Effect of Hardeners on the Mechanical Properties of Epoxy Coatings Based on Ed-20 Resin

S. V. Smirnov; I. A. Veretennikova; D. A. Konovalov; N. S. Michurov; V. A. Osipova; A.V. Pestov

doi:10.17804/2410-9908.2023.1.006-016

S. V. Smirnov, I. A. Veretennikova, D. A. Konovalov, N. S. Michurov, V. A. Osipova, A.V. Pestov

EFFECT OF HARDENERS ON THE MECHANICAL PROPERTIES OF EPOXY COATINGS BASED ON ED-20 RESIN

DOI: 10.17804/2410-9908.2023.1.006-016

The aim of this study is to investigate the mechanical properties of coatings based on ED-20epoxy resin, manufactured with polyethylenepolyamine or polyamidepolyamine used as hardeners. Instrumented indentation with a Berkovich triangular pyramid is used to determine the mechanical properties. Indentation hardness, reduced elastic modulus, and creep at a given holding time. The results testify that the mechanical properties of the epoxy coatings made with different hardeners differ significantly from each other and demonstrate different behaviors.

Acknowledgement: The work was performed according to the state assignment for the IES UB RAS (theme no. AAAA-A18-118020790145-0) with the use of the equipment of the Plastometriya shared research facilities and according to the state assignment for the IOS UB RAS (theme no. AAAA-A19-119012290116-9) with the use of the equipment of the Spectroscopy and Analysis of Organic Com-pounds shared research facilities.

Keywords: polymer coating, hardener, hardness, creep

References:

