Методическая статья

Процедуры резки, тензильное тестирование и старение гибких однонаправленных композитных ламинатов

DOI:

10.3791/58991

⸱

27 апреля 2019 г.

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

В этой статье

Краткое содержание

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

Целью исследования была разработка протоколов для подготовки последовательных образцов для точного механического тестирования высокопрочных арамидных или сверхвысоко-молярных масс гибких однонаправленных композитных материалов ламината протоколы для выполнения искусственного старения на этих материалах.

Аннотация

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

Многие конструкции бронежилетов включают однонаправленные (UD) ламинаты. УД ламинатов построены из тонких (злт;0,05 мм) слоев высокопроизводительных пряжи, где пряжи в каждом слое ориентированы параллельно друг другу и удерживаются на месте с помощью связующих смол и тонких полимерных пленок. Броня построена путем укладки однонаправленных слоев в различных ориентациях. На сегодняшний день была проведена лишь очень предварительная работа по характеристике старения связующих смол, используемых в однонаправленных ламинатах, и воздействия на их работу. Например, во время разработки протокола кондиционирования, используемого в Национальном институте правосудия Standard-0101.06, у ламинированных UD были обнаружены визуальные признаки делемизации и сокращения V50,что является скоростью, с которой половина снарядов ожидается перфорировать броню, после старения. Для понимания долгосрочной производительности бронетанков, построенных из этих материалов, необходимо лучшее понимание изменений материального свойства в ламинатах UD. В настоящее время не рекомендуется использовать стандарты для механического изучения однонаправленных (UD) ламинированных материалов. В этом исследовании рассматриваются методы и рекомендации по точному тестированию механических свойств этих материалов и предлагается новая методология испытаний этих материалов. Также описаны рекомендации по старению этих материалов.

Введение

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

Национальный институт стандартов и технологий (NIST) помогает правоохранительным органам и органам уголовного правосудия обеспечить безопасность, надежность и высокоэффективную программу решение долгосрочной стабильности высокопрочных волокон, используемых в бронежилетах. Предварительная работа1,2была сосредоточена на поле отказа бронежилетов из материала поли (p-phenylene-2,6-бензобисоксазол), или PBO, что привело к серьезной редакции Национального института юстиции (NIJ's) бронежилет стандарт 3. С момента выпуска этого пересмотренного стандарта, работа продолжалась в NIST для изучения механизмов старения в других широко используемых волокон, таких как ультра-высоко-молярно-массовый полиэтилен (UHMMPE)4 и поли (p-фенилен терефтаамид), или PPTA, широко известный как арамид. Однако вся эта работа была сосредоточена на старении пряжи и одиночных волокон, что наиболее актуально для тканых тканей. Тем не менее, многие конструкции бронежилетов включают в себя ламинированные UD. УД ламинатов построены из тонких слоев волокна (lt;0.05 мм), гдеволокна в каждом слое параллельны друг другу 5,6,7 и броня построена путем укладки тонких листов в чередующихся ориентаций, как показано на дополнительной рисунке 1а. Эта конструкция полагается тяжело на сеятельной мелине для того чтобы держать волокна в каждом слое вообще параллельно, как увидено в дополнительной рисунке 1b,и поддерживать номинально ориентацию 0'/90'.90'. Как тканые ткани, UD ламинатов, как правило, построены из двух основных вариаций волокна: арамид или UHMMPE. Ud ламинатов обеспечивают несколько преимуществ для бронежилетов дизайнеров: они позволяют более низкой массы брони системы по сравнению с теми, используя тканые ткани (из-за потери прочности во время ткачества), устранить необходимость тканой конструкции, и использовать меньшего диаметра волокон обеспечить аналогичную производительность тканых тканей, но при меньшем весе. Ранее было показано, что PPTA устойчива кдеградации, вызванной температурой и влажностью 1,2,но связующего может играть значительную роль в производительности ламината UD. Таким образом, общее воздействие среды использования на PPTA основе брони неизвестны8.

