방법 논문

절단 절차, 인장 테스트 및 유연한 단방향 복합 라미네이트의 노화

DOI:

10.3791/58991

⸱

2019년 4월 27일

 ,  ,  ,  , 
1Material Measurement Laboratory, National Institute of Standards and Technology, 2Theiss Research, 3Chemical and Biomolecular Engineering Department, University of Maryland

이 논문에서

요약

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

연구의 목표는 고강도 아라미드 또는 초고강도 아라미드 또는 초고어치 질량 폴리에틸렌 기반의 유연한 단방향 복합 라미네이트 재료의 정확한 기계적 테스트를 위해 일관된 표본을 준비하는 프로토콜을 개발하고 설명하는 것이었습니다. 이러한 물질에 인공 노화를 수행하기위한 프로토콜.

초록

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많은 갑옷 디자인은 단방향 (UD) 라미네이트를 통합합니다. UD 라미네이트는 각 층의 원사를 서로 평행하게 향하고 바인더 수지와 얇은 폴리머 필름을 사용하여 제자리에 유지되는 고성능 원사의 얇은 층 (&0.05 mm)으로 구성됩니다. 갑옷은 서로 다른 방향으로 단방향 레이어를 적층하여 구성됩니다. 현재까지 단방향 라미네이트에 사용되는 바인더 수지의 노화와 성능에 미치는 영향을 특성화하기 위한 매우 예비적인 작업만 수행되었습니다. 예를 들어, 국립 사법 연구소 표준-0101.06에서 사용되는 컨디셔닝 프로토콜을 개발하는 동안 UD 라미네이트는 발사체의 절반이 되는 속도인 V50의박리 및 감소의 시각적 징후를 보였습니다. 노화 후 갑옷을 천수할 것으로 예상됩니다. UD 라미네이트의 재료 특성 변화에 대한 더 나은 이해는 이러한 재료로 구성된 장갑의 장기적인 성능을 이해하는 데 필요합니다. 기계적으로 단방향(UD) 라미네이트 재료를 심문하는 데 권장되는 표준은 없습니다. 이 연구는 이러한 재료의 기계적 특성을 정확하게 테스트하기 위한 방법과 모범 사례를 살펴보고 이러한 재료에 대한 새로운 테스트 방법론을 제안합니다. 이러한 재료의 노화를 위한 모범 사례도 설명되어 있습니다.

서론

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국립 표준 기술 연구소 (NIST)는 법 집행 기관 및 형사 사법 기관이 구매한 장비와 사용하는 기술이 연구 프로그램을 통해 안전하고 신뢰할 수 있으며 매우 효과적이도록 보장합니다. 바디 갑옷에 사용되는 고강도 섬유의 장기적인 안정성을 해결합니다. 이전작업 1,2재료 폴리 (p-페닐렌-2,6-벤조비옥사졸) 또는 PBO로 만든 갑옷의 필드 실패에 초점을 맞추고있다, 이는 국립 사법 연구소의 (NIJ의) 신체 갑옷 표준에 대한 주요 개정을 주도 3. 이 개정 된 표준의 출시 이후, 작업은 초고어금 질량 폴리에틸렌 (UHMMPE)4 및 폴리 (p-페닐렌 테레프탈라미드) 또는 PPTA와 같은 다른 일반적으로 사용되는 섬유에서 노화의 메커니즘을 검사하기 위해 NIST에서 계속되었습니다. 일반적으로 아라미드로 알려져 있습니다. 그러나이 모든 작업은 짠 직물과 가장 관련이있는 원사와 단일 섬유의 노화에 초점을 맞추고 있습니다. 그러나, 많은 갑옷 디자인은 UD 라미네이트를 통합. UD 라미네이트는 각 층의 섬유가 서로 평행한 얇은 섬유 층 (&0.05mm)으로 구성되며 갑옷은 얇은 시트를 교대 방향으로 적층하여 구성됩니다. 보충 그림 1a에 설명된 바와 같이. 이 디자인은 결합체 수지에 크게 의존하여 각 층의 섬유를 일반적으로 평행하게 고정하고, 보충 그림 1b에서볼 수 있듯이, 적층 직물의 명목상 0°/90° 방향을 유지합니다. 직조 된 직물과 마찬가지로 UD 라미네이트는 일반적으로 아라미드 또는 UHMMPE의 두 가지 주요 섬유 변형으로 구성됩니다. UD 라미네이트는 갑옷 디자이너에게 몇 가지 장점을 제공합니다 : 그들은 직조 직물을 사용하는 것과 비교하여 낮은 무게의 갑옷 시스템을 허용 (직조 시 강도 손실로 인해), 짠 건설의 필요성을 제거하고, 작은 직경의 섬유를 활용 직조 된 직물과 비슷한 성능을 제공하지만 무게가 낮습니다. PPTA는 이전에 온도 및 습도1,2에의한 열화에 내성이 있는 것으로 나타났지만, 바인더는 UD 라미네이트의 성능에 중요한 역할을 할 수 있다. 따라서, PPTA 기반 갑옷에 사용 환경의 전반적인 효과 알 수 없습니다8.