GOST 27037–86. Paint materials. Method for determination of stability to temperature changes. Available at: https://docs.cntd.ru/document/1200008357
GOST 15140–78. Paintwork materials. Methods for determination of adhesion. Available at: https://docs.cntd.ru/document/1200004028
GOST 6806–73. Paintwork materials. Method for determination of film elasticity in bending. Available at: https://docs.cntd.ru/document/1200019411
GOST 4765–73. Paint and lacquer materials. Method for determination of impact resistance. Available at: https://docs.cntd.ru/document/1200019411
ISO 14577–1:2002. Metallic materials. Instrumented indentation test for hardness and materials parameters. Part 1: Test method (MOD). Available at: https://docs.cntd.ru/document/1200095901
Oliver W.C., Farr G.M. Measurement of hardness and elastic modulus by instrumented indentation: Advanced in understanding and refinements to methodology. Journal of Materials Research, 2004, vol. 19, No. 1, pp. 73–78. DOI: 10.1557/jmr.2004.19.1.3.
Pugacheva N.B., Bykova T.M., Trushina E.B., Malygina I.Yu. The Structural State and Properties of a Deposited Coating for An Internal Combustion Engine Valve. Diagnostics, Resource and Mechanics of materials and structures, 2018, iss. 5, pp. 74–85. DOI: 10.17804/2410-9908.2018.5.074-085. Available at: DREAM_Issue_5_2018_Pugacheva_N.B._et_al._074_085.pdf
Markovets M.P. Opredelenie mekhanicheskikh svoistv metallov po tverdosti [Determination of the mechanical hardness properties of metals]. Moscow, Mashinostroenie Publ., 1979, 191 p. (In Russian).
Tunvisut K., O’Dowd N.P., Busso E.P. Use of scaling functions to de-termine mechanical properties of thin coatings from microindentation tests. International Journal of Solids and Structures, 2001, vol. 38, pp. 335–351. DOI: 10.1016/S0020-7683(00)00017-2.
Bucaille J.L., Stauss S., Felder E., Michler J. Determination of plastic properties of metals by instrumented indentation using different sharp indenters. Acta Materialia, 2003, vol. 51, pp. 1663–1678. DOI: 10.1016/S1359-6454(02)00568-2.
Ogasawara N., Chiba N., Xi Chen. Measuring the plastic properties of bulk materials by single indentation test. Scripta Materialia, 2006, vol. 54, pp. 65–70. DOI: 10.1016/j.scriptamat.2005.09.009.
Taljat B., Zacharia T., Kozel F. New analytical procedure to determine stress-strain curve from spherical indentation data. Int. J. Solid structures, 1998, vol. 35, No. 33, pp. 4411–4426. DOI: 10.1016/S0020-7683(97)00249-7.
Smirnov S.V., Smirnov V.K., Soloshenko A.N., Shvejkin V.P. Determination of the yield stress on the results of the penetration of the conical indenter. Kuznechno-shtampovochnoe proizvodstvo, 2000, No. 3, pp. 3–6. (In Russian).
Konovalov D.A., Golubkova I.A., Smirnov S.V. Determining the strength properties of individual layers of strained laminated composites by kinetic indentation. Russian Journal of Nondestructive Testing, 2011, vol. 47, pp. 852–857. DOI: 10.1134/S1061830911120072.
Smirnov S.V., Smirnova E.O. A technique for determining coefficients of the “stress–strain” diagram by nanoscratch test results. Journal of Materials Research, 2014, vol. 29, iss. 16, pp. 1730–1736. DOI: 10.1557/jmr.2014.188.
Smirnov S.V., Smirnova E.O., Veretennikova I.A., Fomin V.M., Filippov A.A., Brusentseva T.A. Studying epoxy resin reinforced with silica dioxide nanoparticles by microindentation. Diagnostics, Resource and Mechanics of materials and structures, 2017, iss. 1, pp. 24–35. DOI: 10.17804/2410-9908.2017.1.024-035. Available at: DREAM_Issue_1_2017_Smirnov_S.V._et_al._024_035.pdf
Smirnov S.V., Veretennikova I.A., Smirnova E.O., Pestov A.V. Estimating the effect of fillers on the mechanical properties of epoxy glue coating by microindentation. Diagnostics, Resource and Mechanics of materials and structures, 2017, iss. 6, pp. 103–111. DOI: 10.17804/2410-9908.2017.6.103-111. Available at: DREAM_Issue_6_2017_Smirnov_S.V._et_al._103_111.pdf
Díez-Pascual Ana M., Gómez-Fatou Marián A., Ania Fernando, Flores Araceli. Nanoindentation in polymer nanocomposites. Progress in Materials Science, 2015, No. 67, pp. 1–94. DOI: 10.1016/j.pmatsci.2014.06.002.
Oliveira G.L., Costa C.A., Teixeira S.C.S., Costa M.F. The use of nano- and micro-instrumented indentation tests to evaluate viscoelastic behavior of poly (vinylidene fluoride) (PVDF). Polymer Testing, 2014, No. 34, pp. 10–16. DOI: 10.1016/j.polymertesting.2013.12.006.
Smirnov S.V., Veretennikova I.A., Smirnova E.O., Pestov A.V. Studying the Mechanical Properties of Epoxy Adhesive Coatings by Instrumented Indentation. AIP Conference Proceedings, 2019, No. 2176, pp. 020008. DOI: 10.1063/1.5135120.
Tager A.A. Fiziko-khimiya polimerov [Physical Chemistry of Polymers]. Moscow, Nauchnyi Mir Publ., 2007, 576 p. (In Russian).
Nielsen Lawrence E. Mekhanicheskie svoystva polimerov i polimernykh kompozitsyi [Mechanical properties of polymers and composites, Engl. transl.]. Khimiya Publ., 1978, 321 p. (In Russian).
Lipatov Yu.S. Fiziko-himicheskie osnovy napolneniya polimerov [Physical and chemical bases of filling polymers]. Moscow, Khimiya Publ., 1991, 257 p. (In Russian).
Yaltuk Yu.G., Abramova V.I., Ovchinnikova G.I., Suvorov A.L., and Dultseva L.D. Plasticheskie Massy, 1981, No. 1, pp. 29–31. (In Russian).
Smirnova E.O., Veretennikova I.A., Smirnov S.V., Pestov A.V., Konovalov D.A. Adhesive Characteristics of Epoxy Glue in Relation to the Microgeometry of the Substrate Surface. AIP Conference Proceedings, 2018, vol. 2053, pp. 030066. DOI: 10.1063/1.5084427.
Baldin K., Rukosuev A. Obshchaya teoriya statistiki. Uchebnoe posobie [General theory statistics: textbook]. Moscow, Dashkov i K^o Publ., 2010, 312 p. (In Russian).

С. В. Смирнов, И. А. Веретенникова, Д. А. Коновалов, Н. С. Мичуров, В. А. Осипова, А. В. Пестов

ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ОТВЕРДИТЕЛЯ НА МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЭПОКСИДНЫХ ПОКРЫТИЙ НА ОСНОВЕ СМОЛЫ ЭД-20

Цель работы – исследование механических свойств покрытий из эпоксидной смолы ЭД-20, изготовленных с использованием в качестве отвердителей полиэтиленполиамина и полиамидополиамина. В качестве метода определения механических свойств выбрано индентирование трехгранной пирамиды Берковича. В качестве характеризующих параметров использовали твердость индентирования, приведенный модуль упругости и показатель ползучести при заданном времени выдержки. В результате было показано, что механические свойства покрытий на основе смолы ЭД-20, изготовленных с использованием различных отвердителей, существенно отличаются и демонстрируют разное поведение.

