S. V. Smirnov , I. A. Veretennikova, E. O. Smirnova, V. М. Fomin, A. А. Filippov, T. A. Brusentseva
STUDYING EPOXY RESIN REINFORCED WITH SILICA DIOXIDE NANOPARTICLES BY MICROINDENTATION
DOI: 10.17804/2410-9908.2017.1.024-035 The Primer 204 epoxy resin with different contents of silica dioxide nanoparticles is investigated by microindentation. The effect of loading time and particles distribution inside the polymer matrix on Martens hardness is examined. The creep of epoxy resin at various hold times is investigated. A quantitative relation of the micromechanical properties to the volume content of silica dioxide nanoparticles is established. The processed experimental data has demonstrated that the test material exhibits viscous properties manifested in the presence of creep.
Keywords: epoxy resin, silica nano-particles, creep, microindentation References:
- Jumahata A., Soutisb C., Abdullaha S.A., Kasolanga S. Tensile properties of nanosilica/epoxy nanocomposites. International Symposium on Robotics and Intelligent Sensors 2012 (IRIS 2012), Procedia Engineering, 2012, vol. 41, pp. 1634–1640.
- Starkova O., Buschhorn S.T., Mannov E., Schulte K., Aniskevich A. Creep and recovery of epoxy/MWCNT nanocomposites. Composites: Part A, 2012, vol. 43, pp. 1212–1218. DOI: 10.1016/j.compositesa.2012.03.015.
- Jia Yu, Peng Ke, Gong Xing-long, Zhang Zhong. Creep and recovery of polypropylene/carbon nanotube composites. International Journal of Plasticity, 2011, vol. 27, pp. 1239–1251. DOI: 10.1016/j.ijplas.2011.02.004.
- Sherif H. Aboubakr, Usama F. Kandil, Mahmoud Reda Taha. Creep of epoxy–clay nanocomposite adhesive at the FRPinterface: A multi-scale investigation. International Journal of Adhesion and Adhesives, 2014, vol. 54, pp. 1–12. DOI: 10.1016/j.ijadhadh.2014.04.003.
- Díez-Pascual Ana M., Gómez-Fatou Marián A., Ania Fernando, Flores Araceli. Nanoindentation in polymer nanocomposites. Progress in Materials Science, 2015, vol. 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 microinstrumented indentation tests to evaluate viscoelastic behavior of poly (vinylidene fluoride) (PVDF). Polymer Testing, 2014, vol. 34, pp. 10–16. DOI: 10.1016/j.polymertesting.2013.12.006.
- Fascea L.A., Seltzer R., Frontini P.M. Depth sensing indentation of organic–inorganic hybrid coatings deposited onto a polymeric substrate. Surface & Coatings Technology, 2012, vol. 210, pp. 62–70. DOI: 10.1016/j.surfcoat.2012.08.064.
- Ngan A.H.W., Wang H.T., Tang B., Sze K.Y. Correcting power-law viscoelastic effects in elastic modulus measurement using depth-sensing indentation. International Journal of Solids and Structures, 2005, vol. 42, nos. 5–6, pp. 1831–1846. DOI: 10.1016/j.ijsolstr.2004.07.018.
- Brusentseva T.A., Filippov A.D., Fomin V.D., Smirnov S.V., Veretennikova I.A. Modification of Epoxy Resin with Silica Nanoparticles and Process Engineering of Composites Based on Them. Mechanics of Composite Materials, 2015, vol. 51, no. 4, pp. 531–538. DOI: 10.1007/s11029-015-9523-6.
- GOST R 8.748-2011 (ISO 14577–1:2002). Gosudarstvennaya sistema obespecheniya yedinstva izmereniy. Metally i splavy. Izmerenie tverdosti i drugikh kharakteristik materialov pri instrumentalnom indentirovanii. Ch. 1. Metod ispytaniy. Vved. 2013-05-01 [State System for Ensuring the Uniformity of Measurements. Metals and Alloys. Measurement of Hardness and Other Material Characteristics in Instrumented Indentation. Part 1. Test Method. Introd. 2013-05-01]. M., Standartinform Publ., 2013, 24 p. (In Russian).
- Rabotnov Yu.N. Polzuchest elementov konstruktsiy [Creep of Structural Elements]. M., Nauka Publ., 1966, 752 p. (In Russian).
- Malinin N.N. Prikladnaya teoriya plastichnosti i polzuchesti [Applied Theory of Plasticity and Creep]. M., Mashinostroenie Publ., 1975, 400 p. (In Russian).
- Fischer-Cripps A.C. A simple phenomenological approach to nanoindentation creep. Materials Science and Engineering A, 2004, vol. 385, iss. 1–2, pp. 74–82. DOI: 10.1016/j.msea.2004.04.070.
- Natsik V.D., Fomenko L.S., Lubenets S.V. Investigation of the creep and glass transition of elastomers by the microindentation method: Epoxy resin and related nanocomposites. Physics of the Solid State, 2013, vol. 55, no. 5, pp. 1020–1033. DOI: 10.1134/S1063783413050260.
- Birger I.A., Mavlyutov R.R. Soprotivlenie materialov. Uchebnoe posobie [Strength of Materials. Tutorial]. М., Nauka. Gl. red. fiz.-mat. lit. Publ., 1986, 560 p. (In Russian).