На сегодняшний день, только очень предварительная работа была выполнена для того чтобы охарактеризовать вызревание смол связующего используемого в этих laminates UD и влияния связующего вызревания на баллистической деятельности ламината UD. Например, во время разработки протокола кондиционирования, используемого в NIJ Standard-0101.06, у ламинатаUD были обнаружены визуальные признаки делемизации и сокращения в V50 после старения 1,2,8. Эти результаты свидетельствуют о необходимости глубокого понимания свойств материала со старением, с тем чтобы оценить долгосрочные структурные характеристики материала. Это, в свою очередь, требует разработки стандартизированных методов для изучения несостоятельности свойств этих материалов. Основными целями этой работы являются изучение методов и передовой практики для точного тестирования механических свойств материалов ламинированного UD и предложить новую методологию испытаний этих материалов. В этой работе также описаны лучшие практики по старению материалов ламинированного UD.

Литература содержит несколько примеров тестирования механических свойств ламината UD послегорячего прессования нескольких слоев в жесткий образец 9,10,11. Для жестких композитных ламинатов можно использовать ASTM D303912; однако, в этом исследовании, материал толщиной около 0,1 мм и не жесткий. Некоторые материалы UD ламината используются в качестве прекурсоров, чтобы сделать жесткие баллистические защитные изделия, такие как шлемы или баллистически устойчивые пластины. Тем не менее, тонкий, гибкий ламинированный UD также может быть использован, чтобы сделать бронежилет9,13.

Целью этой работы является разработка методов изучения производительности материалов в мягких бронежилетах, поэтому методы, связанные с горячим нажатием, не были изучены, поскольку они не являются репрезентативными от того, как материал используется в мягких бронежилетах. ASTM International имеет несколько тест-метод стандартов, связанных с тестированием полос ткани, в том числе ASTM D5034-0914 Стандартный метод испытаний для ломая прочность и удлинение текстильных тканей (Grab Test), ASTM D5035-1115 Стандартный тест Метод для Breaking Force и удлинения текстильных тканей (Метод полосы), ASTM D6775-1316 Стандартный метод испытаний для ломая прочность и удлинение текстильного Webbing, ленты и плетеного материала, и ASTM D395017 Стандартная спецификация для Завязка, неметаллические (и присоединение методы). Эти стандарты имеют несколько ключевых отличий с точки зрения используемых испытательных захватов и размера образца, как упоминалось ниже.

Методы, описанные в ASTM D5034-0914 и ASTM D5035-1115, очень похожи и ориентированы на тестирование стандартных тканей, а не высокопрочных композитов. Для испытаний в этих двух стандартов, челюсти лица ручки гладкие и плоские, хотя изменения допускаются для образцов с отказом стресс больше, чем 100 Н / см, чтобы свести к минимуму роль палкой скольжения основе отказа. Предлагаемые изменения для предотвращения скольжения являются колодки челюсти, пальто ткани под челюстями, и изменить челюсть лицо. В случае этого исследования, усилие отказа образца составляет приблизительно 1000 N/cm, и таким образом, этот тип захватов приводит к чрезмерному проскальзыванию образца. ASTM D6775-1316 и ASTM D395017 предназначены для гораздо более прочных материалов, и оба полагаются на капстанные ручки. Таким образом, это исследование было сосредоточено на использовании capstan ручки.

Кроме того, размер образца значительно варьируется между этими четырьмя стандартами ASTM. Стандарты webbing и обвязки, ASTM D6775-1316 и ASTM D395017, указать, чтобы проверить всю ширину материала. ASTM D677516 определяет максимальную ширину 90 мм. В отличие от этого, ткань стандарты14,15 ожидать, что образец будет сокращен шириной и указать либо 25 мм или 50 мм шириной. Общая длина образца варьируется от 40 см до 305 см, а длина колеи варьируется от 75 мм до 250 мм в зависимости от этих стандартов ASTM. Поскольку стандарты ASTM значительно различаются в зависимости от размера образца, для этого исследования были рассмотрены три различных ширины и три разных длины.

