Equations of viscoelasticity for an incompletely cured epoxy binder under small strains | Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo universiteta. Matematika i mekhanika – Tomsk State University Journal of Mathematics and Mechanics. 2024. № 89. DOI: 10.17223/19988621/89/9

Equations of viscoelasticity for an incompletely cured epoxy binder under small strains

In this paper, the mechanical state of an epoxy binder during incomplete curing is studied. The degree of curing is described by a three-parameter kinetic equation of conversion with the material parameters and their temperature dependence determined using mathematical optimization methods based on isothermal conversion data. Mechanical properties of the incompletely cured polymer are obtained with the use of experimental data on uniaxial loading of reference samples according to a program assuming stretching to a specified strain at a given rate and holding at a fixed strain during a specified period of time. The physical equations for the polymer under study are assumed to be linear viscoelastic Volterra equations under the condition that the volumetric deformation is elastic. A method for determining the material parameters of the equations, i.e., instantaneous elastic constants and relaxation kernels, is proposed. Curing of the epoxy binder in vacuum is accompanied by foaming due to the presence of air bubbles in the binder. This phenomenon is shown to be prevented by pre-curing up to the "barrier" level in atmospheric conditions. The research results can be used when calculating the technological processes of manufacturing structures made of composites.

Download file

Counter downloads: 3

Keywords

epoxy binder, incomplete curing, kinetic equation, viscoelasticity equation, foaming

Authors

Name	Organization	E-mail
Pestrenin Valeriy M.	Perm State University	PestreninVM@mail.ru
Pestrenina Irena V.	Perm State University	IPestrenina@gmail.com
Landik Lidiya V.	Perm State University	LidiaLandik@gmail.com
Pomortseva Tat’yana N.	Perm State University	tata.lisica@yandex.ru
Merzlyakov Andrey F.	Perm State University	merzlyakov@psu.ru

Всего: 5

References

Химмельблау Д. Прикладное нелинейное программирование. М.: Мир. 1975. 536 с.

Ильюшин А.А., Победря Б.Е. Основы математической теории термовязкоупругости. М.: Наука. 1970. 280 с.

Качанов Л.М. Теория ползучести. М.: Физматгиз, 1960. 455 с.

Одквист Ф. Технические теории ползучести // Механика: сб. переводов и обзоров. 1959. № 2. С. 101-111.

Морозов И.А., Свистков А.Л. Структурно-феноменологическая модель механического поведения резина: // Механика композиционных материалов и конструкций. 2008. Т. 14, № 4. С. 583-596.

Kondyurin A. Design and Fabrication of Large Polymer Constructions in Space. Elsevier, 2022. 630 p.

Малкин А.Я., Бегишев В.П. Химическое формование полимеров. М.: Химия, 1991. 240 с.

Kim W.G., Lee J.Y. Cure Properties of Methacrylate-Type Prepolymer That Include Cyclohexane Moiety // Journal of Applied Polymer Science. 2004. V. 92 (1). P. 43-52.

Бондалетова Л.И., Бондалетов В.Г. Полимерные композиционные материалы: учеб. пособие. Томск: Изд-во Том. политехн. ун-та, 2013. Ч. 1. 118 с.

Рощин Д.Е., Патлажан С.А., Берлин А.А. Моделирование свободно-радикальной полимеризации при периодическом фотоинициировании // Высокомолекулярные соединения Б. 2022. Т. 64 (1). С. 71-80.

Arinina M.P., Kostenko V.A., Gorbunova I.Y., Il'in S.O., Malkin A.Y. Kinetics of Curing of Epoxy Oligomer by Diaminodiphenyl Sulfone: Rheology and Calorimetry // Polymer Science. Series A. 2018. V. 60 (5). P. 683-690.

Kupriyanova E.V., Osipchik V.S., Kravchenko T.P., Pachina A.N., Morozova T.V. Optimization of Properties of Epoxy Binders during Their Modification // Polymer Science. Series D. 2021. Vol. 14 (4). P. 483-488.

Jingkuan Duan, Jun Zhang, Pingkai Jiang. Effect of external electric field on morphologies and properties of the cured epoxy and epoxy/acrylate systems // Journal of Applied Polymer Science. 2012. V. 125 (2). P. 902-914.

Свистков А.Л., Комар Л.А., Кондюрин А.В., Мальцев М.С., Терпугов В.Н. Испарение молекул отвердителя в реакции полимеризации эпоксидной смолы // Материала: XI Междунар. конф. по неравновесным процессам в соплах и струях (NPNJ2016). М.: Моск. авиационный ин-т, 2016. С. 385-387.

Abhijit S., Mahanwar P.A., Bambole V.A. Effect of polypyrrole on the properties of conventional epoxy coatings // Pigment & Resin Technology. 2013. Vol. 42 (5). P. 317-325.

