Стеклопластик является одним из самых популярных композиционным материалов. Волокнистые композиты обладают прекрасными характеристиками, а формовка изделий из готовых составляющих достаточно простой процесс, чтобы завоёвывать всё большие ниши рынка материалов [1].
Рисунок 1. Стеклопластик изготовленный для испытаний
Образцы:
- Стеклопластиковый композит на основе эпоксидной смолы NPEL-128 и отвердителя Jeffamine D230
- Стеклопластиковый композит на основе эпоксидной смолы NPEL-128 и отвердителя Telalit 0903
- Стеклопластиковый композит на основе эпоксидной смолы NPEL-128 и отвердителя IPOX 2042
Далее приведены данные, полученные в ходе испытаний на растяжение, сжатие, изгиб.
Исследования на растяжение проводились в соответствии с государственным стандартом [2]. Методика основана на кратковременном нагружении образцов с постоянной скоростью деформирования с целью определения предела прочности и модуля упругости. Эксперименты проводились по несколько раз, чтобы не допустить ошибок.
Испытания проводились на машине Instron 5582 K 7822.
Таблица 1.
Результаты испытаний на растяжение образцов NPEL-128 + Jeffamine D230
|
№ Образца |
Толщина образца (мм) |
Ширина образца (мм) |
Площадь (мм2) |
Макс. нагрузки (кН) |
Предел прочности (МПа) |
Модуль упругости (ГПа) |
|
1 |
2,50 |
11,60 |
29,00 |
8,97 |
309,37 |
17,74 |
|
2 |
2,46 |
12,20 |
30,01 |
10,35 |
344,74 |
18,96 |
|
3 |
2,40 |
11,85 |
28,44 |
9,15 |
321,58 |
19,21 |
|
4 |
2,50 |
12,00 |
30,00 |
9,72 |
324,14 |
17,93 |
|
5 |
2,53 |
11,70 |
29,60 |
9,31 |
314,52 |
19,84 |
|
Среднее |
2,48 |
11,87 |
29,41 |
9,50 |
322,87 |
18,73 |
|
СО |
0,05 |
0,24 |
0,68 |
0,55 |
13,54 |
0,88 |
|
Максимум |
2,53 |
12,20 |
30,01 |
10,35 |
344,74 |
19,84 |
|
Минимум |
2,40 |
11,60 |
28,44 |
8,97 |
309,37 |
17,74 |
Таблица 2.
Результаты испытаний на растяжение образцов NPEL-128 + Telalit 0903
|
№ Образца |
Толщина образца (мм) |
Ширина образца (мм) |
Площадь (мм2) |
Макс. нагрузки (кН) |
Предел прочности (МПа) |
Модуль упругости (ГПа) |
|
1 |
2,89 |
12,15 |
35,11 |
9,44 |
268,86 |
19,21 |
|
2 |
2,83 |
11,86 |
33,56 |
10,25 |
305,31 |
17,83 |
|
3 |
2,86 |
11,79 |
33,72 |
10,18 |
301,90 |
20,38 |
|
4 |
3,00 |
11,96 |
35,88 |
9,94 |
277,12 |
15,23 |
|
5 |
2,88 |
11,90 |
34,27 |
9,32 |
271,91 |
15,56 |
|
Среднее |
2,89 |
11,93 |
34,51 |
9,83 |
285,02 |
17,64 |
|
СО |
0,06 |
0,14 |
0,98 |
0,42 |
17,26 |
2,25 |
|
Максимум |
3,00 |
12,15 |
35,88 |
10,25 |
305,31 |
20,38 |
|
Минимум |
2,83 |
11,79 |
33,56 |
9,32 |
268,86 |
15,23 |
Таблица 3.
Результаты испытаний на растяжение образцов NPEL-128 + IPOX 2042
|
№ Образца |
Толщина образца (мм) |
Ширина образца (мм) |
Площадь (мм2) |
Макс. нагрузки (кН) |
Предел прочности (МПа) |
Модуль упругости (ГПа) |
|
1 |
2,86 |
11,80 |
33,75 |
10,53 |
312,04 |
14,55 |
|
2 |
2,90 |
11,93 |
34,60 |
10,32 |
298,21 |
16,13 |
|
3 |
2,88 |
12,05 |
34,70 |
11,07 |
318,86 |
17,10 |
|
4 |
3,00 |
11,89 |
35,67 |
10,52 |
294,81 |
15,21 |
|
5 |
3,00 |
12,05 |
36,15 |
11,36 |
314,19 |
14,36 |
|
Среднее |
2,93 |
11,94 |
34,97 |
10,76 |
307,62 |
15,47 |
|
СО |
0,07 |
0,11 |
0,95 |
0,44 |
10,51 |
1,14 |
|
Максимум |
3,00 |
12,05 |
36,15 |
11,36 |
318,86 |
17,10 |
|
Минимум |
2,86 |
11,80 |
33,75 |
10,32 |
294,81 |
14,36 |
Исследования на сжатие проводились в соответствии с государственным стандартом [3]. Метод предполагает кратковременное нагружение образцов с постоянной скоростью деформирования для определения предела прочности при сжатии. Эксперименты проводились по несколько раз, чтобы не допустить ошибок.
