Procedury cięcia, próby rozciągania i starzenia elastycznych jednokierunkowych laminatów kompozytowych

Protokół ten może pomóc odpowiedzieć na kluczowe pytania w dziedzinie rozwoju kamizelek kuloodpornych poprzez zdefiniowanie powtarzalnej procedury testowania właściwości mechanicznych elastycznych jednokierunkowych tkanin kompozytowych. Proste, czyste cięcie, dobrze zorientowane w kierunku włókien, ma kluczowe znaczenie dla dokładnego pomiaru naprężeń powodujących uszkodzenie, zapobiegając dodatkowym źródłom błędów. Technika ta wypełnia lukę w obecnych testach, umożliwiając badanie właściwości materiału bez prasowania na gorąco, co jest bardziej reprezentatywne dla jego zastosowania w miękkich kamizelkach kuloodpornych.

Rozwiń z materiału jednokierunkowego, który ma być przetestowany, do powierzchni roboczej. Odwinięta część jest materiałem prekursorowym. Sprawdź wzrokowo, czy główny kierunek włókna jest równoległy do szerokości.

Następnie zdobądź skalpel, aby wyizolować materiał prekursorowy. Utwórz zakładkę, wykonując cięcie równoległe do kierunku włókna. Następnie wykonaj kolejne równoległe cięcie w odległości około trzech milimetrów.

Ręcznie chwyć zakładkę i oderwij ją, aby odsłonić włókna na warstwie pod spodem. Ciągnąć, aż dwie warstwy zostaną rozdzielone na całej długości materiału prekursorowego. Usuń wszelkie luźne włókna z krawędzi zakładki, które sąsiadują z odsłoniętymi włóknami poprzecznymi.

Mogą one znajdować się w odległości od jednego do dwóch milimetrów od ścieżki tabulatora. Kontynuuj, oddzielając kawałek materiału prekursorowego od. Odwróć materiał tak, aby nowy kierunek włókna był kierunkiem osnowy.

Teraz zaznacz linie uchwytu na materiale wyrównane w kierunku wątku. Linie te są ustawioną odległością i równolegle do krawędzi cięcia materiału. Ponownie wytnij zakładkę w materiale, a następnie pociągnij zakładkę, aby określić główny kierunek włókien dla próbki, która ma być wycięta z materiału.

Kierunek włókna powinien być prostopadły do linii uchwytu. Zanieś materiał na odpowiednią samonaprawiającą się matę do cięcia z siatką. Ostrożnie wyrównaj kierunek włókien z liniami siatki na macie.

Upewnij się, że kierunek włókien w materiale jest wyrównany z liniami siatki. Unikaj uszkodzenia materiału i przymocuj go do maty do cięcia, zaklejając jej rogi. Użyj ostrza medycznego i prostej krawędzi, aby wyciąć próbki z materiału.

Umieść prostą krawędź na żądanej szerokości próbki i wyrównaj ją z siatką na macie do cięcia. Clamp końce prostej krawędzi na miejscu i sprawdź, czy jest nadal prawidłowo ustawiona. Przeciąć próbkę wzdłuż prostej krawędzi ze stałą prędkością i naciskiem.

Odkręć prostą krawędź, uważając, aby nie przesunąć materiału. Następnie usuń próbkę. Są to wszystkie próbki uzyskane po powtórzeniu etapów cięcia w celu maksymalizacji produkcji próbek.

Przygotuj się do oznaczania punktów do śledzenia na próbce do użycia z ekstensometrem wideo. Aby uzyskać spójność, użyj szablonu umieszczonego nad próbką. Oznacz punkty miernika trwałym markerem.

Upewnij się, że ślady są widoczne na próbce, aby umożliwić pomiar odkształcenia. Następnie zabierz próbkę do uniwersalnej maszyny wytrzymałościowej. Tam włóż koniec próbki przez szczelinę w kabestanie i przyłóż go do linii uchwytu, tworząc pętlę.

Wyśrodkuj próbkę na uchwytach kabestanu. Trzymając próbkę wyśrodkowaną, przekręć kabestan do żądanej pozycji. Użyj urządzenia napinającego, aby przytrzymać próbkę na miejscu przed zablokowaniem kabestanu na miejscu.

