Snij procedures, trekproeven en veroudering van flexibele unidirectionele composiet laminaten

Samenvatting

Het doel van de studie was het ontwikkelen van protocollen om consistente specimens voor te bereiden voor nauwkeurige mechanische tests van hoogsterkte aramide of Ultra-hoge-molaire massa-polyethyleen gebaseerde flexibele unidirectionele composiet laminaat materialen en om protocollen voor het uitvoeren van kunstmatige veroudering op deze materialen.

Samenvatting

Veel bodyarmor ontwerpen bevatten unidirectionele (UD) laminaten. UD laminaten zijn gemaakt van dunne (< 0,05 mm) lagen van high-performance garens, waarbij de garens in elke laag parallel aan elkaar zijn georiënteerd en op zijn plaats worden gehouden met behulp van BIND harsen en dunne polymeer folies. Het pantser is opgebouwd door het stapelen van de unidirectionele lagen in verschillende oriëntaties. Tot op heden is alleen zeer voorbereidend werk verricht om de veroudering van de ringband harsen die worden gebruikt in unidirectionele laminaten en de effecten op hun prestaties te karakteriseren. Bijvoorbeeld, tijdens de ontwikkeling van de conditionerings protocol gebruikt in het National Institute of Justice Standard-0101,06, UD laminaten toonde visuele tekenen van delaminatie en verlagingen in V₅₀, dat is de snelheid waarmee de helft van de projectielen wordt verwacht dat de pantser, na veroudering te perforeren. Een beter begrip van de materiële eigenschap veranderingen in UD laminaten is noodzakelijk om te begrijpen van de langetermijnprestaties van de pantsers opgebouwd uit deze materialen. Er zijn geen huidige standaarden aanbevolen voor mechanisch ondervragende unidirectionele (UD) laminaat materialen. Deze studie onderzoekt methoden en best practices voor het nauwkeurig testen van de mechanische eigenschappen van deze materialen en stelt een nieuwe testmethodologie voor deze materialen voor. Aanbevolen procedures voor veroudering van deze materialen worden ook beschreven.

Inleiding

Het National Institute of Standards and Technology (NIST) helpt wetshandhavings-en strafrecht bureaus ervoor te zorgen dat de apparatuur die zij aanschaffen en de technologieën die zij gebruiken veilig, betrouwbaar en zeer effectief zijn, via een onderzoeksprogramma het aanpakken van de lange termijn stabiliteit van hoge-sterkte vezels die worden gebruikt in bodyarmor. Eerdere werkzaamheden^1,2heeft zich gericht op het falen van een lichaam van het materiaal poly (p-fenylene-2, 6-benzobisoxazol), of PbO, wat leidde tot een belangrijke herziening van de National Institute of Justice (Nij 's) Body Armor standaard ³. sinds de vrijgave van deze herziene norm heeft het NIST gewerkt aan het onderzoeken van verouderings mechanismen in andere veelgebruikte vezels, zoals ultrahoog-molaire-massa-polyethyleen (UHMMPE)⁴ en poly (p-fenyleenterephthalamide), of PPTA, algemeen bekend als Aramid. Al dit werk is echter gericht op de veroudering van garens en enkelvoudige vezels, die het meest relevant zijn voor geweven stoffen. Echter, veel Body Armor ontwerpen bevatten UD laminaten. UD laminaten zijn opgebouwd uit dunne vezel lagen (< 0.05 mm) waar de vezels in elke laag parallel aan elkaar zijn^5,6,7 en de Armor is opgebouwd door het stapelen van de dunne vellen in afwisselende richtingen, zoals afgebeeld in aanvullend figuur 1a. Dit ontwerp is sterk afhankelijk van een bindmiddel hars om de vezels in elke laag over het algemeen parallel te houden, zoals te zien in aanvullende figuur 1b, en de nominaal 0 °/90 ° oriëntatie van de gestapelde weefsels te behouden. Net als geweven stoffen zijn UD laminaten meestal opgebouwd uit twee grote Fiber variaties: aramide of UHMMPE. UD laminaten bieden verschillende voordelen aan Body Armor ontwerpers: ze zorgen voor een lager-gewicht Armor systeem in vergelijking met die met behulp van geweven stoffen (als gevolg van sterkte verlies tijdens het weven), elimineren de noodzaak voor geweven constructie, en gebruik maken van kleinere diameter vezels om een gelijkaardige prestatie te bieden aan geweven stoffen, maar met een lager gewicht. PPTA heeft eerder aangetoond dat het bestand is tegen degradatie veroorzaakt door temperatuur en vochtigheid^1,2, maar het bindmiddel kan een belangrijke rol spelen in de prestaties van het UD-laminaat. Dus, de algemene effecten van de gebruiksomgeving op PPTA-gebaseerde Armor zijn onbekend⁸.