현재까지, 이러한 UD 라미네이트에 사용되는 바인더 수지의 노화및 UD 라미네이트의 탄도 성능에 대한 바인더 노화의 효과를 특성화하기 위한 매우 예비적인 작업만이 수행되었다. 예를 들어, NIJ Standard-0101.06에 사용되는 컨디셔닝 프로토콜의 개발 동안, UD 라미네이트는 1,2,8노화후 V50에서 박하 및 감소의 시각적 징후를 보였다. 이러한 결과는 재료의 장기적인 구조적 성능을 평가하기 위해 노화가 있는 재료 특성에 대한 철저한 이해가 필요하다는 것을 보여줍니다. 따라서 이러한 재료의 고장 특성을 심문하기 위해 표준화된 방법의 개발이 필요합니다. 이 작업의 주요 목표는 UD 라미네이트 재료의 기계적 특성을 정확하게 테스트하기 위한 방법과 모범 사례를 탐구하고 이러한 재료에 대한 새로운 테스트 방법론을 제안하는 것입니다. UD 라미네이트 재료의 노화에 대한 모범 사례도 이 작업에 설명되어 있습니다.

문헌은 하드 샘플9,10,11로다중 층을 고온 압착 한 후 UD 라미네이트의 기계적 특성을 테스트하는 몇 가지 예를 포함합니다. 경질 복합 라미네이트의 경우 ASTM D303912를 사용할 수 있습니다. 그러나 이 연구에서 는 재료두께가 약 0.1mm이며 단단하지 않습니다. 일부 UD 라미네이트 재료는 헬멧이나 탄도 방지 플레이트와 같은 견고한 탄도 보호 물품을 만들기 위해 전구체로 사용됩니다. 그러나, 얇고 유연한 UD 라미네이트는 또한 갑옷9,13을만들기 위해 사용될 수있다.

이 작업의 목적은 부드러운 갑옷의 재료의 성능을 탐구하는 방법을 개발하는 것입니다, 그래서 그들은 재료가 부드러운 갑옷에 사용되는 방식을 대표하지 않기 때문에 뜨거운 가압을 포함하는 방법을 탐구하지 않았다. ASTM 인터내셔널은 섬유 직물의 강도 및 연신을 깨는 ASTM D5034-0914 표준 테스트 방법 (그랩 테스트), ASTM D5035-1115 표준 시험을 포함하여 직물의 테스트 스트립에 관한 몇 가지 테스트 방법 표준을 가지고 섬유 직물의 파괴력 및 연신법 (스트립 방법), 섬유 웨빙, 테이프 및 편조 재료의 강도 및 연신을 깨는 ASTM D6775-1316 표준 테스트 방법 및 ASTM D395017 표준 사양 스트래핑, 비금속 (및 접합 방법). 이러한 표준은 아래에 언급된 바와 같이 사용되는 테스트 그립과 시편 크기면에서 몇 가지 주요 차이점이 있습니다.

ASTM D5034-0914 및 ASTM D5035-1115에 설명된 방법은 매우 유사하며 고강도 복합재료가 아닌 표준 원단 테스트에 중점을 둡니다. 이 두 표준의 테스트에서 그립의 턱 면은 부드럽고 평평하지만, 스틱 슬립 기반 고장의 역할을 최소화하기 위해 고장 응력이 100 N/cm를 초과하는 시편에 는 수정이 허용됩니다. 미끄러짐을 방지하기 위해 제안된 수정은 턱을 채우고, 턱 아래에 직물을 코팅하고, 턱 면을 수정하는 것입니다. 이 연구의 경우, 시편 고장 응력은 약 1,000 N/cm이며, 따라서 이 그립 스타일은 과도한 시료 미끄러짐을 초래합니다. ASTM D6775-1316 및 ASTM D395017은 훨씬 더 강력한 소재를 위한 것이며 둘 다 캡스탄 그립에 의존합니다. 따라서, 이 연구는 capstan 그립의 사용에 초점을 맞추고.

