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Engineering

काटने की प्रक्रिया, टेन्सिल परीक्षण, और लचीला यूनिडायरेक्शनल कम्पोजिट लैमिनेट्स की उम्र बढ़ने

Published: April 27, 2019 doi: 10.3791/58991
Automatic Translation
1,2, 1,2, 1,3, 1, 1
1Material Measurement Laboratory, National Institute of Standards and Technology, 2Theiss Research, 3Chemical and Biomolecular Engineering Department, University of Maryland

Summary

अध्ययन का लक्ष्य उच्च शक्ति aramid या अल्ट्रा उच्च-मोलर-मास polyethylene आधारित लचीला यूनिडायरेक्शनल समग्र टुकड़े टुकड़े टुकड़े सामग्री का सटीक यांत्रिक परीक्षण के लिए लगातार नमूने तैयार करने के लिए प्रोटोकॉल विकसित करने के लिए किया गया था और वर्णन करने के लिए इन सामग्रियों पर कृत्रिम उम्र बढ़ने के प्रदर्शन के लिए प्रोटोकॉल।

Abstract

कई शरीर कवच डिजाइन unidirectional (यूडी) laminates शामिल हैं. UD टुकड़े टुकड़े पतली (और lt;0.05 मिमी) उच्च प्रदर्शन यार्न, जहां प्रत्येक परत में यार्न एक दूसरे के समानांतर उन्मुख और बांधने की मशीन रेजिन और पतली बहुलक फिल्मों का उपयोग कर जगह में आयोजित कर रहे हैं की परतों का निर्माण कर रहे हैं. कवच अलग-अलग अभिविन्यासों में यूनिडायरेक्शनल परतों को स्टैक करके बनाया गया है। तारीख करने के लिए, केवल बहुत ही प्रारंभिक काम unidirectional टुकड़े टुकड़े में इस्तेमाल बांधने की मशीन रेजिन की उम्र बढ़ने और उनके प्रदर्शन पर प्रभाव की विशेषता के लिए किया गया है. उदाहरण के लिए, राष्ट्रीय न्याय संस्थान मानक-0101.06 में प्रयुक्त कंडीशनिंग प्रोटोकॉल के विकास के दौरान, यूडी पटल ोंय ने वी50में डिलेमिनेशन और कटौती के दृश्य संकेत दिखाए, जो उस वेग है जिस पर आधे प्रोजेक्टाइल उम्र बढ़ने के बाद, कवच perforate करने के लिए उम्मीद कर रहे हैं। UD टुकड़े टुकड़े में सामग्री संपत्ति परिवर्तन की एक बेहतर समझ इन सामग्रियों से निर्मित armors की लंबी अवधि के प्रदर्शन को समझने के लिए आवश्यक है. यूनिडायरेक्शनल (यूडी) टुकड़े टुकड़े करने वाली सामग्रियों से यांत्रिक रूप से पूछताछ करने के लिए अनुशंसित कोई वर्तमान मानक नहीं हैं। इस अध्ययन के तरीकों और सही इन सामग्रियों के यांत्रिक गुणों का परीक्षण करने के लिए सर्वोत्तम प्रथाओं की पड़ताल और इन सामग्रियों के लिए एक नया परीक्षण पद्धति का प्रस्ताव है. उम्र बढ़ने के लिए सर्वोत्तम प्रथाओं इन सामग्रियों का भी वर्णन कर रहे हैं.

Introduction

राष्ट्रीय मानक और प्रौद्योगिकी संस्थान (NIST) कानून प्रवर्तन और आपराधिक न्याय एजेंसियों में मदद करता है सुनिश्चित करें कि उपकरण वे खरीद और प्रौद्योगिकियों कि वे उपयोग सुरक्षित, भरोसेमंद, और अत्यधिक प्रभावी हैं, एक अनुसंधान कार्यक्रम के माध्यम से शरीर कवच में इस्तेमाल उच्च शक्ति फाइबर की लंबी अवधि की स्थिरता को संबोधित. पहले काम1,2सामग्री पाली से बने एक शरीर कवच के क्षेत्र की विफलता पर ध्यान केंद्रित किया है (पी-फेनिलीन-2,6-benzobisoxazole), या PBO, जो राष्ट्रीय न्याय संस्थान के लिए एक प्रमुख संशोधन करने के लिए नेतृत्व किया (एनआईजे) शरीर कवच मानक 3.इस संशोधित मानक के जारी होने के बाद से, अल्ट्रा-उच्च-मोलर-मास पॉलीथीन (यूएचएमपीई)4 और पॉली (पी-फेनिलीन टेरेफ्थैलेमाइड) या पीपीटीए जैसे अन्य सामान्य रूप से उपयोग किए जाने वाले रेशों में उम्र बढ़ने के तंत्र की जांच करने के लिए एनएसटी में काम जारी है, आमतौर पर अरामिड के रूप में जाना जाता है। हालांकि, इस काम के सभी यार्न और एकल फाइबर, जो बुना कपड़े के लिए सबसे अधिक प्रासंगिक है की उम्र बढ़ने पर ध्यान केंद्रित किया है. हालांकि, कई शरीर कवच डिजाइन UD laminates शामिल हैं. UD टुकड़े टुकड़े पतली फाइबर परतों का निर्माण कर रहे हैं (और 0.05 मिमी) जहां प्रत्येक परत में फाइबर एक दूसरे के समानांतर हैं5,6,7 और कवच बारी अभिविन्यास में पतली चादरें स्टैकिंग द्वारा निर्माण किया है, के रूप में पूरक चित्र 1a में चित्रित किया गया है. यह डिजाइन आम तौर पर समानांतर प्रत्येक परत में फाइबर पकड़ करने के लिए एक बांधने की मशीन राल पर काफी निर्भर करता है, पूरक चित्रा 1bमें देखा के रूप में, और खड़ी कपड़े के नाममात्र 0 डिग्री / बुना कपड़े की तरह, UD टुकड़े टुकड़े आम तौर पर दो प्रमुख फाइबर विविधताओं से बाहर का निर्माण कर रहे हैं: aramid या UHMMPE. UD laminates शरीर कवच डिजाइनरों के लिए कई फायदे प्रदान: वे बुना कपड़े का उपयोग कर उन लोगों की तुलना में एक कम वजन कवच प्रणाली के लिए अनुमति देते हैं (बुनाई के दौरान शक्ति हानि के कारण), बुना निर्माण के लिए की आवश्यकता को खत्म करने, और छोटे व्यास फाइबर का उपयोग बुना कपड़े के लिए एक समान प्रदर्शन प्रदान करने के लिए लेकिन एक कम वजन पर. PPTA पहले तापमान और आर्द्रता की वजह से गिरावट के लिए प्रतिरोधी होना दिखाया गया है1,2,लेकिन बांधने की मशीन UD टुकड़े टुकड़े के प्रदर्शन में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभा सकते हैं. इस प्रकार, PPTA आधारित कवच पर उपयोग पर्यावरण के समग्र प्रभावअज्ञात 8हैं.

तारीख करने के लिए, केवल बहुत ही प्रारंभिक काम इन UD टुकड़े टुकड़े में इस्तेमाल बांधने की मशीन रेजिन की उम्र बढ़ने और UD टुकड़े टुकड़े की बैलिस्टिक प्रदर्शन पर बांधने की उम्र बढ़ने के प्रभाव की विशेषता के लिए किया गया है. उदाहरण के लिए, एनआईजे मानक-0101.06 में प्रयुक्त कंडीशनिंग प्रोटोकॉल के विकास के दौरान, यूडी पटल1,2,8उम्र बढ़ने के बाद V50 में delamination और कटौती के दृश्य लक्षण दिखाई दिए। ये परिणाम सामग्री के दीर्घकालिक संरचनात्मक प्रदर्शन का मूल्यांकन करने के लिए, उम्र बढ़ने के साथ सामग्री गुणों की पूरी तरह से समझने की आवश्यकता को प्रदर्शित करते हैं। यह, बारी में, इन सामग्रियों की विफलता गुणों से पूछताछ करने के लिए मानकीकृत तरीकों के विकास की आवश्यकता है। इस काम के प्राथमिक लक्ष्यों को सही UD टुकड़े टुकड़े सामग्री के यांत्रिक गुणों का परीक्षण करने के लिए तरीकों और सर्वोत्तम प्रथाओं का पता लगाने के लिए और इन सामग्रियों के लिए एक नया परीक्षण पद्धति का प्रस्ताव कर रहे हैं. उम्र बढ़ने के लिए सर्वोत्तम प्रथाओं यूडी टुकड़े टुकड़े सामग्री भी इस काम में वर्णित हैं.

