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

Ce protocole peut aider à répondre à des questions clés dans le domaine du développement de gilets pare-balles en définissant une procédure reproductible pour tester les propriétés mécaniques des tissus composites unidirectionnels flexibles. Une coupe droite et propre bien orientée avec la direction de la fibre est essentielle pour la mesure précise du stress d’échec en empêchant d’autres sources d’erreur. Cette technique comble une lacune dans les tests actuels en permettant d’interroger les propriétés d’un matériau sans pressage à chaud, ce qui est plus représentatif de son utilisation dans les gilets pare-balles souples.

Déroulez un boulon de matériau unidirectionnel à tester sur une surface de travail. La partie non tissée est le matériau précurseur. Vérifiez visuellement que la direction principale de la fibre est parallèle à la largeur du boulon.

Ensuite, obtenez un scalpel pour isoler le matériau précurseur. Créez un onglet en faisant une coupe parallèle à la direction de la fibre. Puis faire une autre coupe parallèle d’environ trois millimètres.

Saisissez manuellement l’onglet et arrachez-le pour exposer les fibres sur la couche en dessous. Tirez jusqu’à ce que les deux couches aient été séparées sur toute la longueur du matériau précurseur. Retirez les fibres lâches du bord de l’onglet qui voisinent les fibres croisées exposées.

Ceux-ci peuvent être jusqu’à un à deux millimètres de la trajectoire de l’onglet. Continuer en séparant le morceau de matériau précurseur du boulon. Retournez le matériau de sorte que la nouvelle direction principale de fibre est la direction de distorsion.

Maintenant, marquez les lignes d’adhérence sur le matériau aligné dans la direction de la trame. Ces lignes sont une distance définie et parallèle aux bords coupés du matériau. Une fois de plus, couper un onglet dans le matériau, puis tirer l’onglet pour déterminer la direction principale de la fibre pour le spécimen à couper à partir du matériau.

La direction de la fibre doit être perpendiculaire aux lignes d’adhérence. Prenez le matériel à un tapis de coupe quadrillé d’auto-guérison approprié. Alignez soigneusement la direction de la fibre avec les lignes de grille sur le tapis.

Assurez-vous que la direction de la fibre dans le matériau est alignée avec les lignes de grille. Évitez d’endommager le matériau et fixez-le au tapis de coupe en tapant ses coins. Utilisez une lame médicale et un bord droit pour couper les spécimens du matériau.

Placez le bord droit à la largeur désirée de l’échantillon et alignez-le avec la grille sur le tapis de coupe. Serrez les extrémités du bord droit en place et vérifiez qu’il est toujours correctement positionné. Couper le spécimen le long du bord droit avec une vitesse et une pression constantes.

Dégriffer le bord droit, en prenant soin de ne pas déplacer le matériau. Ensuite, retirez le spécimen. Ce sont tous les spécimens obtenus après avoir répété les étapes de coupe pour maximiser la production de spécimens.

Préparez-vous à marquer des points à suivre sur un spécimen pour une utilisation avec un extensomètre vidéo. Pour plus de cohérence, utilisez un modèle placé sur le spécimen. Marquer les points de jauge à l’l’œur d’un marqueur permanent.

Assurez-vous que les marques sont visibles sur l’échantillon pour permettre la mesure de la souche. Ensuite, emmenez le spécimen à la machine d’essai universelle. Là, insérez l’extrémité du spécimen à travers l’espace dans le capstan et apportez-le autour de la ligne d’adhérence, formant une boucle.

Centrez le spécimen sur les poignées de capstan. Tout en gardant le spécimen centré, tournez le capstan à la position désirée. Utilisez un dispositif de tension pour maintenir l’échantillon en place avant de verrouiller le capstan en place.

Terminez le montage du spécimen en répétant les mêmes étapes avec l’autre extrémité. Une fois terminé, appliquez un petit préchargement de deux newtons et enregistrez la longueur réelle de la jauge. Maintenant, configurer l’instrument pour effectuer un test tensile à une constante de 10 millimètres par minute et commencer le test.

Pour le test, la machine d’essai applique un taux constant d’extension à l’échantillon pendant que la charge et le déplacement sont enregistrés. Le test se poursuit jusqu’à ce qu’une pause se produise dans l’échantillon. Cette parcelle est une courbe de charge typique par rapport au déplacement pour ces expériences.

Lors de la surveillance de l’affichage, une réduction de 90 % de la charge observée indique une rupture dans l’échantillon. Enregistrez le stress maximal et la contrainte d’échec correspondante. Après avoir fait un plan pour l’étude, coupez le matériel nécessaire pour que chaque condition soit testée.

Les bandes doivent être suffisamment larges pour produire les spécimens requis et avoir 10 millimètres supplémentaires ou plus. Placez les bandes pour l’exposition environnementale dans un plateau. À la chambre de l’environnement, définir son programme pour les conditions de température ambiante sèche et lui permettre de se stabiliser.

Une fois la chambre stabilisée, placez le plateau d’échantillon à l’intérieur des murs ou de tout point de condensation. Programme suivant la chambre pour atteindre la température cible pour l’étude environnementale. Lorsque la température est stable, programmer la chambre pour atteindre l’humidité cible.

Lorsqu’il est temps d’extraire du matériel vieilli, programmez la chambre pour diminuer l’humidité relative à environ celle du laboratoire. Une fois que l’humidité s’est stabilisée, programmez la température pour descendre à la température ambiante, ou environ 25 degrés Celsius. Pour récupérer le matériel, soyez prêt avec un contenant étiqueté de façon appropriée.

Avec l’humidité et la température stables, ouvrez la chambre, retirez le matériau requis et placez-le dans le contenant étiqueté. Retournez tout matériel restant à la chambre de l’environnement et rétablissez les conditions choisies. Ensuite, prenez le matériau vieilli pour créer des spécimens âgés.

Ce matériau vieilli est aligné sur une surface de coupe auto-cicatrisée. Ses lignes d’adhérence ont été marquées comme avant. Installez le bord droit pour enlever cinq millimètres d’un côté du spécimen.

Coupez ce montant pour éliminer tout dommage causé par la manipulation pendant le processus de vieillissement. Continuez à créer les spécimens de la même manière que le matériau non aged. Une fois terminés, les spécimens sont prêts à être utilisés dans des expériences d’essai de tensile.

Pour les tests de charge effectués avec un capstan fixe, la charge par rapport aux parcelles d’extension de plusieurs échantillons montrent que les échantillons ont glissé. Cela reflète la difficulté de sécuriser le matériau. En revanche, avec un capstan rotatif, les courbes sont lisses et cohérentes.

Le matériau est un stratifié unidirectionnel en polyéthylène de masse moléculaire ultra-élevé. Cette distribution de stress d’échec est tracée à l’aide de l’échelle weibull. Les données sont pour les spécimens stratifiés unidirectionnels PPTA dont la longueur de jauge de 300 millimètres et la largeur de 30 millimètres coupent le long de la direction de distorsion avec une charge de 10 millimètres par minute.

Il y a une faible résistance aberrante qui devrait être étudiée. À titre de comparaison, les mêmes données sont tracées, sauf si la valeurs aberrantes est exclue. Notez le changement dans l’axe horizontal.

À la suite de cette procédure, la spectroscopie moléculaire pourrait être utilisée pour répondre aux questions sur les changements chimiques dans le matériau en raison de l’exposition à la chaleur et à l’humidité. S’il vous plaît rappelez-vous que le scalpel médical est extrêmement forte et des soins appropriés doivent être prises pour éviter les blessures.