또한, 시편 크기는 이 4개의 ASTM 표준 사이에서 상당히 변화합니다. 웨빙 및 스트래핑 표준, ASTM D6775-1316 및 ASTM D395017은재료의 전체 폭을 테스트하도록 지정합니다. ASTM D677516은 최대 너비 90mm를 지정합니다. 대조적으로, 직물 표준14,15는 시편이 폭으로 절단될 것으로 예상하고 25mm 또는 50mm 폭중 하나를 지정합니다. 시편의 전체 길이는 40cm에서 305cm 사이이며 게이지 길이는 이러한 ASTM 표준에서 75mm에서 250mm 사이로 다양합니다. ASTM 표준은 표본 크기에 관하여 상당히 다르기 때문에, 3개의 다른 폭 및 3개의 다른 길이는 이 연구 결과에서 고려되었습니다.

프로토콜에서 시편 제제를 지칭하는 용어는 다음과 같습니다: 볼트 > 전구체 재료 > 재료 > 시편, 여기서 용어 볼트는 UD 라미네이트의 롤을 의미하며, 전구체 재료는 여전히 부착된 UD 직물의 풀린 양을 말합니다. 볼트에, 재료는 UD 라미네이트의 분리 된 조각을 의미하고, 시편은 테스트 할 개별 조각을 의미한다.

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프로토콜

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1. 롤축에 수직으로 절단되는 워프 방향 시편에 대한 절단 절차