साहित्य में यूडी टुकड़े के यांत्रिक गुणों के परीक्षण के कई उदाहरण हैं , जो कई परतों को एक कठिन नमूने9,10,11 मेंगर्म करने के बाद दबाते हैं . कठोर समग्र टुकड़े टुकड़े के लिए, एएसटीएम D303912 इस्तेमाल किया जा सकता है; तथापि, इस अध्ययन में, सामग्री लगभग 0.1 मिमी मोटी और कठोर नहीं है. कुछ UD टुकड़े टुकड़े सामग्री ऐसे हेलमेट या बैलिस्टिक प्रतिरोधी प्लेटों के रूप में कठोर बैलिस्टिक सुरक्षात्मक लेख बनाने के लिए अग्रदूतों के रूप में उपयोग किया जाता है। हालांकि, पतली, लचीला यूडी टुकड़े टुकड़े भी शरीर कवच9,13बनाने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है।

इस काम का उद्देश्य नरम शरीर कवच में सामग्री के प्रदर्शन की खोज के लिए तरीकों को विकसित करने के लिए है, इसलिए गर्म दबाने से जुड़े तरीकों का पता नहीं लगाया गया क्योंकि वे जिस तरह से सामग्री नरम शरीर कवच में प्रयोग किया जाता है के प्रतिनिधि नहीं हैं. एएसटीएम इंटरनेशनल में कपड़े की टेस्टिंग स्ट्रिप्स से संबंधित कई परीक्षण-विधि मानक हैं, जिनमें एएसटीएम D5034-0914 मानक टेस्ट विधि शामिल है, जो टेक्सटाइल फैब्रिक्स (ग्रैब टेस्ट), एएसटीएम D5035-1115 मानक टेस्ट की शक्ति और दीर्घीकरण के लिए मानक परीक्षण विधि शामिल है। सेना तोड़ने और वस्त्र वस्त्रों के विस्तार के लिए विधि (पट्टी विधि), ASTM D6775-1316 मानक परीक्षण विधि को तोड़ने के लिए शक्ति और वस्त्र Webbing, टेप और ब्रेड्ड सामग्री के विस्तार, और ASTM D395017 मानक विशिष्टता के लिए स्ट्रैपिंग, गैरधातुक (और शामिल होने के तरीके). इन मानकों का इस्तेमाल किया परीक्षण पकड़ और नमूना आकार के मामले में कई महत्वपूर्ण मतभेद है, जैसा कि नीचे उल्लेख किया.

ASTM D5034-0914 और एएसटीएम D5035-1115 में वर्णित तरीके बहुत समान हैं और उच्च शक्ति कंपोजिट के बजाय मानक कपड़ों के परीक्षण पर ध्यान केंद्रित करते हैं। इन दो मानकों में परीक्षण के लिए, पकड़ के जबड़े चेहरे चिकनी और फ्लैट हैं, हालांकि एक विफलता तनाव के साथ नमूनों के लिए अनुमति दी जाती है 100 N/cm से अधिक छड़ी पर्ची आधारित विफलता की भूमिका को कम करने के लिए. फिसलन को रोकने के लिए सुझाए गए संशोधन जबड़े पैड करने के लिए कर रहे हैं, जबड़े के नीचे कपड़े कोट, और जबड़े चेहरे को संशोधित. इस अध्ययन के मामले में, नमूना विफलता तनाव लगभग 1,000 N/cm है, और इस प्रकार, पकड़ की इस शैली अत्यधिक नमूना फिसलन में परिणाम. एएसटीएम D6775-1316 और एएसटीएम D395017 बहुत मजबूत सामग्री के लिए इरादा कर रहे हैं, और दोनों capstan पकड़ पर भरोसा करते हैं। इस प्रकार, इस अध्ययन capstan पकड़ के उपयोग पर ध्यान केंद्रित किया.

इसके अलावा, इन चार एएसटीएम मानकों के बीच नमूना आकार काफी भिन्न होता है। wobbing और strapping मानकों, ASTM D6775-1316 और ASTM D395017, सामग्री की पूरी चौड़ाई का परीक्षण करने के लिए निर्दिष्ट करें. एएसटीएम D677516 90 मिमी की अधिकतम चौड़ाई निर्दिष्ट करता है। इसके विपरीत, कपड़े मानकों14,15 नमूना चौड़ाई में कटौती और या तो एक 25 मिमी या 50 मिमी चौड़ाई निर्दिष्ट करने की उम्मीद है. नमूने की कुल लंबाई 40 सेमी और 305 सेमी के बीच भिन्न होती है, और गेज लंबाई इन एएसटीएम मानकों में 75 मिमी और 250 मिमी के बीच भिन्न होती है। चूंकि एएसटीएम मानक नमूना आकार के बारे में काफी भिन्न होते हैं, इस अध्ययन के लिए तीन अलग-अलग चौड़ाई और तीन अलग-अलग लंबाई पर विचार किया गया था।

प्रोटोकॉल में नमूना तैयार करने की बात करने वाली शब्दावली इस प्रकार है: बोल्ट और पूर्ववर्ती सामग्री और नमूना, जहां बोल्ट शब्द यूडी टुकड़े टुकड़े के रोल को संदर्भित करता है, पूर्ववर्ती सामग्री अभी भी संलग्न यूडी कपड़े की एक unwound राशि को संदर्भित करता है बोल्ट के लिए, सामग्री यूडी टुकड़े टुकड़े के एक अलग टुकड़े को संदर्भित करता है, और नमूना परीक्षण किया जा करने के लिए एक व्यक्ति के टुकड़े को संदर्भित करता है।

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Protocol

1. ताना-दिशा नमूनों कि रोल की धुरी के लंबवत काट रहे हैं के लिए काटने की प्रक्रिया

