Eine Testplattform in Haltbarkeit Studien von Polymeren und faserverstärkten Polymerverbundwerkstoffe unter Concurrent Hygrothermogeber mechanischen Stimuli

Das übergeordnete Ziel dieses Verfahrens ist es, das Design und die Sicherheit von Polymeren und Polymerverbundwerkstoffen unter komplexen Belastungsbedingungen zu verbessern. Durch die Untersuchung ihrer Haltbarkeit bei gleichzeitigen hydrothermalen und mechanischen Belastungen unter Verwendung einer kostengünstigen, flexiblen, benutzerfreundlichen Testplattform. Zunächst werden Polymer-Komposit-Proben in einen Prüfbehälter positioniert.

Als nächstes wird eine konstante Biegekraft von drei Punkten aufgebracht, und die Probe wird gleichzeitig in eine Flüssigkeit mit Kriechbelastung eingetaucht. Die gemessenen Widerstandsmesswerte werden in Wegänderungen umgerechnet. Für die Analyse werden die Gewichte der Proben nach den gleichzeitigen Prüfungen gemessen.

Abschließend werden die Proben auf ihre Restfestigkeit geprüft. Auf diese Weise werden die mechanischen und konstruktiven Zwecke von Materialien auf der Grundlage ihrer Reaktion auf die gleichzeitige Belastung besser verstanden. Der Hauptvorteil dieser Plattform gegenüber bestehenden Methoden besteht darin, dass sie kostengünstig, benutzerfreundlich, portabel und leicht an andere Testanforderungen anpassbar ist.

Die Anwendungen dieser Arbeit zielen auf sicherere technische Strukturen aus Polymeren und Polymerverbundwerkstoffen ab, wie z. B. Flugzeuge, Schiffe, Brücken und Windkraftanlagen. Wir werden ein besseres Verständnis und damit bessere numerische Modelle und Entwürfe dieser Strukturen unter komplexen Betriebsbedingungen haben. Wir nutzen diese Methode derzeit, um Einblicke in die Haltbarkeit von Polymeren und Polymerverbundwerkstoffen zu erhalten, die in Wasser getaucht und mechanisch belastet werden.

Es kann jedoch auch auf andere Situationen angewendet werden, z. B. auf die Haltbarkeit anderer Materialien, die während des Betriebs routinemäßig aggressiven Chemikalien ausgesetzt sind. Im Allgemeinen sollten Personen, die neu auf dieser Plattform sind, darauf achten, die Proben sorgfältig zu positionieren und zu laden. Die Kammer der Prüfvorrichtung besteht aus Polyethylen hoher Dichte, das einen breiten Temperatur- und Flüssigkeitsbereich robust toleriert.

Polystyrolschaum, der den Prüfbehälter umgibt, verhindert den Wärmeaustausch mit der Umgebung. Der Deckel der Kammer besteht aus 9,5 Millimeter dickem Polycarbonat, das den Blick auf die geladenen Proben ermöglicht. Er ist durch Aluminium-T-Stangen gesichert, die wiederum am Tank befestigt sind, um eine schwere Last aufzunehmen.

Ein verstärkender Stahlrahmen und zusätzliche Haken am Deckel sind angebracht. Schwerere Gewichte werden am häufigsten für Restfestigkeitsprüfungen verwendet. Diese Kammer kann bis zu 50 Kilogramm auf jede Probe aufbringen, um sicherzustellen, dass die Fehlerstelle gefunden wird.

Vom Deckel hängen drei Aluminiumblöcke herunter, die nach A STM-Standards konstruiert sind. Diese Blöcke ermöglichen die gleichzeitige Prüfung von bis zu vier Proben und sind durch Schlitze im Kammerdeckel verstellbar. Die Proben werden unter zwei der Blöcke positioniert und eine Aufwärtskraft in der Mitte eines Blocks induziert Biegekräfte auf die Probe.

Das Gerät verfügt über bewegliche Rollen an der Basis und wird durch einen Stahlrahmen mit Querträgern und Eingriffen zur Abstützung fest zusammengehalten. Abgewinkelte Abstandshalter verhindern, dass die Isolierung durch das Überkopfgewicht zerquetscht wird, und Verdrängungsmessgeräte an der Rahmenriemenscheibe und den String-Potentiometer-Systemen messen die Durchbiegungen in der Mitte der Spannweite. Diese Potentiometer sind aus Torsionsfedern aufgebaut.