Tot op heden is alleen zeer voorbereidend werk verricht om de veroudering van de ringband harsen die in deze UD laminaten worden gebruikt en de effecten van bindmiddel veroudering op de ballistische prestaties van het UD-laminaat te karakteriseren. Tijdens de ontwikkeling van het conditionerings protocol dat in Nij Standard-0101,06 wordt gebruikt, toonden UD laminaten bijvoorbeeld visuele tekenen van delaminatie en verlagingen in V₅₀ na veroudering van^1,2,8. Deze resultaten tonen de noodzaak aan van een grondig begrip van de materiaaleigenschappen met veroudering, om de structurele langetermijnprestaties van het materiaal te evalueren. Dit vereist op zijn beurt de ontwikkeling van gestandaardiseerde methoden om de storings eigenschappen van deze materialen te ondervragen. De belangrijkste doelstellingen van dit werk zijn het verkennen van methoden en best practices voor het nauwkeurig testen van de mechanische eigenschappen van UD-laminaat materialen en het voorstellen van een nieuwe testmethodologie voor deze materialen. In dit werk worden ook de beste praktijken voor vergrijzende UD-laminaat materialen beschreven.

De literatuur bevat verschillende voorbeelden van het testen van de mechanische eigenschappen van UD laminaten na het warm persen van meerdere lagen in een hard sample^9,10,11. Voor stijve composiet laminaten kan ASTM D3039¹² worden gebruikt; echter, in deze studie, het materiaal is ongeveer 0,1 mm dik en niet stijf. Bepaalde UD-laminaat materialen worden gebruikt als precursoren voor het maken van rigide ballistische beschermende artikelen zoals helmen of ballistische platen. Het dunne, flexibele UD-laminaat kan echter ook worden gebruikt om Body Armor^9,13te maken.

Het doel van dit werk is om methoden te ontwikkelen voor het verkennen van de prestaties van de materialen in zachte bodyarmor, dus methoden met hete persing werden niet verkend omdat ze niet representatief zijn voor de manier waarop het materiaal wordt gebruikt in zachte bodyarmor. ASTM International heeft verschillende testmethode normen met betrekking tot het testen van strips van stof, met inbegrip van ASTM D5034-09¹⁴ standaard testmethode voor het breken van de sterkte en verlenging van textielstoffen (Grab test), ASTM D5035-11¹⁵ standaard test Methode voor het breken van de kracht en de verlenging van textielstoffen (strip methode), ASTM D6775-13¹⁶ standaard test methode voor het breken van de sterkte en rek van textiel singelband, tape en gevlochten materiaal, en ASTM D3950¹⁷ standaard specificatie voor Strapping, niet-metallisch (en verbindingsmethoden). Deze normen hebben verschillende belangrijke verschillen in termen van de gebruikte test grepen en de specimen grootte, zoals hieronder vermeld.

De methoden die worden beschreven in ASTM D5034-09¹⁴ en ASTM D5035-11¹⁵ zijn zeer vergelijkbaar en richten op het testen van standaard stoffen in plaats van hoge-sterkte composieten. Voor de tests in deze twee normen, de kaak gezichten van de grepen zijn glad en plat, hoewel wijzigingen zijn toegestaan voor specimens met een storing spanning groter dan 100 N/cm om te minimaliseren van de rol van de stick-slip-gebaseerde mislukking. Voorgestelde modificaties om uitglijden te voorkomen zijn om de kaken te kussen, de stof onder de kaken te vacht en het kaak gezicht te wijzigen. In het geval van deze studie, het preparaat falen stress is ongeveer 1.000 N/cm, en dus, deze stijl van handvatten resulteert in overmatige monster slippage. ASTM D6775-13¹⁶ en ASTM D3950¹⁷ zijn bedoeld voor veel sterkere materialen, en beide vertrouwen op kaapstander handvatten. Deze studie richtte zich dus op het gebruik van kaapstander handvatten.