  1. परीक्षण किए जाने के लिए एक दिशाहीन सामग्री के बोल्ट की पहचान करें।
    नोट: वहाँ कोई ताना है (रोल की धुरी के लंबवत दिशा का वर्णन करने के लिए इस्तेमाल किया) और बाने (रोल की धुरी के समानांतर दिशा का वर्णन करने के लिए इस्तेमाल किया) पारंपरिक कपड़ा अर्थ में, के रूप में सामग्री यहाँ इस्तेमाल बुना नहीं है, लेकिन इन शब्दों के लिए उधार लिया जाता है आर स्पष्टता.
  2. मैन्युअल रूप से बोल्ट को पूर्ववर्ती सामग्री का पर्दाफाश करने के लिए अनरोल करें (यानी, बोल्ट से पहचान की गई सामग्री unwound लेकिन अभी भी बोल्ट से जुड़ा हुआ है)।
    नोट: इस बोल्ट की चौड़ाई सामग्री की कुल लंबाई बन जाएगा (पूरक चित्रा 1bको देखें), तो एक 300 मिमी गेज लंबाई के लिए (एक 600 मिमी कुल नमूना लंबाई के अनुरूप), प्रक्रिया और परीक्षण पकड़ नीचे निर्दिष्ट का उपयोग कर, का टुकड़ा बोल्ट से सामग्री कटौती 600 मिमी चौड़ा होना चाहिए। सामग्री के इस टुकड़े की लंबाई बोल्ट की चौड़ाई की होगी जिस पर सामग्री लुढ़काई जाती है (लगभग 1,600 मिमी, इस मामले में)। यह पूरक चित्र 1खमें दर्शाया गया है।
  3. विजुअल रूप से सत्यापित करें कि मुख्य तंतु दिशा बोल्ट की चौड़ाई के समानांतर है, जैसा कि पूरक चित्र 1खमें दर्शाया गया है। सामग्री की ऊपरी परत की फाइबर दिशा (यानी, जो एक दर्शक देखता है जब नमूना पर नीचे देख) प्रमुख फाइबर दिशा कहा जाता है.
  4. एक स्केलपेल के साथ अग्रदूत सामग्री में एक छोटा सा टैब कट, लगभग 3 मिमी चौड़ा, टैब की लंबाई के साथ नाममात्र अग्रदूत सामग्री के प्रमुख फाइबर दिशा के साथ समानांतर गठबंधन, पूरक चित्र 1c में दिखाया गया है.
  5. टैब को मैन्युअल रूप से समझें और टैब को फाड़ने के लिए इसे ऊपर खींचें और नीचे परत पर रेशों को बेनकाब करें, टैब के लंबवत चल रहे हैं। टैब पर तब तक खींचते रहें जब तक कि दो परतों को पूर्ववर्ती सामग्री की पूरी लंबाई में अलग न कर दिया जाए ( पूरक चित्र 1d)
    नोट: यह कदम एक क्षेत्र है जहाँ केवल पार फाइबर दिखाई दे रहे हैं का उत्पादन होगा, के रूप में पूरक चित्र 1dमें दिखाया गया है.
  6. टैब के किनारे से शेष उजागर पार फाइबर पड़ोसी किसी भी ढीला फाइबर निकालें.
    नोट: वर्तमान UD टुकड़े टुकड़े प्रणाली में, यह देखा गया था कि फाइबर पूरी तरह से समानांतर नहीं हैं (जैसा कि चित्र 1में दिखाया गया है ) और यह कि वे पड़ोसी फाइबर पर पार कर सकते हैं. इस प्रकार, फाइबर उन अलग किया जा रहा पड़ोसी अक्सर इस प्रक्रिया में अलग हो जाएगा. पड़ोसी फाइबर कि ढीला हो के रूप में ज्यादा के रूप में हो सकता है 1-2 अलग करने के लिए इस्तेमाल टैब की उम्मीद पथ से दूर मिमी.
  7. एक चिकित्सा स्केलपेल का उपयोग करना, उजागर पार फाइबर के साथ कटौती, इस प्रकार बोल्ट से अग्रदूत सामग्री के टुकड़े को अलग.
    1. दूरी में कटौती है कि ब्लेड dulls निर्धारित, एक कम साफ कटौती के कारण (यानी इस सामग्री को काटने के 400 सेमी के बाद, एक स्केलपेल सुस्त और खरोंच हो सकता है, पूरक चित्र 2 और पूरक चित्र 3में दिखाया गया है के रूप में). ब्लेड को सुस्त होने से पहले बदलें, या यदि यह क्षतिग्रस्त हो जाता है। सबसे अच्छा एक निर्धारित करने के लिए सामग्री का एक अलग प्रकार का परीक्षण करते समय कई काटने उपकरणों की जांच।
      चेतावनी: चोट से बचने के लिए सभी तेज ब्लेड या काटने के उपकरणों के साथ देखभाल की जानी चाहिए। कट प्रतिरोधी दस्ताने चोट के जोखिम को कम करने के लिए इस कदम में पहना जा सकता है.
  8. सामग्री पर बारी है, ताकि अब, प्रमुख फाइबर दिशा ताना दिशा में है.
    नोट: चूंकि मुख्य फाइबर दिशा (शीर्ष परत) देखा जा रहा है कि परत को संदर्भित करता है, पर सामग्री मोड़ बाने से ताना करने के लिए प्रमुख फाइबर दिशा बदल जाएगा (पूरक चित्र 1bदेखें).।
  9. बाने की दिशा में संरेखित सामग्री पर पकड़ लाइनों को चिह्नित करें।
    नोट: इन लाइनों निर्मित बढ़त से निर्मित बढ़त के लिए चलाने के लिए, कटौती किनारों के समानांतर और इन कटौती किनारों से 115 मिमी. ये आगे चरण 4.4.1 में समझाया जाएगा, लेकिन पकड़ लाइनों लाइनों का उपयोग किया जाता है जब नमूनों लोड हो रहा है (जो बाद में काट रहे हैं) तन्य परीक्षण पकड़ में.
  10. नमूना के लिए मुख्य फाइबर दिशा निर्धारित करने के लिए सामग्री से काटा जा करने के लिए, चरण 1.3 का उपयोग कर.
    नोट: फाइबर अभिविन्यास वास्तव में निर्मित किनारे करने के लिए सीधा नहीं हो सकता है कि अवगत हो; उस मामले में, सटीक फाइबर लाइन का पालन करें. निर्मित किनारे के पास के क्षेत्र से बचें क्योंकि यह सही थोक सामग्री गुणों को प्रतिबिंबित नहीं हो सकता है.
  11. एक उपयुक्त आत्म-उपचार ग्रिड्ड काटने चटाई पर सामग्री को ओरिएंट करें जो सामग्री की चौड़ाई (कट किनारों के बीच) और कम से कम 300 मिमी की लंबाई (बाफ्ट दिशा) को फिट करने के लिए पर्याप्त है, जैसा कि चरण 1.16 में संदर्भित किया गया है।
    1. ध्यान से काटने चटाई पर gridlines के साथ फाइबर दिशा संरेखित करें। सामग्री को अस्तर में एक गाइड के रूप में सामग्री के कट किनारे का उपयोग करें; हालांकि, नमूना के फाइबर दिशा संरेखित सबसे महत्वपूर्ण है.
    2. काटने चटाई के लिए सामग्री टेप।
      नोट: टेप कहीं भी नमूना के केंद्र के पास नहीं रखा जाना चाहिए; इसके बजाय, यह क्या नमूनों के अंत में सामग्री से काटा जा करने के लिए किया जाएगा पर इस्तेमाल किया जाना चाहिए. एक नमूना परीक्षण किया जाता है जब समाप्त होता है पकड़ में हो जाएगा; इसलिए, टेप द्वारा सामग्री के कारण किसी भी क्षति को कम से कम किया जाता है। केवल सामग्री है कि कटौती से दूर कर रहे हैं के कोनों दोहन यह सुनिश्चित करेगा कि सामग्री कदम नहीं होगा और है कि, जब एक नमूना काटने, ब्लेड भी टेप काटने नहीं होगा. कम टैक चिपकने वाला टेप (उदाहरण के लिए, चित्रकार का टेप) अच्छी तरह से काम करता है क्योंकि यह सामग्री को नुकसान पहुंचाए बिना कपड़े को रखने के लिए पर्याप्त है जब इसे हटा दिया जाता है।
  12. ब्लेड और एक सीधे किनारे का उपयोग कर सामग्री से नमूनों में कटौती. गठित स्ट्रिप्स नमूने हैं। इस प्रक्रिया में सामग्री को हिलाने न दें; अन्यथा, फाइबर दिशा नए सिरे से निर्धारित करने और तदनुसार सामग्री reorient.
    1. उपयुक्त नमूना चौड़ाई (यानी, 30 मिमी) के अनुरूप वांछित स्थान पर सीधे किनारे रखें। ध्यान दें कि चिकित्सा स्केलपेल काफी पतली है कि सीधे किनारे की नियुक्ति में कोई ऑफसेट काटने के स्थान के लिए खाते के लिए आवश्यक है। काटने चटाई या काटने चटाई पर किसी भी अन्य उपयोगकर्ता स्थापित संदर्भ लाइन पर ग्रिड के लिए सीधे किनारे संरेखित करें।
    2. सीधे किनारे के दोनों छोर पर clamping द्वारा जगह में सीधे बढ़त दबाना. clamping के बाद सीधे किनारे की स्थिति की जाँच करें, क्योंकि यह clamping प्रक्रिया के दौरान ले जाया गया हो सकता है.
  13. नमूना सीधे किनारे के साथ सामग्री से दूर कट, चिकित्सा स्केलपेल का उपयोग कर. एक निरंतर वेग और दबाव के साथ एक एकल, स्वच्छ, चिकनी कटौती सुनिश्चित करें।
    नोट: कुछ दबाव सीधे किनारे के खिलाफ ब्लेड द्वारा लागू किया जा सकता है ब्लेड सीधे किनारे के किनारे पर ठीक काटने रखने के लिए.
    चेतावनी: चोट से बचने के लिए सावधानी बरतनी चाहिए, इसलिए चिकित्सा स्कैल्पल से निपटने के दौरान कट-प्रतिरोधी दस्ताने पहनने की सलाह दी जाती है। इसके अलावा, के बाद से smoothest कटौती प्राप्त किया जा सकता है, जबकि शरीर की ओर काटने, एक कट प्रतिरोधी एप्रन या प्रयोगशाला कोट पहने सलाह दी है.
  14. माइक्रोस्कोप के नीचे पट्टी के कट किनारे की जांच करें। ब्लेड बदलें अगर कटौती बढ़त काफी अधिक फैला फाइबर या अन्य दोष है जब एक नया, तेज ब्लेड के साथ किए गए कटौती की तुलना में.
  15. सीधे किनारे unclamp, ध्यान रखना है कि सामग्री की प्रक्रिया में कदम नहीं है. यदि सामग्री ले जाने के लिए किया था, फाइबर दिशा redetermine और सामग्री उचित reorient.
  16. 1ण्12-1ण्15 जब तक 300 उउ सामग्री से काटे जा सकने वाले नमूनों की अधिकतम संख्या प्राप्त नहीं हो जाती है।
    नोट: 30 मिमी की चौड़ाई के साथ नमूनों के लिए, सामग्री के 300 मिमी 10 नमूनों के बराबर है, जबकि 70 मिमी की चौड़ाई के साथ नमूनों के लिए, यह 4 नमूनों के बराबर है. यह 300 मिमी सीमा unidirectional टुकड़े टुकड़े यहाँ अध्ययन के लिए अच्छी तरह से काम करने के लिए निर्धारित किया गया है, लेकिन अन्य टुकड़े टुकड़े के लिए भिन्न हो सकते हैं.
  17. 1.10-1.11 आवश्यकतानुसार चरण दोहराएँ (अर्थात, मुख्य तंतु दिशा को पुन: निर्धारित करना और अधिक नमूनों में कटौती जारी रखने से पहले सामग्री को पुन: उन्मुख करना)।
    नोट: प्रोटोकॉल यहाँ रोका जा सकता है। यदि नमूनों को तुरंत इस्तेमाल नहीं किया जा रहा है, उन्हें एक अंधेरे, परिवेश स्थान में स्टोर.

2. बाने-दिशा नमूनों कि रोल की धुरी के साथ काट रहे हैं के लिए काटने की प्रक्रिया

नोट: पारंपरिक वस्त्र अर्थों में कोई ताना और बाने नहीं है, क्योंकि यहां इस्तेमाल की जाने वाली सामग्री बुनी नहीं है, लेकिन इन शर्तों को स्पष्टता के लिए उधार लिया जाता है।

  1. काटने के लिए नमूनों की संख्या और आकार के अनुसार वांछित सामग्री की चौड़ाई और लंबाई निर्धारित करें।
    नोट: इस यूनिडायरेक्शनल टुकड़े टुकड़े के लिए और लगभग 300 मिमी की एक गेज लंबाई के साथ नमूनों के लिए, दो नमूनों अंत करने के लिए अंत रखा बोल्ट की चौड़ाई के साथ काटा जा सकता है। इस प्रकार, 40 नमूनों का एक सेट 20 नमूनों के दो स्तंभों में काटा जा सकता है, जैसा कि पूरक चित्र 4में दिखाया गया है, रोल से सामग्री को अलग करने से पहले। यदि नमूनों की चौड़ाई 30 मिमी है, तो सामग्री को 20x नमूने की चौड़ाई में काटा जाना चाहिए (जैसा कि कॉलम में 20 नमूने हैं) कुछ अतिरिक्त स्थान (यानी, 610 मिमी) के साथ।
    1. ब्याज की चौड़ाई के लिए बाने के साथ फाइबर दिशा निर्धारित, चरण 1.4-1.6 से निर्देशों का पालन.
    2. उजागर पार फाइबर कट (यानी, ताना फाइबर भर में) एक ब्लेड का उपयोग कर, इस प्रकार बोल्ट से अग्रदूत सामग्री को अलग.
      चेतावनी: देखभाल सभी तेज ब्लेड या काटने के उपकरण के साथ लिया जाना चाहिए, चोट से बचने के लिए. कट प्रतिरोधी दस्ताने चोट के जोखिम को कम करने के लिए इस कदम में पहना जा सकता है.
  2. वांछित नमूना लंबाई (यानी, ब्याज की नमूना लंबाई पर ताना दिशा में कटौती) से मेल खाने वाली लंबाई को काटने के लिए तैयार करें। एक 300 मिमी गेज लंबाई प्राप्त करने के लिए (एक 600 मिमी कुल नमूना लंबाई के अनुरूप), प्रक्रिया और परीक्षण पकड़ नीचे निर्दिष्ट का उपयोग कर, ध्यान रखें कि सामग्री अब होना चाहिए 600 मिमी x 610 मिमी.
  3. 1ण्9-1-17 के चरणों का पालन करके वांछित नमूनों को काट दिया गया है।
    नोट: प्रोटोकॉल यहाँ रोका जा सकता है। यदि नमूनों को तुरंत इस्तेमाल नहीं किया जा रहा है, उन्हें एक अंधेरे, परिवेश स्थान में स्टोर.

3. इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी स्कैनिंग द्वारा काटने के तरीकों का विश्लेषण

  1. इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी स्कैनिंग द्वारा एक विश्लेषण के लिए नमूने तैयार (SEM) लंबाई और चौड़ाई में लगभग 5 मिमी के वर्गों को काटने के द्वारा, ब्याज की काटने तकनीक से वर्ग के कम से कम दो किनारों के संरक्षण. इन संरक्षित किनारों की पहचान की जानी चाहिए और किनारों कि माइक्रोस्कोप के तहत मूल्यांकन किया जाएगा रहे हैं.
  2. उपयुक्त दो तरफा कार्बन टेप पर चिमटी के साथ उनका अनुरंकाकर SEM नमूना धारक पर नमूने माउंट.
  3. स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप के तहत सतह चार्ज प्रभाव को कम करने के लिए इस तरह के सोने पैलेडियम (Au/Pd) के रूप में एक पतली (5 एनएम) परत के साथ नमूनों कोट।
  4. नमूनों को स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शी में लोड करें तथा वोल्टता को तीव्र करने के लगभग 2 टवी तथा 50-100 चए इलेक्ट्रॉन विद्युत धारा के साथ उनपर दब जायें। जहां आवश्यक चार्ज प्रभाव का मुकाबला करने के लिए चार्ज तटस्थीकरण सेटिंग्स लागू करें।

4. यूडी टुकड़े टुकड़े नमूनों की टेन्सिल परीक्षण

  1. क्रॉसहेड प्रारंभिक स्थान मूल्य और जहां नमूना संपर्क न्यूनतम तनाव के तहत ऊपर और नीचे पकड़ संपर्क के बीच की दूरी के बीच अंतर निर्धारित करने के लिए पकड़ को मापने. परीक्षण सॉफ़्टवेयर से क्रॉसहेड स्थान पढ़ें. इस क्रॉसहेड स्थान पर प्रभावी गेज लंबाई को मापने के द्वारा इस से एक प्रभावी गेज लंबाई की गणना करें। प्रभावी गेज लंबाई (मापा प्रभावी गेज लंबाई ऋण क्रॉसहेड स्थान) निर्धारित करने के लिए क्रॉसहेड स्थान के लिए ऑफसेट (विस्थापन की राशि) जोड़ें।
  2. संख्या खंड 1 और 2 के अनुसार तैयार नमूनों को एक नरम-टिप्ड स्थायी मार्कर के साथ ताकि जिस क्रम में वे तैयार किए गए थे, वह स्पष्ट है। अन्य जानकारी के रूप में अच्छी तरह से मार्क, इस तरह की तैयारी और अभिविन्यास की तारीख के रूप में.
    नोट: यहाँ इस्तेमाल किया नमूनों के आयाम है 30 मिमी x 400 मिमी लेकिन नमूना आयाम अन्य सामग्रियों के लिए भिन्न हो सकते हैं और या तो अनुभाग 1 या अनुभाग 2 का पालन करके प्राप्त किए गए थे. यदि नमूनों को तुरंत इस्तेमाल नहीं किया जा रहा है, उन्हें एक अंधेरे, परिवेश स्थान में स्टोर.
  3. तनाव एक वीडियो एक्स्टेंडोमीटर का उपयोग कर मापा जाएगा, तो मैन्युअल रूप से एक स्थायी मार्कर के साथ गेज अंक चिह्नित, स्थिरता के लिए एक टेम्पलेट का उपयोग कर, पूरक चित्र 5aमें दिखाया गया है, के रूप में ट्रैक करने के लिए वीडियो एक्सटेन्सोमीटर के लिए अंक देने के लिए और, इस प्रकार, उपाय तनाव. यदि क्रॉसहेड विस्थापन से तनाव की गणना की जाएगी, तो इस चरण को छोड़ दें.
  4. कैप्स्टन पकड़ के केंद्र में नमूना लोड.
    1. कैपस्टान में अंतराल के माध्यम से नमूने के अंत को सम्मिलित करें और नमूना के अंत को चरण 1ण्9 में तैयार की गई ग्रिप लाइन पर रख दें, जैसा कि पूरक चित्र 5खमें दर्शाया गया है। कैप्स्टन पकड़ के केंद्र के लगभग 1 मिमी के भीतर नमूने के केंद्र aligning द्वारा capstan पकड़ पर नमूना केंद्र के लिए ध्यान रखना.
    2. वांछित स्थिति के लिए capstan मुड़ें, नमूना केंद्रित रखने के लिए सुनिश्चित कर रही है. उदाहरण के लिए, एक tensioning डिवाइस का उपयोग करें उदाहरण के लिए, एक चुंबक नमूना पर रखा अगर पकड़ चुंबकीय हैं- धीरे जगह में नमूना पकड़, और ताला पिन के साथ जगह में capstan ताला.
    3. नमूना के दूसरे छोर के लिए 4.4.1 और 4.4.2 चरणों को दोहराएँ.
  5. 2 छ, या कुछ अन्य उपयुक्त छोटे लोड का प्रीलोड लागू करें।
  6. क्रॉसहेड विस्थापन/वास्तविक गेज लंबाई को रिकॉर्ड करें।
  7. तनाव रिकॉर्ड करने के लिए वीडियो एक्स्टेंसोमीटर या क्रॉसहेड विस्थापन का उपयोग करते हुए, 10 मिमी/मिनट के विस्तार की एक निरंतर दर पर, तन्य परीक्षण करने के लिए उपकरण प्रोग्राम करें, और परीक्षण शुरू करने के लिए प्रेस शुरू करें।
  8. प्रदर्शन की निगरानी और नमूना टूट गया है जब परीक्षण बंद करो, प्रदर्शन पर मनाया लोड में 90% की हानि के रूप में सबूत. अधिकतम तनाव रिकॉर्ड है, जो सामग्री की प्रकृति के कारण विफलता तनाव के रूप में ही है, और इसी विफलता तनाव. शेष नमूनों के लिए चरण 4-3-4-8 दोहराएँ।
  9. आगे के विश्लेषण के लिए टूटे नमूनों को बचाओ.
  10. सामग्री में नमूना संख्या और मूल नमूना प्लेसमेंट के एक समारोह के रूप में विफलता पर तनाव के लिए जाँच करें, साथ ही समस्याग्रस्त डेटा के अन्य संकेत, उदाहरण के लिए, डेटा अंक है कि Weibull18 वितरण से बेहद विचलित, और संभावित कारणों की जांच करें, जैसे तैयारी या हैंडलिंग के दौरान क्षतिग्रस्त नमूने, जारी रखने से पहले.

5. उम्र बढ़ने के प्रयोगों के लिए नमूनों की तैयारी

  1. एक उम्र बढ़ने प्रयोग की शुरुआत
    1. पर्यावरण की स्थिति प्रति अध्ययन के लिए आवश्यक सामग्री की कुल राशि की गणना और 12 महीने के लिए हर महीने की एक नमूना निष्कर्षण योजना के आधार पर.
      नोट: इस अध्ययन के लिए, निष्कर्षण प्रति 40 नमूनों और कुल 12 extractions योजना प्रयोजनों के लिए इस्तेमाल किया गया.
    2. प्रत्येक स्थिति के लिए आवश्यक सामग्री की कुल मात्रा में कटौती. प्रत्येक पट्टी इतनी व्यापक कट नमूनों की आवश्यक संख्या को समायोजित करने के साथ साथ कम से कम 10 मिमी.
      नोट: सामग्री के एक अतिरिक्त 5 मिमी तन्य परीक्षण प्रदर्शन करने से पहले नमूना के प्रत्येक पक्ष से छंटनी की जाएगी। अतिरिक्त सामग्री का उपयोग किया जाता है क्योंकि पुराने समय के दौरान हैंडलिंग के कारण नमूनों के किनारों को क्षतिग्रस्त किया जा सकता है।
    3. कटी हुई एजिंग स्ट्रिप्स को ट्रे में रखदें, जैसा कि पूरक चित्र 5 ब्में दर्शाया गया है . इस अध्ययन में इस्तेमाल ट्रे प्रत्येक लगभग 120 स्ट्रिप्स पकड़ सकता है.
    4. सामग्री2के अपेक्षित उपयोग और भंडारण वातावरण के आधार पर पर्यावरणीय अध्ययन के लिए जोखिम की स्थिति का चयन करें .
      नोट: इस अध्ययन में, 76% सापेक्ष आर्द्रता (आरएच) पर नाममात्र 70 डिग्री सेल्सियस का उपयोग किया गया था।
    5. कार्यक्रम शुष्क, कमरे के तापमान की स्थिति के लिए एक पर्यावरण कक्ष (उदाहरण के लिए, के बारे में 25 डिग्री सेल्सियस 25% आरएच पर). इन स्थितियों में कक्ष को स्थिर करने की अनुमति दें और, फिर, नमूना ट्रे को कक्ष में रैक पर रखें, दीवारों से दूर और कक्ष में किसी भी स्थान पर जो संघनन को आकर्षित करने के लिए दिखाई देते हैं।
    6. कार्यक्रम के रूप में वांछित तापमान के लिए पर्यावरण कक्ष चरण 5.1.4 में निर्धारित, के बारे में नमी छोड़ने 25% आरएच.
    7. एक बार कक्ष चरण 5.1.4 से लक्ष्य तापमान पर स्थिर हो गया है, कार्यक्रम कक्ष के रूप में कदम 5.1.4 में निर्धारित वांछित स्तर पर आर्द्रता बढ़ाने के लिए.
    8. यह सुनिश्चित करने के लिए दैनिक कक्षों की जाँच करें कि पानी की आपूर्ति और निस्पंदन पर्याप्त हैं, और ध्यान दें कि जब सहिष्णुता की स्थिति देखी जाती है। प्रत्येक कक्ष के सामने या पास की नोटबुक में लॉग में विचलन और व्यवधान रिकॉर्ड करना एक अच्छा अभ्यास है.
    9. ब्याज के अन्य सभी नमूनों के लिए 5.1.5.5.1.8 चरणों को दोहराएँ.
  2. विश्लेषण के लिए वृद्ध सामग्री स्ट्रिप्स निकालने
    1. जब विश्लेषण के लिए एक पर्यावरण कक्ष से वृद्ध सामग्री स्ट्रिप्स निकालने के लिए तैयार है, पहले कार्यक्रम कक्ष लगभग करने के लिए सापेक्ष आर्द्रता कम करने के लिए 25% आरएच.
    2. पर्यावरण कक्ष कम आर्द्रता हालत में स्थिर हो गया है के बाद, कार्यक्रम तापमान करने के लिए ड्रॉप करने के लिए, लगभग, कमरे का तापमान या 25 डिग्री सेल्सियस. यह चरण संघनन को रोकता है जब कक्ष का दरवाजा खोला जाता है।
    3. एक बार पर्यावरण कक्ष चरण 5.1.5 की शर्तों पर स्थिर हो गया है, कक्ष खोलने के लिए, ब्याज की वृद्ध सामग्री स्ट्रिप्स युक्त ट्रे को हटा दें, वांछित स्ट्रिप्स बाहर ले, और उन्हें एक लेबल कंटेनर में जगह है.
    4. ट्रे को पर्यावरण कक्ष में वापस करें।
    5. 5.1.6 और 5.1.7 चरणों में दी गई प्रक्रिया का पालन करते हुए, यदि वृद्ध अध्ययन जारी रखते हैं, तो कक्ष को ब्याज की शर्तों पर वापस कर दें। यदि नहीं, तो यह नाममात्र परिवेश राज्य में रह सकता है.
    6. एक का उपयोग किया जा रहा है, तो कक्ष लॉग पर निष्कर्षण रिकॉर्ड करें।
    7. 1-7-1-1-17 के चरणों का अनुसरण करते हुए वृद्ध पदार्थ पट्टियों से वृद्ध नमूनों को काटिए।
    8. धारा 4 में वर्णित नमूनों का परीक्षण करें।

