Preview

Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий

Расширенный поиск

Mathematical Modeling and Experimental Evaluation of the Properties of an ED-20 / ETAL-45M Epoxy Nanocomposite Modified with Multi-Walled Carbon Nanotubes

https://doi.org/10.20914/2310-1202-2026-2-

Аннотация

A structural-phenomenological mathematical model was developed for the engineering description of the properties of an epoxy nanocomposite based on ED-20 resin, ETAL-45M hardener, and multi-walled carbon nanotubes. The aim of the study was to establish the trends in flexural strength, Charpy impact toughness, Brinell hardness, and gravimetric wear loss as a function of nanofiller content, as well as to assess the applicability of the model to both unreinforced and glass-fabric-reinforced composites. It was shown that, for the unreinforced system, the addition of carbon nanotubes up to 1.0 phr results in an increase in flexural strength, Charpy impact toughness, and Brinell hardness. At a filler content of 1.5 phr, the flexural strength decreases slightly, which indicates the existence of an optimal filler-content range. For the glass-fabric-reinforced composite, reinforcement was found to be the dominant factor governing the improvement of mechanical properties. The model takes into account nanofiller content, the degree of its distribution within the matrix, rheological constraints, and the structural features of five-layer glass-fabric reinforcement. The practical significance of the work lies in the possibility of using the proposed approach for the preliminary selection of composition and processing conditions for epoxy nanocomposites with a specified combination of mechanical and tribological characteristics.

Об авторах

Дмитрий Завражин
ФГБОУ ВО "Тамбовский государственный технический университет"
Россия

доцент кафедры "Материалы и технология", с.н.с.,
Научно-образовательный центр ТГТУ-ИСМАН "Твердофазные технологии" 



Илья Чудин
Тамбовский государственный технический университет
Россия


Елена Буракова
Тамбовский государственный технический университет
Россия


Марина Кузнецова
Тамбовский государственный технический университет
Россия


Анастасия Чуприкова
Тамбовский государственный технический университет
Россия


Тимофей Фижбах
Тамбовский государственный технический университет
Россия


Список литературы

1. Загора А.Г., Ткачук А.И., Терехов И.В., Мухаметов Р.Р. Методы химической модификации эпоксидных олигомеров (обзор) // Труды ВИАМ. 2021. № 7 (101). С. 73–85. DOI: 10.18577/2307-6046-2021-0-7-73-85.

2. Zhang J, Zhang Z, Huang R, Tan L. Advances in Toughening Modification Methods for Epoxy Resins: A Comprehensive Review // Polymers. 2025; 17(9):1288. DOI: 10.3390/polym17091288.

3. Mousavi S.R., Estaji S., Javidi M.R., Paydayesh A., Khonakdar H.A., Arjmand M., Rostami E., Jafari S.H. Toughening of epoxy resin systems using core–shell rubber particles: a literature review // Journal of Materials Science. 2021. Vol. 56. P. 18345–18367. DOI: 10.1007/s10853-021-06329-8.

4. Богданова С.А., Гатауллин А.Р., Рахматуллина А.П., Галяметдинов Ю.Г. Получение эпоксидных композиций, модифицированных углеродными нанотрубками и неионогенным поверхностно-активным веществом // Промышленное производство и использование эластомеров, №3, 2021, С. 27-32. DOI:10.24412/2071-8268-2021-3-27-32.

5. Низин Д.Р., Низина Т.А., Спирин И.П., Чибулаев И.А., Пивкин Н.А. Влияние концентрации наномодификаторов и влагосодержания образцов на изменение свойств эпоксидных полимеров // Нанотехнологии в строительстве. 2024. Т. 16, № 6. С. 499–509. DOI: 10.15828/2075-8545-2024-16-6-499-509.

6. Кычкин А.А., Кычкин А.К., Туисов А.Г., Лебедев М.П., Ананьева Е.С. Влияние углеродных нанотрубок на упруго-прочностные свойства эпоксидного связующего // Ползуновский вестник. 2023. № 2. С. 201–207. DOI: 10.25712/ASTU.2072-8921.2023.02.026.

7. Abdelhussein A., Yang G., Hussein E.K., Li L., Mohamad B. Investigation of fracture behavior and mechanical properties of epoxy composites supported with MWCNTs microscopically // Vibroengineering Procedia. 2024. Vol. 54. P. 193–201. DOI: 10.21595/vp.2024.23924.

8. Ali Z., Yaqoob S., D'Amore A. Impact of Dispersion Methods on Mechanical Properties of Carbon Nanotube (CNT)/Iron Oxide (Fe3O4)/Epoxy Composites // C. 2024. Vol. 10, no. 3. Art. 66. DOI: 10.3390/c10030066.

9. Касимов Р.М., Алехина Р.А., Блинов Н.Д., Свиридов А.С. Исследование влияния разбавителя на реологические и технологические свойства эпоксидных композитов // Агроинженерия. 2025. Т. 27, № 5. С. 68–74. DOI: 10.26897/2687-1149-2025-5-68-74.