Терминология, относящаяся к подготовке образца в протоколе, заключается в следующем: болт к болту, материал относится к разделенной части ламината UD, и образец относится к отдельной части, которая будет проверена.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Протокол

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

1. Процедура резки для образцов варп-направления, которые вырезаны перпендикулярно оси рулона

  1. Определите болт однонаправленного материала, который будет протестирован.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Существует не деформации (используется для описания направления перпендикулярно оси рулона) и утка (используется для описания направления параллельно оси рулона) в традиционном текстильной смысле, как материал, используемый здесь не тканые, но эти термины заимствованы фо г ясности.
  2. Вручную развернуть болт, чтобы разоблачить материал-предшественник (т.е. идентифицированный материал раскручивается от болта, но все еще подключен к болту).
    ПРИМЕЧАНИЕ: Ширина этого болта станет общей длины материала (обратитесь к дополнительной рисунок 1b),так что для 300 мм калибровочных длина (соответствующая 600 мм общей длины образца), используя процедуру и тестирование ручки, указанные ниже, кусок материал, вырезанный из болта, должен быть шириной 600 мм. Длина этого материала будет шириной болта, на котором материал скатывается (примерно 1600 мм, в данном случае). Это изображено на дополнительной рисунке 1b.
  3. Визуально проверить, что основное направление волокна параллельно ширине болт, как показано на дополнительном рисунке 1b. Направление волокна верхнего слоя материала (т.е. то, что зритель видит, глядя на образец) называется основным направлением волокна.
  4. Вырезать небольшую вкладку в материале-предшественнике скальпелем, примерно 3 мм в ширину, с длиной вкладки выровнены номинально параллельно с основным направлением волокна материала-предшественника, как показано на дополнительном рисунке 1c.
  5. Вручную схватить вкладку и потяните его до разорвать вкладку прочь и подвергать волокна на слое под, работает перпендикулярно вкладке. Держите потянув на вкладку, пока два слоя были разделены по всей длине материала предшественника ( Дополнительная рисунок 1d).
    ПРИМЕЧАНИЕ: Этот шаг будет производить области, где видны только перекрестные волокна, как показано на дополнительной рисунок 1d.
  6. Удалите любые свободные волокна, соседствующие с открытыми перекрестными волокнами, оставшимися от края вкладки.
    ПРИМЕЧАНИЕ: В текущей системе ЛАманата UD, было замечено, что волокна не являются совершенно параллельными (как показано на рисунке 1) и что они могут пересекать соседние волокна. Таким образом, волокна, соседние с теми, которые отделяются, часто отделяются в этом процессе. Соседние волокна, которые становятся свободными может быть столько, сколько 1-2 мм от ожидаемого пути вкладки, используемой для разделения.
  7. Используя медицинский скальпель, вырезать вдоль подвергаются перекрестные волокна, тем самым отделяя кусок материала-предшественника от болта.
    1. Определите расстояние вырезать, что притупляет лезвие, вызывая менее чистый разрез (т.е. после 400 см резки этого материала, скальпель может стать скучной и поцарапан, как показано на дополнительном Рисунок 2 и дополнительный рисунок 3). Замените лезвие до того, как оно станет скучным, или если оно повреждено. Изучите несколько режущих инструментов при тестировании другого типа материала, чтобы определить лучший.
      ВНИМАНИЕ: Уход должен быть принят со всеми острыми лезвиями или режущими инструментами, чтобы избежать травм. Резки перчатки могут носить в этом шаге, чтобы уменьшить риск травмы.
  8. Переверните материал, так что теперь основное направление волокна находится в направлении деформации.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Поскольку основное направление волокна относится к слой, который рассматривается (верхний слой), переворачивая материал будет изменить основное направление волокна от утка к деформации (см. Дополнительная рисунок 1b).
  9. Отметьте линии сцепления на материале, выровневом в направлении сварки.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Эти линии проходят от изготовленного края до изготовленного края, параллельно краям разреза и 115 мм от этих кроев. Они будут дополнительно объяснены в шаге 4.4.1, но линии сцепления являются линиями, используемыми при загрузке образцов (которые разрезаются позже) в растяжимые испытательные захваты.