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Representative Results

काटने और परीक्षण के कई पुनरावृत्तियां कई अलग अलग चर की जांच करने के लिए प्रदर्शन किया गया. कुछ चर है कि जांच की गई काटने तकनीक और काटने के साधन, परीक्षण दर, नमूना आयाम, और पकड़ शामिल हैं. एक महत्वपूर्ण खोज फाइबर दिशा के साथ नमूनों aligning के महत्व था. डेटा विश्लेषण प्रक्रियाओं (संगतता विश्लेषण, Weibull तकनीक, बाहरी दृढ़ संकल्प, आदि) नीचे चर्चा कर रहे हैं, के रूप में उम्र बढ़ने के लिए विचार कर रहे हैं.

सी उत् कर्ष

काटने साधन काटने साधन के प्रत्येक प्रकार के साथ जुड़े परिशुद्धता के विभिन्न स्तरों की वजह से मापा विफलता तनाव को प्रभावित कर सकते हैं। चित्र 2, चित्र 3, और चित्र 4 में संदर्भित नमूनों को विद्युत चालित वस्त्र कटर से काट दिया गया था। इसके विपरीत, प्रोटोकॉल के खंड 1 में ऊपर उल्लिखित प्रक्रिया का उपयोग करते हुए अन्य सभी नमूनों को काटा गया और इन नमूनों के परिणाम चित्र 8 और चित्र 10 में प्रस्तुत किए गए हैं। संचालित कपड़े कटर के साथ कटौती नमूनों 872 MPa की एक औसत विफलता तनाव था (46 MPa के मानक विचलन, 102 नमूनों), जबकि इसी तरह आकार एक चिकित्सा स्केलपेल के साथ कटौती नमूनों 909 MPa की एक औसत विफलता तनाव था (40 MPa के मानक विचलन, 40 नमूने). इन परिणामों आश्चर्य की बात नहीं कर रहे हैं, नमूनों के किनारों के एक करीब परीक्षा के रूप में पता चलता है कि संचालित कपड़े कटर देखा scalpel की तुलना में एक बहुत अधिक दांतेदार बढ़त बनाता है, के रूप में चित्रा 5में देखा, प्रभावी ढंग से नमूना की चौड़ाई को कम.

नमूनों के बीच यांत्रिक प्रदर्शन में अंतर इन दो काटने उपकरण का उपयोग कर कटौती विभिन्न काटने उपकरणों की एक संरचित जांच करने के लिए नेतृत्व किया. specimens प्रत्येक उपकरण का उपयोग कर काट रहे थे और फिर छवि. चित्राााल , चित्र ा7, तथा पूरक चित्र ा 7 ः उच्च आवर्धन पर परिणामी किनारे, तथा पूरक चित्र 8 निम्न आवर्धन पर, क के लिए) विद्युत चालित वस्त्र कटर, ख) सिरेमिक चाकू, ग) क सटीक सिरेमिक कटर, घ) एक रोटरी ब्लेड, ई) एक उपयोगिता चाकू, और च) एक चिकित्सा स्केलपेल.

वहाँ दोनों नुकसान के स्थानीयक्षेत्रों और क्षति के व्यापक क्षेत्रों इन छवियों में प्रदर्शित दिखाई देते हैं. सबसे स्थानीयकृत क्षति तब देखी जाती है जब फाइबर झटसे हुए रेशे के किनारों या फाइबर के किनारे से मुड़ते हैं और ब्लेड द्वारा चित्र 6कके रूप में चपटा हो जाते हैं . क्षति के व्यापक क्षेत्रों कतरनी और संभावित debonding, जो पार फाइबर में पाए जाते हैं के रूप में मनाया जाता है.

चित्र 6 और चित्र 7 यह दर्शाता है कि स्कैल्पल का उपयोग सबसे स्थानीयकृत क्षति के साथ सबसे साफ कटौती प्रदान करता है, जैसा कि चित्र 6च और चित्र 7f चित्र 6 के अन्य पैनलों में देखे गए से क्लीनर कटौती को दर्शाता है और चित्र 7| क्रॉस फाइबर कटौती के कारण कतरनी फाइबर का कोई सबूत नहीं दिखा, और पार फाइबर के अंत में नुकसान लगभग आधे फाइबर व्यास के लिए प्रतिबंधित है. उपयोगिता चाकू एक थोड़ा बड़ा क्षतिग्रस्त क्षेत्र बनाता है; हालांकि, जिसके परिणामस्वरूप फाइबर पार वर्गों scalpel के अलावा अन्य काटने के तरीकों का उपयोग उन लोगों की तुलना में क्लीनर हैं. अन्य सभी काटने के तरीकों एक फाइबर व्यास से अधिक एक हद तक स्थानीयकृत क्षति पैदा करते हैं। स्कैल्पल और यूटिलिटी चाकू दोनों ही फाइबर को अपनी लंबाई के साथ विभाजित करने के लिए काफी तेज होते हैं और इसके परिणामस्वरूप थोड़ा उग्र किनारा हो सकता है, जैसा कि चित्र 5f, जीमें देखा गया है। यह पूरक चित्रा 7dके विपरीत है, जहां सटीक सिरेमिक कटर उनके माध्यम से काटने के बजाय उन्हें समतल करके बढ़त फाइबर को नुकसान पहुंचाता है। किनारे फाइबर के माध्यम से टुकड़ा नमूना के थोक में एक बड़े क्षतिग्रस्त क्षेत्र में परिणाम नहीं है, जो बनाया जाएगा अगर एक बढ़त फाइबर बाहर निकाला जा रहे थे.

चित्र 5, चित्र 6क, और पूरक चित्र 7ब विद्युत चालित कपड़े कटर के कारण विशिष्ट क्षति दर्शाते हैं। यह लंबाई तराजू की एक किस्म पर एक अत्यंत अस्तव्यस्त बढ़त बनाता है. सिरेमिक उपयोगिता चाकू छोटे वर्गों में कटौती, फाइबर के समूहों में बड़े पैमाने पर delamination और कतरनी के कारण, के रूप में चित्र ांवित में देखा जा सकता है। यह सटीक सिरेमिक कटर के साथ कम प्रचलित है, हालांकि उन परिणामों असमान कटौती और अस्तव्यस्त फाइबर से रहित नहीं हैं, जैसा कि पूरक चित्र 8eमें देखा गया है। रोटरी ब्लेड के साथ किए गए कट्स अन्य काटने के तरीकों के रूप में सीधे नहीं हैं (जैसा कि पूरक चित्र 7eमें देखा गया है , पूरक चित्र 8f, जी, और चित्रा 7a, बी) और बड़े पैमाने पर फाइबर पुलआउट हो सकता है (पूरक चित्र 7e) . उपयोगिता चाकू और चिकित्सा स्केलपेल द्वारा किए गए कटौती की छवियों बड़े पैमाने पर कतरनी, delamination, या फाइबर पुलआउट के कम सबूत दिखाने के रूप में चित्र 6e,f, चित्रा 7e, एफ,और पूरक चित्र 7g, एचमें देखा. पूरक चित्रा 8h पूरक चित्रा 8iके साथ तुलना , चिकित्सा स्केलपेल उपयोगिता चाकू की तुलना में एक बेहतर बढ़त में परिणाम है, कम freaed फाइबर बाहर चिपके हुए के साथ, हालांकि दोनों तरीकों के लिए, इस तरह के फाइबर केवल मनाया जाता है कभी कभी.

