CC BY
0ПРИБОРОСТРОЕНИЕ, МЕТРОЛОГИЯ И ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ
ВЕСТНИК ТСГУ. 2023. № 1 (68)
УДК 53.083:534.6:539.3
К. А. Драчёв, А. В. Казарбин, А. В. Латынцев, В. И. Римлянд, 2023
ПРИМЕНЕНИЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ К ИССЛЕДОВАНИЮ ПРОЦЕССА ПЕРЕХОДА ЭПОКСИДНЫХ СМОЛ ИЗ ВЫСОКОЭЛАСТИЧНОГО СОСТОЯНИЯ В ТВЕРДОЕ
Драчёв К. А. - канд. техн. наук, доцент кафедры физики ТСГУ, e-mail: 007504@pnu.edu.ru; Казарбин А.В. - канд. физ.-мат. наук, доцент кафедры физики ТСГУ, e-mail: 000283@pnu.edu.ru; Латынцев А. В. - студент группы ПИИ(м)-21 ТСГУ; Римлянд В. И. - д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой физики ТСГУ, e-mail: riml@pnu.edu.ru.
Проведены измерения механических и акустических свойств образцов на основе эпоксидной смолы различного состава при переходе из высокоэластичного состояния в твердое в процессе полимеризации. Измерения зависимости механического напряжения от деформации и предела прочности проводились в автоматическом режиме с помощью испытательной машины Devotrans BP D NU. Скорость звука продольных волн измерялась с помощью автоматизированной измерительной системы импульсным методом. Твердость образцов измерялась по методу Шора в соответствии ГОСТом 24621 -2015 по шкале А. Проведено сопоставление динамики изменения в зависимости от времени отверждения: модуля Юнга, предела прочности, скорости звука и твердости. Показано, что измерение твердости по Шору для полимерных образцов позволяет качественно оценить переход из высокоэластичного в твердое стеклообразное состояние, и данный метод может быть использован для неразрушающего контроля композиционных материалов на основе эпоксидного связующего; оценить завершение процесса полимеризации возможно на основе измерений скорости звука.
Ключевые слова: измерения, модуль Юнга, автоматизированная система, скорость звука, твердость, полимеризация, эпоксидная смола, высокоэластическое состояние, программное обеспечение, время.
Введение
В настоящее время промышленности требуются материалы, сочетающие различные свойства. При этом традиционные материалы - металлические сплавы, керамика и пластмассы часто не удовлетворяют современным требованиям по сочетанию прочности, весу, структурной жесткостью и другим [1]. К числу наиболее перспективных относятся композиционные материалы (КМ)
© Драчёв К. А., Казарбин А. В., Латынцев А. В., Римлянд В. И., 2023
ЗГ|
на основе полимерных связующих. Они постепенно заменяют традиционные конструкционные материалы в строительстве, аэрокосмической и автомобильной промышленности, медицине [2]. Многочисленные исследования посвящены созданию КМ с различными армирующими волокнами и наполнителями на основе эпоксидных олигомеров, а также повышению эксплуатационных свойств связующих - матрицы [3-4]. Подобные КМ эксплуатируются в полностью отвержденном состояние при температуре ниже температуры стеклования.
Динамика физических свойств эпоксидных олигомеров достаточно хорошо изучена [5-7]. В процессе полимеризации матрица на основе эпоксидной композиции с отвердителем проходит несколько физических состояний: высоковязкой жидкости (золь), геля (не сшитой полимерной сетки из разветвленных молекул), высокоэластичное состояние (формирование 3D-сетки), полностью отвержденное стеклообразное состояние. При производстве КМ необходимо чтобы в готовом изделии матрица КМ находилась в кристаллическом или твердом стеклообразном состоянии, и процесс полимеризации (отверждения) полностью завершился. Соответственно необходимо иметь достаточно простые методы неразрушающего контроля механических свойств КМ на основе эпоксидных смол.
Имеется достаточное количество работ, в которых изучались механические свойства эпоксидных смол и КМ на их основе с различными наполнителями, включая твердость, в отвержденном состоянии [8-10]. Однако, несмотря на многочисленные исследование, в литературе отсутствуют данные по одновременному измерению твердости и механических параметров (упругих модулей, предела прочности и других) в процессе полимеризации при различных временах отверждения. Выбор данных исследований продиктован также возможностью измерение твердости данных материалов согласно ГОСТу по методу Шора [11].