  10. Определите основное направление волокна для образца, чтобы быть вырезаны из материала, используя шаг 1.3.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Имейте в виду, что ориентация волокна не может быть точно перпендикулярно изготовленному краю; в этом случае следуйте точной линии волокна. Избегайте области вблизи изготовленного края, потому что он не может точно отражать свойства сыпучего материала.
  11. Ориентируйте материал на подходящий самовосстановление сетчатый коврик для резки, достаточно большой, чтобы соответствовать ширине материала (между краями разреза) и длине (направление утеса) не менее 300 мм, о чем говорится в шаге 1.16.
    1. Тщательно выровняйте направление волокна с сетками на режущей коврике. Используйте кройной край материала в качестве направляющего направляющего вещества в выстраивании материала; однако, выравнивание волокна направлении образца является наиболее важным.
    2. Лента материала на режущий коврик.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Лента никогда не должна быть помещена в любом месте вблизи центра образца; вместо этого, он должен быть использован на то, что будет концы образцов, которые будут вырезаны из материала. Концы будут в тисках, когда образец тестируется; таким образом, любой ущерб, причиненный материалу лентой, сведен к минимуму. Нажатие только углы материала, которые находятся далеко от разреза будет гарантировать, что материал не будет двигаться, и что, при резке образца, лезвие не будет также резки ленты. Низкотаковая клеевая лента (например, лента художника) хорошо работает, потому что она достаточно хорошо придерживается, чтобы держать ткань на месте, не повреждая материал, когда она удаляется.
  12. Вырежьте образцы из материала, используя лезвие и прямой край. Сформированные полосы являются образцами. Не позволяйте материалу двигаться в этом процессе; в противном случае, определить направление волокна заново и переориентировать материал соответственно.
    1. Поместите прямой край в нужном месте, соответствующем соответствующей ширине образца (т.е. 30 мм). Обратите внимание, что медицинский скальпель достаточно тонкий, что не смещение в размещении прямого края необходимо учитывать расположение резки. Выровняйте прямой край к сетке на режущей коврикили или любой другой установленной пользователем линии отсчета на режущей коврике.
    2. Зажим прямой край на месте, зажимая на обоих концах прямого края. Проверьте позиционирование прямого края после зажима, так как он, возможно, переехал во время процесса зажима.
  13. Отрежьте образец от материала вдоль прямого края, используя медицинский скальпель. Обеспечьте единый, чистый, гладкий разрез, с постоянной скоростью и давлением.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Некоторое давление может быть применено лезвием против прямого края, чтобы держать лезвие резки точно на краю прямого края.
    ВНИМАНИЕ: Необходимо проявлять осторожность, чтобы избежать травм, поэтому желательно носить резиустойчивые перчатки при обращении с медицинским скальпелем. Кроме того, так как гладкий разрез может быть получен при резке к телу, носить резкую фартук или лабораторное пальто рекомендуется.
  14. Изучите разрезной край полосы под микроскопом. Измените лезвие, если крой имеет значительно больше выступающих волокон или других дефектов по сравнению с разрезом, сделанным с новым острым лезвием.
  15. Отжимните прямой край, заботясь о том, чтобы материал не двигался в процессе. Если материал действительно двигался, переопределите направление волокна и переориентируйте материал соответствующим образом.
  16. Повторяйте шаги 1.12-1.15 до получения максимального количества образцов, которые можно вырезать из 300 мм материала.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Для образцов шириной 30 мм 300 мм материала эквивалентно 10 экземплярам, в то время как для образцов шириной 70 мм это эквивалентно 4 экземплярам. Этот 300 мм предел был определен хорошо работать для однонаправленных ламинат изучал здесь, но может варьироваться для других ламинатов.
  17. Повторите шаги 1.10-1.11 по мере необходимости (т.е. переопределите основное направление волокна и переориентируйте материал, прежде чем продолжить вырезать больше образцов).
    ПРИМЕЧАНИЕ: Протокол можно приложить здесь. Если образцы не должны использоваться немедленно, храните их в темном, окружающем месте.