Verder varieert de preparaat grootte aanzienlijk tussen deze vier ASTM-normen. De singelband-en omsnoerings normen, ASTM D6775-13¹⁶ en ASTM D3950¹⁷, specificeren om de volledige breedte van het materiaal te testen. ASTM D6775¹⁶ geeft een maximale breedte van 90 mm. In tegenstelling tot de stof normen^14,15 verwachten dat het specimen te worden gesneden de breedte en specificeer ofwel een breedte van 25 mm of 50 mm. De totale lengte van het preparaat varieert tussen 40 cm en 305 cm, en de lengte van de meter varieert tussen 75 mm en 250 mm over deze ASTM-normen. Aangezien de ASTM-normen aanzienlijk variëren met betrekking tot de specimen grootte, werden drie verschillende breedtes en drie verschillende lengtes overwogen voor deze studie.

De terminologie die betrekking heeft op preparaat preparaat in het protocol is als volgt: bout > precursor materiaal > materiaal > specimen, waarbij de term Bolt verwijst naar een rol van UD-laminaat, precursor materiaal verwijst naar een ongewikkelde hoeveelheid UD-stof die nog steeds is bevestigd aan de bout, materiaal verwijst naar een gescheiden stuk van UD laminaat, en specimen verwijst naar een individueel stuk te testen.

Protocol

1. snijprocedure voor monsters van verdraaiings richting die loodrecht op de as van de rol worden gesneden