Zakończ montaż próbki, powtarzając te same kroki z drugim końcem. Po zakończeniu zastosuj małe obciążenie wstępne wynoszące dwa niutony i zapisz rzeczywistą długość miernika. Teraz ustaw przyrząd tak, aby wykonywał próbę rozciągania ze stałą prędkością 10 milimetrów na minutę i rozpocznij test.

Na potrzeby badania maszyna wytrzymałościowa przykłada stałą szybkość rozciągania do próbki, podczas gdy rejestrowane jest obciążenie i przemieszczenie. Test jest kontynuowany do momentu wystąpienia przerwy w próbce. Ten wykres jest typową krzywą obciążenia w funkcji przemieszczenia dla tych eksperymentów.

Podczas monitorowania wyświetlacza obserwowane zmniejszenie obciążenia o 90% wskazuje na przerwę w próbce. Zapisz maksymalne naprężenie i odpowiednie odkształcenie przy zniszczeniu. Po sporządzeniu planu badania należy wyciąć materiał potrzebny do zbadania każdego schorzenia.

Paski powinny być wystarczająco szerokie, aby uzyskać wymagane próbki i mieć dodatkowe 10 milimetrów lub więcej. Umieść paski do ekspozycji środowiskowej na tacy. W komorze środowiskowej ustaw jej program na suche warunki temperatury pokojowej i pozwól jej się ustabilizować.

Po ustabilizowaniu się komory umieść tackę na próbkę w środku, z dala od ścianek lub jakichkolwiek punktów kondensacji. Następnie zaprogramuj komorę, aby osiągnęła temperaturę docelową dla badania środowiskowego. Gdy temperatura jest stabilna, zaprogramuj komorę tak, aby osiągnęła docelową wilgotność.

Kiedy nadejdzie czas ekstrakcji starego materiału, zaprogramuj komorę tak, aby obniżała wilgotność względną do mniej więcej wilgotności laboratoryjnej. Po ustabilizowaniu się wilgotności zaprogramuj temperaturę tak, aby spadła do temperatury pokojowej, czyli około 25 stopni Celsjusza. Aby pobrać materiał, należy przygotować odpowiednio oznakowany pojemnik.

Przy stabilnej wilgotności i temperaturze otwórz komorę, usuń wymagany materiał i umieść go w oznaczonym pojemniku. Zwróć pozostały materiał do komory środowiskowej i przywróć wybrane warunki. Następnie weź postarzony materiał, aby stworzyć postarzane okazy.

Ten postarzany materiał jest wyrównany na samonaprawiającej się powierzchni cięcia. Jego linie chwytu zostały oznaczone tak jak poprzednio. Ustaw prostą krawędź, aby usunąć pięć milimetrów z jednej strony próbki.

Przytnij tę ilość, aby usunąć wszelkie uszkodzenia spowodowane obsługą podczas procesu starzenia. Kontynuuj tworzenie próbek w taki sam sposób, jak w przypadku niestarzejącego się materiału. Po zakończeniu próbki są gotowe do użycia w eksperymentach z próbami rozciągania.

W przypadku testów obciążeniowych wykonywanych ze stałym kabestanem, wykresy obciążenia w funkcji wydłużenia kilku próbek pokazują, że próbki uległy poślizgowi. Odzwierciedla to trudność w zabezpieczeniu materiału. Natomiast w przypadku kabestanu obrotowego krzywe są gładkie i spójne.

Materiał jest jednokierunkowym laminatem polietylenowym o ultrawysokiej masie cząsteczkowej. Ten rozkład naprężeń niszczących jest wykreślany przy użyciu skalowania Weibulla. Dane dotyczą jednokierunkowych próbek laminatu PPTA, które o długości 300 milimetrów i szerokości 30 milimetrów tną wzdłuż kierunku osnowy z obciążeniem 10 milimetrów na minutę.

Istnieje wartość odstająca o niskiej sile, którą należy zbadać. Dla porównania wykreślane są te same dane, z wyjątkiem wykluczonych wartości odstających. Zwróć uwagę na zmianę osi poziomej.

Zgodnie z tą procedurą, spektroskopia molekularna może być wykorzystana do udzielenia odpowiedzi na pytania dotyczące zmian chemicznych w materiale spowodowanych wystawieniem na działanie ciepła i wilgoci. Należy pamiętać, że skalpel medyczny jest niezwykle ostry i należy zachować odpowiednią ostrożność, aby uniknąć obrażeń.