  1. 테스트할 단방향 재료의 볼트를 식별합니다.
    참고 : 전통적인 섬유 의미에서 워프 (롤축에 수직 방향을 설명하는 데 사용)와 씨실 (롤의 축에 평행한 방향을 설명하는 데 사용)이 없습니다, 여기에 사용되는 재료는 짠되지 않습니다,하지만 이러한 용어는 차용fo r 선명도.
  2. 볼트를 수동으로 풀어 전구체 재질을 노출합니다(즉, 확인된 재료는 볼트에서 풀리지만 볼트에 여전히 연결되어 있음).
    참고 : 이 볼트의 폭은 재료의 총 길이 (보충 그림 1b참조)가되므로 300mm 게이지 길이 (총 표본 길이 600mm에 해당) 아래에 지정된 절차 및 테스트 그립을 사용하여 볼트에서 절단 재료는 600mm 폭이어야한다. 이 재료의 길이는 재료가 압연되는 볼트 폭의 길이입니다(이 경우 약 1,600mm). 이것은 보충 그림 1b에도시되어 있습니다.
  3. 보조 그림 1b와같이 주 섬유 방향이 볼트 너비와 평행한지 시각적으로 확인합니다. 재료의 최상위 레이어의 섬유 방향(즉, 시편을 내려다볼 때 뷰어가 보는 방향)을 주 섬유 방향이라고 합니다.
  4. 보조 그림 1c와 같이 탭의 길이가 전구체 재료의 주 섬유 방향과 명목상 평행하게 정렬된 메스로 전구체 재료의 작은 탭을 약 3mm 너비로 자른다.
  5. 수동으로 탭을 잡고 탭을 떼어 내고 아래 레이어에 섬유를 노출하여 탭에 수직으로 실행합니다. 보충 그림1d).
    참고: 이 단계에서는 추가 그림 1d와같이 교차 섬유만 표시되는 영역을 생성합니다.
  6. 탭 가장자리에서 남은 노출된 교차 섬유를 인접한 느슨한 섬유를 제거합니다.
    참고: 현재 UD 라미네이트 시스템에서는 섬유가 완벽하게 평행하지 않고(그림 1과 같이) 인접한 섬유를 교차할 수 있음을 관찰했습니다. 따라서, 분리되는 것을 인접한 섬유는 이 과정에서 자주 분리될 것이다. 느슨해지는 인접한 섬유는 분리에 사용되는 탭의 예상 경로에서 1-2mm 정도 떨어져 있을 수 있습니다.
  7. 의료 용 메스를 사용하여 노출 된 교차 섬유를 따라 절단하여 전구체 재료조각을 볼트에서 분리합니다.
    1. 블레이드가 둔해지는 거리 절단을 결정하여 덜 깨끗한 절단을 일으킵니다(즉, 이 물질을 절단한 후, 보조 그림 2 및 보충 그림3에 나타난 바와 같이 메스가 둔해지고 긁힐 수 있음). 블레이드가 무디어지거나 손상되기 전에 교체하십시오. 다른 유형의 재료를 테스트할 때 여러 절삭 장비를 검사하여 최상의 절삭 장비를 결정합니다.
      주의: 부상을 방지하기 위해 모든 날카로운 블레이드 또는 절삭 공구와 함께 주의해야 합니다. 이 단계에서 는 절단 방지 장갑을 착용하여 부상 위험을 줄일 수 있습니다.
  8. 재료를 뒤집어 서 이제 주 섬유 방향이 워프 방향에 있습니다.
    참고: 주 섬유 방향은 볼 수 있는 레이어(최상위 레이어)를 나타내므로 재질을 뒤집면 주 섬유 방향이 씨방에서 뒤틀립니다(보충 그림 1b참조).
  9. 면면 방향으로 정렬된 재질의 그립 선을 표시합니다.
    주: 이 선은 제조된 에지에서 제조된 모서리까지, 절단 모서리와 평행하고, 이러한 절단 모서리에서 115mm로 실행됩니다. 4.4.1 단계에서 는 더 자세히 설명되지만 그립 선은 시편을 나중에 절단할 때 사용되는 라인입니다.
  10. 1.3단계를 사용하여 시편이 재료에서 절단될 주 섬유 방향을 결정합니다.
    참고: 섬유 배향이 제조 된 가장자리에 정확히 수직이지 않을 수 있습니다. 이 경우 정확한 섬유 선을 따르십시오. 벌크 재료 특성을 정확하게 반영하지 못할 수 있으므로 제조 된 모서리 근처의 영역을 피하십시오.
  11. 1.16단계에서 참조한 바와 같이, 재료의 폭(절단 모서리 사이)과 길이(씨실 방향)에 맞을 만큼 충분히 큰 적합한 자가 치유 격자 절단 매트상에 소재를 배향한다.
    1. 섬유 방향을 절삭 매트의 격자선과 조심스럽게 정렬합니다. 재질의 절단 모서리를 재질을 일렬로 세우는 가이드로 사용하십시오. 그러나 시편의 섬유 방향을 정렬하는 것이 가장 중요합니다.
    2. 재료를 절단 매트에 테이프로 바입니다.
      참고: 테이프는 시편 중앙 근처에 배치해서는 안 됩니다. 대신, 재료에서 절단 할 표본의 끝이 될 것입니다 무엇에 사용되어야한다. 시편을 테스트할 때 끝이 그립에 있습니다. 따라서 테이프에 의한 재료손상이 최소화됩니다. 절단에서 멀리 떨어진 재질의 모서리만 테이핑하면 재료가 움직이지 않고 시편을 절단할 때 블레이드도 테이프를 절단하지 않습니다. 저착 접착제 테이프(예: 화가의 테이프)는 제거할 때 재료를 손상시키지 않고 직물을 제자리에 유지할 수 있을 만큼 잘 부착되기 때문에 잘 작동합니다.
  12. 블레이드와 직선 가장자리를 사용하여 재료에서 시편을 잘라냅니다. 형성된 스트립은 표본입니다. 이 과정에서 재료가 움직이지 않도록 하십시오. 그렇지 않으면 섬유 방향을 새롭게 결정하고 그에 따라 재료의 방향을 조정합니다.
    1. 적절한 시편 폭(즉, 30mm)에 해당하는 원하는 위치에 직선 모서리를 놓습니다. 의료용 메스는 절단 위치를 고려할 때 직선 모서리의 배치에서 오프셋이 필요하지 않을 정도로 얇습니다. 절삭 매트 또는 절삭 매트의 다른 사용자가 정한 기준선의 그리드에 직선 모서리를 정렬합니다.
    2. 직선 모서리의 양쪽 끝을 고정하여 직선 모서리를 제자리에 고정합니다. 클램핑 과정에서 이동했을 수 있으므로 클램핑 후 직선 모서리의 위치를 확인합니다.
  13. 의료용 메스를 사용하여 직선 가장자리를 따라 재료에서 시편을 잘라냅니다. 일정한 속도와 압력으로 깨끗하고 매끄러운 단일 절단을 보장합니다.
    참고: 블레이드가 직선 모서리에 대해 블레이드에 가해질 수 있어 블레이드절단이 직선 가장자리의 가장자리에서 정확하게 절단될 수 있습니다.
    주의: 부상을 피하기 위해 주의를 기울여야 하므로 의료용 메스를 다룰 때는 절단 방지 장갑을 착용하는 것이 좋습니다. 또한, 몸을 향해 절단하는 동안 가장 매끄러운 컷을 얻을 수 있기 때문에, 컷 저항 앞치마 또는 실험실 코트를 착용하는 것이 좋습니다.
  14. 현미경으로 스트립의 절단 가장자리를 검사합니다. 새 날카로운 블레이드로 만든 절단에 비해 절단 가장자리가 훨씬 더 돌출 된 섬유 또는 기타 결함이있는 경우 블레이드를 변경합니다.
  15. 재료가 과정에서 이동하지 않도록주의, 직선 가장자리를 풀어. 재질이 이동한 경우 섬유 방향을 다시 결정하고 재료의 방향을 적절하게 조정합니다.
  16. 1.12-1.15단계를 반복하여 300mm의 재료에서 절단할 수 있는 최대 시편 수가 얻어질 때까지 반복합니다.
    참고: 폭이 30mm인 시편의 경우 300mm의 재료는 10개의 시편과 동일하지만 폭이 70mm인 표본의 경우 4개의 표본과 동일합니다. 이 300mm 제한은 여기에서 연구된 단방향 라미네이트에 대해 잘 작동하도록 결정되었지만 다른 라미네이트에 따라 다를 수 있습니다.
  17. 필요에 따라 1.10-1.11 단계를 반복합니다(즉, 더 많은 시편을 계속 자르기 전에 주 섬유 방향을 결정하고 재료의 방향을 조정합니다).
    참고: 프로토콜은 여기에서 일시 중지할 수 있습니다. 시편을 즉시 사용하지 않는 경우 어둡고 주변 위치에 보관하십시오.