Кондюрин А.В., Комар Л.А., Свистков А.Л. Моделирование кинетики реакции отверждения композиционного материала на основе эпоксидного связующего // Механика композиционных материалов и конструкций. 2010. Т. 16, № 4. С. 597-611.

Kovaleva E.G., Savotchenko S.E. Kinetic features of polymerization of epoxy resin modified by silicon-containing additives and mineral fillers // Polymer Engineering & Science. 2022. V. 62 (1). P. 75-82.

Bornosuz N.V., Gorbunova I.Yu., Petrakova V.V., Onuchin D.V., Sirotin I.S. Isothermal kinetics of epoxyphosphazene cure // Polimers. 2021. V. 13 (2). Art. 297. P. 1-16.

Хозин В.Г., Зыкова Е.С. Модифицирование эпоксидных связуюшдх наночастицами для полимеркомпозитной арматуры // Вестник Казанского технологического университета. 2013. № 18. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/modifitsirovanie-epoksidnyh-svyazuyuschih-nanochastitsami-dlya-polimerkompozitnoy-armatury (дата обращения: 03.06.2023).

Захарова В.Г., Кавардина В.А. Кинетическое уравнение элементарной реакции // Поколение будущего: взгляд молодых ученых - 2021: сб. ст. 10-й Междунар. молодежной науч. конф. Курск: Юго-Зап. гос. ун-т, 2021. Т. 4. С. 35-38.

Pater J.T.M., Weicker G., van Swaaij W.P.M. Polymerization of liquid propylene with a fourth generation Ziegler-Natta catalyst: Influence of temperature, hydrogen, monomer concentration, and prepolymerization method on polymerization kinetics //j. Appl. Polym. Sci. 2003. V. 87. P. 1421-1435.

Karkanas P.I., Partridge I.K. Cure modeling and monitoring of epoxy/amine resin systems. I. Cure kinetics modeling // J Appl Polym Sci. 2000. V. 77 (7). P. 1419-1431.

Lascano D., Quiles-Carrillo L., Torres-Giner S., Boronat T., Montanes N. Optimization of the Curing and Post-Curing Conditions for the Manufacturing of Partially Bio-Based Epoxy Resins with Improved Toughness // Polymers. 2019. V. 11 (1354).

Bockenhoff P., Gundlach C., Kastner M. Experimental characterization and modeling of the material behavior of an epoxy system // SN Appl. Sci. 2020. V. 2 (1702). P. 1-13.

Rocha I.B.C.M., van der Meer F.P., Raijmaekers S., Lahuerta F., Nijssen R.P.L., Sluys L.J. Numerical/experimental study of the monotonic and cyclic viscoelastic/viscoplastic/fracture behavior of an epoxy resin // International Journal of Solids and Structures. 2019. V. 168. P. 153-165.

Manickam R., Lakshmi Narasimhan R., Nagarajan S., Damodaran V.K., Devarajan B. Influ ence of filler material on properties of fiber-reinforced polymer composites: a review // E-Polymers. 2022. V. 22 (1). P. 898-916.

Полоз А.Ю., Эбич Ю.Р., Долинская Р.М., Мозгалев В.В. Вязкоупругие свойства износо стойких эпоксидных композитов // Вопросы химии и химической технологии. 2013. № 5. С. 72-77.

Молоков М.В., Низин Д.Р., Низина Т.А., Старцев О.В. Результаты экспериментальных исследований полимерных композиционных материалов на основе низковязких эпоксидных связующих // Огарёв-online. 2014. № С2 (40). URL: https://cyberleninka.ru/article/n/rezultaty-eksperimentalnyh-issledovaniy-polimemyh-kompozitsionnyh-materialov-na-osnove-nizkovyazkih-epoksidnyh-svyazuyuschih (дата обращения: 03.06.2023).

Садикова М.М., Хамраева М.К. Эпоксидные композиционные материалы и их влияние на физико-механические свойства полимеров // Universum: технические науки: электронный научный журнал. 2020. № 6 (75). URL: http://7universum/com/ru/tech/archive/item/9796 (дата обращения: 03.06.2023).

Сахабутдинова Л.Р., Сметанников О.Ю., Ильиных Г.В. Численное моделирование процесса изготовления крупногабаритного композитного кокона с учетом термовязкоупругости // Вестник Томского государственного университета. Математика и механика. 2022. № 76. C. 165-181.

Нацик В.Д., Фоменко Л.С., Лубенец С.В. Исследование ползучести и стеклования эла стомеров методом микроиндентирования: эпоксидная смола и нанокомпозиты на ее основе // Физика твердого тела. 2013. Т. 55, №. 5. С. 940-952.