जब SEM द्वारा एक परीक्षा के लिए सटीक नमूने काटने, स्केलपेल सबसे अच्छा प्रदर्शन देता है. सिरेमिक उपयोगिता चाकू शुरुआत और कटौती के सिरों पर फाइबर पर खींचती है, के रूप में सटीक सिरेमिक कटर करता है. धातु उपयोगिता चाकू एक कटौती की शुरुआत में अधिकतम फाइबर खींचती परिचय. या तो संचालित कपड़े कटर या रोटरी ब्लेड के साथ छोटे नमूना टुकड़े काटना चुनौतीपूर्ण हो सकता है और अव्यावहारिक है.

चिकित्सा स्केलपेल सीधे किनारे के पास काटने में सबसे सटीक है। सटीक सिरेमिक कटर सीधे किनारे से एक बड़ी ऑफसेट है, इसके विपरीत में, नमूना की एक सटीक चौड़ाई काटने में अधिक त्रुटि के लिए अग्रणी. रोटरी कपड़े कटर हमेशा सामग्री में कटौती नहीं करता है, लेकिन, बजाय, यह ब्लेड के बिंदु पर folds. बिजली के कपड़े कटर एक सीधे किनारे के खिलाफ इस्तेमाल नहीं किया जा सकता है, तो यह इस उपकरण के साथ एक पूरी तरह से सीधे कटौती करना मुश्किल है. इस प्रकार, चिकित्सा स्केलपेल सीधे किनारे के पास सीधे कटौती देने के लिए जाता है। यह भी सिफारिश की जाती है कि काटने ब्लेड की जगह है अगर यह nicked या क्षतिग्रस्त हो जाता है, या यदि नमूनों पर कटौती किनारों अब चिकनी दिखाई देते हैं जब एक ताजा ब्लेड के साथ कटौती किनारों के लिए एक माइक्रोस्कोप के नीचे की तुलना में.

फाइबर दिशा के साथ नमूनों को संरेखित करने का महत्व

परीक्षण के एक प्रारंभिक सेट 40 नमूनों कि बिजली के कपड़े कटर का उपयोग कर काट रहे थे शामिल थे और 25 मिमी की चौड़ाई और 150 मिमी की एक गेज लंबाई था. इन नमूनों का गैर-अनुकूलित प्रारंभिक पकड़ डिजाइन का उपयोग करते हुए 40 मिमी/मिनट की विस्थापन लोडिंग दर पर परीक्षण किया गया था। परीक्षण से पता चला कि नमूनों 1 से 20 के माध्यम से अच्छी तरह से फाइबर दिशा के साथ गठबंधन किया गया, जबकि नमूनों 21 के माध्यम से 40 गलती से कम से कम 2 " (यानी, फाइबर दिशा नमूना की मुख्य लंबाई दिशा के समानांतर नहीं था) द्वारा misaligned थे. जब एक नमूना misaligned है, एक विशेषता व्यवहार परीक्षण के दौरान मनाया जाता है. नमूने का एक पक्ष ऊपर की ओर कतरनी होगा, जबकि विपरीत पक्ष नीचे कतरनी, इस तरह है कि एक रेखा है कि परीक्षण से पहले नमूना भर में सीधे तैयार किया गया था अब सीधे हो जाएगा. यह पूरक चित्र 6 में दर्शाया गया है और बढ़त फाइबर दोनों capstans में नहीं किया जा रहा है के कारण है.

नमूनों के कुसंरेखन के कारण 21 से 40 तक के नमूनों में अधिकतम प्रतिबल (असफलता पर होने वाला) के बीच एक अलग अंतर होता है जबकि नमूनों की तुलना में 21 से 40 तक, जैसा कि चित्र 2में देखा जा सकता है। चित्र 2क misaligned नमूनों के लिए नमूना संख्या के एक समारोह के रूप में अधिकतम तनाव प्रस्तुत करता है (असफलता पर होने वाली). अधिकतम प्रतिबल की सजातीय जनसंख्या पूरे क्षेत्र में समान रूप से वितरित की जाएगी, जैसा कि चित्र 2खमें है। तथापि, चित्र 2कमें, प्रथम और तृतीय वृत्तपादों में कोई आंकडे़ नहीं हैं, जो कि एक चतुर्भुज 3 में एक बाहरी के अलावा, नमूना संख्या 13 के रूप में चिह्नित हैं। चित्र 2c दो समूहों की एक Weibull साजिश है और संबद्ध Weibull वितरण के लिए 99% विश्वास सीमा भी शामिल है. पहले 20 नमूनों, समूह 1, और दूसरे 20 नमूनों, समूह 2 से वितरण फिर से अलग हैं, नमूनों के साथ 1 से 20 के माध्यम से एक उच्च तनाव से विफलता का प्रदर्शन नमूनों 21 से 40 के माध्यम से. इस प्रेक्षण को चित्र 2दमें भी स्पष्ट किया गया है, जहां बाहरी नमूना, संख्या 13 को हटा दिया गया है। चित्र 2d में, केवल एक डेटा बिंदु मुश्किल से दूसरे समूह के 99% विश्वास सीमा के साथ ओवरलैप; अन्यथा, डेटा में कोई ओवरलैप नहीं है।

सामग्री के फाइबर दिशा के साथ नमूना का एक misalignment भ्रामक कमजोर परिणाम देने के लिए दिखाया गया है, के रूप में misalignment प्रभावी ढंग से नमूना चौड़ाई को संकुचित. यह अक्सर काटने के दौरान फाइबर दिशा का निर्धारण करके बचा जा सकता है, स्थानांतरण से सामग्री को रोकने के लिए देखभाल लेने, और काटने चटाई पर एक निश्चित बिंदु से मापने (के रूप में नमूना किनारे की तुलना में) जब नमूनों को काटने. पूरक चित्र 6में दर्शाए अनुसार अपनी विशेषता विरूपण प्रतिमान के माध्यम से परीक्षण के दौरान एक कुसंरेखन को प्रायोगिक रूप से देखा जा सकता है। यदि नमूने सभी समान रूप से misaligned रहे हैं, प्रभाव ज्यादातर Weibull पैमाने मानकों में होगा. इसके विपरीत, यदि नमूनों बेतरतीब ढंग से misaligned रहे हैं, दोनों Weibull आकार और पैमाने मानकों को प्रभावित किया जाएगा.

सिद्धांत

जब फाइबर दिशा के साथ तनाव में परीक्षण किया, UD laminates एक फाइबर टो करने के लिए इसी तरह व्यवहार करने के लिए माना जा सकता है, एक मैट्रिक्स में समानांतर फाइबर के शामिल. जब एक फाइबर टूट जाता है, यह कुछ चौड़ाई और लंबाई पर पड़ोसी फाइबर पर अपने लोड पुनर्वितरित होगा, और एक उपयोगी मॉडल फिलामेंट के छोटे बंडलों की एक श्रृंखला की अवधारणा के आसपास बनाया जा सकता है, जहां जीवित फिलामेंट लोड समान रूप से साझा करें. तो अनिवार्य रूप से, फाइबर शक्ति गुण और पट्टी गुण संबंधित हैं, के रूप में कोलमैन द्वारा वर्णित19-23. लागू सिद्धांत की एक विस्तृत चर्चा भी फीनिक्स और Beyerlein24में पाया जा सकता है , और फाइबर के समय पर निर्भर गुण फीनिक्स और न्यूमैन25, 26द्वारा संबोधित किया गया. इस सिद्धांत को इस धारणा है कि एक फाइबर के साथ प्राकृतिक, अंतर्निहित खामियों की घटना अच्छी तरह से एक Poison-Weibull मॉडल द्वारा वर्णित है से शुरू एक Weibull विफलता वितरण विकसित करता है. इस से, एक आकार प्रभाव स्वाभाविक रूप से बाहर गिर जाता है. सीधे शब्दों में कहें, सामग्री की मात्रा बड़ा, कम विफलता तनाव. यह तथ्य यह है कि, सामग्री की एक बड़ी मात्रा में, वहाँ एक उच्च संभावना है कि प्राकृतिक, फाइबर में निहित खामियों collocate जाएगा के कारण है, एक कमजोर जगह बनाने, और इस प्रकार, विफलता तनाव को कम.

टी ज्वारनदमुखी दर

तालिका 1 तीन अलग-अलग लोडिंग दरों का उपयोग करके परिणामों की तुलना दिखाता है. लोडिंग दर बढ़ जाती है के रूप में, विफलता तनाव भी बढ़ जाती है। विफलता तनाव पर कोई प्रभाव नहीं दिखाई देता है, इसलिए मापांक भी बढ़ती लोडिंग दर के साथ बढ़ते हुए प्रतीत होता है।

विभिन्न लोडिंग दरों पर परीक्षण का लाभ यह है कि परीक्षण समग्र के विभिन्न पहलुओं से पूछताछ करते हैं। धीमी गति से परीक्षण मैट्रिक्स गुणों, विशेष रूप से मैट्रिक्स कतरनी रेंगना पर अधिक निर्भर कर रहे हैं, जबकि तेजी से परीक्षण मुख्य रूप से फाइबर विफलता तनाव का पता लगाने25, 26. यह एक है कि ब्याज के व्यवहार को दर्शाता लेने के लिए एक लोडिंग दर चुनने में महत्वपूर्ण है.

एस पेसिमेन चौड़ाई

तालिका 2 नमूना चौड़ाई बढ़ाने के प्रभाव को दर्शाता है। नमूना चौड़ाई में वृद्धि करके, काटने से बढ़त प्रभाव कम महत्वपूर्ण हो जाना चाहिए के रूप में वे नमूना चौड़ाई के कम ले. इसके अलावा, नमूनों की चौड़ाई को मापने में कोई भी अशुद्धियां कम महत्वपूर्ण हो जाती हैं। बढ़ी हुई नमूना चौड़ाई के साथ बढ़ी हुई स्थिरता विफलता तनाव के मानक विचलन की कमी में मनाया जाता है। 10 मिमी की चौड़ाई पर, मतलब विफलता तनाव कम है, और मानक विचलन व्यापक नमूनों की तुलना में अधिक है, सुझाव है कि संकीर्ण नमूनों महत्वपूर्ण बढ़त प्रभाव से पीड़ित कर सकते हैं. विफलता तनाव बढ़ती चौड़ाई के साथ कम हो जाती है, शायद यह भी बढ़त प्रभाव के कम प्रभाव के कारण.