1. Identificeer een bout van unidirectioneel materiaal dat getest moet worden.
   Let op: er is geen Warp (gebruikt om de richting loodrecht op de as van de rol te beschrijven) en inslag (gebruikt om de richting parallel aan de as van de rol te beschrijven) in de traditionele textiel betekenis, omdat het hier gebruikte materiaal niet is geweven, maar deze termen zijn geleend fo r duidelijkheid.
2. Rol de bout handmatig uit om het precursor materiaal bloot te leggen (d.w.z. dat het geïdentificeerde materiaal uit de bout is ontwond, maar nog steeds op de bout is aangesloten).
   Opmerking: de breedte van deze bout zal de totale lengte van het materiaal worden (Zie aanvullende figuur 1b), dus voor een lengte van 300 mm (overeenkomend met een totale monster lengte van 600 mm), met behulp van de hieronder gespecificeerde procedure en test grepen, het stuk materiaal dat uit de bout wordt gesneden moet 600 mm breed zijn. De lengte van dit stuk materiaal zal zijn van de breedte van de bout waarop het materiaal wordt gerold (ongeveer 1.600 mm, in dit geval). Dit wordt afgebeeld in aanvullende figuur 1b.
3. Controleer visueel of de hoofd vezelrichting evenwijdig is aan de breedte van de bout, zoals weergegeven in aanvullend figuur 1b. De vezelrichting van de bovenste laag van het materiaal (dat wil zeggen, die een kijker ziet bij het kijken naar beneden op het preparaat) wordt de belangrijkste vezelrichting genoemd.
4. Snijd een klein lipje in het precursor materiaal met een scalpel, ongeveer 3 mm breed, waarbij de lengte van het tabblad nominaal parallel is uitgelijnd met de belangrijkste vezelrichting van het precursor materiaal, zoals weergegeven in aanvullend figuur 1c.
5. Pak het tabblad handmatig en trek het omhoog om het lipje weg te scheuren en de vezels op de laag eronder bloot te leggen, loodrecht op het lipje. Blijf op het tabblad trekken totdat de twee lagen over de gehele lengte van het precursor materiaal zijn gescheiden ( Aanvullende figuur 1d).
   Opmerking: deze stap zal een regio produceren waar alleen cross-vezels zichtbaar zijn, zoals weergegeven in aanvullend figuur 1d.
6. Verwijder losse vezels naburige de blootgestelde Kruis vezels overgebleven van de rand van de tab.
   Let op: in het huidige UD-laminaat systeem werd opgemerkt dat de vezels niet perfect parallel zijn (zoals weergegeven in Figuur 1) en dat ze de naburige vezels kunnen oversteken. Zo, vezels naburige die worden gescheiden zal vaak worden gescheiden in dit proces. De naburige vezels die losraken kunnen zo veel als 1 – 2 mm verwijderd zijn van het verwachte pad van het tabblad dat wordt gebruikt voor scheiding.
7. Met behulp van een medische scalpel, snijd langs de blootgestelde Kruis vezels, waardoor het stuk van precursor materiaal van de bout scheiden.
   1. Bepaal de afstand die het blad afsnijdt, waardoor een minder schone snede ontstaat (d.w.z. na 400 cm van het snijden van dit materiaal, kan een scalpel saai en bekrast worden, zoals getoond in aanvullend figuur 2 en aanvullend figuur 3). Vervang het mes voordat het saai wordt, of als het beschadigd is. Bekijk verschillende snij instrumenten bij het testen van een ander type materiaal om de beste te bepalen.
      VOORZICHTIG: zorg moet worden genomen met alle scherpe messen of snijgereedschappen om letsel te voorkomen. In deze stap kunnen snijbestendige handschoenen worden gedragen om het risico op letsel te verminderen.
8. Draai het materiaal om, zodat nu de hoofd vezelrichting in de richting van de verdraaiing ligt.
   Opmerking: aangezien de hoofd vezelrichting verwijst naar de laag die wordt bekeken (de bovenste laag), zal het draaien van het materiaal de hoofd vezelrichting veranderen van inslag naar verdraaiing (Zie aanvullende figuur 1b).
9. Markeer de grip lijnen op het materiaal uitgelijnd in de richting van de inslag.
   Opmerking: deze lijnen lopen van gefabriceerde rand tot gefabriceerde rand, parallel aan de snijkanten en 115 mm van deze snijkanten. Deze zullen verder worden toegelicht in stap 4.4.1, maar de grip lijnen zijn lijnen die worden gebruikt bij het laden van specimens (die later worden afgesneden) in de trekproef grepen.
10. Bepaal de belangrijkste vezelrichting voor het preparaat uit het materiaal te snijden met behulp van stap 1,3.