Целью данной работы являлось сопоставление результатов измерений механических свойств полимерных образцов на основе эпоксидной смолы различными способами: упругих модулей и предела прочности на основе зависимостей механическое напряжение-деформация, измерений твердости по методу Шору, а также скорости звука продольных волн. Выбор методики измерений твердости определяется возможностью измерение твердости данных материалов на различных стадиях отверждения, включая высокоэластичное состояние, именно по методу Шора.
Методика измерений и образцы
Измерения проводились для образцов на основе эпоксидной смолы ЭД-20 с различным количеством отвердителя (5, 7 и 10%) полиэтиленполиамина (ПЭПА) и пластификатора диэтиленгликоля (двуэтиленовый спирт - ДЭГ) для времени отверждения т = 24^720 часов (1^30 суток). Пластификатор ДЭГ используется как активный разбавитель эпоксидных смол, увеличивая их эластичность [15, 16].
Драчёв К. А., Казарбин А. В.,
ВЕСТНИК! ТОГУ. 2°23. № 1 (68) Латынцев А. В., Римлянд В. И.
ПРИМЕНЕНИЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ К ИССЛЕДОВАНИЮ ПРОЦЕССА ПЕРЕХОДА ЭПОКСИДНЫХ СМОЛ ИЗ ВЫСОКОЭЛАСТИЧНОГО СОСТОЯНИЯ В ТВЕРДОЕ
ВЕСТНИК ТОГУ. 2023. № 1 (68)
Уменьшение количества ПЭПА по сравнению со стандартным (10%) и добавление пластификатора ДЭГ (10 %) позволило более детально исследовать динамику физических свойств в процессе перехода из высокоэластичного состояния в твердое.
Механические измерения
Были проведены измерения зависимости механического напряжения а от деформации г. Для измерений композиции с содержанием по весу 5, 7, 10 % ПЭПА и 10 % ПЭПА+10 % ДЭГ после смешивания и центрифугирования заливались в форму, изготовленную из стали в соответствии с ГОСТ 11262-2017. Через 24 часа образцы извлекались из формы и подвергались испытанию на одноосное растяжение. Начальная длина деформируемой части образца I = 100 мм, площадь поперечного сечения = 40 мм2 (см. рис. 1).
штшшшвЛю
-100
7 70-»
Рис. 1. Образец для механических измерений
Механические измерения проводились с помощью испытательной машины на растяжение/сжатие Devotrans ВР D NU (рис. 2а) при комнатной температуре (24° С) с мощностью до 2 кН. Скорость перемещения подвижного захвата составляла в испытаниях 50 мм/мин.
а б
Рис. 2. Измерительный комплекс на базе испытательной машины Devotrans BP D N0
ЗГ|
Принцип действия машины основан на преобразовании нагрузки, приложенной к испытываемому образцу, тензорезистивным датчиком силы в электрический сигнал, изменяющийся пропорционально этой нагрузке. Измерение перемещения подвижной траверсы осуществляется датчиком перемещения (оптоэлектронный преобразователь угла поворота), связанным с ходовым винтом. Электрические сигналы с обоих датчиков регистрируются и отображаются встроенным программным обеспечением «С^ DLC», реализующим сбор, передачу, хранение и представление измерительной информации. Дополнительно для работы с машинами может использоваться программное обеспечение «С^» (рис.2б), устанавливаемое на персональный компьютер и позволяющее управлять функциональными возможностями установки, а также для обработки и отображения результатов измерений, формировать отчет по результатам испытаний.
Измерение твердости
В соответствии с литературными данными твердость по Шору эпоксидных композиций в твердом полностью отвержденном состоянии обычно измеряется по шкале Б, и имеет значения 50-90 [12,13]. В высокоэластичном состоянии, когда процесс полимеризации не завершен и материал еще достаточно «мягкий», возможно использование только шкалы А. При этом при наибольших значениях по шкале А (65-100), она «пересекается» со шкалой Б по Шору (5-60) [14]. На рисунке 3 показана установка, используемая для измерения твердости по Шору соответствующая ГОСТу [11]. Измерения проводились для образцов, которые переходили из высокоэластичного состояния в полностью твердое стеклообразное. Использовался дюрометр типа А, проводилась его калибровка согласно формуле:
^ = 550 + 75Иа (1)
где ^ — прилагаемая сила, мН; На - твердость, определенная по дюрометру типа А.