2. Процедура резки для утес-направления образцов, которые разрезаются вдоль оси рулона

ПРИМЕЧАНИЕ: Существует не деформации и утка в традиционном текстильной смысле, как материал, используемый здесь не тканые, но эти термины заимствованы для ясности.

  1. Определите ширину и длину материала, желаемого в зависимости от количества и размера образцов, которые должны быть сокращены.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Для этого однонаправленного ламината и для образцов с калибровочной длиной около 300 мм, два образца, помещенные от конца до конца, могут быть разрезаны по ширине болта. Таким образом, набор из 40 образцов может быть вырезан в двух колоннах по 20 экземпляров каждый, как показано на дополнительном рисунке 4, до высвобывания материала из рулона. Если ширина образцов составляет 30 мм, то материал должен быть разрезан на 20x ширину образца (как Есть 20 образцов на столбец) с некоторым дополнительным пространством (т.е. 610 мм).
    1. Определите направление волокна вдоль утка для ширины интереса, следуя инструкциям от шагов 1.4-1.6.
    2. Вырежьте открытые перекрестные волокна (т.е. через варп волокна) с помощью лезвия, тем самым отделяя материал-предшественник от болта.
      ВНИМАНИЕ: Уход должен быть принят со всеми острыми лезвиями или режущими инструментами, чтобы избежать травм. Резки перчатки могут носить в этом шаге, чтобы уменьшить риск травмы.
  2. Приготовьтесь отрезать длины, которые соответствуют желаемой длине образца (т.е. вырезать в направлении деформации на длину образца интереса). Для получения калибра 300 мм (соответствующей общей длине образца 600 мм), используя процедуру и тесты, указанные ниже, имейте в виду, что материал теперь должен быть 600 мм х 610 мм.
  3. Выполните шаги 1.9-1.17, чтобы вырезать желаемые образцы.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Протокол можно приложить здесь. Если образцы не используются немедленно, храните их в темном, окружающем месте.

3. Анализ методов резки путем сканирования электронной микроскопии

  1. Подготовьте образцы для анализа, сканируя электронную микроскопию (SEM) путем резки квадратов длиной и шириной около 5 мм, сохраняя по крайней мере два края квадрата от интересной методики резки. Эти сохраненные края должны быть определены и являются краями, которые будут оцениваться под микроскопом.
  2. Установите образцы на держатель образца SEM, прикрепив их пинцетом на подходящую двусторонню углеродную ленту.
  3. Пальто образцы с тонким (5 нм) слой проводящих материалов, таких как золотой палладий (Au/Pd), чтобы смягчить поверхностно-зарядки эффекты под сканирующий электронный микроскоп.
  4. Загрузите образцы в сканирующий электронный микроскоп и собразите их примерно при 2 кВ ускоряющегося напряжения и с помощью электронного тока 50-100 pA. Применяйте настройки нейтрализации заряда для противодействия эффектам зарядки, когда это необходимо.

4. Тенсильное тестирование образцов ламината Ud

  1. Измерьте захваты, чтобы определить разницу между начальной стоимостью расположения и расстоянием между тем, где образец контактирует с верхними и нижними захватами при минимальном напряжении. Ознакомьте местоположение кроссхедов из программного обеспечения для тестирования. Рассчитайте эффективную длину датчика от этого путем измерять эффективную длину датчика на этом месте crosshead. Добавьте смещение (количество смещения) в расположение перекрестных головок., чтобы определить эффективную длину датчика (измеренная эффективная длина датчика минус расположение перекрестных головок).
  2. Номер образцы подготовлены в соответствии с разделами 1 и 2 с мягкой наконечником перманентного маркера, так что порядок, в котором они были подготовлены ясно. Отметьте и другую информацию, например дату подготовки и ориентации.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Образцы, используемые в настоящем случае, имеют размеры 30 мм х 400 мм, но размеры образцов могут варьироваться для других материалов и были получены, следуя разделу 1 или разделу 2. Если образцы не используются немедленно, храните их в темном, окружающем месте.
  3. Если штамм будет измеряться с помощью видео extensometer, вручную пометить калибровочных точек с постоянным маркером, используя шаблон для согласованности, как показано на дополнительной рисунок 5a, чтобы дать очки для видео extensometer отслеживать и, таким образом, мера Деформации. Если напряжение будет рассчитано из смещения перекрестной стороны, пропустите этот шаг.
  4. Загрузите образец в центр капстанских захватов.
    1. Вставьте конец образца через зазор в капстане и положение конца образца на линии захвата обращается в шаге 1.9, как показано на дополнительной рисунке 5b. Позаботьтесь о центре образца на капстанных захватах, выровняв центр образца примерно в 1 мм от центра захватов капстана.
    2. Поверните капстан в нужное положение, убедившись, что сохранить образец по центру. Используйте натяжающее устройство, например, магнит, размещенный на образце, если захваты магнитные, чтобы аккуратно удерживать образец на месте, и заблокировать капстан на месте с запирающимися булавками.
    3. Повторите шаги 4.4.1 и 4.4.2 для другого конца образца.
  5. Нанесите преднагрузку 2 N или какую-нибудь другую соответствующую небольшую нагрузку.
  6. Запись смещения креста / фактическая длина датчика.
  7. Программа инструмент для выполнения напряженного теста, с постоянной скоростью расширения 10 мм / мин, используя видео extensometer или перекрестные смещения для записи деформации, и нажмите начать тест.
  8. Мониторинг дисплея и остановить тест, когда образец сломался, о чем свидетельствует потеря 90% в наблюдаемой нагрузке на дисплее. Запись максимального стресса, который так же, как стресс неудачи из-за характера материала, и соответствующие деформации отказа. Повторите шаги 4.3-4.8 для остальных образцов.
  9. Сохранить сломанные образцы для дальнейшего анализа.
  10. Проверка на стресс при сбое в качестве функции количества образцов и первоначального размещения образца в материале, а также другие признаки проблемных данных, например, точек данных, которые крайне отклоняются от распределения Weibull18, и исследовать возможные причины, такие как образцы, поврежденные во время подготовки или обработки, прежде чем продолжить.