    Opmerking: Houd er rekening mee dat de vezel oriëntatie mogelijk niet precies loodrecht op de gefabriceerde rand; Volg in dat geval de exacte vezel lijn. Vermijd het gebied in de buurt van de vervaardigde rand omdat het mogelijk niet nauwkeurig de eigenschappen van bulkmateriaal weergeeft.
11. Oriënteer het materiaal op een geschikte zelfhelende bakplaat die groot genoeg is om de breedte van het materiaal (tussen de snijkanten) en een lengte (inslag richting) van ten minste 300 mm te passen, zoals in stap 1,16 wordt verwezen.
    1. Lijn de vezelrichting zorgvuldig uit met de rasterlijnen op de snijmat. Gebruik de snijkant van het materiaal als een geleider in de bekleding van het materiaal; het uitlijnen van de vezelrichting van het preparaat is echter van het grootste belang.
    2. Plak het materiaal op de snijmat.
       Opmerking: tape mag nooit ergens in de buurt van het middelpunt van het preparaat worden geplaatst; in plaats daarvan moet het worden gebruikt op wat de uiteinden van de specimens zullen worden gesneden uit het materiaal. De uiteinden zullen in de handvatten zijn wanneer een specimen wordt getest; Daarom wordt schade aan het materiaal door de tape geminimaliseerd. Alleen de hoeken van het materiaal dat ver van de snede is geplakt, zal ervoor zorgen dat het materiaal niet beweegt en dat, bij het snijden van een specimen, het blad niet ook zal snijden tape. Plakband met laag kleefmiddel (bijvoorbeeld de tape van de schilder) werkt goed omdat het goed genoeg hecht om de stof op zijn plaats te houden zonder het materiaal te beschadigen wanneer het wordt verwijderd.
12. Snijd de monsters van het materiaal met behulp van het mes en een rechte rand. De gevormde stroken zijn de specimens. Laat het materiaal niet in dit proces bewegen; anders, bepaal de richting van de vezel opnieuw en reoriënteer het materiaal dienovereenkomstig.
    1. Plaats de rechte rand op de gewenste locatie die overeenkomt met de juiste preparaat breedte (d.w.z. 30 mm). Merk op dat de medische scalpel dun genoeg is dat er geen offset in de plaatsing van de rechte rand nodig is om rekening te maken voor de snij locatie. Lijn de rechte rand uit op het rooster op de snijmat of op een andere door de gebruiker opgestelde referentielijn op de snijmat.
    2. Klem de rechte rand op zijn plaats door aan beide uiteinden van de rechte rand te klemmen. Controleer de positionering van de rechte rand na het klemmen, omdat deze tijdens het opspan proces kan zijn verplaatst.
13. Snijd het specimen weg van het materiaal langs de rechte rand, met behulp van de medische scalpel. Zorg voor een enkele, schone, gladde snede, met een constante snelheid en druk.
    Opmerking: sommige druk kan worden uitgeoefend door het mes tegen de rechte rand om het blad precies aan de rand van de rechte rand te laten snijden.
    VOORZICHTIG: zorg moet worden genomen om letsel te voorkomen, dus het is raadzaam om te dragen van snijbestendige handschoenen bij het hanteren van de medische scalpel. Bovendien, aangezien de soepelste snede kan worden verkregen bij het snijden in de richting van het lichaam, wordt het dragen van een snijbestendige schort of Labcoat geadviseerd.
14. Onderzoek de snijkant van de strook onder de Microscoop. Verander het blad als de snijkant aanzienlijk meer uitsteekt vezels of andere gebreken in vergelijking met een cut gemaakt met een nieuwe, scherpe mes.
15. Ontklem de rechte rand en zorg dat het materiaal niet in het proces beweegt. Als het materiaal is verplaatst, herbepaal de vezelrichting en Heroriënteer het materiaal op de juiste manier.
16. Herhaal stap 1.12 – 1.15 totdat het maximum aantal specimens dat kan worden afgesneden van 300 mm materiaal is verkregen.
    Opmerking: voor specimens met een breedte van 30 mm is 300 mm van het materiaal gelijk aan 10 specimens, terwijl voor specimens met een breedte van 70 mm, dit equivalent is aan 4 specimens. Deze limiet van 300 mm is bepaald om goed te werken voor het unidirectionele laminaat dat hier is bestudeerd, maar kan afwijken voor andere laminaten.
17. Herhaal stap 1.10 – 1.11 indien nodig (d.w.z. herbepaal de hoofd vezelrichting en Heroriënteer het materiaal voordat u doorgaat met het snijden van meer specimens).
    Opmerking: het protocol kan hier worden onderbroken. Als de specimens niet onmiddellijk mogen worden gebruikt, bewaar deze dan op een donkere, omgevings locatie.

