Procédures de coupe, essais tensiles et vieillissement des stratifiés composites unidirectionnels flexibles

Résumé

L'objectif de l'étude était d'élaborer des protocoles pour préparer des spécimens cohérents pour des essais mécaniques précis d'aramides à haute résistance ou de matériaux composites unidirectionnels flexibles à base de polyéthylène à très haute masse molaire et de décrire protocoles pour effectuer le vieillissement artificiel sur ces matériaux.

Résumé

De nombreux gilets pare-balles intègrent des stratifiés unidirectionnels (UD). Les stratifiés UD sont construits à partir de couches minces (0,05 mm) de fils de haute performance, où les fils de chaque couche sont orientés parallèlement les uns aux autres et maintenus en place à l'aide de résines de liant et de fines pellicules de polymères. L'armure est construite en empilant les couches unidirectionnelles dans différentes orientations. À ce jour, seuls des travaux très préliminaires ont été effectués pour caractériser le vieillissement des résines de liant utilisées dans les stratifiés unidirectionnels et les effets sur leur performance. Par exemple, lors de l'élaboration du protocole de conditionnement utilisé dans le National Institute of Justice Standard-0101.06, les stratifiés UD ont montré des signes visuels de délamination et de réduction de V₅₀, qui est la vitesse à laquelle la moitié des projectiles devraient perforer l'armure, après le vieillissement. Une meilleure compréhension des changements de propriété matérielle dans les stratifiés UD est nécessaire pour comprendre la performance à long terme des armures construites à partir de ces matériaux. Aucune norme actuelle n'est recommandée pour l'interrogatoire mécanique des matériaux stratifiés unidirectionnels (UD). Cette étude explore les méthodes et les meilleures pratiques pour tester avec précision les propriétés mécaniques de ces matériaux et propose une nouvelle méthodologie d'essai pour ces matériaux. Les meilleures pratiques pour le vieillissement de ces matériaux sont également décrites.

Introduction

Le National Institute of Standards and Technology (NIST) aide les organismes d'application de la loi et de justice pénale à s'assurer que l'équipement qu'ils achètent et les technologies qu'ils utilisent sont sécuritaires, fiables et très efficaces grâce à un programme de recherche. la stabilité à long terme des fibres à haute résistance utilisées dans les gilets pare-balles. Le travail antérieur^1,2a porté sur l'échec sur le terrain d'une armure de corps faite à partir du matériel poly (p-phénylène-2,6-benzobisoxazole), ou DPB, qui a conduit à une révision majeure de la norme de l'Institut national de la justi....

Protocole

1. Procédure de découpage pour les spécimens de distorsion-direction qui sont coupés perpendiculairement à l'axe du rouleau

1. Identifier un boulon de matériau unidirectionnel à tester.
   REMARQUE: Il n'y a pas de chaîne (utilisée pour décrire la direction perpendiculaire à l'axe du rouleau) et la trame (utilisé pour décrire la direction parallèle à l'axe du rouleau) dans le sens textile traditionnel, comme le matériau utilisé ici n'est pas tissé, mais ces termes sont empruntés fo r clarté.
2. Déroulez manuellement le boulon pour exposer le matériau précurseur (c.-à-d. le matériau identifié dénoué du boulon mais toujours relié au boulon).
   REMARQUE : ....

Résultats

De nombreuses itérations de coupe et d'essai ont été effectuées pour étudier plusieurs variables différentes. Parmi les variables examinées, mentionnons la technique de coupe et l'instrument de coupe, le taux d'essai, la dimension du spécimen et les poignées. Une conclusion critique était l'importance d'aligner les spécimens avec la direction de fibre. Les procédures d'analyse des données (analyse de la cohérence, techniques Weibull, détermination aberrante, etc.) sont examinées ci-dessou.......

Discussion

Une bonne détermination de la direction de la fibre est essentielle. L'avantage de la méthode décrite dans les étapes 1.4-1.6 du protocole est qu'il y a un contrôle complet sur le nombre de fibres utilisées pour démarrer le processus de séparation. Toutefois, cela ne signifie pas qu'il existe un contrôle complet sur la largeur de la région séparée finale, car les fibres ne sont pas entièrement parallèles et peuvent se croiser les unes sur les autres. Dans le processus de séparation d'un lot de fibres, fréquemment, les fi.......

Matériaux

Liste des matériaux utilisés dans cet article

Nom	Entreprise	Numéro de catalogue	Commentaires
Capstan Grips	Universal grip company	20kN wrap grips	Capstan utilisés dans les tests
Couteau en céramique	Slice	10558
Lame de précision en céramique	Slice	00116
Clamp	Irwin	quick grip mini bar clamp
Microscope
Cutting Mat	Rotatrim  ;		Tapis de découpe auto-cicatrisant métrique A0
Denton Desktop sputter coater  ;			vernisseur à pulvérisation cathodique
FEI Helios 660 Dual Beam FIB/SEM	FEI Helios		Microscope électronique à balayage
Cutter rotatif motorisé Découpeuse rotative	Chickadee
	Fiskars	49255A84
Stéréomicroscope	National	DC4-456H
Règle droite	McMaster Carr	1935A74
Lame de scalpel chirurgical Sklar	Instruments
Manche de scalpel chirurgical	Swann Morton
Machine d’essai universelle	Instron	4482	Machine d’essai universelle
Couteau utilitaire	Stanley	99E