व्यापक नमूना चौड़ाई, छोटे प्रभाव किनारे प्रभाव से होगा और, इसलिए, नमूनों की वृद्धि हुई स्थिरता. इस प्रकार, व्यापक नमूनों बेहतर परिणाम उपज. हालांकि, वहाँ सामग्री खर्च और पकड़ की लागत के मामले में एक व्यापार बंद व्यापक परीक्षण है, और इस तरह मजबूत, नमूनों.

जैसा कि ऊपर चर्चा की गई है, सिद्धांत की चौड़ाई24में वृद्धि के साथ विफलता तनाव में कमी की भविष्यवाणी की है। यह 70 मिमी चौड़ा नमूनों के साथ 30 मिमी कर रहे हैं कि नमूनों की तुलना करते समय उल्लेख किया है. 10 मिमी चौड़ा नमूनों की विफलता तनाव में बड़ी कमी शायद इस तरह के संकीर्ण चौड़ाई पर बढ़त प्रभाव के बढ़ते महत्व के कारण है.

एस पेसिमेन लंबाई

जैसा कि पहले चर्चा की गई थी, सिद्धांत में वृद्धि की लंबाई24के साथ विफलता तनाव में कमी की भविष्यवाणी की गई है। सारणी 3 में प्रस्तुत किए गए परिणाम यह दर्शाते हैं, लेकिन यह भी तनाव दर स्थिर रखने के बजाय 10 मिमी/मिनट पर स्थिर रहने की लोडिंग दर से उलझन में हैं। तनाव दर को कम करना (जैसा कि 10 मिमी/मिनट की एक निश्चित लोडिंग दर और एक बढ़ती गेज लंबाई के साथ होता है) भी विफलता तनाव में कमी का कारण बनता है। विफलता तनाव के लिए मानक विचलन से अधिक बढ़ जाती है बस अलग तनाव दरों से समझाया जा सकता है. इस घटना क्योंकि अब नमूनों में कटौती करने के लिए और अधिक कठिन हैं हो सकता है, और बढ़त फाइबर हमेशा किनारे लंबाई के साथ कहीं कटौती हो, प्रभावी ढंग से एक यादृच्छिक तरीके से नमूना की चौड़ाई को कम करने. कटर के हाथ की लंबाई से अधिक समय तक specimens विशेष रूप से मुश्किल कर रहे हैं, क्योंकि यह अब उन्हें लगातार वेग के साथ एक चिकनी कटौती के साथ कटौती करने के लिए संभव हो जाता है. विफलता तनाव में कमी के रूप में लंबाई बढ़ जाती है इंगित करता है कि नहीं विफलता तनाव में सभी कमी अब नमूनों के लिए धीमी तनाव दर के कारण है.

100 मिमी की एक गेज लंबाई के साथ विफलता के लिए परीक्षण specimens आम तौर पर नमूना के पूरे गेज लंबाई भर में delamination दिखा. 900 मिमी की एक गेज लंबाई के साथ विफलता के लिए परीक्षण specimens, प्रदर्शन delamination केवल एक क्षेत्र में होता है (आमतौर पर बीच के पास) गेज के, अक्षुण्ण नमूना का एक बड़ा हिस्सा छोड़ने, के रूप में एक श्रृंखला के बंडल मॉडल से उम्मीद की जा सकती है.

पकड़ती

पकड़ कैप्स्टन शैली में होना चाहिए. घूर्णन capstans लोडिंग में अधिक आसानी प्रदान करते हैं, और capstan के लिए केवल चार लॉकिंग पदों स्थिरता सुनिश्चित करने में मदद करता है. Capstan पकड़ है कि बंद करें और सामग्री पर दबाना बेहद उच्च शक्ति फिसलन सामग्री पर इस्तेमाल किया जा सकता है. हालांकि, इस अध्ययन कार्य में यूएचएमपीई और एरिमिड दोनों के लिए उपयोग किए जाने वाले निश्चित ओपनिंग कैपस्टांस।

एक अध्ययन एक अलग सामग्री का उपयोग कर, capstan पकड़ के दो अलग अलग प्रकार की तुलना किया गया था. पहले सेट के लिए, capstan तय किया गया था, और नमूना लोड सेल के साथ गठबंधन नहीं किया गया था, लेकिन, बजाय, capstan की आधी चौड़ाई से ऑफसेट. दूसरे सेट में परीक्षण के दौरान उन्हें जगह में लॉक करने के लिए पिन के साथ capstans घूर्णन शामिल थे. इसके अलावा, इन capstans लोड सेल के साथ नमूना संरेखित करने के लिए ऑफसेट थे और, इस प्रकार, लोडिंग के दौरान लोड सेल पर एक पल को रोकने के. विफलता लोड वितरण इन पकड़ के लिए बहुत समान थे, जैसा कि चित्र 8में दिखाया गया है। घूर्णन पकड़ निश्चित पकड़ की तुलना में एक मामूली कमजोर वितरण दे सकते हैं, उनके व्यापक त्रिज्या capstan के कारण होने की संभावना है और, इस प्रकार, अब लोड हस्तांतरण लंबाई. इसके अलावा, निश्चित पकड़ घूर्णन पकड़ की तुलना में एक मामूली बड़ा विचरण हो सकता है, के रूप में वहाँ लोड हो रहा है जब capstans capstans के आसपास नमूना लपेटन में कठिनाइयों के कारण तय कर रहे हैं के दौरान नमूना हानिकारक की एक उच्च संभावना है. लोड बनाम विस्तार भूखंडों की तुलना करते समय इन पकड़ों के बीच अंतर स्पष्ट है। दस प्रतिनिधि नमूनों के परिणाम निश्चित और घूर्णन पकड़ के लिए चित्र 9 में दिखाए गए हैं। घूर्णन पकड़ के लिए घटता चिकनी और लगातार कर रहे हैं, जबकि इसके विपरीत, निश्चित पकड़ घटता अक्सर पता चलता है कि नमूनों फिसल रहे थे. जब capstans जगह में तय कर रहे हैं, यह सामग्री पर नीचे कस करने के लिए चुनौतीपूर्ण हो जाता है, के रूप में कई wraps पकड़ के माध्यम से पूरी तरह से फिसल से नमूना को रोकने के लिए आवश्यक हैं.

डेटा विश्लेषण

UD टुकड़े टुकड़े सामग्री में निहित परिवर्तनशीलता की एक निश्चित राशि है। यहां प्रस्तुत काटने/परीक्षण प्रक्रिया का लक्ष्य नमूना तैयारी और परीक्षण में जोड़े गए अतिरिक्त परिवर्तनशीलता को कम करना है। बाहरी डेटा अंक या तो यूडी टुकड़े टुकड़े के अंतर्निहित वितरण के लिए जिम्मेदार ठहराया जा सकता है या एक काटने / निम्नलिखित पैराग्राफ वितरण से कलाकृतियों को अलग करने के लिए कुछ तकनीकों पर चर्चा.

नमूना संख्या के एक समारोह के रूप में विफलता तनाव

नमूना संख्या के एक समारोह के रूप में विफलता तनाव का एक साजिश नमूनों के एक समूह में सामान्य प्रवृत्तियों को दिखा सकते हैं. जब तक पदार्थ स्थूल पैमाने पर परिवर्तनशील नहीं होता, तब तक ऐसे भूखंड पर पदार्थ की अंतर्निहित परिवर्तनशीलता नहीं देखी जानी चाहिए। चित्र 2ब चित्र2क के विपरीत स्व-संगत नमूनों के समूह का एक उदाहरण दिखाता है।

नमूनों के बीच संगति की यह कमी अन्य विश्लेषणों में स्पष्ट नहीं हो सकती है। कुसंरेखित नमूनों के उदाहरण पर लौटने पर, विफलता प्रतिबल में अंतर चित्र 2से स्पष्ट है। तथापि, यह 1 से 40 नमूनों के आंकड़ों को देखने से स्पष्ट नहीं है। यह चित्र 3में दिखाया गया है , नमूनों के लिए 99% विश्वास सीमा के साथ एक Weibull साजिश 1 से 40. चित्र 3 में कोई स्पष्ट संकेत नहीं है कि काटने असंगत था. इसके अलावा, इन इन्हीं नमूनों के लिए विफलता उपभेदों, नमूना संख्या के एक समारोह के रूप में चित्र 4 में प्लॉट किया गया है, यह भी नहीं दिखाता है कि संगति के कुसंरेखन/कमी का कोई प्रमाण नहीं है, जबकि विफलता तनाव करती है, जैसा कि चित्र 2कमें दिखाया गया है।

Weibull वितरण और outliers

इस यूडी लेमिनेटेड सामग्री की प्रकृति को देखते हुए, यह एक Weibull विफलता तनाव वितरण19-26होने की उम्मीद है. इस वितरण के लिए एक आकार पैरामीटर है कि एक एकल फाइबर के लिए संबद्ध आकार पैरामीटर की तुलना में काफी अधिक है की उम्मीद है, फाइबर24-26के बीच लोड साझा करने के कारण. मानक सांख्यिकीय परीक्षण नमूनों के एक बैच की विफलता तनाव अच्छी तरह से एक Weibull वितरण द्वारा वर्णित है, तो यह निर्धारित करने के लिए किया जा सकता है.

