Smart composite in construction Smart composite in construction Умные композиты в строительстве 2782-1919 82662 10.52957/27821919_2022_1_18 Строительные материалы и изделия Construction materials and products Строительные материалы и изделия Reversible and irreversible changes in the properties of polymer materials during full-scale climatic aging Обратимое и необратимое изменение свойств полимерных материалов в процессе натурного климатического старения Низин Дмитрий Рудольфович Nizin Dmitriy Rudol'fovich

аспирант технических наук;

graduate student of technical sciences;

 Низина Татьяна Анатольевна Nizina Tatyana Anatolevna nizinata@yandex.ru

доктор технических наук;

doctor of technical sciences;

 Селяев Владимир Павлович Selyaev Vladimir Pavlovich

доктор технических наук;

doctor of technical sciences;

 Канаева Надежда Сергеевна Kanaeva Nadezhda Sergeevna Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва Саранск Россия Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва Саранск Russian Federation Национальный исследовательский Мордовский государственный университет имени Н.П.Огарева Ogarev Mordovia State University 25 03 2022 25 03 2022 3 1 18 29 09 03 2022 22 03 2022 https://chemintech.ru/en/nauka/article/82662/view

Представлены результаты исследования влияния влажностного состояния эпоксидных полимеров на изменение их упруго-прочностных характеристик в процессе натурного климатического старения в умеренно-континентальном климате. В качестве объекта исследования выбран полимерный материал, полученный на основе модифицированной эпоксидной смолы Этал-247 и отвердителя Этал-45М. По результатам проведенных исследований установлено подобие кривых изменения предела прочности образцов при растяжении в предельных равновесно-влажностных состояниях – высушенном и влагонасыщенном. В зависимости от длительности натурного климатического старения, диапазон варьирования предела прочности образцов при растяжении в предельных влажностных состояниях составляет от 14 до 33% от значения предела прочности в высушенном состоянии. Выявлен и количественно оценен синергетический эффект между необратимыми структурными изменениями полимерной матрицы, происходящими под действием факторов окружающей среды, и сорбированной влагой, выражающийся как в расширении, так и сужении диапазона обратимого влияния влаги. Установлено, что для поздних этапов натурного климатического старения образцов эпоксидных полимеров на основе эпоксидной смолы Этал-247 и отвердителя Этал-45М характерно возникновение точки максимума относительных удлинений при растяжении, не совпадающей при этом с точкой, соответствующей высушенному состояния.

The paper provides the results of studying the effect of the moisture state of epoxy polymers on the change in their elastic-strength parameters during natural climatic aging in a temperate continental climate. The object of the study was a polymer material based on Etal-247 modified epoxy resin and Etal-45M hardener. Based on the results of the studies, we determined the similarity of the curves of the change in the tensile strength of the samples under tension in the limiting equilibrium-moisture states (dried and moisture-saturated). Depending on the duration of natural climatic aging, the range of variation in the tensile strength of samples in extreme moisture conditions is from 14 to 33% of the tensile strength in the dried state. The synergistic effect between irreversible structural changes in the polymer matrix under the effect of environmental factors and adsorbed moisture has been identified and quantified, which is expressed both in the expansion and contraction of the reversible moisture range effect. It has been established that for the late stages of natural climatic aging of epoxy polymer samples based on Etal-247 epoxy resin and Etal-45M hardener, a point of maximum elongation under tension does not coincide with the point corresponding to the dried state.

 полимерные материалы эпоксидные полимеры влагосодержание предел прочности при растяжении относительное удлинение обратимые изменения необратимые изменения синергетические изменения polymer materials epoxy polymers deformation curves damage accumulation fractal analysis minimal coverage method