2. snijprocedure voor inslag-richting-specimens die langs de as van de rol worden gesneden

Opmerking: er is geen Warp en inslag in de traditionele textiel betekenis, omdat het gebruikte materiaal niet is geweven, maar deze termen worden geleend voor de duidelijkheid.

1. Bepaal de breedte en lengte van het gewenste materiaal op basis van het aantal en de grootte van de te snijden specimens.
   Opmerking: voor dit unidirectionele laminaat en voor specimens met een ijklengte van ongeveer 300 mm, kunnen twee specimens die van het einde tot het einde worden geplaatst langs de breedte van de bout worden gesneden. Zo kan een verzameling van 40 specimens worden uitgesneden in twee kolommen van elk 20 specimens, zoals weergegeven in aanvullend figuur 4, voordat het materiaal van de rol wordt gescheiden. Als de breedte van de specimens 30 mm is, dan moet het materiaal worden gesneden op 20x de breedte van het preparaat (aangezien er 20 specimens per kolom zijn) met wat extra ruimte (d.w.z. 610 mm).
   1. Bepaal de vezelrichting langs de inslag voor de breedte van de rente, volgens de instructies van stap 1.4 – 1.6.
   2. Snijd de blootgestelde Kruis vezels (d.w.z. over de warp vezels) met behulp van een mes, waardoor het precursor materiaal van de bout wordt gescheiden.
      VOORZICHTIG: zorg moet worden genomen met alle scherpe messen of snijgereedschappen, om letsel te voorkomen. In deze stap kunnen snijbestendige handschoenen worden gedragen om het risico op letsel te verminderen.
2. Bereid u voor om lengtes af te snijden die overeenkomen met de gewenste monster lengte (d.w.z. in de verdraaiings richting snijden bij de lengte van het preparaat). Om een lengte van 300 mm te verkrijgen (overeenkomend met een totale monster lengte van 600 mm), moet u in gedachten houden dat het materiaal nu 600 mm x 610 mm bedraagt, met behulp van de hieronder gespecificeerde procedure en test grepen.
3. Volg de stappen 1.9 – 1.17 om de gewenste monsters te knippen.
   Opmerking: het protocol kan hier worden onderbroken. Als de specimens niet onmiddellijk worden gebruikt, bewaar ze dan op een donkere, omgevings locatie.

3. analyse van snij methoden door het scannen van elektronenmicroscopie

1. Bereid de monsters voor een analyse door het scannen van elektronenmicroscopie (SEM) door het snijden van vierkantjes van ongeveer 5 mm in lengte en breedte, met behoud van ten minste twee randen van het vierkant van de snijtechniek van belang. Deze bewaarde randen moeten worden geïdentificeerd en zijn de randen die onder de Microscoop zullen worden geëvalueerd.
2. Monteer de samples op de SEM-monsterhouder door ze te bevestigen met een pincet op geschikte dubbelzijdige Carbon tape.
3. Mantel de monsters met een dunne (5 nm) laag geleidend materiaal, zoals goud palladium (au/PD), om de effecten van het oppervlakte opladen onder de scanning elektronen microscoop te verzachten.
4. Laad de monsters in een scanning elektronen microscoop en beeld ze op ongeveer 2 kV van de versnelde spanning en met een 50 – 100 pA elektron stroom. Breng de kosten neutralisatie-instellingen aan tegen oplaad effecten waar nodig.