5. Подготовка образцов для экспериментов по старению

  1. Начало эксперимента по старению
    1. Рассчитайте общее количество материала, необходимого для исследования в зависимости от состояния окружающей среды и на основе плана извлечения образцов каждый месяц в течение 12 месяцев.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Для этого исследования, 40 образцов на добычу и в общей сложности 12 извлечений были использованы для целей планирования.
    2. Сократите общее количество материала, необходимого для каждого состояния. Вырезать каждую полосу достаточно широко, чтобы вместить необходимое количество образцов плюс по крайней мере 10 мм.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Дополнительные 5 мм материала будут обрезаны с каждой стороны образца перед выполнением растяжения. Дополнительный материал используется, поскольку края образцов могут быть повреждены из-за обработки во время протокола старения.
    3. Поместите вырезанные полоски старения в лотки, которые будут помещены в экологическую камеру, как показано на дополнительном рисунке 5c. Лотки, используемые в этом исследовании может каждый из них может содержать около 120 полос.
    4. Выберите условия экспозиции для экологического исследования на основеожидаемого использования и среды хранения материала 2.
      ПРИМЕЧАНИЕ: В этом исследовании, номинально 70 градусов по Цельсию при 76% относительной влажности (RH) был использован.
    5. Программа экологической камеры для сухих, комнатных температурных условий (например, около 25 градусов по Цельсию при температуре 25% н.э.). Разрешить камере стабилизироваться в этих условиях, а затем, место образца лоток на стойку в камере, вдали от стен и любых местах в камере, которые, как представляется, привлекают конденсата.
    6. Программа экологической камеры до желаемой температуры, как определено в шаге 5.1.4, оставляя влажность около 25% RH.
    7. После того, как камера стабилизировалась при целевой температуре от шага 5.1.4, запрограммируйте камеру увеличить влажность до нужного уровня, как это определено в шаге 5.1.4.
    8. Проверяйте камеры ежедневно, чтобы убедиться, что водоснабжение и фильтрация являются адекватными, и обратите внимание, когда вне-терпимости условия соблюдаются. Запись отклонений и перерывов в журнале на передней панели или в соседнем блокноте является хорошей практикой.
    9. Повторите шаги 5.1.5-5.1.8 для всех остальных образцов, представляющих интерес.
  2. Извлечение выдержанных материальных полос для анализа
    1. Когда готовы извлечь в возрасте материальных полос из экологической камеры для анализа, первая программа камеры, чтобы уменьшить относительную влажность примерно до 25% RH.
    2. После того, как экологическая камера стабилизировалась при низковлажняемости, запрограммируйте температуру, чтобы упасть до, примерно, комнатной температуры или 25 градусов по Цельсию. Этот шаг предотвращает конденсацию при открытии двери камеры.
    3. После того, как экологическая камера стабилизировалась в условиях шага 5.1.5, откройте камеру, удалите лоток, содержащий выдержанные материальные полосы, представляющие интерес, выньте нужные полосы и поместите их в маркированный контейнер.
    4. Верните лоток в экологическую палату.
    5. Следуя процедуре, данной в шагах 5.1.6 и 5.1.7, верните камеру к условиям интереса, если продолжат исследование старения. Если нет, то он может оставаться в номинально окружающем состоянии.
    6. Запись извлечения на камерном бревне, если она используется.
    7. Вырежьте выдержанные образцы из выдержанных материальных полос, следуя шагам 1.7-1.17.
    8. Проверьте образцы, описанные в разделе 4.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Результаты

