Macromol. Syp. 93 (1995) 317÷324.
• [4] Richeton J., Ahzi S., Vecchio K. S., Jiang F. C., Adharapurapu R. R.: Influence of temperature and strain rate on the mechanical behaviour of three amorphous polymers: Characterization and modeling of the compressive yield stress. International Journal of Solids and Structures 43 (2006) 2318÷2335.
• [5] Mayr A. E., Cook W. D., Edward G. H.: Yielding behaviour in model epoxy thermosets - I. Effect of strain rate and composition. Polymer 39 (1998) 3719÷3724.
• [6] Cook W. D., Mayr A. E., Edward G. H.: Yielding behaviour in model epoxy thermosets - II. Temperature dependence. Polymer 39 (1998) 3725÷3733.
• [7] Grudziński K., Jaroszewicz W.: Seating of machines and devices on foundation chocks cast of EPY® resin compound. ZAPOL Publisher, Szczecin (2004) 19÷32.
• [8] Urbaniak M.: Glass transition temperature – temperature – property (TgTP) diagram for EPY® epoxy system. Polimery 53 (2008) 537÷543.
• [9] Karkanas P. I., Partridge I. K.: Cure modeling and monitoring of epoxy/ amine resin systems. I. Cure kinetics modeling. J. Appl. Polym. Sci. 77 (2000) 1419÷1431.
• [10] O’Neal H. R., Welch S., Rogers J., Guilford S., Curran G., Menard K. P.: Comparison of Tg values for a graphite epoxy composite by differential scanning calorimetry (DSC), thermomechanical analysis (TMA) and dynamic mechanical analysis (DMA). J. Adv. Mater. 26 (1995) 49÷54.
• [11] Pascault J. P., Williams R. J. J.: Glass transition temperature versus conversion relationships for thermosetting polymers. J. Polym. Sci., Part B: Polym. Phys. 28 (1990) 85÷95.
• [12] Karkanas P. I., Partridge I. K.: Cure modeling and monitoring of epoxy/ amine resin systems. II. Network formation and chemoviscosity modeling. J. Appl. Polym. Sci. 77 (2000) 2178÷2188.
• [13] Núñez L., Fraga F., Castro A., Núñez M. R., Villanueva M.: TTT cure diagram for an epoxy system diglycidyl ether of bisphenol A/1,2 diamine cyclohexane/calcium carbonate filler. Polymer 42 (2001) 3581÷3587.
• [14] Keenan M. R.: Autocatalytic cure kinetics from DSC measurements: zero initial cure rate. J. Appl. Polym. Sci. 33 (1987) 1725÷1734.
• [15] Ashby M. F., Jones D. R. H.: Engineering Materials 2. An introduction to microstructures, processing and design. 3rd Edition, Butterworth Heineman, Oxford (2006) 262÷278.
• [16] Kody R. S., Lesser A. J.: Deformation and yield of epoxy networks in constrained states of stress. J. Mater. Sci. 32 (1997) 5637÷5643.
• [17] Lesser A. J., Kody R. S.: A generalized model for the yield behaviour of epoxy networks in multiaxial stress states. J. Polym. Sci., Part B: Polym. Phys. 35 (1997) 1611÷1619.
• [18] Lesser A. J., Calzia K. J.: Molecular parameters governing the yield response of epoxy-based glassy networks. J. Polym. Sci., Part B: Polym. Phys. 42 (2004) 2050÷2056.