Some Aspects of the Glass Transition Temperature Determination by Dynamic Mechanical Analysis of the Samples After Hydrothermal Aging
Abstract
The impact of measurement conditions of the dynamic mechanical analysis (DMA) and calculation procedures on the value of glass transition temperature (Tg) after hydrothermal aging (HTA)of the samples is considered. It was shown that Tg value calculated from the maximum of the damping factor, especially under low heating rates and medium moisture saturation, depends preferably on the irreversible decomposition of the polymer matrix and slightly depends on HTA conditions that can be attributed to high H2O desorption rate during measurements. The Tg value, obtained from the extrapolated onset of the elastic modulus decline, reflects more reliably a decrease of the glass transition temperature after hydrothermal aging except the case of low heating rate. We believe that the optimal heating rate (5 K/min) which provides a reliable determination of Tg value by DMA of the samples after hydrothermal aging ensures the absence of high temperature gradient inside the samples and staves off substantial drying of the sample during measurements.
About the Author
M. A. Khaskov
Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов
Russian Federation
Russian Federation
References
1. Campbell F. C. Structural Composite Materials. - ASM International, 2010.-612 p.
2. Каблов Е. H. Стратегические направления развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года / Авиационные материалы и технологии. 2012. № S. С. 7 - 17.
3. Кириллов В. H., Старцев О. В., Ефимов В. А. Климатическая стойкость и повреждаемость полимерных композиционных материалов, проблемы и пути решения / Авиационные материалы и технологии. 2012. № S. С. 412 - 423.
4. Каблов Е. H., Старцев О. В., Кротов А. С., Кириллов В. Н. Климатическое старение композиционных материалов авиационного назначения. III. Значимые факторы старения / Деформация и разрушение материалов. 2011. № 1. С. 34 - 41.
5. Komorowski J. P. Hydrothermal effects in continuous fibre reinforced composites. Part II: Physical properties / Aeronautical note NEA-AN-10. 1983. Vol. 22700. P. 1 - 56.
6. Komorowski J. P. Hydrothermal effects in continuous fibre reinforced composites. Part III: Mechanical properties 1 - Static tests / Aeronautical note NAE-AN-11. 1983. Vol. 21299. P. 1 - 52.
7. Walter H., Shirangi H., Dermitzaki E., Wunderle B., Michel B. Study on the Effect of Moisture and Elevated Temperature on the Fracture Properties of Visco Elastic Polymers / Proceedings of the 12-th International Conference on Fracture. Ottawa. 2009. P. 1775 - 1783.
8. Lee S. G., Choi J. I., Koh W., Jang S. S., Kim J., Kim G. Effect of Temperature on Water Molecules in a Model Epoxy Molding Compound: Molecular Dynamics Simulation Approach / IEEE Transactions On Components, Packaging And Manufacturing Technology. 2011. Vol. 1.N10. P. 1533 - 1542.
9. Enns J. B., Gillham J. K. Effect of the extent of cure on the modulus, glass transition, water absorption, and density of an amine-cured epoxy / Journal of Applied Polymer Science. 1983. Vol. 28. N 9. P. 2831 - 2846.
10. Li L., Yu Y., Su H., Zhan G., Li S., Wu P. The Diffusion Mechanism of Water Transport in Amine-Cured Epoxy Networks / Applied Spectroscopy. 2010. Vol. 64. N 4. P. 458 - 465.
11. Ефимов В. А., Шведкова А. К., Коренькова Т. Г., Кириллов В. Н. Исследование полимерных конструкционных материалов при воздействии климатических факторов и нагрузок в лабораторных и натурных условиях / Авиационные материалы и технологии. 2013. № S2. С. 68 - 73.
12. Lucas J. P., Zhou J. Moisture Interaction Characteristics and Fracture in Polymer Composites / Proceedings of The Tenth International Conference on Composite Materials (ICCM-10). Canada. 1995. P. VI-247-VI-255.
13. Фролов А. С., Панин С. В. Оценка параметров влагопереноса углепластика авиационного назначения на начальной стадии натурной климатической экспозиции / Труды ВИАМ. 2014. № 7. Ст. 08.