Благодарность: Работа выполнена в рамках государственного задания ИМАШ УрО РАН по теме № АААА-А18-118020790145-0 (с использованием оборудования Центра коллективного поль-зования «Пластометрия» ИМАШ УрО РАН) и в рамках государственного задания ИОС УрО РАН по теме № АААА-А19-119012290116-9 (с использованием оборудования Центра коллективного пользования «Спектроскопия и анализ органических соединений»).

Ключевые слова: эпоксидные покрытия, отвердитель, твердость, ползучесть

Библиография:

ГОСТ 27037–86 (СТ СЭВ 5261–85). Материалы лакокрасочные. Метод определения устойчивости к воздействию переменных температур: утвержден и введен в действие Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 21.10.86 N 3139: дата введения 1988-01-01. – URL: https://docs.cntd.ru/document/1200008357
ГОСТ 15140–78. Материалы лакокрасочные. Методы определения адгезии: утвержден и введен в действие Постановлением Государственного комитета стандартов Совета Министров СССР от 18.05.78 N 1336: дата введения 1979-01-01. – URL: https://docs.cntd.ru/document/1200004028
ГОСТ 6806–73. Метод определения эластичности пленки при изгибе: введен в действие Постановлением Государственного комитета стандартов Совета Министров СССР от 29 марта 1973 г. N 745: дата введения 1974-07-01. – URL: https://docs.cntd.ru/document/1200019411
ГОСТ 4765–73. Материалы лакокрасочные. Метод определения прочности при ударе: введен в действие Постановлением Государственного комитета стандартов Совета Министров СССР от 27.08.73 1973 г. N 2046: дата введения 01. 07.74. – URL: http://gostrf.com/normadata/1/4294851/4294851550.pdf
ГОСТ Р 8.748–2011 (ИСО 14577–1:2002). Металлы и сплавы. Измерение твердости и других характеристик материалов при инструментальном индентировании. Часть 1. Метод испытаний: утвержден и введен в действие Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 13 декабря 2011 г. N 1071-ст: дата введения 2013-05-01. – URL: https://docs.cntd.ru/document/1200095901
Oliver W. C., Farr G. M. Measurement of hardness and elastic modulus by instrumented indentation: Advanced in understanding and refinements to methodology // Journal of Materials Research. – 2004. – Vol. 19, No. 1. – P. 73–78. – DOI: 10.1557/jmr.2004.19.1.3.
The Structural State and Properties of a Deposited Coating for An Internal Combustion Engine Valve / N. B. Pugacheva, T. M. Bykova, E. B. Trushina, I. Yu. Malygina // Diagnostics, Resource and Mechanics of materials and structures. – 2018. – Iss. 5. – P. 74–85. – DOI: 10.17804/2410-9908.2018.5.074-085. – URL: DREAM_Issue_5_2018_Pugacheva_N.B._et_al._074_085.pdf
Марковец М. П. Определение механических свойств металлов по твердости. – М. : Машиностроение, 1979. – 191 c.
Tunvisut K., O’Dowd N.P., Busso E.P. Use of scaling functions to de-termine mechanical properties of thin coatings from microindentation tests // International journal of solids and structures. – 2001. – Vol. 38. – P. 335–351. – DOI: 10.1016/S0020-7683(00)00017-2.
Determination of plastic properties of metals by instrumented indentation using different sharp indenters / J. L. Bucaille, S. Stauss, E. Felder, J. Michler // Acta materialia. – 2003. – Vol. 51. – P. 1663–1678. – DOI: 10.1016/S1359-6454(02)00568-2.
Ogasawara N., Chiba N., Xi Chen. Measuring the plastic properties of bulk materials by single indentation test // Scripta materialia. – 2006. – Vol. 54. – P. 65–70. – DOI: 10.1016/j.scriptamat.2005.09.009.
Taljat B., Zacharia T., Kozel F. New analytical procedure to determine stress-strain curve from spherical indentation data // International Journal of Solids and Structures. – 1998. – Vol. 35, No. 33. – Р. 441–4426. – DOI: 10.1016/S0020-7683(97)00249-7.
