Platforma testowa do badań trwałości polimerów i kompozytów polimerowych wzmacnianych włóknami w warunkach jednoczesnych bodźców higrotermomechanicznych

Trwałość polimerów i kompozytów polimerowych wzmocnionych włóknami w eksploatacji jest krytycznym aspektem dla ich projektowania i konserwacji w oparciu o stan. Przedstawiamy nowatorską, niskokosztową platformę do badań laboratoryjnych do badania wpływu jednoczesnych obciążeń mechanicznych i środowiskowych, która może pomóc w projektowaniu bardziej wydajnych, a jednocześnie bezpieczniejszych struktur kompozytowych.

Ogólnym celem tej procedury jest poprawa konstrukcji i bezpieczeństwa polimerów i kompozytów polimerowych w złożonych warunkach obciążenia. Poprzez badanie ich wytrzymałości przy jednoczesnych obciążeniach hydrotermalnych i mechanicznych, przy użyciu taniej, elastycznej, przyjaznej dla użytkownika platformy testowej. Najpierw próbki kompozytów polimerowych umieszcza się w zbiorniku testowym.

Następnie przykładane jest stałe trzypunktowe obciążenie zginające, a próbka jest jednocześnie zanurzana w płynie z obciążeniem pełzającym. Zmierzone odczyty rezystancji są przeliczane na zmiany przemieszczenia. Do celów analizy masy próbek mierzy się po równoległych testach.

Na koniec próbki są testowane pod kątem ich wytrzymałości resztkowej. W ten sposób cele mechaniczne i projektowe materiałów są lepiej rozumiane na podstawie ich reakcji na jednoczesne obciążenie. Główną przewagą tej platformy nad istniejącymi metodami jest to, że jest tania, przyjazna dla użytkownika, przenośna i łatwa do dostosowania do innych potrzeb testowych.

Zastosowania tych prac mają na celu zapewnienie bezpieczniejszych konstrukcji inżynieryjnych wykonanych z polimerów i kompozytów polimerowych, takich jak samoloty, statki, mosty i turbiny wiatrowe. Będziemy mieli lepsze zrozumienie, a co za tym idzie lepsze modele numeryczne i projekty tych konstrukcji w złożonych warunkach serwisowych. Obecnie stosujemy tę metodę, aby uzyskać wgląd w trwałość polimerów i kompozytów polimerowych zanurzonych w wodzie i pod obciążeniem mechanicznym.

Można go jednak również zastosować w innych sytuacjach, takich jak trwałość innych materiałów, które są rutynowo poddawane działaniu chemikaliów podczas użytkowania. Ogólnie rzecz biorąc, osoby nowe na tej platformie powinny zwrócić uwagę na staranne pozycjonowanie i ładowanie próbek. Komora aparatury testowej jest wykonana z polietylenu o wysokiej gęstości, który solidnie toleruje szeroki zakres temperatur i płynów.

Pianka polistyrenowa otaczająca zbiornik testowy zapobiega wymianie ciepła z otoczeniem. Pokrywa komory wykonana jest z poliwęglanu o grubości 9,5 milimetra, co pozwala na podgląd załadowanych próbek. Jest zabezpieczony aluminiowym prętem w kształcie litery T, który z kolei jest przymocowany do zbiornika, aby pomieścić ciężki ładunek.

Zastosowano stalową ramę wzmacniającą oraz dodatkowe haczyki na pokrywie. Cięższe masy są najczęściej używane do testów wytrzymałości resztkowej. Komora ta może przyłożyć do 50 kilogramów na każdą próbkę, aby upewnić się, że punkt awarii zostanie znaleziony.

Z pokrywy zwisają trzy aluminiowe bloki zaprojektowane zgodnie ze standardami A STM. Bloki te umożliwiają jednoczesne badanie do czterech próbek i są regulowane za pomocą szczelin w pokrywie komory. Próbki są umieszczane pod dwoma blokami, a siła skierowana w górę w środku bloku indukuje siły zginające na próbce.

Urządzenie ma ruchome kółka u podstawy i jest solidnie trzymane razem przez stalową ramę z belkami poprzecznymi i siatką do podparcia. Kątowe podkładki dystansowe zapobiegają zgnieceniu izolacji przez górne mierniki masy i przemieszczenia na kole pasowym ramy, a systemy potencjometrów strunowych mierzą ugięcia w połowie rozpiętości. Potencjometry te zbudowane są ze sprężyn skrętnych.