Таблица 4.
Результаты испытаний на сжатие образцов NPEL-128 + Jeffamine D230
|
№ Образца |
Толщина (мм) |
Ширина (мм) |
Площадь (мм2) |
Макс. нагрузка (кН) |
Предел прочности (МПа) |
|
1 |
2,38 |
9,50 |
22,61 |
6,24 |
276,00 |
|
2 |
2,40 |
9,50 |
22,80 |
6,03 |
264,30 |
|
3 |
2,45 |
9,50 |
23,28 |
6,72 |
288,60 |
|
4 |
2,38 |
9,50 |
22,61 |
6,88 |
304,48 |
|
5 |
2,57 |
9,50 |
24,42 |
6,16 |
252,25 |
|
Максимум |
2,57 |
9,50 |
24,42 |
6,88 |
304,48 |
|
Минимум |
2,38 |
9,50 |
22,61 |
6,03 |
252,25 |
|
Среднее |
2,44 |
9,50 |
23,14 |
6,41 |
277,12 |
|
СО |
0,08 |
0,00 |
0,76 |
0,37 |
20,40 |
Таблица 5.
Результаты испытаний на сжатие образцов NPEL-128 + Telalit 0903
|
№ Образца |
Толщина (мм) |
Ширина (мм) |
Площадь (мм2) |
Макс. нагрузка (кН) |
Предел прочности (МПа) |
|
1 |
2,73 |
9,50 |
25,94 |
5,97 |
230,25 |
|
2 |
2,88 |
9,50 |
27,36 |
5,73 |
209,48 |
|
3 |
2,71 |
9,50 |
25,74 |
5,31 |
206,14 |
|
4 |
3,05 |
9,50 |
28,98 |
5,01 |
173,03 |
|
5 |
2,57 |
9,50 |
24,42 |
5,58 |
228,74 |
|
Максимум |
3,05 |
9,50 |
28,98 |
5,97 |
230,25 |
|
Минимум |
2,57 |
9,50 |
24,42 |
5,01 |
173,03 |
|
Среднее |
2,79 |
9,50 |
26,49 |
5,52 |
209,53 |
|
СО |
0,18 |
0,00 |
1,74 |
0,37 |
23,14 |
Таблица 6.
Результаты испытаний на сжатие образцов NPEL-128 + IPOX 2042
|
№ Образца |
Толщина (мм) |
Ширина (мм) |
Площадь (мм2) |
Макс. нагрузка (кН) |
Предел прочности (МПа) |
|
1 |
2,70 |
10,20 |
27,54 |
5,29 |
192,07 |
|
2 |
2,63 |
10,33 |
27,17 |
4,45 |
163,65 |
|
3 |
3,19 |
10,06 |
32,09 |
4,57 |
142,49 |
|
4 |
3,03 |
10,05 |
30,45 |
4,30 |
141,24 |
|
5 |
2,70 |
10,20 |
27,54 |
4,70 |
170,67 |
|
Максимум |
3,19 |
10,33 |
32,09 |
5,29 |
192,07 |
|
Минимум |
2,63 |
10,05 |
27,17 |
4,30 |
141,24 |
|
Среднее |
2,85 |
10,17 |
28,96 |
4,66 |
162,02 |
|
СО |
0,25 |
0,12 |
2,20 |
0,38 |
21,18 |
Исследование на прочность при изгибе проводилось проводились в соответствии с государственным стандартом [4]. Методика основана на трехточечном изгибе образцов с постоянной скоростью нагружения. Эксперименты проводились по несколько раз, чтобы не допустить ошибок.
Таблица 7.
Результаты испытаний на изгиб образцов NPEL-128 + Jeffamine D230
|
№ Образца |
Толщина (мм) |
Ширина (мм) |
Площадь (мм2) |
Макс. нагрузка (Н) |
Прочность (МПа) |
|
1 |
2,40 |
9,60 |
23,0 |
265,62 |
461,15 |
|
2 |
2,30 |
9,57 |
22,01 |
279,18 |
529,40 |
|
3 |
2,21 |
9,47 |
20,93 |
260,07 |
539,79 |
|
4 |
2,42 |
9,43 |
22,82 |
275,21 |
478,40 |
|
5 |
2,42 |
9,56 |
23,14 |
287,80 |
493,49 |
|
Максимум |
2,42 |
9,60 |
23,14 |
287,80 |
539,79 |
|
Минимум |
2,21 |
9,43 |
20,93 |
260,07 |
461,15 |
|
Среднее |
2,35 |
9,53 |
22,39 |
273,58 |
500,44 |
|
СО |
0,09 |
0,07 |
0,93 |
10,98 |
33,41 |
Таблица 8.