Die Umlenkrolle verbindet das Stahlseil von einer Verbindung durch die Probe mit einer Aufhängestange für eine einstellbare Gewichtsanwendung. Die Gesamtlast, die auf die Probe ausgeübt wird, stammt aus dieser Reihe von Seilen, Riemenscheibengestängen und Schrauben. Diese werden in den folgenden Abschnitten erläutert, die sich mit der Verwendung der Vorrichtung zum Laden einer Probe in die Prüfvorrichtung befassen.

Öffnen Sie zunächst den Deckel des Tanks und setzen Sie den Deckel auf die seitlichen Stützen. Laden Sie dann die Probe in den U-Bolzen. Die Querstange muss sich in der Mitte der Probe befinden.

Legen Sie nun die Enden der Probe auf die Aluminiumstütze. Es sollte ein Überstand von etwa fünf bis 10 Millimetern vorhanden sein. Fahren Sie mit dem Laden von bis zu vier Proben auf die gleiche Weise fort.

Entfernen Sie dann die Deckelstützen und senken Sie den Deckel ab. Vergewissern Sie sich, dass der Deckel richtig auf dem Tank sitzt. Üben Sie nun die gewünschte Kraft auf die Proben aus, indem Sie den Stahlstab, der an der äußeren Umlenkrolle hängt, mit Gewichten versehen.

Stellen Sie zunächst sicher, dass die Potentiometerleitung fest sitzt. Messen Sie dann den Widerstand an den äußeren Stiften des Potentiometers. Die schwarze Leitung geht zu Pin eins und die rote Leitung zu Pin drei.

Wandeln Sie nun den Widerstandswert in Verschiebung um, indem Sie den Kalibrierfaktor berechnen. Ein Kiloohm entspricht in diesem Fall 64,895 Millimeter Hubraum. Für eine kontinuierliche Datenerfassung ist es möglich, die String-Potentiometer an das Digitalmultimeter anzuschließen.

Bereiten Sie sich nach der Berechnung der Verdrängung darauf vor, die Proben zu wiegen, die Gewichte und den Deckel des Tanks zu entfernen. Anschließend können die Proben in die Warmhaltekammer überführt werden. Bereiten Sie zunächst eine Zwischenhaltekammer für alle Proben mit Raumtemperatur vor und prüfen Sie die Flüssigkeit der entsprechenden Prüfnorm.

Um nun eine Probe zuerst zu wiegen, trocknen Sie sie mit einem Mikrofasertuch ab. Legen Sie es dann auf eine hochpräzise Waage und zeichnen Sie den Messwert auf. Wenn die Proben auf ihre Restfestigkeit geprüft werden müssen, fahren Sie mit diesen Tests fort.

Thermisch-mechanische Tests mit hohem Wachstum wurden bei Raumtemperatur an zwei Gruppen von vier Proben aus geschlossenzelligem Polyurethanschaum durchgeführt. Eine Gruppe wurde trocken bei 50 % relativer Luftfeuchtigkeit getestet. Die zweite Gruppe wurde nass in entionisiertem Wasser getestet.

Die Auslenkung in der Mitte der Spannweite wurde in den ersten sechs Stunden und später am nächsten Tag verfolgt. Die Verschiebung der nassen Proben war wesentlich größer als die der trockenen Proben. Die Restfestigkeit der Proben wurde durch Belastung bis zum Versagen geprüft.

Die nassen Proben versagten bei etwa drei Kilogramm und die trockenen Proben bei etwa 3,6 Kilogramm. Wenn der Aufbau ordnungsgemäß durchgeführt wird, können die Proben in 15 Minuten auf dieser Plattform positioniert und geladen werden. Während Sie dieses Verfahren befolgen, ist es wichtig, daran zu denken, die Proben richtig zu positionieren und zu laden, insbesondere wenn sie ein erhebliches Gewicht für die Haltbarkeitsstudie erfordern.

Weitere Studien, wie z. B. die Dauerhaftigkeit von Verbundwerkstoffen und aggressiven Betriebschemikalien, können durchgeführt werden, um zusätzliche Fragen zur Haltbarkeit dieser Materialien zu beantworten. Nachdem Sie sich dieses Video angesehen haben, sollten Sie ein gutes Verständnis dafür haben, wie Sie Polymere und Polymerverbundwerkstoffe mit diesem kostengünstigen, benutzerfreundlichen Testaufbau testen können. Wenn Sie mit aggressiven Chemikalien arbeiten, denken Sie daran, die Vorsichtsmaßnahmen einzuhalten, die in den Sicherheitsdatenblättern und in der Umweltgesundheit und -sicherheit angegeben sind.