Рис. 3. Установка для измерения твердости по Шору: 1 - груз-гиря, 2 - направляющая втулка, 3 - твердомер, 4 - образцы для измерения; 5 - измерительный столик.
Драчёв К. А., Казарбин А. В.,
ВЕСТНИК ТОГУ. 2ИВ. № 1 (68) Латынцев А. В., Римлянд В. И.
ПРИМЕНЕНИЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ К ИССЛЕДОВАНИЮ ПРОЦЕССА ПЕРЕХОДА ЭПОКСИДНЫХ СМОЛ ИЗ ВЫСОКОЭЛАСТИЧНОГО СОСТОЯНИЯ В ТВЕРДОЕ
ВЕСТНИК ТОГУ. 2023. № 1 (68)
Для измерения твердости было изготовлено несколько серий образцов на основе смолы ЭД-20:
- с добавлением отвердителя ПЭПА в количестве 5, 7 и 10 %;
- с 10% ПЭПА и добавлением пластификатора диэтиленгликоль (ДЭГ) в количестве 10 %.
Технология изготовления включала: смешивание компонентов, центрифугирование, заливание в форму из полипропилена размером 33 х 20 х 5 мм и толщиной стенок 0,7 мм (рис. 4).
Рис. 4. Форма с образцами эпоксидной смолы ЭД-20
Измерения проводились через сутки после смешивания компонентов, когда образцы из жидкого высоковязкого состояния уже перешли в зависимости от состава в твердое высокоэластичное (5, 7% ПЭПА, 10% ПЭПА + 10% ДЭГ); или твердое стеклообразное состояние (10 % ПЭПА). Для уменьшения величины случайной погрешности каждое измерение повторялось три раза в различных точках поверхности образца. Погрешность измерений твердости не превышала для всех образцов ±1,5 абсолютных значений Иа.
Акустические измерения
Для акустических измерений изготовленные композиции заливались в отдельную форму из полипропилена размером 24*20х15 мм и толщиной стенок 1,05 мм (см. рис. 5). Скорость звука С определялась прямым импульсным методом.
Рис. 5. Образец для акустических измерений
Измерения проводились с помощью автоматизированной системы. Методика измерений и конструкция системы описаны в работах [17, 18]. В качестве возбуждающего сигнала использовался импульс длительностью 1 мкс, ампли-
ВЕСТНИК ТОГУ. 2023. № 1 (68)
тудой 10 В и частотой повторения 100 Гц Для обеспечения постоянства акустического контакта образцы не вынимались из формы и в течение всей серии измерений находились между датчиками. При этом величина акустического импеданса материала стенок формы составила в расчетах 1,93 МПас/м, а для материала образца - в зависимости от стадии полимеризации менялась от 2,1 МПас/м в жидком состоянии до 3,5 МПас/м в твердом. Для каждого образца были получены серии усредненных цифровых осциллограмм акустических сигналов для различного времени отверждения, на основе которых с учетом толщины формы и других поправок рассчитывалась скорость звука в образцах С [17, 18]. Погрешность измерения скорости продольной волны составляла АС = ± 20 м/с.
Результаты измерений
Измерения зависимости механического напряжения а от деформации е проводились для времени отверждения т равном 24, 48, 120, 168, 336 и 720 часов (1, 2, 5, 7 14, 30 суток). Наиболее характерные зависимости а от е для приведены на рисунке 6.
кПа
, МПа
200
150
100
50
0
Е]/ аяр
10
о
Е,
о
100
200
300
е, %
0
1
«г, %
а б
Рис. 6. Зависимости механического напряжения а от деформации е для образцов: а) ЭД20+ПЭПА 5% (т = 24 ч); б) ЭД20+ПЭПА 10% (т = 24 ч).
