Viskoelastisk karakterisering av fiberarmert epoksy

Abstract

Nammo hadde et ønske om å kartlegge materialegenskaper for ulike viklede fiberarmerte epoksyer, og blant egenskapene var de viskoelastiske egenskapene særlig interessante. Formålet med oppgaven var å kartlegge de viskoelastiske egenskapene gjennom testing med DMA. Deretter analysere resultatene og finne ut ved hvilke temperaturer de ulike fiberarmerte epoksyene mister sin elastiske integritet. Prøvestaver til innledende testing ble lagt opp for hånd, og resten av prøvestavene ble viklet på FFI for å gi realistiske resultater ved DMA-testingen. Prøvepreparing som sliping og kapping ble videre gjort for å tilpasse prøvestavene i henhold til godkjente dimensjoner til DMA-maskinen. Komposittmaterialene som skulle testes var UF3325/M30SC, UF3360/T700SC, 1713F/T700SC og UF3360/Kevlar-29. I tillegg ble en ren epoksyprøve av 1713F testet. Det ble testet tre prøvestaver av hvert materiale i DMA med konfigurasjonen for trepunktsbøy. Resultatene viser ganske stor spredning for de ulike viskoelastiske modulene, men for glassovergangstemperaturen er det liten spredning. Materialenes vannabsorpsjon, ujevnheter i prøvestaver fra vikling, prøvepreparering og temperaturgradient i DMA er faktorer som sannsynligvis har påvirket resultatene i noen grad. Det kan konkluderes med at 1713F/T700SC har en høy Tg (onset av storage modulus) på rundt 180°C, men lavere storage modulus enn de andre materialene. UF3360/T700SC har en Tg på rundt 136°C. UF3325/M30SC har lavest Tg på rundt 109°C, men har høyest storage modulus. Det ser ut til å være en motsatt sammenheng mellom høy storage modulus og resistans mot høye temperaturer i materialene som ble testet. UF3360/Kevlar-29 ble testet, men resultatene ga ingen fornuftige svar. Derfor kan det ikke konkluderes med noe for dette materialet.

Nammo had a desire to determine the material properties for various filament wound fiber-reinforced epoxies, and among the properties the viscoelastic properties were particulary interesting. The purpose of the thesis was to determine the viscoelastic properties of the various materials by DMA-testing. Then, analyze the results and examine at what temperatures the various fiber-reinforced epoxies lose their elastic integrity. Sample rods for initial testing were made by hand layup, and the rest of the sample rods were made by filament winding at FFI in order to give realistic results in the DMA testing. Sample preparation, such as grinding and cutting, was further performed to adapt the test rods according to approved dimensions of the DMA machine. The composite materials to be tested were UF3325/M30SC, UF3360/T700SC, 1713F/T700SC and UF3360/Kevlar-29. In addition, a pure epoxy sample of 1713F was tested. Three test rods of each material were tested in DMA with the three-point bending configuration. The results show a relatively large scatter for the various viscoelastic modules, but for the glass transition temperature there is less scatter. The water absorption of the materials, irregularities in the sample rods from winding, sample preparation and temperature gradient are factors that have affected the results to some extent. It can be concluded that the 1713F/T700SC has a high Tg (onset of storage modulus) around 180°C, but lower storage modulus than the other materials. UF3360/T700SC has a Tg around 136°C. UF3325/M30SC has the lowest Tg around 109°C but has the highest storage modulus. There seems to be an opposite correlation between high storage modulus and resistance to high temperatures in the materials tested. UF3360/Kevlar-29 was tested, but the results did not give a reasonable answer. Therefore, nothing can be concluded for this material.