10. Stern T., Marom G. Fracture Mechanisms and Toughness in Polymer Nanocomposites: A Brief Review // Journal of Composites Science. 2024. Vol. 8, no. 10. Art. 395. DOI: 10.3390/jcs8100395.

11. Ramos P. Z., Sarmah A., Green M. J., Richards J. J. In situ investigation of the rheological and dielectric properties of a cross-linking carbon nanotube-thermosetting epoxy // Soft Matter. 2023. Vol. 19. P. 6168–6177. DOI: 10.1039/D3SM00622K.

12. Klein T., Pereira A. C. M., Becker C., Amico S. C., Romanzini D., Bianchi O. Effect of nano-silica and carbon nanotubes on the rheology and flammability behavior of epoxy // Nano-Structures and Nano-Objects. 2024. Vol. 39. Art. 101260. DOI: 10.1016/j.nanoso.2024.101260.

13. Валиева Д.М., Абдрахманова Л.А., Хозин В.Г., Низамов Р.К. Влияние дисперсности модификатора на трибологические и адгезионные свойства эпоксидных полимеров // Известия КГАСУ. 2025. № 3 (73). С. 72–80. DOI: 10.48612/NewsKSUAE/73.7.

14. Hiremath P., Shivaprakash Y.M., Keshyagol K., Kowshik S., Gurumurthy B.M., Ghewade D.V., Hiremath S., Naik N. Enhancement of Mechanical and Tribological Properties of MWCNT-Reinforced Bio-Based Epoxy Composites Through Optimization and Molecular Dynamics Simulation // Journal of Composites Science. 2025. Vol. 9, no. 4. Art. 176. DOI: 10.3390/jcs9040176.

15. Малаховский С.С., Полунин С.В., Костромина Н.В., Олихова Ю.В., Горбунова И.Ю. Исследование процесса отверждения эпоксидного связующего, модифицированного эпоксифосфазеновой смолой // Пластические массы. 2025;(5):15-17. DOI: 10.35164/0554-2901-2025-05-15-17.

16. Okeola A.A., Hernandez-Limon J.E., Tatar J. Core–Shell Rubber Nanoparticle-Modified CFRP/Steel Ambient-Cured Adhesive Joints: Curing Kinetics and Mechanical Behavior // Materials. 2024. Vol. 17, no. 3. Art. 749. DOI: 10.3390/ma17030749.

17. Glaskova-Kuzmina T., Stankevics L., Tarasovs S., Sevcenko J., Špaček V., Sarakovskis A., Zolotarjovs A., Shmits K., Aniskevich A. Effect of Core-Shell Rubber Nanoparticles on the Mechanical Properties of Epoxy and Epoxy-Based CFRP // Materials. 2022. Vol. 15, no. 21. Art. 7502. DOI: 10.3390/ma15217502.

18. Xian G., Qi X., Shi J., Tian J., Xiao H. Toughened and self-healing carbon nanotube/epoxy resin composites modified with polycaprolactone filler for coatings, adhesives and FRP // Journal of Building Engineering. 2025. Vol. 111. Art. 113207. DOI: 10.1016/j.jobe.2025.113207.

19. Kiran M. D., Yadhav B. R. L., Babbar A., Kumar R., Chandra H. S. S., Shetty R. P., Sudeepa K. B., Kumar L. S., Kaur R., Alkahtani M. Q., Islam S., Kumar R. Tribological properties of CNT-filled epoxy-carbon fabric composites: Optimization and modelling by machine learning // Journal of Materials Research and Technology. 2024. Vol. 28. P. 2582–2601. DOI: 10.1016/j.jmrt.2023.12.175.

20. Faaizol N. A. N. A., Mustapha M., Rejab N. A., Vahabi H. Multi-walled carbon nanotubes/woven glass/epoxy hybrid nanocomposites: Effect of fabrication methods and types of epoxy matrices // Journal of Reinforced Plastics and Composites. 2024. Vol. 44, no. 21–22. P. 2041–2055. DOI: 10.1177/07316844241252321.


Рецензия

Для цитирования:


 ,  ,  ,  ,  ,   . Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий. 2026;88(2):348-356. https://doi.org/10.20914/2310-1202-2026-2-

For citation:


Завражин Д.О., Чудин И.А., Буракова Е.А., Кузнецова М.А., Чуприкова А.А., Фижбах Т.В. Mathematical Modeling and Experimental Evaluation of the Properties of an ED-20 / ETAL-45M Epoxy Nanocomposite Modified with Multi-Walled Carbon Nanotubes. Proceedings of the Voronezh State University of Engineering Technologies. 2026;88(2):348-356. https://doi.org/10.20914/2310-1202-2026-2-

Просмотров: 25

JATS XML


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2226-910X (Print)
ISSN 2310-1202 (Online)