14. Wolff E. G. Moisture effects on polymer matrix composites / Sample journal. 1993. Vol. 29. N3. P. 11-19.
15. Ellyin F., Rohrbacher C. Effect of Aqueous Environment and Temperature on Glass-Fibre Epoxy Resin Composites / Journal of Reinforced Plastics and Composites. 2000. Vol. 19. P. 1405 - 1427.
16. Herman M. F. Encyclopedia of Polymer Science and Technology. Vol. 2. - John Wiley & Sons, Inc., 2005. - 743 p.
17. Кириллов В. H., Ефимов В. А., Шведкова А. К., Николаев Е. В. Исследование влияния климатических факторов и механического нагружения на структуру и механические свойства ПКМ / Авиационные материалы и технологии. 2011. № 4. С. 41 - 45.
18. Lampman S. Characterization and Failure Analysis of Plastics. -ASM International, 2003. - 482 p.
19. Standard Test Method for Glass Transition Temperature (DMA Tg) of Polymer Matrix Composites by Dynamic Mechanical Analysis (DMA) / ASTM D 7028-07.
20. Хасков М. А. Сравнительное определение температур стеклования полимерных композиционных материалов методами ДСК, ТМА и ДМА / Вопросы материаловедения. 2014. Т. 79. № 3. С. 138 - 144.
21. Menard K. P. Dynamic mechanical analysis. - Taylor & Francis Group, 2008. - 218 p.
22. Shirangi M. H., Fan X. J., Michel B. Study on the Effect of Moisture and Elevated Temperature on the Fracture Properties of Visco Elastic Polymers / Proceedings of the IMAPS 2008. 41st International Symposium on Microelectronic. Rhode Island. 2008. P. 001082 - 001089.
23. Каблов Е. H., Старцев О. В., Кротов А. С., Кириллов В. Н. Климатическое старение композиционных материалов авиационного назначения. I. Механизмы старения / Деформация и разрушение материалов. 2010. № 11. С. 19 - 27.
24. Adamson M. J. Thermal Expansion and Swelling of Cured Epoxy Resin Used in Graphite/Epoxy Composite Materials / NASA Technical Memorandum NASA-TM-78610, N 79-31353. - 35 p.
25. Yu Y.-J., Hearon K., Wilson T. S., Maitland D. J. The effect of moisture absorption on the physical properties of polyurethane shape memory polymer foams / Smart Materials and Structures. 2011. Vol. 20. N 8. P. 085010:1 - 16.
26. Хасков М. А., Архангельский И. В., Авдеев В. В. Исследование температурной зависимости изобарной теплоемкости интеркалированных соединений графита с литием / Российский химический журнал. 2006. № 1. С. 110 - 113.
27. Хасков М. А. Влияние наполнителя на кинетические характеристики стеклования в полимерных композиционных материалах / Журнал прикладной химии. 2014. Т. 87. № 3. С. 372 - 382.
28. Панин С. В., Старцев О. В., Кротов А. С. Диагностика начальной стадии климатического старения ПКМ по изменению коэффициента диффузии влаги / Труды ВИАМ. 2014. № 7. Ст. 09.
29. Komorowski J. P. Hydrothermal effects in continuous fibre reinforced composites. Part I: Thermal and moisture diffusion in composite materials / Aeronautical note NAE-AN-4. 1983. Vol. 20974. P. 1 - 52.
30. Sathyanarayanan S. Investigation Of Moisture Diffusion Process In Fibre Reinforced Composites By imputing Diffusivity Factors Along 3-Perpendicular Directional Axes Of Hot Wet Temperature Resin Matrix / SSRG International Journal of Mechanical Engineering. 2014. Vol. 1. N 2. P. 1-7.
Review
For citations:
Khaskov M.A. Some Aspects of the Glass Transition Temperature Determination by Dynamic Mechanical Analysis of the Samples After Hydrothermal Aging. Industrial laboratory. Diagnostics of materials. 2016;82(1):25-31. (In Russ.)
Views:
453
Email this article 