vrgupВестник Ростовского государственного университета путей сообщенияVestnik Rostovskogo Gosudarstvennogo Universiteta Putej Soobshcheniya0201-727XРостовский государственный университет путей сообщения10.46973/0201-727X_2024_1_186vrgup-251Research ArticleМАШИНОСТРОЕНИЕMECHANICAL ENGINEERINGЭкспериментальное исследование влияния температуры на физико-механические свойства композиционного материалаExperimental study of the influence of temperature on the physico-mechanical properties of a composite materialАзоянА. И.AzoyanA. I.

Анаид Иосиповна Азоян, младший научный сотрудник

кафедра «Теоретическая механика»

Ростов-на-Дону

Anaid Iosipovna Azoyan, Junior Researcher

Chair «Theoretical Mechanics»

Rostov-on-Don

azojan.anaid@mail.ruМантуровД. С.ManturovD. S.

Дмитрий Сергеевич Мантуров, заведующий лабораторией, кандидат технических наук

кафедра «Теоретическая механика»

Ростов-на-Дону

Dmitriy Sergeevich Manturov, Head of Laboratory, Candidate of Engineering Sciences

Chair «Theoretical Mechanics»

Rostov-on-Don

manturovds@rgups.ruШишиянуД. Н.ShishiyanuD. N.

Дарья Николаевна Шишияну, кандидат технических наук, доцент

кафедра «Химия»

Ростов-на-Дону

Dariya Nikolayevna Shishiyanu, Candidate of Engineering Sciences, Associate Professor

Chair «Chemistry»

Rostov-on-Don

erm@rgups.ruДанильченкоС. А.DanilchenkoS. A.

Сергей Александрович Данильченко, младший научный сотрудник

кафедра «Теоретическая механика»; Институт математики, механики икомпьютерных наук им. И. И. Воровича; лаборатория механики деформируемых тел и конструкций

Ростов-на-Дону

Sergey Aleksandrovich Danilchenko, Junior Researcher

Chair «Theoretical Mechanics»; Institute for Mathematics, Mechanics andComputer Sciences named after I. I. Vorovich; Laboratory for Mechanics of Deformable Bodies and Constructions

Rostov-on-Don

sergey.a.danilchenko@gmail.comРостовский государственный университет путей сообщения (РГУПС)Rostov State Transport University (RSTU)Ростовский государственный университет путей сообщения (РГУПС); Южный федеральный университет (ЮФУ)Rostov State Transport University (RSTU); Southern Federal University (SFU)20243003202401186195Copyright © Азоян А.И., Мантуров Д.С., Шишияну Д.Н., Данильченко С.А., 20242024Азоян А.И., Мантуров Д.С., Шишияну Д.Н., Данильченко С.А.Azoyan A.I., Manturov D.S., Shishiyanu D.N., Danilchenko S.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestnik.rgups.ru/jour/article/view/251

   Изучено влияние температуры на физико-механические свойства композиционного материала. В качестве матрицы полимерного композита использовалась эпоксидно-диановая смола марки ЭД-20 с применением разных типов наполнителей. Экспериментальные данные были получены методами инструментального индентирования и термического анализа. Для оценки степени ползучести материала использовалось относительное изменение глубины индентирования. По полученным интегральным термогравиметрическим кривым было определено количественное изменение массы образца в процессе разложения, а по дифференциальным термогравиметрическим кривым – температурный интервал деструкции, температура начала и конца разложения. Показано, что введение наполнителей в полимерную матрицу оказывает существенное влияние не только на вязкоупругие свойства, но и на термическую устойчивость в результате структурных превращений и изменения подвижности молекул.

   The influence of temperature on the physical and mechanical properties of the composite material has been studied. As the matrix of the polymer composite, epoxy-diane resin of the ED-20 brand was used using different types of fillers. The experimental data were obtained by instrumental indentation and thermal analysis. A relative change in indentation depth was used to estimate the creep rate of the material. Based on the obtained integral thermogravimetric curves of TG, a quantitative change in the mass of the sample during decomposition was determined, and based on differential thermogravimetric curves of DTG, the temperature range of destruction, the temperature of the beginning and end of decomposition were determined. It has been shown that the introduction of fillers into the polymer matrix has a significant effect not only on viscoelastic properties, but also on thermal stability as a result of structural transformations and changes in the mobility of molecules.