Данные зависимости можно разделить на три типа:
1. Высокоэластичное состояние (см. рис. 6а) с начальным линейным участком с большим А1 и малым модулем Юнга Е1 без образования «шейки» и участком после образования «шейки» с модулем упругости Е2 близким к нулю или даже отрицательным (область пластической деформации).
2. Не полностью отвержденное состояние с начальным участком упругой деформации с относительно большим модулем Е1, участком близким к линейному с остаточной деформацией и значительным уменьшением модуля Е1 и образованием «шейки».
3. Стекловидное полностью отвержденное состояние с большим модулем Е1 (рис. 6б).
Так как целью данной работы было сравнение результатов определения твердости по Шору с прямыми механическими измерениями, мы приводим только часть параметров, которые были определены из графиков подобным на
ПРИМЕНЕНИЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ К
ИССЛЕДОВАНИЮ ПРОЦЕССА ПЕРЕХОДА ЭПОКСИДНЫХ СМОЛ ИЗ ВЫСОКОЭЛАСТИЧНОГО СОСТОЯНИЯ В ТВЕРДОЕ
ВЕСТНИК ТОГУ. 2023. № 1 (68)
рисунке 6. В таблице 1 приведены значения статического модуля Юнга на линейном участке зависимости деформация-растяжение - Е\, аналога упругого модуля для области пластической деформации - Ег, и предела прочности - апр, для различных т (Е1, Е2 и апр приведены в МПа).
Таблица 1
Результаты проведения механических испытаний и определения твердости по Шору для образ_цов эпоксидной смолы_
т, ч ПЭПА 5% ПЭПА 7%
Е1 На Е2 апр Е1 На Е2 апр
24 0,1 14,8 < 0 0,2 1,19 85,5 =20 0,2
48 0,3 32,7 < 0 0,3 39,6 86,3 48,3 0,3
71 3 61,7 < 0 0,8 89,2
95 5,8 69,7 = 0 1,4 92,2
120 4,6 74,3 = 0 0,7 154 92,2 - 5,4
143 7,3 78 = 0 1,9 91,8
168 13,1 80 < 0 3,6 424 91,2 - 10,9
210 20,8 87,3 = 0 4,2 91,2
262 25 90,7 = 0 4,9 93,3
336 29,8 92,5 = 0 6,1 586 92,7 - 11,1
720 299 94,3 - 5,8 785 93,7 - 11,9
т, ч ПЭПА 10% ПЭПА10%+ ДЭГ 10 %
Е1 На Е2 апр Е1 На Е2 апр
24 255 94,5 - 10,4 160 89,1 50 18,4
48 460 94,2 - 13,2 518 90 280 28,9
71 94,5 90,5
95 93,5 90,8
120 720 93,7 - 20,7 883 91,3 - 33,5
143 94,5 91,4
168 932 93,5 - 23,9 910 91,7 - 33,5
210 94 92,1
262 93,5 93
336 1056 94,6 - 21,9 959 93,3 - 43,6
720 1182 94,8 - 21,5 985 93,1 - 46,9
а
ВЕСТНИК ТОГУ. 2023. № 1 (68)
Значения Е2 в таблице отрицательные или близкие к нулю соответствуют высокоэластичному состоянию; прочерк значений Е2 соответствует отсутствию области пластической деформации. Пустая ячейка - отсутствие измерений (для каждой зависимости о(е) необходимо было изготавливать отдельный образец). Для образца 5% ПЭПА было проведено больше измерений, чем для остальных, так как на этом образце можно было проследить динамику изменения свойств в процессе отверждения более детально.
Данные по измерению твердости На приведены в таблице 1 и на рисунке 7.
' ПЭПА 10%+ДЭГ
а б
Рис. 7. Зависимости твердости по Шору от времени полимеризации
Зависимости продольной скорости звука С от времени отверждения т для
образцов приведены на рисунке 8.
-------о-----------
С, м/с
2900 -
2700 -2500 -
2300 -2100 -1900 т / /о Г к"
1700 - -1-Ьй2-
0 2 4 6 100 200 300 400 500 600 700 т, час.