Koło pasowe łączy stalową linkę z połączenia przez próbkę z wiszącym prętem w celu regulacji ciężaru. Całkowite obciążenie przyłożone do próbki pochodzi z tej serii, łączników kół pasowych i. Zostały one wyjaśnione w poniższych sekcjach, obejmujących użycie aparatury do załadowania próbki do aparatury badawczej.

Najpierw otwórz pokrywę zbiornika i umieść pokrywę na bocznych wspornikach. Następnie załaduj próbkę do w kształcie litery U. Poprzeczka musi znajdować się pośrodku próbki.

Teraz oprzyj końce próbki na aluminiowym wsporniku. Powinno być około pięciu do 10 milimetrów zwisu. Kontynuuj ładowanie do czterech próbek w ten sam sposób.

Następnie zdejmij wsporniki pokrywy i opuść pokrywę. Upewnij się, że pokrywa jest prawidłowo osadzona na zbiorniku. Teraz przyłóż żądaną siłę do próbek, dodając ciężarki do stalowego pręta zwisającego z zewnętrznego koła pasowego.

Najpierw upewnij się, że linia potencjometru jest napięta. Następnie zmierz rezystancję na zewnętrznych pinach potencjometru. przewód idzie do pinu pierwszego, a czerwony przewód idzie do pinu trzeciego.

Teraz przelicz odczyt rezystancji na przemieszczenie, obliczając współczynnik kalibracji. W tym przypadku jeden kilogram oma odpowiada 64,895 milimetrom przemieszczenia. W celu ciągłej akwizycji danych możliwe jest podłączenie potencjometrów strunowych do multimetru cyfrowego.

Po obliczeniu przemieszczenia przygotuj się do zważenia próbek, usuń obciążniki i pokrywę zbiornika. Próbki można następnie przenieść do komory przetrzymywania. Najpierw należy przygotować tymczasową komorę przetrzymywania dla wszystkich próbek o temperaturze pokojowej, testując płyn o odpowiednim standardzie testowym.

Teraz, aby najpierw zważyć próbkę, osusz ją ściereczką z mikrofibry. Następnie umieść go na precyzyjnej wadze i zapisz odczyt danych. Jeżeli próbki muszą zostać zbadane pod kątem wytrzymałości resztkowej, należy przeprowadzić te badania.

Wysokowzrostowe badania termiczno-mechaniczne przeprowadzono w temperaturze pokojowej na dwóch grupach po cztery próbki pianki poliuretanowej o zamkniętych komórkach. Jedna grupa została przetestowana na sucho przy wilgotności względnej 50%. Druga grupa została przetestowana na mokro w wodzie dejonizowanej.

Ugięcie w połowie rozpiętości było śledzone przez pierwsze sześć godzin, a następnie następnego dnia. Przemieszczenie próbek mokrych było znacznie większe niż próbek suchych. Wytrzymałość szczątkową próbek badano przez obciążenie aż do awarii.

Mokre próbki zawiodły przy około trzech kilogramach, a suche próbki nie osiągnęły wagi około 3,6 kilograma. Jeśli konfiguracja zostanie wykonana prawidłowo, próbki można ustawić i załadować na tę platformę w ciągu 15 minut. Postępując zgodnie z tą procedurą, należy pamiętać o prawidłowym ułożeniu i załadowaniu próbek, zwłaszcza jeśli wymagają one znacznej wagi do badania trwałości Zgodnie z tą procedurą.

Inne badania, takie jak trwałość kompozytów i chemikaliów usługowych, mogą być przeprowadzone w celu uzyskania odpowiedzi na dodatkowe pytania dotyczące trwałości tych materiałów. Po obejrzeniu tego filmu powinieneś dobrze zrozumieć, jak testować polimery i kompozyty polimerowe za pomocą tych tanich, przyjaznych dla użytkownika zestawów testowych. W przypadku pracy z chemikaliami należy pamiętać o przestrzeganiu środków ostrożności wskazanych w kartach bezpieczeństwa materiałów oraz o bezpieczeństwie i higienie pracy.