Результаты испытаний на изгиб образцов NPEL-128 + Telalit 0903
|
№ Образца |
Толщина (мм) |
Ширина (мм) |
Площадь (мм2) |
Макс. нагрузка (Н) |
Прочность (МПа) |
|
1 |
2,75 |
9,43 |
25,93 |
276,35 |
372,01 |
|
2 |
2,67 |
9,55 |
25,50 |
253,85 |
357,95 |
|
3 |
2,83 |
9,68 |
27,39 |
323,68 |
400,81 |
|
4 |
2,87 |
8,84 |
25,37 |
306,28 |
403,80 |
|
5 |
2,81 |
9,48 |
26,64 |
312,12 |
400,29 |
|
Максимум |
2,87 |
9,68 |
27,39 |
323,68 |
403,80 |
|
Минимум |
2,67 |
8,84 |
25,37 |
253,85 |
357,95 |
|
Среднее |
2,79 |
9,40 |
26,17 |
294,46 |
386,97 |
|
СО |
0,08 |
0,32 |
0,85 |
28,64 |
20,72 |
Таблица 9.
Результаты испытаний на изгиб образцов NPEL-128 + IPOX 2042
|
№ Образца |
Толщина (мм) |
Ширина (мм) |
Площадь (мм2) |
Макс. нагрузка (Н) |
Прочность (МПа) |
|
1 |
2,96 |
9,11 |
26,97 |
186,39 |
224,18 |
|
2 |
3,06 |
10,07 |
30,81 |
260,01 |
264,72 |
|
3 |
2,97 |
10,38 |
30,83 |
205,59 |
215,56 |
|
4 |
2,90 |
10,13 |
29,38 |
231,17 |
260,49 |
|
5 |
2,97 |
10,28 |
30,53 |
213,77 |
226,32 |
|
Максимум |
3,06 |
10,38 |
30,83 |
260,01 |
264,72 |
|
Минимум |
2,90 |
9,11 |
26,97 |
186,39 |
215,56 |
|
Среднее |
2,97 |
9,99 |
29,70 |
219,39 |
238,26 |
|
СО |
0,06 |
0,51 |
1,64 |
27,84 |
22,64 |
Сводные данные по испытаниям на растяжение, сжатие и изгиб представлены в таблице ниже:
Таблица 10.
Сравнительные показатели механических свойств композитов
|
Наименование |
Растяжение |
Сжатие |
Изгиб |
|
|
Предел прочности (МПа) |
Модуль упругости (ГПа) |
Предел прочности (МПа) |
Прочность (МПа) |
|
|
NPEL-128 + Jeffamine D230 |
322.87 |
18.73 |
277.12 |
500.44 |
|
NPEL-128 + Telalit 0903 |
285. 02 |
17.64 |
209.53 |
386.97 |
|
NPEL-128 + IPOX 2042 |
307.62 |
15.47 |
162.02 |
238.26 |
Выводы:
1. Наибольшие значения предела прочности при растяжении и сжатии демонстрирует композит NPEL-128 + Jeffamine D230 (322,87 МПа и 277,12 МПа соответственно).
2. При испытаниях на изгиб данный материал также показал максимальную прочность (500,44 МПа), что почти вдвое превышает результат композита NPEL-128 + IPOX 2042 (238,26 МПа).
3. Наименьшие механические характеристики зафиксированы у системы NPEL-128 + IPOX 2042, что может быть связано с более высокой динамической вязкостью отвердителя и ускоренным процессом отверждения, приводящим к внутренним напряжениям.
4. Медленное отверждение Jeffamine D230 (Более 6 часов) способствует релаксации напряжений, что улучшает физико-механические свойства композита [5].
Таким образом, композит NPEL-128 + Jeffamine D230 обладает наилучшим комплексом прочностных характеристик, что делает его перспективным для применения в конструкционных материалах.
Список литературы
- Мозговой, Н. И. Стеклопластик и особенности его механической обработки: всё о стеклопластиках / Н. И. Мозговой, А. М. Марков, М. Доц. – Саарбрюкен: LAP LAMBERT, 2012. – 98 с. – ISBN 978-3-659-25823-7
- ГОСТ 25.601–89 Методы испытаний на стойкость к климатическим факторам. Испытания на воздействие пониженного и повышенного давления. — Изд-во стандартов, 1989. — 12 с.
- ГОСТ 25.602–89 Методы испытаний на стойкость к климатическим факторам. Испытания на воздействие соляного тумана. — Изд-во стандартов, 1989. — 10 с.
- ГОСТ 25.604–82 Методы испытаний на стойкость к механическим воздействующим факторам. Испытания на вибропрочность и виброустойчивость. — Изд-во стандартов, 1982. — 18 с.
- Kim, B. S., & Chiba, T. (1995). "Thermal stress relaxation in epoxy resins cured with different curing agents" // Journal of Polymer Science Part B: Polymer Physics