2. 롤의 축을 따라 절단되는 위자 방향 시편에 대한 절단 절차

참고 : 여기에 사용되는 재료가 짠되지 않기 때문에 전통적인 섬유 감각에는 뒤틀릴짐과 실목이 없지만 이러한 용어는 명확성을 위해 차용됩니다.

  1. 절단할 시편의 수와 크기에 따라 원하는 재료의 폭과 길이를 결정합니다.
    참고: 이 단방향 라미네이트와 게이지 길이가 약 300mm인 시편의 경우, 종단에서 끝까지 배치된 두 개의 시편을 볼트 폭을 따라 절단할 수 있습니다. 따라서, 40개의 시편 세트는 롤로부터 물질을 절단하기 전에 보충 도4에 도시된 바와 같이 각각 20개의 표본의 2개의 컬럼으로 절단될 수 있다. 시편의 폭이 30mm이면 재료는 약간의 여분의 공간 (즉, 610mm)으로 시편의 폭 (컬럼 당 20 개의 표본이 있음)의 20 배로 절단해야합니다.
    1. 1.4-1.6단계의 지침에 따라 자실을 따라 섬유 방향을 결정합니다.
    2. 블레이드를 사용하여 노출된 교차 섬유(즉, 워프 섬유를 가로질러)를 잘라내어 전구체 재료를 볼트에서 분리합니다.
      주의: 부상을 방지하기 위해 모든 날카로운 블레이드 또는 절삭 공구와 함께 주의해야 합니다. 이 단계에서 는 절단 방지 장갑을 착용하여 부상 위험을 줄일 수 있습니다.
  2. 원하는 시편 길이와 일치하는 길이(즉, 관심 있는 시편 길이에서 워프 방향으로 절단)를 차단할 준비를 합니다. 아래 명시된 절차 및 테스트 그립을 사용하여 300mm 게이지 길이(총 시편 길이 600mm에 해당)를 얻으려면 재료가 이제 600mm x 610mm여야 합니다.
  3. 1.9-1.17 단계를 수행하여 원하는 표본을 잘라냅니다.
    참고: 프로토콜은 여기에서 일시 중지할 수 있습니다. 시편을 즉시 사용하지 않는 경우 어둡고 주변 위치에 보관하십시오.