--о - ЭД20+ПЭПА 5% ЭД20+ПЭПА 7% --*- ЭД20+ПЭПА 10%
- -А- - ЭД20+ПЭПА 10%+ДЭГ 10% Рис. 8. Зависимости продольной скорости звука от времени отверждения
Обсуждение результатов
Анализу связи между твердостью, упругими и пластическими свойствами для различных материалов посвящено большое количество работ. При этом в подавляющем большинстве, как теоретических, так и экспериментальных рассматриваются «классические» методы измерения твердости: по Бринеллю, Виккерсу и Роквеллу, применительно к металлам и другим веществам с высокой твердостью [19-21]. Сопоставление твердости по Шору с модулем Юнга
ПРИМЕНЕНИЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ К ИССЛЕДОВАНИЮ ПРОЦЕССА ПЕРЕХОДА ЭПОКСИДНЫХ СМОЛ ИЗ ВЫСОКОЭЛАСТИЧНОГО СОСТОЯНИЯ В ТВЕРДОЕ
ВЕСТНИК ТОГУ. 2023. № 1 (68)
приводится для эластомеров на электронном ресурсе [22]. Из графика приведенного в [22] можно сделать вывод, что при изменении твердости по Шору А от 20 до 50 связь с модулем Юнга является линейной Е = к На , при более высоких значениях твердости:
Е = к На у, (2)
где у > 1. Из полученных нами данных следует, что образец с ЭД20+ПЭПА5% при т от 24 до 334 часов находился в высокоэластичном состоянии. Об этом говорят низкие значения Е1 и апр и наличие участка с модулем Е2. Для этого образца зависимость модуля Е1 от На приведена на рисунке 9а.
Как видно из рисунка данная зависимость в первом приближении может быть описана с помощью формулы (2). При этом резкий рост значений Е1 наблюдается при превышении На 75-80. Аналогичная картина наблюдается, если на одном графике привести значения Е1 и На для всех образцов (рис. 9б). В данном случае мы можем говорить только о качественной зависимости между твердостью и модулем Е1. При этом сопоставляя данные в таблице 1, можно сделать вывод о достижении максимальных значений модуля Юнга и предела прочности, соответственно перехода в твердое стеклообразное состояние образцов при На больше 90.
а
б
Рис. 9. График зависимости модуля Юнга Е1 от твердости по Шору А На
а
На рисунке 10 приведен график зависимости Е1 от апр для всех образцов. Как видно из графика большинство точек с учетом погрешности измерений в первом приближении соответствует линейной зависимости - линия 1. В стороне отстоят только точки вблизи линии 2. Эти точки относятся к образцу ПЭПА 10% + ДЭГ10 %. Этот образец, как указано выше, отличается повышенной пластичностью в твердом состоянии.
Зависимости скорости звука С от времени (рис. 8) отверждения существенно отличаются от динамики механических свойств (Е1 и апр ). Используемая в данной работе методика соответствует измерению продольной составляющей скорости в ультразвуковом диапазоне на частоте 1 МГц. Соответственно значения С определяются динамическим модулем Юнга на этой частоте [23]. Как видно из рисунка 8 скорость С достигает значений близких к максимальным при т ~ 50^200 часов, соответствующих формированию высокоэластичного состояния, и дальнейший рост скорости незначительный.
$
ВЕСТНИК ТОГУ. 2023. № 1 (68)
Рис. 10. График зависимости E¡ от апр для всех образцов
При этом относительное изменение С в течении всего процесса полимеризации составляет примерно 1,5 для всех образцов; абсолютные значения С также незначительно отличаются для всех образцов. По-другому ведут себя Е и апр. Модуль Е и апр достигают максимальных значений при переходе из высокоэластичного состояния в твердое стеклообразное (г ~ 200^720 ч). При этом относительное изменение модуля Е составляет от 6 до 1000 в зависимости от состава, и абсолютные значения различаются в десятки и более раз. Соответственно нет смысла сопоставлять численные значения статического модуля Е с динамическим модулем, рассчитанным на основе скорости звука.
В какой-то степени изменение полученных значения С от г коррелируют с изменением твердости по Шору. При этом в наибольшей степени эта корреляция наблюдается для образцов ПЭПА 5 %: НА и С достигают максимальных значений при г ~ 200 часов.