композитвязкоупругостьиндентированиетермогравиметрияcompositeviscoelasticityindentationthermogravimetryReferencesИсследование структуры полимерного композиционного материала на основе смолы ЭД-20 и нанодисперсии сополимера стирола и акриловой кислоты / Д. М. Мордасов, П. В. Макеев, Д. Л. Полушкин [и др.] // Вестник Тамбовского государственного технического университета. – 2019. – Т. 25. – № 1. – С. 136–141. – DOI: 10.17277/vestnik.2019.01.Investigation of the structure of polymer composite material based on ED-20 resins and anodisperity of styrene copolymer and acrylic acids / D. M. Mordasov, P. S. Makeev, D. L. Polushkin [et al.] // Vestnik Tambov State Technical University. – 2019. – Vol. 25. – No. 1 – P. 136–141. – DOI: 10.17277/vestnik.2019.01.Дисперсно-наполненные полимерные композиты технического и медицинского назначения / Б. А. Люкшин, С. В. Шилько, С. В. Панин [и др.]. – Новосибирск : Сибирское отделение РАН. – 2017. – 311 с. – ISBN 978-5-7692-1546-9.Dispersed-filled polymer composites for technical and medical purposes : monograph / B. A. Lyukshin, S. V. Shilko, S. V. Panin [et al.]. – Novosibirsk : Siberian Branch of the RAS. – 2027. – 311 p. – ISBN 978-5-7692-1546-9.Paluvai, N. R. Synthesis and modifications of epoxy resins and their composites : A review / N. R. Paluvai, S. Mohanty, S. K. Nayak // Polymer-Plastics Technology and Engineering. – 2014. – Vol. 53. – No 16. – P. 1723–1758.Paluvai, N. R. Synthesis and modifications of epoxy resins and their composites : A review / N. R. Paluvai, S. Mohanty, S. K. Nayak // Polymer-Plastics Technology and Engineering. – 2014. – Vol. 53. – No 16. – P. 1723–1758.Исследование кинетики и механизма формирования вторичных структур модифицированной эпоксидной смолы / Д. С. Мантуров, П. Г. Иваночкин, А. И. Азоян [и др.] // Вестник Ростовского государственного университета путей сообщения. – 2022. – № 4 (88). – С. 41–51. – DOI: 10.46973/0201–727X_2022_4_41.Investigation of kinetics and mechanism of secondary structures` formation of modified epoxy resin / D. S. Manturov, P. G. Ivanochkin, A. I. Azojan [et al.] // Vestnik Rostovskogo Gosudarstvennogo Universiteta Putey Soobshcheniya. – 2022. – No. 4 (88). – P. 41–51. – DOI: 10.46973/0201–727X_2022_4_41.Исследование вязкоупругих свойств композиционных материалов на основе метода индентирования / В. И. Колесников, О. А. Беляк, Т. В. Суворова [и др.] // Вестник Ростовского государственного университета путей сообщения. – 2023. – № 4 (92). – С. 25–33. – DOI: 10.46973/0201–727X_2023_4_25.Study of viscoelastic properties of composite materials on the basis of indentation method / V. I. Kolesnikov, O. A. Belyak, T. V. Suvorova [et al.] // Vestnik Rostovskogo Gosudarstvennogo Universiteta Putey Soobshcheniya. – 2023. – No. 4 (92). – Р. 25–33. – DOI: 10.46973/0201–727X_2023_4_25.Chyasnavichyus, M. Probing of polymer surfaces in the viscoelastic regime / M. Chyasnavichyus, S. L. Young, V. V. Tsukruk // Langmuir. – 2014. – Vol. 30. – No. 35. – P. 10566–10582. – doi: 10.1021/la404925h (дата обращения: 18. 01. 