3. 전자 현미경 검사법을 스캔하여 절단 방법의 분석

  1. 전자 현미경 검사법(SEM)을 약 5mm 길이와 너비의 사각형을 절단하여 분석을 위해 샘플을 준비하고 관심 있는 절단 기술에서 사각형의 적어도 두 개의 가장자리를 보존합니다. 이러한 보존된 가장자리는 식별되어야 하며 현미경으로 평가될 가장자리입니다.
  2. 핀셋을 적절한 양면 카본 테이프에 고착시켜 SEM 샘플 홀더에 시료를 장착합니다.
  3. 금 팔라듐 (Au / Pd)과 같은 전도성 물질의 얇은 (5 nm) 층으로 샘플을 코팅하여 주사 전자 현미경하에서 표면 충전 효과를 완화하십시오.
  4. 샘플을 주사 전자 현미경에 로드하고 가속 전압의 약 2 kV와 50-100 pA 전자 전류로 이미지를 이미지화합니다. 필요한 경우 충전 효과에 대응하기 위해 충전 중화 설정을 적용합니다.

4. UD 라미네이트 표본의 인장 테스트

  1. 그립을 측정하여 크로스헤드 초기 위치 값과 시편이 최소 장력 하에서 상부 및 하부 그립과 접촉하는 위치 사이의 거리를 결정합니다. 테스트 소프트웨어에서 크로스헤드 위치를 읽습니다. 이 크로스헤드 위치에서 유효 게이지 길이를 측정하여 이로부터 효과적인 게이지 길이를 계산합니다. 간격띄우기(변위 량)를 크로스헤드 위치에 추가하여 유효 게이지 길이(측정된 유효 게이지 길이에서 크로스헤드 위치를 뺀 값)를 결정합니다.
  2. 섹션 1과 2에 따라 준비된 표본의 번호를 부드러운 기울어진 영구 마커로 하여 준비된 순서가 명확합니다. 준비 날짜와 오리엔테이션 날짜와 같은 다른 정보도 표시합니다.
    참고: 본 명세서에서 사용되는 시편은 30mm x 400mm의 치수를 가지지만, 시료 치수는 다른 재료에 따라 다를 수 있으며 섹션 1 또는 섹션 2를 따라 얻어졌습니다. 시편을 즉시 사용하지 않는 경우 어둡고 주변 위치에 보관하십시오.
  3. 스트레인이 비디오 엑텐섬터를 사용하여 측정될 경우, 보조 그림 5a에표시된 대로 일관성을 위해 템플릿을 사용하여 영구 마커로 게이지 포인트를 수동으로 표시하여 비디오 상천계를 추적하고 측정할 수 있는 포인트를 제공합니다. 스트레인. 크로스헤드 변위에서 변형이 계산되는 경우 이 단계를 건너뜁니다.
  4. 시편을 캡스탄 그립의 중앙에 로드합니다.
    1. 캡스탄의 틈새를 통해 시편의 단부를 삽입하고 보조 도 5b에나타난 바와 같이 1.9단계에서 그려진 그립 선에 시편의 끝을 놓습니다. 캡스탄 그립의 중심에서 약 1mm 이내에 시편의 중심을 정렬하여 캡스탄 그립에 시편을 중앙에 두십시오.
    2. 캡스탄을 원하는 위치로 돌려 시편을 가운데에 유지합니다. 예를 들어, 그립이 자성인 경우 시편에 놓인 자석과 같은 장력 장치를 사용하여 시편을 부드럽게 고정하고 잠금 핀으로 캡스탄을 제자리에 고정시면 됩니다.
    3. 시편의 다른 쪽 끝에 대해 4.4.1 단계와 4.4.2단계를 반복합니다.
  5. 2 N의 예압 또는 기타 적절한 작은 하중을 적용합니다.
  6. 크로스 헤드 변위 / 실제 게이지 길이를 기록합니다.
  7. 계측기를 프로그래밍하여 10mm/min의 일정한 연장 속도로, 비디오 엑텐섬터 또는 크로스헤드 변위를 사용하여 변형을 기록하고 테스트를 시작하기 시작합니다.
  8. 디스플레이를 모니터링하고 샘플이 고장났을 때 디스플레이의 관찰된 부하가 90% 손실되었음을 입증하여 테스트를 중지합니다. 재료의 특성 및 해당 고장 변형으로 인한 고장 응력과 동일한 최대 응력을 기록합니다. 나머지 시편에 대해 4.3-4.8 단계를 반복합니다.
  9. 추가 분석을 위해 부서진 시편을 저장합니다.
  10. 웨이불18 분포에서 극단적으로 벗어난 데이터 점과 같은 문제 데이터의 다른 징후뿐만 아니라 재료의 시편 수 및 원래 표본 배치의 함수로 실패 시 응력 확인 계속하기 전에 준비 또는 취급 중에 손상된 샘플과 같은 가능한 원인을 조사하십시오.