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

Многие итерации резки и тестирования были выполнены для изучения нескольких различных переменных. Некоторые переменные, которые были рассмотрены включают технику резки и режущий инструмент, скорость тестирования, размер образца, и ручки. Одним из важнейших выводов было значение выравнивания образцов с направлением волокна. Ниже рассматриваются процедуры анализа данных (анализ согласованности, методы Weibull, определение выбросов и т.д.), а также соображения старения.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Обсуждение

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

Правильное определение направления волокна имеет решающее значение. Преимущество метода, описанного в шагах 1.4-1.6 протокола, заключается в том, что существует полный контроль над тем, сколько волокон используется для запуска процесса разделения. Однако это не означает, что существует полный контроль над шириной окончательного разделенного региона, так как волокна не полностью параллельны и могут пересекаться друг с другом. В процессе разделения одной партии волокон, часто, волокна соседних тех, которые разделены также ...

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Раскрытие информации

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

Полное описание процедур, используемых в настоящем документе, требует идентификации некоторых коммерческих продуктов и их поставщиков. Включение такой информации никоим образом не должно истолковываться как указание на то, что такие продукты или поставщики одобрены NIST или рекомендованы NIST или что они обязательно являются лучшими материалами, инструментами, программным обеспечением или поставщиками для этих целей. Описано.

Благодарности

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

Авторы хотели бы отметить Стюарт Ли Феникс за его полезные обсуждения, Майк Райли за его помощь с механической установки испытания, и Honeywell для пожертвование некоторых материалов. Финансирование Эми Энгельбрехт-Вигганс было предоставлено в рамках гранта 70NANB17H337. Финансирование Ajay Krishnamurthy было предоставлено в рамках гранта 70NANB15H272. Финансирование Аманда Л. Форстер было предоставлено от Министерства обороны через межведомственное соглашение R17-643-0013.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Материалы

Список материалов, использованных в этой статье
ИмяКомпанияКаталожный номерКомментарии
Захваты для кабестанауниверсальный захват компании20kN захваты для обмоткиЗахваты для кабестана, используемые при тестировании
Керамический ножSlice10558
Керамическое прецизионное лезвиеSlice00116
ЗажимIrwinquick grip mini bar clamp
Конфокальный микроскоп
Режущий коврикRotatrim A0 метрический самовосстанавливающийся коврик
для резки Denton Desktop sputter coater Распылитель для нанесения покрытий
FEI Helios 660 Двухлучевой FIB/SEMFEI HeliosСканирующий электронный микроскоп
Моторизованный ротационный резакChickadee
Ротационный резакFiskars49255A84
СтереомикроскопNationalDC4-456H
Прямая кромкаMcMaster Carr1935A74
Лезвие хирургического скальпеляSklar Instruments
Рукоятка хирургического скальпеляSwann Morton
Универсальная испытательная машинаInstron4482Универсальная испытательная машина
Универсальный ножStanley99E
,

