Исследование процесса релаксации напряжений в деформированном композите с эпоксидной матрицей

Александр Александрович Перминов (Alexander A. Perminov), Тамара Маратовна Сарварова (Tamara M. Sarvarova), Наталия Константиновна Шестакова (Natalia K. Shestakova), Александр Сергеевич Ажеганов (Alexander S. Azheganov)

Аннотация


Эпоксидные связующие являются основой многих композиционных материалов. Диапазон температур применения изделий из таких материалов ограничен температурой возникновения ползучести, т.е. температурой, при которой время релаксации напряжений становится сравнимо со временем их воздействия. В данной работе приведены результаты исследования процессов развития и релаксации напряжений в деформированном образце эпоксидного композита при изменении температуры. Проведена интерпретация экспериментальных данных с помощью модели релаксационных процессов в зернистых композитах. Были исследованы цилиндрические образцы из эпоксидной смолы ЭД-20, отвержденной полиэтиленполиамином. Смола была наполнена порошком закиси меди в концентрации от 0.064 до 0.34 объемных долей. В качестве метода измерения величины внутренних напряжений в композиционном материале использован метод ядерного квадрупольного резонанса на наполнителях. Напряжения в матрице регистрируются по изменению частоты ЯКР ядер 63Cu в кристалликах Cu2O. При температуре 303 К близкой к комнатной проведено продольное сжатие цилиндрических образцов с эпоксидной матрицей горячего отверждения. Деформация образцов привела к увеличению частоты линии ЯКР. С ростом температуры сдвиг частоты и соответствующие ему напряжения в матрице уменьшаются. Однако при температуре на 30 К ниже температуры стеклования зависимость сдвига частоты от температуры становится нелинейной, что свидетельствует о начале релаксационного процесса в матрице. Показано, что процесс релаксации напряжений, вызванных деформацией образца, хорошо описывается экспоненциальной зависимостью. Энергия активации этого процесса составила 105 кДж/моль, что существенно меньше значения энергии активации U = 115 кДж/моль процесса релаксации напряжений, вызванных всесторонним сжатием материала. Были проведены аналогичные эксперименты с образцами, имеющими эпоксидную матрицу холодного отверждения. Релаксация напряжений прошла в районе 333 – 343 К, что только на 40–50 ° выше комнатной температуры. Энергия активации процесса U = 96 кДж/моль. Это значение ниже, чем у смолы горячего отверждения. Кроме того, резкий спад напряжений происходил в узком (менее 10 К) интервале температур. Наблюдаемый спад напряжений при постоянной деформации образца свидетельствует о явлении «ползучести» в застеклованных композитах с эпоксидной матрицей.

Ключевые слова


композиционные материалы; внутренние напряжения; ядерный квадрупольный резонанс

Полный текст:

PDF

Литература


Lubin G. (ed.), Handbook of composites. New York: Van Nostrand Reinhold Company, 1982. 786 p.

Azheganov A. S., Begishev V. P., Gorinov D. A., Lysenko S. N., Shardakov I. N. Development and relaxation of internal stresses in granular composites with an epoxy matrix. Journal of Applied Mechanics and Technical Physics, 2006, vol. 47, no. 4, pp. 547–555.

Azheganov A. S, Gordeev E. N., Pyankov M. Y. The internal stresses evolution of the matrix–filler system granular composite samples under uniaxial compression and temperature variation. Bulletin of Perm University. Series: Physics, 2011, no. 2 (17), pp. 46–51 (In Russian).

Ainbinder N. E., Azheganov A. S., Begishev V. P., Shestakova N. K. Application of a nuclear quadrupole resonance method to measure stress in a matrix–tracer system in composites. Technical Physics Letters, 1997, vol. 23, no. 5, pp. 339–340.

Bartenev G. M., Zelenev Yu. V. (Eds.), Relaxation Phenomena in Polymers. Leningrad: Khimiya, 1972. 375 p. (In Russian).

Azheganov A. S., Gordeev E. N., Pyankov M. Y. Stress relaxation processes survey in mold–filler system under uniaxial compression of composition matter sample. Bulletin of Perm University. Series: Physics, 2011, no. 1 (16), pp. 76–81 (In Russian)




DOI: http://dx.doi.org/10.17072/1994-3598-2019-2-55-62

Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.


Лицензия Creative Commons
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.


ISSN: 1994-3598

Адрес издателя и учредителя: ПГНИУ, ул. Букирева, д. 15, г. Пермь, 614990

Журнал зарегистрирован Федеральной службой по надзору за соблюдением законодательства в сфере массовых коммуникаций и охраны культурного наследия. Свидетельство о регистрации средства массовой информации ПИ № ФС77-66788 от 08 августа 2016 г.

Журнал включен в Перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание ученых степеней доктора и кандидата наук (специальности: 01.02.05 - Механика жидкости, газа и плазмы; 01.04.07 - Физика конденсированного состояния).

Научное издание

© ФГБОУ ВО «Пермский государственный национальный исследовательский университет», 2019

Лицензия Creative Commons Материалы журнала публикуются по лицензии Creative Commons - Attribution 4.0 International (CC BY 4.0).