5. 노화 실험을위한 표본의 준비

  1. 노화 실험 시작
    1. 환경 조건당 연구에 필요한 재료의 총량을 계산하고 12 개월 동안 매월 표본 추출 계획을 기반으로합니다.
      참고: 이 연구를 위해 추출당 40개의 표본과 총 12개의 추출이 계획 목적으로 사용되었습니다.
    2. 각 조건에 필요한 재료의 총량을 잘라냅니다. 필요한 수의 시편과 최소 10mm를 수용할 수 있을 만큼 넓은 각 스트립을 잘라냅니다.
      참고: 인장 테스트를 수행하기 전에 시편의 각 면에서 5mm의 재료가 추가로 다듬어집니다. 추가 재료는 노화 프로토콜 동안 처리로 인해 샘플의 가장자리가 손상 될 수 있기 때문에 사용된다.
    3. 보조 도 5c에도시된 바와 같이 컷 노화 스트립을 트레이에 배치하여 환경 챔버에 배치한다. 이 연구에 사용된 트레이는 각각 약 120개의 스트립을 담을 수 있습니다.
    4. 재료의 예상 사용 및 저장 환경에 기초하여 환경 연구에대한 노출 조건을 선택2.
      참고: 본 연구에서는 76% 상대 습도(RH)에서 명목상 70°C를 사용하였다.
    5. 건조하고 실온 조건(예: 25% RH에서 약 25°C)을 위한 환경 챔버를 프로그래밍합니다. 챔버가 이러한 조건에서 안정화 될 수 있도록하고, 다음, 멀리 벽과 응축을 유치 하는 것으로 보이는 챔버의 모든 위치에서 챔버랙에 샘플 트레이를 배치합니다.
    6. 5.1.4단계에서 결정된 대로 환경 챔버를 원하는 온도로 프로그래밍하고, 습도를 약 25% RH로 남긴다.
    7. 챔버가 단계 5.1.4로부터 목표 온도에서 안정화되면, 5.1.4 단계에서 결정된 바와 같이 습도를 원하는 수준으로 증가시키기 위해 챔버를 프로그래밍한다.
    8. 매일 챔버를 확인하여 물 공급과 여과가 적절한지 확인하고 허용 오차 범위를 벗어난 조건이 관찰되는 시기를 확인하십시오. 각 챔버 의 전면 또는 가까운 노트북에 로그에 편차와 중단을 기록하는 것이 좋습니다.
    9. 관심 있는 다른 모든 표본에 대해 5.1.5-5.1.8 단계를 반복합니다.
  2. 해석을 위해 숙성된 재료 스트립 추출
    1. 분석을 위해 환경 챔버에서 숙성 된 재료 스트립을 추출 할 준비가되면 먼저 상대 습도를 약 25 % RH로 줄이기 위해 챔버를 프로그래밍하십시오.
    2. 환경 챔버가 낮은 습도 조건에서 안정화된 후, 온도를 약, 실온 또는 25°C로 떨어뜨리도록 프로그래밍한다. 이 단계는 챔버 도어가 열릴 때 응결을 방지합니다.
    3. 환경 챔버가 단계 5.1.5의 조건에서 안정화되면, 챔버를 열고, 관심의 숙성 재료 스트립을 포함하는 트레이를 제거, 원하는 스트립을 꺼내, 라벨 용기에 배치.
    4. 트레이를 환경 챔버로 되돌려 놓습니다.
    5. 5.1.6 단계 및 5.1.7 단계에서 주어진 절차에 따라 노화 연구를 계속하는 경우 챔버를 관심 있는 조건으로 되돌려 놓습니다. 그렇지 않은 경우 명목상 주변 상태로 유지될 수 있습니다.
    6. 사용 중인 경우 챔버 로그에 추출을 기록합니다.
    7. 1.7-1.17 단계 다음, 노화 된 재료 스트립에서 세 표본을 잘라.
    8. 섹션 4에 설명된 대로 표본을 테스트합니다.