Ссылки

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Forster, A. L., et al. Hydrolytic stability of polybenzobisoxazole and polyterephthalamide body armor. Polymer Degradation and Stability. 96 (2), 247-254 (2011).
  2. Forster, A. L., et al. Development of Soft Armor Conditioning Protocols for {NIJ--0101.06}: Analytical Results. NISTIR 7627. , (2009).
  3. NIJ Standard 0101.06- Ballistic Resistance of Personal Body Armor. , (2008).
  4. Forster, A. L., Chin, J., Peng, J. -S., Kang, K. -L., Rice, K., Al-Sheikhly, M. Long term stability of UHMWPE fibers. Conference Proceedings of the Society for Experimental Mechanics Series. 7, (2016).
  5. Pilato, L. A. Ballistic Resistant Laminate. , (1993).
  6. Park, A. D. Ballistic Laminate Structure in Sheet Form. , (1999).
  7. Jacobs, M. J. N., Beugels, J. H. M., Blaauw, M. Process for the manufacture of a ballistic-resistant moulded article. , (2006).
  8. ASTM E3110-18 Standard Test Method for Collection of Ballistic Limit Data for Ballistic-resistant Torso Body Armor and Shoot Packs. , (2018).
  9. Russell, B. P., Karthikeyan, K., Deshpande, V. S., Fleck, N. A. The high strain rate response of Ultra High Molecular-weight Polyethylene: From fibre to laminate. International Journal of Impact Engineering. 60, 1-9 (2013).
  10. Czechowski, L., Jankowski, J., Kubiak, T. Experimental tests of a property of composite material assigned for ballistic products. Fibres and Textiles in Eastern Europe. 92 (3), 61-66 (2012).
  11. Levi-Sasson, A., et al. Experimental determination of linear and nonlinear mechanical properties of laminated soft composite material system. Composites Part B: Engineering. 57, 96-104 (2014).
  12. ASTM D3039/D3039M-17 Standard Test Method for Tensile Properties of Polymer Matrix Composite Materials. , (2017).
  13. Hazzard, M. K., Hallett, S., Curtis, P. T., Iannucci, L., Trask, R. S. Effect of fibre orientation on the low velocity impact response of thin Dyneema®composite laminates. International Journal of Impact Engineering. 100, 35-45 (2017).
  14. ASTM D5034-09. Standard Test Method for Breaking Strength and Elongation of Textile Fabrics. Annual Book of ASTM Standards. , Reapproved 1-8 (2017).
  15. ASTM D5035-11. Standard Test Method for Breaking Force and Elongation of Textile Fabrics (Strip Method). Annual Book of ASTM Standards. , Reapproved 1-8 (2015).
  16. ASTM D6775-13 . Standard Test Method for Breaking Strength and Elongation of Textile Webbing, Tape and Braided Material. Tape and Braided Material.” Annual Book of ASTM Standards. (Reapproved). , Reapproved 1-8 (2017).
  17. ASTM D3950. Standard Specification for Strapping, Nonmetallic (and Joining Methods). Annual Book of ASTM Standards. , (Reapproved) 1-7 (2017).
  18. Weibull, W. A Statistical Distribution Function of Wide applicability. Journal of applied mechanics. 18 (4), 293-297 (1951).
  19. Coleman, B. D. Statistics and time dependence of mechanical breakdown in fibers. Journal of Applied Physics. 29 (6), 968-983 (1958).
  20. Coleman, B. D. Time dependence of mechanical breakdown phenomena. Journal of Applied Physics. 27 (8), 862-866 (1956).
  21. Coleman, B. D. Time Dependence of Mechanical Breakdown in Bundles of Fibers. III. The Power Law Breakdown Rule. Journal of Rheology. 2 (1), 195(1958).
  22. Coleman, B. D. Application of the theory of absolute reaction rates to the creep failure of polymeric filaments. Journal of Polymer Sciences. 20, 447-455 (1956).
  23. Coleman, B. D. A stochastic process model for mechanical breakdown. Transaction of the Society of Rheology. 1 (1957), 153-168 (1957).
  24. Phoenix, S. L., Beyerlein, I. J. Statistical Strength Theory for Fibrous Composite Materials. Comprehensive Composite Materials. , 559-639 (2000).
  25. Newman, W. I., Phoenix, S. L. Time-dependent fiber bundles with local load sharing. Physical Review E - Statistical Physics, Plasmas, Fluids, and Related Interdisciplinary Topics. 63 (2), 20(2001).
  26. Phoenix, S. L., Newman, W. I. Time-dependent fiber bundles with local load sharing. II. General Weibull fibers. Physical Review E - Statistical, Nonlinear, and Soft Matter Physics. 80 (6), 1-14 (2009).

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Перепечатки и разрешения

Запросить разрешение на повторное использование текста или иллюстраций этой статьи JoVE

Запросить разрешение

Теги

Похожие статьи