Для неразрушающего контроля перехода из высокоэластичного состояния в твердое возможно применение виброакустических и акустоэмиссионных методов [24, 25]. Из проведённых нами экспериментальных исследований можно сделать вывод, что измерение твердости по Шору для полимерных образцов позволяет качественно оценить переход из высокоэластичного в твердое стеклообразное состояние, и данный метод может быть использован для неразрушающего контроля композиционных материалов на основе эпоксидного связующего. Оценить завершение процесса полимеризации возможно также на основе измерений скорости звука. Необходимо сравнивать значения скорости при переходе из гелеобразного состояния со значениями в твердом состоянии при достаточно больших временах отверждения соответствующего изделия. При этом необходимо учитывать, что на скорость звука в КМ существенное влияние оказывают армирующие волокна [26].
Библиографические ссылки
1. Analysis of the Mechanical Behavior of Flax and Glass Fabrics-Reinforced Thermoplastic and Thermo-Set Resins / Chilali A., Zouari W., Assararm M., Rezak A. // Journal of Reinforced Plastics and Composites. 2016. Vol. 35. P. 1217-1232.
2. Polymer-Based Composites: An Indispensable Material for Present and Future Applications / Isiaka Oluwole Oladele, Taiwo Fisayo Omotosho, Adeolu Adesoji
ПРИМЕНЕНИЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ К ИССЛЕДОВАНИЮ ПРОЦЕССА ПЕРЕХОДА ЭПОКСИДНЫХ СМОЛ ИЗ ВЫСОКОЭЛАСТИЧНОГО СОСТОЯНИЯ В ТВЕРДОЕ
Adediran // International Journal of Polymer Science. 2020. Vol. 2020, Article ID 8834518. P. 1-12.
3. Uflyand I.E., Irzhakb T.F., Irzhakb V.I. Formation of fiber composites with an epoxy matrix: state-of-the-art and future development // Materials and manufacturing processes. 2021. Vol. 37. P. 723-747.
4. Determination of Mechanical Properties of Epoxy Composite Materials Reinforced with Silicate Nanofillers Using Digital Image Correlation (DIC) / Jelic А., Sekulic М., Travica M., Grzetic J.D., Ugrinovic V., Marinkovic A., Bozic A., Stamenovic M., Putic S. // Polymers. 2022. Vol. 14. P. 1255.
5. Bryan Ellis Chemistry and technology of epoxy resins. Springer, 1993. 344 p.
6. Реокинетика отверждения эпоксиаминной системы в области стеклования / Куличихин С.Г., Горбунова И.Ю., Кербер М.Л., Самардуков Е.В. // Высокомолекулярные соединения. Серия Б. 1995. Т. 37, № 3. С. 533-536.
7. Сопотов Р.И. Связующие для композиционных материалов на основе эпоксидных олигомеров, модифицированных термопластичными смесями : автореф. канд. дис. М., 2016. 16 с.
8. Molero G., Sue H.-J. Scratch behavior of model epoxy resins with different cross-linking densities // Materials and Design. 2019. Vol. 182. P. 107965.
9. Suryawan I., Suardana N., Suyasa I. Hardness Analysis of Epoxy Composite Reinforced with Glass Fiber Compared to Nettle // Fibers International Journal of Engineering and Emerging Technology. 2020. Vol. 5, № 1. P. 1-4.
10. Zhang C., Chen Y., Li H. Facile fabrication of polyurethane/epoxy IPNs filled graphene aerogel with improved damping, thermal and mechanical properties // Journal Royal Society of Chemistry. 2018. Vol. 8. P. 27390-27399.
11. ГОСТ 24621-2015. Пластмассы и эбонит. Определение твердости при вдавливании с помощью дюрометра (твердость по Шору). Введ. 01.01.2017. М. : Стандартинформ, 2016. 7 с.
12. Overview of materials for Epoxy Molding Compound // MatWeb. 2020. URL: https://www.matweb.com/search/DataSheet.aspx7Mat-GUID=d32b84b0ef1e410596e9dda9e02429c7 (дата обращения: 10.12.2022).
13. Properties of commonly used polymers // Multimedia Design and Technology Education. 2022. URL: https://www.notesandsketches.co.uk/Polymer_properties.html (дата обращения: 10.12.2022).