4. trekproeven van de exemplaren van een UD-laminaat

1. Meet de handvatten om het verschil te bepalen tussen de initiële locatie waarde van de kruiskop en de afstand tussen waar het preparaat de boven-en ondergrepen onder minimale spanning plaatst. Lees de kruiskop-locatie van de test software. Bereken een effectieve lengte van de meter door de effectieve lengte van de meter op deze kruiskop-locatie te meten. Voeg de offset (hoeveelheid verplaatsing) toe aan de kruiskop-locatie om de effectieve meter lengte te bepalen (de gemeten effectieve lengte van de meter minus de kruiskop-locatie).
2. Het aantal specimens dat volgens de punten 1 en 2 is bereid met een permanente marker met een zachte punt, zodat de volgorde waarin ze werden bereid duidelijk is. Markeer ook andere informatie, zoals de datum van voorbereiding en oriëntatie.
   Opmerking: de gebruikte specimens hebben een afmeting van 30 mm x 400 mm — maar de afmetingen van de monsters kunnen verschillen voor andere materialen — en werden verkregen door middel van de volgende paragraaf 1 of deel 2. Als de specimens niet onmiddellijk worden gebruikt, bewaar ze dan op een donkere, omgevings locatie.
3. Als de stam wordt gemeten met behulp van een video-extensometer, Markeer de ijkpunten handmatig met een permanente marker, met behulp van een sjabloon voor consistentie, zoals weergegeven in aanvullend figuur 5a, om punten te geven voor de video-extensometer om te volgen en, dus, meten Stam. Als de stam wordt berekend op basis van de verplaatsing van de kruiskop, slaat u deze stap over.
4. Laad het preparaat in het midden van de kaapstander handvatten.
   1. Steek het uiteinde van het preparaat door de opening in de kaapstander en plaats het uiteinde van het preparaat bij de grip lijn getekend in stap 1,9, zoals getoond in aanvullend figuur 5b. Zorg voor het centreren van het specimen op de kaapstander-handvatten door het midden van het preparaat binnen ongeveer 1 mm van het midden van de kaapstander-handvatten te uitlijnen.
   2. Draai de kaapstander naar de gewenste positie en zorg ervoor dat het preparaat gecentreerd blijft. Gebruik een spaninrichting — bijvoorbeeld een magneet op het preparaat als de grepen magnetisch zijn — om het preparaat voorzichtig vast te houden en de kaapstander op zijn plaats te vergrendelen met de borgpennen.
   3. Herhaal stap 4.4.1 en 4.4.2 voor het andere uiteinde van het preparaat.
5. Breng een preload van 2 N, of een andere voldoende kleine lading.
6. De verplaatsing van de kruiskop/werkelijke lengte van de meter vastleggen.
7. Program meer het instrument om de trekproef uit te voeren, met een constante mate van verlenging van 10 mm/min, met behulp van de video-extensometer of kruiskop-verplaatsing om de stam op te nemen en druk op Start om de test te starten.
8. Bewaak het beeldscherm en stop de test wanneer het monster kapot is, zoals blijkt uit een verlies van 90% in de waargenomen belasting op het display. Noteer de maximale spanning, die hetzelfde is als de fout stress als gevolg van de aard van het materiaal, en de bijbehorende storing stam. Herhaal de stappen 4.3 – 4.8 voor de overige specimens.
9. Sla de gebroken specimens op voor verdere analyse.
10. Controleren op stress bij falen als functie van specimen nummer en oorspronkelijke specimen plaatsing in het materiaal, evenals andere indicaties van problematische gegevens, bijvoorbeeld gegevenspunten die uitzonderlijk afwijken van de Weibull¹⁸ -verdeling, en onderzoek mogelijke oorzaken, zoals monsters die tijdens de voorbereiding of behandeling zijn beschadigd, voordat u doorgaat.