2024).Chyasnavichyus, M. Probing of polymer surfaces in the viscoelastic regime / M. Chyasnavichyus, S. L. Young, V. V. Tsukruk // Langmuir. – 2014. – Vol. 30. – No. 35. – P. 10566–10582. – doi: 10.1021/la404925h (date of access: 01/18/2024).Zhai, M. Viscoelastic modeling of nanoindentation experiments : A multicurve method / M. Zhai, G. B. McKenna // J. Polymer Sci. B. Polymer Phys. – 2014. – Vol. 52. – No. 9. – P. 633–639. – doi: 10.1002/polb.23470 (дата обращения: 18. 01. 2024).Zhai, M. Viscoelastic modeling of nanoindentation experiments : A multicurve method / M. Zhai, G. B. McKenna // J. Polymer Sci. B. Polymer Phys. – 2014. – Vol. 52. – No. 9. – P. 633–639. – doi: 10.1002/polb.23470 (date of access: 01/18/2024).Measurement of viscoelastic properties for polymers by nanoindentation / Y. Wang, L. Shang, P. Zhang [et al.] // Polymer Test. – 2020. – Vol. 83. – P. 106353. – doi: 10.1016/j.polymertesting.2020.106353 (дата обращения: 18. 01. 2024).Measurement of viscoelastic properties for polymers by nanoindentation / Y. Wang, L. Shang, P. Zhang [et al.] // Polymer Test. – 2020. – Vol. 83. – P. 106353. – doi: 10.1016/j.polymertesting.2020.106353 (date of access: 01/18/2024).Stan, F. Analysis of viscoelastic behavior of polypropylene/carbon nanotube nanocomposites by instrumented indentation / F. Stan, A. M. Turcanu, C. Fetecau // Polymers. – 2020. – Vol. 12. – No. 11. – P. 2535. – doi: 10.3390/polym12112535 (дата обращения: 18. 01. 2024).Stan, F. Analysis of viscoelastic behavior of polypropylene/carbon nanotube nanocomposites by instrumented indentation / F. Stan, A. M. Turcanu, C. Fetecau // Polymers. – 2020. – Vol. 12. – No. 11. – P. 2535. – doi: 10.3390/polym12112535 (date of access: 01/18/2024).Parvini, C. H. Extracting viscoelastic material parameters using an atomic force microscope and static force spectroscopy / C. H. Parvini, M. A. S. R. Saadi, S. D. Solares // Beilstein J. Nanotechnology. – 2020. – Vol. 11. – P. 922–937. – doi: 10.3762/bjnano.11.77 (дата обращения: 18. 01. 2024).Parvini, C. H. Extracting viscoelastic material parameters using an atomic force microscope and static force spectroscopy / C. H. Parvini, M. A. S. R. Saadi, S. D. Solares // Beilstein J. Nanotechnology. – 2020. – Vol. 11. – P. 922–937. – doi: 10.3762/bjnano.11.77 (date of access: 01/18/2024).Исследование зависимости свойств модифицированных полиуретанов от температуры методом индентирования / Е. В. Торская, А. А. Яковенко, И. В. Шкалей [и др.] // Физическая мезомеханика. – 2023. – Т. 26. – № 3. – С. 29–38. – DOI: 10.55652/1683-805X_2023_26_3_29.An indentation study of the temperature-dependent properties of modified polyurethanes / E. V. Torskaya, A. A. Yakovenko, I. V. Shkaley [et al.] // Physical Mesomechanics. – 2023. – Vol. 26. – No. 3. – P. 29–38. – DOI: 10.55652/1683-805X_2023_26_3_29.Исследование методом микроиндентирования образцов эпоксидной смолы, упрочненной наночастицами диоксида кремния / С. В. Смирнов, Е. О. Смирнова, И. А. Веретенникова [и др.] // Diagnostics, Resource and Mechanics of Materials and Structures. – 2017. – № 1. – С. 24–35. – DOI: 10.17804/2410-9908.2017.1.024-035.Studying epoxy resin reinforced with silica dioxide nanoparticles by microindentation / S. V. Smirnov, E. O. Smirnova, I. A. Veretennikova [et al.] // Diagnostics, Resource