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결과

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여러 가지 변수를 조사하기 위해 절단 및 테스트의 많은 반복이 수행되었습니다. 조사된 몇 가지 변수에는 절단 기술 및 절삭 계측기, 테스트 속도, 시편 치수 및 그립이 포함됩니다. 한 가지 중요한 발견은 시편을 섬유 방향과 정렬하는 것이 중요하다는 것입니다. 데이터 분석 절차(일관성 분석, Weibull 기술, 이상값 결정 등)는 노화에 대한 고려 사항과 마찬가지로 아래에서 설명합니다.

C (것)에 우팅 기술/계측기

절단 장비는 각 절단 장비 유형과 관련된 다양한 수준의 정밀도로 인해 측정된 고장 응력에 영향을 줄 수 있습니다. 그림2, 그림 3

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토론

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섬유 방향의 적절한 결정은 매우 중요합니다. 프로토콜의 단계 1.4-1.6에 설명된 방법의 장점은 분리 공정을 시작하는 데 사용되는 얼마나 많은 섬유를 완벽하게 제어할 수 있다는 것입니다. 그러나, 이것은 섬유가 완전히 평행하지 않고 서로 교차 할 수 있기 때문에 최종 분리 된 영역의 폭을 완벽하게 제어 할 수 있다는 것을 의미하지는 않습니다. 섬유의 한 배치를 분리하는 과정에서, 자주, 분리되는 것을 인접한 섬유는 또한 이 크로스오버로 인해 분리될 것이다. 따라서, 섬유 방향에 대한 진정한 판독을 얻으려면, 느슨한 이웃 섬유도 돌출 섬유가없는 깨끗한 가장자리가있을 때까지 제거해야합니다.

시편 간의 일관성도 중요합니다. 프로토콜의 1.9단계에서는 시편을 절단하기 전에 그립 선이 그려져 서시편이 그립 라인 사이에 공통 길이가 있으므로 시편 전체에서 일관된 게이지 길이를 보장할 수 있습니다. 시편 모서리에서 그립 선까지의 이상적인 거리는 재료 자체의 마찰 계수와 그립의 마찰 계수및 ...

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공개 사항

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이 백서에 사용된 절차에 대한 전체 설명은 특정 상용 제품 및 공급업체의 식별이 필요합니다. 이러한 정보의 포함은 그러한 제품 이나 공급 업체가 NIST의 승인을 받고 있거나 NIST에서 권장하거나 반드시 목적을 위한 최고의 재료, 도구, 소프트웨어 또는 공급 업체임을 나타내는 것으로 해석되어서는 안됩니다. 설명.

감사의 글

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저자는 스튜어트 리 피닉스가 도움이 되는 토론을 하고, 마이크 라일리가 기계 테스트 설정에 도움을 주었으며, 하니웰이 일부 자료를 기증한 것에 대해 인정하고 싶습니다. 에이미 엥겔브레히트-위간스에 대한 기금은 보조금 70NANB17H337에 따라 제공되었다. 아제이 크리슈나무르티에 대한 기금은 보조금 70NANB15H272에 따라 제공되었다. 아만다 L. 포스터에 대한 자금은 기관 간 계약 R17-643-0013을 통해 국방부에서 제공되었다.

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재료

이 논문에 사용된 재료 목록
이름회사카탈로그 번호댓글
캡스턴 그립유니버셜 그립 회사20kN 랩 그립테스트에 사용되는 캡스턴 그립
세라믹 나이프슬라이스10558
세라믹 정밀 블레이드슬라이스00116
클램프어윈퀵 그립 미니 바 클램프
컨포칼 현미경
절단 매트Rotatrim A0 메트릭 자가 치유 커팅 매트
Denton 데스크탑 스퍼터 코터 스퍼터 코터
FEI Helios 660 듀얼 빔 FIB/SEMFEI Helios주사 전자 현미경
전동 로터리 커터Chickadee
로터리 커터Fiskars49255A84
스테레오 현미경NationalDC4-456H
스트레이트 에지McMaster Carr1935A74
외과 용 메스 블레이드Sklar 악기
외과 용 메스 핸들Swann Morton
범용 시험기Instron4482범용 시험기
유틸리티 나이프Stanley99E

참고문헌

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