Определение сопротивления деформации по результатам внедрения конического индентора / С. В. Смирнов, В. К. Смирнов, А. Н. Солошенко, В. П. Швейкин // Кузнечно-штамповочное производство. – 2000. – № 8. – С. 3–6.
Konovalov D. A., Golubkova I. A., Smirnov S. V. Determining the strength properties of individual layers of strained laminated composites by kinetic indentation // Russian Journal of Nondestructive Testing. – 2011. – Vol. 47. – P. 852–857. – DOI: 10.1134/S1061830911120072.
Smirnov S. V., Smirnova E. O. A technique for determining coefficients of the “stress–strain” diagram by nanoscratch test results // Journal of Materials Research. – 2014. – Vol. 29, iss. 16. – P. 1730–1736. – DOI: https://doi.org/10.1557/jmr.2014.188.
Studying epoxy resin reinforced with silica dioxide nanoparticles by microindentation / S. V. Smirnov, E. O. Smirnova, I. A. Veretennikova, V. M. Fomin, A. A. Filippov, T. A. Brusentseva // Diagnostics, Resource and Mechanics of materials and structures. – 2017. – Iss. 1. – P. 24–35. – DOI: 10.17804/2410-9908.2017.1.024-035. – URL: DREAM_Issue_1_2017_Smirnov_S.V._et_al._024_035.pdf
Estimating the effect of fillers on the mechanical properties of epoxy glue coating by microindentation / S. V. Smirnov, I. A. Veretennikova, E. O. Smirnova, A. V. Pestov // Diagnostics, Resource and Mechanics of materials and structures. – 2017. – Iss. 6. – P. 103–111. – DOI: 10.17804/2410-9908.2017.6.103-111. – URL: DREAM_Issue_6_2017_Smirnov_S.V._et_al._103_111.pdf
Nanoindentation in polymer nanocomposites / Díez-Pascual Ana M., Gómez-Fatou Marián A., Ania Fernando, Flores Araceli // Progress in Materials Science. – 2015. – No. 67. – Р. 1–94. – DOI: 10.1016/j.pmatsci.2014.06.002.
The use of nano- and micro-instrumented indentation tests to evaluate viscoelastic behavior of poly (vinylidene fluoride) (PVDF) / G. L. Oliveira, C. A. Costa, S. C. S. Teixeira, M. F. Costa // Polymer Testing. – 2014. – No. 34. – Р. 10–16. – DOI: 10.1016/j.polymertesting.2013.12.006.
Studying the Mechanical Properties of Epoxy Adhesive Coatings by Instrumented Indentation / S. V. Smirnov, I. A. Veretennikova, E. O. Smirnova, A. V. Pestov // AIP Conference Proceedings. – 2019. – No. 2176. – 020008. – DOI: 10.1063/1.5135120.
Тагер А. А. Физико-химия полимеров. – 4-е изд., перераб. и доп. – М. : Научный мир, 2007. – 576 с.
Нильсен Л. Механические свойства полимеров и полимерных композиций. – М. : Химия, 1978. – 321 с.
Липатов Ю. С. Физико-химические основы наполнения полимеров. – М. : Химия. – 1991. – 257 с.
Отверждение ЭТП-композиций в присутствии основных и кислых катализаторов / Ю. Г. Ятлук, В. И. Абрамова, Г. И. Овчинникова, А. Л. Суворов, Л. Д. Дульцева // Пластические массы. – 1988. – № 1. – С. 29–31.
Adhesive Characteristics of Epoxy Glue in Relation to the Microgeometry of the Substrate Surface / E. O. Smirnova, I. A. Veretennikova, S. V. Smirnov, A. V. Pestov, D. A. Konovalov // AIP Conference Proceedings. – 2018. – Vol. 2053. – 030066. – DOI: 10.1063/1.5084427.
Балдин К., Рукосуев А. Общая теория статистики : учебное пособие. – М. : Издательско-торговая корпорация «Дашков и К°», 2010. – 312 с.

Библиографическая ссылка на статью

Effect of Hardeners on the Mechanical Properties of Epoxy Coatings Based on Ed-20 Resin / S. V. Smirnov, I. A. Veretennikova, D. A. Konovalov, N. S. Michurov, V. A. Osipova, A.V. Pestov // Diagnostics, Resource and Mechanics of materials and structures. - 2023. - Iss. 1. - P. 6-16. -
DOI: 10.17804/2410-9908.2023.1.006-016. -
URL: http://dream-journal.org/issues/2023-1/2023-1_375.html
(accessed: 21.12.2024).