and Mechanics of Materials and Structures. – 2017. – No. 1. – P. 24–35. – DOI: 10.17804/2410-9908.2017.1.024-035.An overview of microscale indentation fatigue : Composites, thin films, coatings, and ceramics / Md. M. Islam, S. I. Shakil, N. M. Shaheen [et al.] // Micron–2021. – Vol. 148. – No. 18 – 22 p. – DOI: 10.1016/j.micron.2021.103110.An overview of microscale indentation fatigue : Composites, thin films, coatings, and ceramics / Md. M. Islam, S. I. Shakil, N. M. Shaheen [et al.] // Micron–2021. – Vol. 148. – No. 18 – 22 p. – DOI: 10.1016/j.micron.2021.103110.Оценка влияния отвердителя на механические свойства эпоксидных покрытий на основе смолы ЭД-20 / С. В. Смирнов, И. А. Веретенникова, Д.А. Коновалов [и др.] // Diagnostics, Resource and Mechanics of materials and structures. – 2023. – № 1. – С. 6–16. – DOI: 10.17804/2410-9908.2023.1.006-016.Effect of hardeners on the mechanical properties of epoxy coatings based on ED-2 resin // S. V. Smirnov, I. A. Veretennikova, D. A. Konovalov [et al.] // Diagnostics, Resource and Mechanics of materials and structures. – 2023. – No. 1. – P. 6–16. – DOI: 10.17804/2410-9908.2023.1.006-016.Studying the Mechanical Properties of Epoxy Adhesive Coatings by Instrumented Indentation / S. V. Smirnov, I. A. Veretennikova, E. O. Smirnova [et al.] // Mechanics, Resource and Diagnostics of Materials and Structures (MRDMS-2019). – 2019. – 22 p. – DOI: 10.1063/1.5135120.Studying the Mechanical Properties of Epoxy Adhesive Coatings by Instrumented Indentation / S. V. Smirnov, I. A. Veretennikova, E. O. Smirnova [et al.] // Mechanics, Resource and Diagnostics of Materials and Structures (MRDMS-2019). – 2019. – 22 p. – DOI: 10.1063/1.5135120.Belyak, O. A. Predicting the Mechanical Properties of Antifriction Composite Materials / O. A. Belyak, T. V. Suvorova // Mechanics of Composite Materials. – 2021. – Vol. 57. – No. 5. – P. 647–656. – DOI: 10.1007/s11029-021-09986-7.Belyak, O. A. Predicting the Mechanical Properties of Antifriction Composite Materials / O. A. Belyak, T. V. Suvorova // Mechanics of Composite Materials. – 2021. – Vol. 57. – No. 5. – P. 647–656. – DOI: 10.1007/s11029-021-09986-7.Menczel, J. D. Thermal Analysis of Polymers : Fundamentals and Applications / J. D. Mencze, R. B. Prime // John Wiley & Sons, Incorporated. – 2014. – 2009. – 698 p. – DOI: 10.1007/s10973-010-1071-7.Menczel, J. D. Thermal Analysis of Polymers : Fundamentals and Applications / J. D. Mencze, R. B. Prime // John Wiley & Sons, Incorporated. – 2014. – 2009. – 698 p. – DOI: 10.1007/s10973-010-1071-7.Механические и трибологические характеристики модифицированной эпоксидной смолы наноразмерной шпинелью железа / П. Г. Иваночкин, С. А. Данильченко, Д. С. Мантуров [и др.] // Вестник Ростовского государственного университета путей сообщения. – 2022. – № 3 (87). – С. 6–17. – DOI: 10.46973/0201–727X_2022_3_6.Studies of epoxy resin modified by nanoscale iron spinel / P. G. Ivanochkin, S. A. Danilchenko, D. S. Manturov [et al.] // Vestnik Rostovskogo Gosudarstvennogo Universiteta Putey Soobshcheniya. – 2022. – No. 3 (87). – Р. 6–17. – DOI: 10.46973/0201–727X_2022_3_6.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.