5. bereiding van specimens voor verouderings experimenten

1. Een verouderings experiment beginnen
   1. Bereken de totale hoeveelheid materiaal die nodig is voor de studie per milieuconditie en op basis van een monster extractie plan van elke maand gedurende 12 maanden.
      Opmerking: voor deze studie werden 40 specimens per extractie en in totaal 12 extracties gebruikt voor planningsdoeleinden.
   2. Snijd de totale hoeveelheid materiaal die nodig is voor elke voorwaarde. Snijd elke strook breed genoeg voor het vereiste aantal specimens plus ten minste 10 mm.
      Opmerking: een extra 5 mm materiaal wordt van elke kant van het preparaat geknipt voordat u trekproeven uitvoert. Het extra materiaal wordt gebruikt omdat de randen van de monsters kunnen worden beschadigd door hantering tijdens het verouderings protocol.
   3. Plaats de snij verouderings stroken in trays die in de milieu kamer worden geplaatst, zoals weergegeven in aanvullend figuur 5c. De trays die in deze studie worden gebruikt, kunnen elk ongeveer 120 strips vasthouden.
   4. Selecteer blootstellingsvoorwaarden voor de milieustudie op basis van de verwachte gebruiks-en opslagomgeving van het materiaal².
      Opmerking: in deze studie werd nominaal 70 °C bij 76% relatieve vochtigheid (RH) gebruikt.
   5. Program meer een milieu kamer voor droge, kamertemperatuur condities (bijv. ongeveer 25 °C bij 25% RV). Laat de kamer stabiliseren onder deze omstandigheden en plaats vervolgens de monsterhouder op een rek in de kamer, weg van de wanden en alle plaatsen in de kamer die condensatie lijken aan te trekken.
   6. Program meer de omgevings kamer op de gewenste temperatuur zoals bepaald in stap 5.1.4, waardoor de vochtigheid ongeveer 25% RH is.
   7. Wanneer de kamer is gestabiliseerd op de beoogde temperatuur vanaf stap 5.1.4, programmeer de kamer om de vochtigheidsgraad te verhogen naar het gewenste niveau zoals bepaald in stap 5.1.4.
   8. Controleer de kamers dagelijks om ervoor te zorgen dat de watertoevoer en filtratie adequaat zijn, en Let op wanneer er buiten de tolerantie omstandigheden worden waargenomen. Het vastleggen van afwijkingen en onderbrekingen in een logboek aan de voorzijde van elke kamer of in een nabijgelegen notitieblok is een goede gewoonte.
   9. Herhaal de stappen 5.1.5 – 5.1.8 voor alle andere specimens van belang.
2. Verouderde materiaal stroken extraheren voor analyse
   1. Wanneer u klaar bent om de verouderde materiaal stroken uit een milieu kamer te halen voor analyse, moet u eerst de kamer programmeren om de relatieve vochtigheid te verlagen tot ongeveer 25% RH.
   2. Nadat de omgevings kamer is gestabiliseerd op de lage-vochtigheids toestand, programmeer de temperatuur om te dalen tot, ongeveer, kamertemperatuur of 25 ° c. Deze stap voorkomt condensatie wanneer de deur van de kamer wordt geopend.
   3. Zodra de milieu kamer is gestabiliseerd onder de voorwaarden van stap 5.1.5, open de kamer, verwijder de lade met de verouderde materiaal stroken van belang, haal de gewenste strips uit en plaats ze in een gelabelde container.
   4. Keer de lade terug naar de milieu kamer.
   5. Na de in de stappen 5.1.6 en 5.1.7 gegeven procedure, de kamer teruggeven aan de voorwaarden van de rente, indien voortzetting van het verouderings onderzoek. Zo niet, dan kan het op de nominaal omgevings toestand blijven.
   6. Noteer de extractie in het kamer logboek, als er een wordt gebruikt.
   7. Snijd de oude specimens uit de verouderde materiaal stroken, na stappen 1.7 – 1.17.
   8. Test de specimens zoals beschreven in punt 4.

Resultaten

Veel iteraties van snijden en testen zijn uitgevoerd om te onderzoeken van verschillende variabelen. Enkele variabelen die werden onderzocht omvatten de snijtechniek en het snij instrument, de testsnelheid, de sample dimensie en de handvatten. Een kritische bevinding was het belang van het uitlijnen van de specimens met de vezelrichting. Gegevensanalyse procedures (consistentie analyse, Weibull-technieken, uitschieter bepaling, enz.) worden hieronder besproken, evenals overwegingen voor v...

Discussie

De juiste bepaling van de vezelrichting is van cruciaal belang. Het voordeel van de in stappen 1.4 – 1.6 van het protocol beschreven methode is dat er volledige controle is over hoeveel vezels worden gebruikt om het scheidingsproces te starten. Dit betekent echter niet dat er een volledige controle is over de breedte van het uiteindelijke afgescheiden gebied, omdat de vezels niet volledig parallel zijn en elkaar kunnen kruisen. In het proces van het scheiden van een partij van vezels, vaak, vezels naburige die worden ges...

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel

Naam	Bedrijf	Catalogusnummer	Opmerkingen
Capstan Grips	Universal grip company	20kN wrap grips	Capstan grips gebruikt bij tests
Ceramic knife	Slice	10558
Ceramic precision blade	Slice	00116
Clamp	Irwin	quick grip mini bar clamp
Confocal Microscope
Cutting Mat	Rotatrim		A0 metrische zelfherstellende snijmat
Denton Desktop sputter coater			sputter coater
FEI Helios 660 Dual Beam FIB/SEM	FEI Helios		Scannende elektronenmicroscoop
Motorized rotary cutter	Chickadee
Rotary Cutter	Fiskars	49255A84
Stereo Microscope	National	DC4-456H
Straight edge	McMaster Carr	1935A74
Surgical Scalpel Blade	Sklar Instruments
Surgical Scalpel Handle	Swann Morton
Universal Test Machine	Instron	4482	Universele testmachine
Utility knife	Stanley	99E