С. В. Смирнов, И. А. Веретенникова, Е. О. Смирнова, В. М. Фомин, А. А. Филиппов, Т. А. Брусенцева
ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОМ МИКРОИНДЕНТИРОВАНИЯ ОБРАЗЦОВ ЭПОКСИДНОЙ СМОЛЫ, УПРОЧНЕННОЙ НАНОЧАСТИЦАМИ ДИОКСИДА КРЕМНИЯ
Методом микроиндентирования исследована эпоксидная смола Праймер 204 с содержанием наполнителя (1,2, 2 и 3,5 об. %) из наночастиц диоксида кремния Таркосил Т-20. Изучено влияние продолжительности нагрузки и времени выдержки под нагрузкой на твердость по Мартенсу и ползучесть при микроиндентировании в зависимости от содержания наполнителя. Показано, что вязкоупругая трехзвенная модель Фойгта достаточно точно описывает деформацию ползучести исследованных материалов на стадии выдержки под нагрузкой. Получены эмпирические коэффициенты модели для образцов эпоксидной смолы с разным содержанием наполнителя.
Благодарность: Работа выполнена в части разработке технологии изготовления образцов при поддержке гранта РФФИ № 16-31-00135 мол_а, в рамках исследования механических свойств и апробаций моделей – при поддержке гранта РФФИ № 16-08-01154 А. Ключевые слова: эпоксидная смола, наночастицы диоксида кремния, ползучесть, индентирование Библиография:
- Tensile properties of nanosilica/epoxy nanocomposites / A. Jumahata, C. Soutisb, S. A. Abdullaha, S. Kasolanga // International Symposium on Robotics and Intelligent Sensors 2012 (IRIS 2012) “Procedia Engineering” : Proccedings. – 2012. – Vol. 41. – P. 1634–1640.
- Creep and recovery of epoxy/MWCNT nanocomposites / O. Starkova, S. T. Buschhorn, E. Mannov, K. Schulte, A. Aniskevich // Composites: Part A. – 2012. – Vol. 43. – P. 1212–1218. – DOI: 10.1016/j.compositesa.2012.03.015.
- Creep and recovery of polypropylene/carbon nanotube composites / Yu Jia, Ke Peng, Xinglong Gong, Zhong Zhang // International Journal of Plasticity. – 2011. – Vol. 27. – P. 1239–1251. – DOI: 10.1016/j.ijplas.2011.02.004.
- Sherif H. Aboubakr, Usama F. Kandil, Mahmoud Reda Taha. Creep of epoxy–clay nanocomposite adhesive at the FRPinterface: A multi-scale investigation // International Journal of Adhesion and Adhesives. – 2014. – Vol. 54. – P. 1–12. – DOI: 10.1016/j.ijadhadh.2014.04.003.
- Nanoindentation in polymer nanocomposites / Ana M. Díez-Pascual, Marián A. GómezFatou, Fernando Ania, Araceli Flores // Progress in Materials Science. – 2015. – Vol. 67. – P. 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. – Vol. 34. – P. 10–16. – DOI: 10.1016/j.polymertesting.2013.12.006.
- Fascea L. A., Seltzer R., Frontini P. M. Depth sensing indentation of organic–inorganic hybrid coatings deposited onto a polymeric substrate // Surface & Coatings Technology. – 2012. – Vol. 210. – P. 62–70. – DOI: 10.1016/j.surfcoat.2012.08.064.
- Correcting power-law viscoelastic effects in elastic modulus measurement using depth-sensing indentation / A. H. W. Ngan, H. T. Wang, B. Tang, K. Y. Sze // International Journal of Solids and Structures. – 2005. – Vol. 42, nos. 5–6. – P. 1831–1846. – DOI: 10.1016/j.ijsolstr.2004.07.018.
- Modification of Epoxy Resin with Silica Nanoparticles and Process Engineering of Composites Based on Them / T. A. Brusentseva, A. D. Filippov, V. D. Fomin, S. V. Smirnov, I. A. Veretennikova // Mechanics of Composite Materials. – 2015. – Vol. 51, no. 4. – P. 531–538. – DOI: 10.1007/s11029-015-9523-6.
- ГОСТ Р 8.748-2011(ИСО 14577–1:2002). Государственная система обеспечения единства измерений. Металлы и сплавы. Измерение твердости и других характеристик материалов при инструментальном индентировании. – Часть 1 : метод испытаний. Введ. 2013-05-01. – М. : Стандартинформ. – 2013. – С. 24.
- Работнов Ю. Н. Ползучесть элементов конструкций. – М. : Наука, 1966. – 752 с.
- Малинин Н. Н. Прикладная теория пластичности и ползучести. – М. : Машиностроение, 1975. – 400 с.
- Fischer-Cripps A. C. A simple phenomenological approach to nanoindentation creep // Materials Science and Engineering A. – 2004. – Vol. 385, iss. 1–2. – Р. 74–82. – DOI: 10.1016/j.msea.2004.04.070.
- Natsik V. D., Fomenko L. S., Lubenets S. V. Investigation of the creep and glass transition of elastomers by the microindentation method: Epoxy resin and related nanocomposites // Physics of the Solid State. – 2013. – Vol. 55, no. 5. – P. 1020–1033. – DOI: 10.1134/S1063783413050260.
- Биргер И. А., Мавлютов Р. Р. Сопротивление материалов : учебное пособие. – М. : Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1986. – 560 с.
|
