Una piattaforma di prova per una durata Studi di polimeri e fibra-Reinforced Polymer Composites sotto Stimoli Concurrent Hygrothermo-meccanico

L'obiettivo generale di questa procedura è migliorare la progettazione e la sicurezza dei polimeri e dei compositi polimerici in condizioni di carico complesse. Attraverso lo studio della loro durabilità sotto carichi idrotermali e meccanici concomitanti, utilizzando una piattaforma di test a basso costo, flessibile e di facile utilizzo. In primo luogo, i campioni di composito polimerico vengono posizionati in una vasca di prova.

Successivamente, viene applicato un carico di flessione costante a tre punti e il provino viene contemporaneamente immerso in un fluido con carico di scorrimento. Le letture della resistenza misurata vengono convertite in variazioni di spostamento. Per l'analisi, i pesi dei campioni vengono misurati dopo i test concomitanti.

Infine, i campioni vengono testati per la loro resistenza residua. Pertanto, gli scopi meccanici e di progettazione dei materiali sono meglio compresi in base alla loro risposta al carico concorrente. Il vantaggio principale di questa piattaforma rispetto ai metodi esistenti è che è a basso costo, facile da usare, portatile e facilmente adattabile ad altre esigenze di test.

Le applicazioni di questo lavoro sono a favore di strutture ingegneristiche più sicure realizzate con polimeri e compositi polimerici, come aerei, navi, ponti e turbine eoliche. Avremo una migliore comprensione e quindi migliori modelli numerici e progetti di queste strutture in condizioni di servizio complesse. Attualmente stiamo utilizzando questo metodo per fornire informazioni sulla durabilità dei polimeri e dei compositi polimerici, immersi in acqua e sotto carico meccanico.

Tuttavia, può essere applicato anche ad altre situazioni, come la durabilità di altri materiali che sono abitualmente sottoposti a sostanze chimiche aggressive durante il servizio. In generale, le persone che non conoscono questa piattaforma dovrebbero prestare attenzione al posizionamento e al caricamento accurati dei campioni. La camera dell'apparecchiatura di prova è costruita in polietilene ad alta densità, che tollera in modo robusto un'ampia gamma di temperature e fluidi.

Il polistirene espanso che circonda la vasca di prova impedisce lo scambio di calore con l'ambiente. Il coperchio della camera è in policarbonato di 9,5 millimetri di spessore, che consente la visualizzazione dei campioni caricati. È fissato da una barra a T in alluminio, che a sua volta è fissata al serbatoio per accogliere un carico pesante.

Sul coperchio sono applicati un telaio di rinforzo in acciaio e ganci aggiuntivi. I pesi più pesanti sono più spesso utilizzati per i test di resistenza residua. Questa camera può applicare fino a 50 chilogrammi a ciascun campione per garantire che venga trovato il punto di guasto.

Dal coperchio pendono tre blocchi di alluminio progettati secondo gli standard A STM. Questi blocchi consentono di testare fino a quattro campioni contemporaneamente e sono regolabili attraverso le fessure nel coperchio della camera. I campioni sono posizionati sotto due dei blocchi e una forza verso l'alto al centro di un blocco induce forze di flessione sul campione.

L'apparecchio è dotato di rotelle mobili alla base ed è solidamente tenuto insieme da un telaio in acciaio con traverse e maglie per il supporto. I distanziali angolati impediscono che l'isolamento venga schiacciato dal peso sopra la testa e i calibri di spostamento sulla puleggia del telaio e i sistemi di potenziometro delle corde misurano le deflessioni a metà campata. Questi potenziometri sono costruiti con molle torsionali.

La puleggia collega il cavo d'acciaio da una connessione vicino al campione a un'asta di sospensione per l'applicazione del peso regolabile. Il carico totale applicato al provino proviene da questa serie di cavi, tiranti e bulloni. Questi sono spiegati nelle sezioni seguenti, che coprono l'uso dell'apparecchio per caricare un campione nell'apparecchio di prova.

Per prima cosa, aprire il coperchio del serbatoio e posizionare il coperchio sui supporti laterali. Quindi caricare il campione nel bullone a U. La traversa deve essere al centro del provino.

Ora appoggia le estremità del provino sul supporto in alluminio. Dovrebbero esserci da cinque a 10 millimetri di sporgenza. Continuare a caricare fino a quattro campioni allo stesso modo.

Quindi rimuovere i supporti del coperchio e abbassare il coperchio. Assicurarsi che il coperchio sia posizionato correttamente sul serbatoio. Ora, applica la forza desiderata ai campioni aggiungendo pesi all'asta d'acciaio appesa alla puleggia esterna.

Innanzitutto, assicurati che la linea del potenziometro sia ben stretta. Quindi misurare la resistenza attraverso i pin esterni del potenziometro. La derivazione nera va al pin uno e la mina rossa va al pin tre.

Ora, converti la lettura della resistenza in spostamento calcolando il fattore di calibrazione. In questo caso, un kilo ohm corrisponde a 64,895 millimetri di cilindrata. Per l'acquisizione continua dei dati, è possibile collegare i potenziometri di stringa al multimetro digitale.

Dopo aver calcolato lo spostamento, prepararsi a pesare i campioni, rimuovere i pesi e il coperchio del serbatoio. I campioni possono quindi essere trasferiti nella camera di mantenimento. Innanzitutto, preparare una camera di contenimento provvisoria per tutti i campioni a temperatura ambiente, testando il fluido dello standard di prova appropriato.

Ora per pesare prima un campione, asciugalo con un panno in microfibra. Quindi posizionarlo su una bilancia ad alta precisione e registrare la lettura dei dati. Se i campioni devono essere testati per la resistenza residua, procedere con tali test.

I test termomeccanici ad alta crescita sono stati condotti a temperatura ambiente su due gruppi di quattro campioni di schiuma poliuretanica a cellule chiuse. Un gruppo è stato testato a secco al 50% di umidità relativa. Il secondo gruppo è stato testato bagnato in acqua deionizzata.

La deflessione a metà campata è stata monitorata per le prime sei ore e successivamente il giorno successivo. Lo spostamento dei campioni bagnati era sostanzialmente maggiore rispetto ai campioni asciutti. La resistenza residua dei campioni è stata testata caricando fino al cedimento.

Gli esemplari bagnati hanno fallito a circa tre chilogrammi e gli esemplari secchi hanno fallito a circa 3,6 chilogrammi. Se l'installazione viene eseguita correttamente, i campioni possono essere posizionati e caricati in questa piattaforma in 15 minuti. Durante l'esecuzione di questa procedura, è importante ricordarsi di posizionare e caricare correttamente i campioni, soprattutto se richiedono un peso significativo per lo studio della durabilità Seguendo questa procedura.

Altri studi, come la durabilità dei compositi e dei prodotti chimici per impieghi gravosi, possono essere eseguiti per rispondere a ulteriori domande sulla durabilità di questi materiali. Dopo aver visto questo video, dovresti avere una buona comprensione di come testare polimeri e compositi polimerici utilizzando queste configurazioni di test a basso costo e di facile utilizzo. Se si lavora con prodotti chimici aggressivi, ricordarsi di attenersi alle precauzioni indicate nelle schede di sicurezza dei materiali e nella salute e sicurezza ambientale.