14. A Guide to Shore Hardness // PolyGlobal. 2022. URL: https://www.poly-global.co.uk/a-guide-to-shore-hardness/ (дата обращения: 10.12.2022).
15. Ровкина Н.М., Ляпков А.А. Химия и технология полимеров. Исходные реагенты для получения полимеров и испытание полимерных материалов. Лабораторный практикум : учеб. пособие. СПб. : Лань, 2020. 432 с.
16. Материаловедение для транспортного машиностроения : учеб. пособие / Галимов Э.Р., Абдуллин А.Л., Тарасенко Л.В., Унчикова М.В. СПб. : Лань, 2022. 448 с.
17. Драчёв К.А., Римлянд В.И., Савченко В.В. Автоматизированная измерительная система для проведения акустических измерений // Вестник ТОГУ. Хабаровск. 2017. № 1. C. 13-20.
18. Драчёв К.А., Римлянд В.И. Исследования акустических свойств материалов ультразвуковыми методами. Хабаровск : Изд-во ТОГУ, 2017. 125 с.
ВЕСТНИК ТОГУ. 2023. № 1 (68)
ЗГ|
19. Методы измерения твердости материалов (обзор) / Орешко Е.И., Уткин Д.А., Ерасов В.С., Ляхов А.А. // Труды ВИАМ. 2020. № 1. С. 101-114.
20. Johnson K.L. Contact Mechanics. Cambridge: Cambridge University Press, 1985. 452 p.
21. Марковец М.П. Определение механических свойств металлов по твердости. М. : Машиностроение, 1979. 191 с.
22. Общие технические данные и материалы. 4. Испытания и интерпретация результатов испытаний // Интер-Комплект-НН. 2018. URL: http://xn--h1aalqck.xn--p1ai/ai-286.html (дата обращения: 10.12.2022)
23. Исакович М.А. Общая акустика. М. : Наука, 1973. 496 с.
24. Балицкий Ф.Я. Современные средства и методы вибрационной диагностики машин и конструкций. М. : МЦНТИ, 1990. 114 с.
25. Лаптева И. И., Вайнер Л. Г., Усанов Н.А. Автоматизированное определение параметров импульсных акустико-эмиссионных сигналов // Вестник ТОГУ. Хабаровск, 2021. № 2. C. 27-34.
26. Драчев К.А., Римлянд В.И., Сясина Т.В. Измерение скорости звука и коэффициента затухания в композиционных материалах на основе полимерных связующих с различной степенью армирования // Вестник ТОГУ. Хабаровск, 2020. № 4. С. 47-54.
Title: Application of Measuring Systems to Study the Transition Process of Epoxy Resins from Highly Elastic to Solid State
Authors' affiliation:
Drachev K.A. - Pacific National University, Khabarovsk, Russian Federation Kazarbin A.V. - Pacific National University, Khabarovsk, Russian Federation Latyntsev A.V. - Pacific National University, Khabarovsk, Russian Federation Rimlyand V.I. - Pacific National University, Khabarovsk, Russian Federation
Abstract: The mechanical and acoustic properties of epoxy resin samples of different compositions have been measured during the transition from the highly elastic state to the solid-state during polymerization. Measurements of the dependence of mechanical stress on strain and ultimate strength have been made in automatic mode using Devotrans BP D NU test machine. Sound velocity of longitudinal waves has been measured using an automated measuring system by the pulse method. The hardness of the samples has been measured by the Shore method according to GOST 24621-2015 on scale A. Comparison of the dynamics of changes depending on curing time: Young's modulus, tensile strength, sound velocity and hardness has been carried out. It is shown that Shore hardness measurement for polymer samples allows to estimate qualitatively the transition from highly elastic to hard glassy state and this method can be used for nondestructive control of composite materials based on epoxy binder; it is possible to estimate the completion of polymerization process on the basis of sound speed measurements.
Keywords: measurements, Young's modulus, automated system, sound velocity, hardness, polymerization, epoxy, high elastic state, software, time.
Драчёв К. А., Казарбин А. В.,
ШСГНИК ТОГУ. 2023. № 1 (68) Латынцев А. В., Римлянд В. И.