Abdelkader Dehbi, Abdel-Hamid I. Mourad, Amar Bouaza Degradation assessment of LDPE multilayer films used as a greenhouse cover: Natural and artificial aging impacts // Journal of Applied Polymer Science. 2011. Vol. 124, no. 4. P. 2702-2716. Dehbi Abdelkader, Abdel-Hamid I. Mourad & Amar Bouaza (2011) Degradation assessment of LDPE multilayer films used as a greenhouse cover: Natural and artificial aging impacts, Journal of Applied Polymer Science,124(4), pp. 2702-2716. Ефимов В.А., Кириллов В.Н., Добрянская О.А., Николаев Е.В., Шведкова А.К. Методические вопросы проведения натурных климатических испытаний полимерных композиционных материалов // Авиационные материалы и технологии. 2010. № 4(17). С. 25-31. Efimov, V.A., Kirillov, V.N., Dobryanskaya, O.A., Nikolaev, E.V. & Shvedkova A.K. (2010) Methodological issues of conducting full-scale climatic tests of polymer composite materials, Aviacionnye materialy i tekhnologii, (4), pp. 25–31 (in Russian). Lettieri M., Frigione M. Natural and artificial weathering effects on cold-cured epoxy resins // Journal of Applied Polymer Science. 2011. Vol. 119, no. 3. P. 1635-1645. Lettieri, M. & Frigione, M. (2011) Natural and artificial weathering effects on cold-cured epoxy resins, Journal of Applied Polymer Science, 119(3), pp. 1635-1645. Каблов Е.Н., 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. Kablov, E.N., Startsev, O.V., Krotov, A.S. & Kirillov, V.N. (2010) Climatic aging of composite materials for aviation purposes. I. Mechanisms of aging, Deformaciya i razrushenie materialov, (11), pp.19– 27(in Russian). Startsev O.V., Krotov A.S., Golub P.D. Effect of climatic and radiation ageing on properties of glass fiber reinforced plastic VPS-7 // International journal of polymeric materials. 1998. Vol. 41, no. 3–4. P. 26-273. Startsev, O.V., Krotov, A.S. & Golub, P.D. (1998) Effect of climatic and radiation ageing on properties of glass fiber reinforced plastic VPS-7, International journal of polymeric materials, 41(3–4), pp. 263–273. Kablov E.N., Startsеv V.O. Climatic aging of aviation polymer composite materials: I. influence of significant factors // Russian metallurgy (Metally). 2020. No. 4. P. 364-372. Kablov, E.N. & Startswv, V.O. (2020) Climatic aging of aviation polymer composite materials: I influence of significant factors. Russian metallurgy (Metally), (4), pp. 364-372. Старцев В.О. Методы исследования старения полимерных связующих // Клеи. Герметики. Технологии. 2020. №9. С. 16-26. Startsev, V.O. (2020) Methods of studying the aging of polymer binders, Klei. Germetiki. Tekhnologii, (9), pp.16-26 (in Russian). Бабенко Ф.И., Герасимов А.А. Механизмы разрушения и прочность конструкционных пластмасс в холодном климате с учетом старения // Наука и образование. 2006. № 1. С. 84–87. Babenko, F.I. (2006) Fracture mechanisms and strength of engineering plastics in cold climates with aging taken into account, Nauka i obrazovanie, (1), pp. 84–87 (in Russian). Реутов А.И. Прогнозирование климатической стойкости полимерных материалов, применяемых в строительстве // Вестник ТГАСУ. 2009. № 2. С. 127–141. Reutov, A.I. (2009) Prediction of the climatic resistance of polymer materials used in construction, Vestnik TGASU, (2), pp. 127–141 (in Russian). Nizin D.R., Nizina T.A., Selyaev V.P., Chernov A.N., Gorenkova A.I. Natural Climatic Aging of Epoxy Polymers Tasking into Account the Seasonality Impact // Key engineering materials. 2019. Vol. 799. P. 159-165. Nizin, D.R., Nizina, T.A., Selyaev, V.P., Chernov, A.N. & Gorenkova, A.I. (2019) Natural Climatic Aging of Epoxy Polymers Tasking into Account the Seasonality Impact, Key engineering materials,799, pp. 159- 165. Климатические испытания строительных материалов / под общ. ред. О.В. Старцева, В.Т. Ерофеева, В.П. Селяева. М.: Изд-во АСВ, 2017. 558 с. Startseva, O.V., Erofeeva, V.T. & Selyaeva, V.P. (eds.). (2017) Climatic tests of building materials. M.: ASV Publishing House (in Russian). Павлов Н.Н. Старение пластмасс в естественных и искусственных условиях. М.: Химия, 1982. 224 с. Pavlov, N.N. (1982) Aging of plastics in natural and artificial conditions. M.: Chemistry (in Russian). Старцев В.О., Низина Т.А. Обратимое воздействие влаги на механические свойства эпоксидных полимеров при климатическом старении // Фундаментальные исследования и последние достижения в области защиты от коррозии, старения и биоповреждений материалов и сложных технических систем в различных климатических условиях: материалы конф. / ФГУП ВИАМ. 14-15 июля 1916 г., г. Геленджик. URL: https://conf.viam.ru/conf/194/proceedings. Startsev, V.O. & Nizina, T.A. (2016) Reversible effect of moisture on the mechanical properties of epoxy polymers during climatic aging, Fundamental'nye issledovaniya i poslednie dostizheniya v oblasti zashchity ot korrozii, stareniya i biopovrezhdenij materialov i slozhnyh tekhnicheskih sistem v razlichnyh klimaticheskih usloviyah: materialy konf. / FGUP VIAM. 14-15 iyulya 1916 g., g. Gelendzhik [online]. Available at: https://conf.viam.ru/conf/194/proceedings (in Russian). Startsev V.O., Lebedev M.P., Khrulev K.A., Molokov M.V., Frolov A.S., Nizina T.A. Effect of outdoor exposure on the moisture diffusion and mechanical properties of epoxy polymers // Polymer testing. 2018. Т. 65. P. 281-296. Startsev, V.O., Lebedev, M.P., Khrulev, K.A., Molokov, M.V., Frolov, A.S. & Nizina, T.A. (2018) Effect of outdoor exposure on the moisture diffusion and mechanical properties of epoxy polymers, Polymer testing, 65, pp. 281-296. Старцев В.О., Плотников В.И., Антипов Ю.В. Обратимые эффекты влияния влаги при определении механических свойств ПКМ при климатических воздействиях // Труды ВИАМ. 2018. № 5. С. 110-118. Startsev, V.O., Plotnikov, V.I. & Antipov, Yu.V. (2018) Reversible effects of moisture in determining the mechanical properties of PCM under climatic influences, Trudy VIAM, (5), pp. 110–118 (in Russian). Низина Т.А., Селяев В.П., Низин Д.Р. Климатическая стойкость эпоксидных полимеров в умеренно континентальном климате: монография. Саранск: Изд-во Мордов. гос. Ун-та, 2020. 188 с. Nizina, T.A., Selyaev, V.P. & Nizin, D.R. (2020) Climatic resistance of epoxy polymers in a temperate continental climate. Saransk: Publishing House MRSU (in Russian). Низина Т.А., Низин Д.Р., Канаева Н.С., Климентьева Д.А., Порватова А.А. Влияние влажностного состояния на кинетику накопления повреждений в структуре образцов эпоксидных полимеров под действием растягивающих напряжений // Эксперт: теория и практика. 2022. № 1. С. 37-45. Nizina, T.A., Nizin, D.R., Kanaeva, N.S., Klimenteva, D.A. & Porvatova, A.A. (2022) Influence of moisture state on the kinetics of damage accumulation in the structure of epoxy polymer samples under the action of tensile stresses, Ekspert: teoriya i praktika, (1), pp. 37-45 (in Russian).