Weibull वितरण के साथ, कम शक्ति नमूनों की एक निश्चित संख्या की उम्मीद कर रहे हैं. यह outliers के निर्धारण से अधिक कठिन बनाता है अगर डेटा एक सामान्य वितरण से थे. उदाहरण के लिए, चित्र 9ब्में, निचले बाएँ वृत्त का चतुर्थ भाग में एक आधार देने वाला नमूना बाहरी प्रतीत होता है। चित्र 9ख वही आंकड़े प्रस्तुत करता है, केवल चित्र 9कमें पहचाने गए संभावित बाहरी के बिना। संदिग्ध डेटा अंक की जांच की जानी चाहिए, विशेष रूप से उन है कि 95% अधिकतम संभावना विश्वास अंतराल के बाहर गिर जाते हैं.

उम्र बढ़ने

तालिका 4 नमूनों के लिए उम्र बढ़ने के परिणाम प्रस्तुत करता है 30 मिमी चौड़ा 300 मिमी की एक प्रभावी गेज लंबाई के साथ, 10 मिमी/ इन परिणामों से उम्र बढ़ने का कोई प्रभाव नहीं दिखाई देते हैं। PPTA पहले तापमान और आर्द्रता1, 2के कारण गिरावट के लिए प्रतिरोधी दिखाया गया है. इस प्रकार, यह विशेष रूप से आश्चर्य की बात नहीं है कि इस तनाव दर पर तन्य परीक्षण, जहां मैट्रिक्स एक प्रमुख भूमिका नहीं निभाता है, समय के साथ महत्वपूर्ण गिरावट नहीं दिखा, इस उम्र बढ़ने के प्रयोग के लिए अनुमति दी अवधि के लिए.

संक्षेप में, काटने तकनीक नमूना के प्रभावी चौड़ाई में एक बड़ी भूमिका निभा सकते हैं, तो यह एक है कि नमूना क्षति की एक न्यूनतम के साथ लगातार परिणाम देता है का चयन करने के लिए महत्वपूर्ण है. एक चिकित्सा स्केलपेल इस अध्ययन में सबसे अच्छा काम करने के लिए पाया गया. पकड़ के प्रकार तनाव तनाव घटता में भ्रामक सुविधाओं के लिए नेतृत्व कर सकते हैं; इस प्रकार, इस अध्ययन के आधार पर, घूर्णन capstans की सिफारिश कर रहे हैं. लोडिंग दर, नमूना चौड़ाई, और नमूना लंबाई सभी अंतिम शक्ति मूल्य को प्रभावित और देखभाल के साथ चुना जाना चाहिए. विशेष रूप से, नमूना चौड़ाई काफी व्यापक होना चाहिए ताकि काटने में किसी भी उतार चढ़ाव के परिणामों पर एक अनुचित प्रभाव नहीं है, और नमूना लंबाई काफी लंबे समय तक होना चाहिए कि नमूना पकड़ के बीच विफल रहता है, लेकिन इतने लंबे समय के रूप में यह मुश्किल कटौती करने के लिए नहीं है। उपरोक्त सभी स्थिरांक धारण करके, वैज्ञानिक उम्र बढ़ने के प्रभावों की पहचान कर सकते हैं।

Figure 1
चित्र 1: UD सामग्री के SEM छवि, गैर समानांतर फाइबरको उजागर करने के लिए व्यक्तिगत सतह फाइबर के बाद लाल और नीले रंग की लाइनों के साथ। कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

Figure 2
चित्र 2: संरेखित और misaligned नमूनों के लिए विफलता तनाव के भूखंड. (अ और ख) प्रत्येक नमूने के असफल दबाव के भूखंड अपने नमूना संख्या के एक समारोह के रूप में होते हैं। पैनल एक 40 नमूनों के होते हैं जिनमें से समूह 1, नमूनों 1-20 और लाल रंग में वृत्त, अच्छी तरह से गठबंधन कर रहे हैं और समूह 2, नमूनों 21-40 और नीले रंग में वृत्त, फाइबर दिशा के साथ misaligned हैं. पैनल ख में 40 अच्छी तरह से संरेखित नमूने होते हैं। (ग और घ) 99% विश्वास सीमा वाले दो समूहों के वीबुल वितरण के भूखंड, समूह 1 की सीमाओं के साथ समूह 2 से डेटा बिंदुओं का न्यूनतम ओवरलैप दर्शाते हैं। पैनल सी एक बाहरी से पता चलता है. पैनल डी नमूना 13 नहीं दिखाता है, जो एक बाहरी है क्योंकि यह वितरण के लिए अधिकतम संभावना अनुमान से बहुत दूर है। नमूनों के बारे में 25 मिमी चौड़ा थे, नाममात्र 40 मिमी / मिनट पर परीक्षण किया, और एक बिजली के कपड़े कटर के साथ काट दिया. कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

Figure 3
चित्र 3: समूह 1 और 2 दोनों का एक वीबुल आलेख (जैसा कि चित्र 2 में वर्णित है) एक साथ, 99% आत्मविश्वास सीमा दिखाता है। कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

Figure 4
चित्र 4: प्रत्येक नमूने के निरन्तर विकृति का एक आलेख, चित्र 2 और चित्र 3 में दर्शाए गए नमूनों के एक ही समुच्चय के लिए। नमूनों के बारे में 25 मिमी चौड़ा थे, लगभग 40 मिमी / मिनट की एक तन्य विस्थापन लोडिंग दर पर परीक्षण किया, और एक बिजली के कपड़े कटर के साथ कटौती. कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

Figure 5
चित्रा 5: एक दांतेदार बढ़त, विद्युत संचालित कपड़े कटर के साथ किए गए एक कटौती की विशिष्ट. कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

Figure 6
चित्र 6: स्टीरियोमाइक्रोस्कोप छवियों के इनसेट के साथ पार कट फाइबर के किनारों के SEM छवियों. कटौती के साथ बनाया गया था (एक) एक विद्युत चालित कपड़े कटर , (ख) एक सिरेमिक चाकू , (ग) एक सटीक सिरेमिक कटर, (घ) एक रोटरी ब्लेड, (ई) एक उपयोगिता चाकू, और (च) एक चिकित्सा खोपड़ी. कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

Figure 7
चित्र 7: कटौती का अवलोकन, कोनों के SEM छवियों द्वारा उत्पादित. कोनों के SEM छवियों, द्वारा उत्पादित कटौती का अवलोकन दे (एक) एक विद्युत चालित कपड़े कटर, (ख) एक सिरेमिक चाकू, (ग) एक सटीक सिरेमिक कटर, (घ) एक रोटरी ब्लेड, (ई) एक उपयोगिता चाकू, और ( च ) ) एक चिकित्सा स्केलपेल. कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

Figure 8
चित्रा 8: Weibull साजिश capstan पकड़ के दो अलग अलग सेट के लिए विफलता लोड की तुलना. कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

Figure 9
चित्र 9: 10 प्रतिनिधि नमूनों के लोड बनाम विस्तार भूखंडों. परीक्षण का उपयोग किया (एक) तय की और (ख) घूर्णन capstan पकड़ कृपया यहाँ क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए.

Figure 10
चित्र 10: विफलता तनाव वितरण. विफलता तनाव वितरण Weibull स्केलिंग का उपयोग कर साजिश रची, 300 मिमी की एक गेज लंबाई के साथ नमूनों के लिए,30 मिमी की चौड़ाई, 10 मिमी/ कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

लोड िंग दर (मिमी/ विफलता तनाव (MPa) विफलता तनाव (%) यंग ्स मॉडुलस (जीपीए)
1 872 2.72 32.7
(31) (0.09) (0.71)
10 909 2.79 32.9
(40) (0.12) (0.78)
100 913 2.67 33.7
(45) (0.13) (0.67)

तालिका 1: मतलब मूल्यों, कोष्ठक में मानक विचलन के साथ, 300 मिमी, 30 मिमी चौड़ा, और 'वाप' दिशा है, जहां प्रत्येक बैच कम से कम 35 नमूनों है के साथ एक गेज लंबाई के साथ नमूनों पर लोडिंग दर अलग के प्रभाव दिखा.

चौड़ाई (मिमी) विफलता तनाव (MPa) विफलता तनाव (%) यंग ्स मॉडुलस (जीपीए)
10 874 2.80 32
(53) (0.13) (1.30)
30 909 2.79 32.9
(40) (0.12) (0.80)
70 897 2.68 33.6
(32) (0.09) (0.50)

तालिका 2: माध्य मान, कोष्ठक में मानक विचलन के साथ, 300 मिमी की गेज लंबाई के साथ नमूनों पर चौड़ाई को अलग करने के प्रभाव को दर्शाता है, 10 मिमी/मिनट की लोडिंग दर, और 'वाप' दिशा में कटौती करता है, जहां प्रत्येक बैच कम से कम 35 नमूने हैं।

लंबाई (मिमी) विफलता तनाव (MPa) विफलता तनाव (%) यंग ्स मॉडुलस (जीपीए)
100 920 2.86 33.0
(25) (0.09) (0.7)
300 909 2.79 32.9
(40) (0.12) (0.8)
900 818 2.57 32.4
(52) (0.13) (0.8)

तालिका 3: माध्य मान, कोष्ठक में मानक विचलन के साथ, 30 मिमी की चौड़ाई के साथ नमूनों पर लंबाई अलग करने के प्रभाव को दर्शाता है, 10 मिमी/मिनट की लोडिंग दर, और 'वाप' दिशामें कटौती, जहां प्रत्येक बैच कम से कम 35 नमूने हैं।

उम्र बढ़ने का समय (दिन) विफलता तनाव (MPa) विफलता तनाव (%) यंग ्स मॉडुलस (जीपीए)
0 909 2.79 32.9
(40) (0.12) (0.8)
30 899 2.76 33.3
(33) (0.10) (0.7)
58 898 2.76 33.1
(46) (0.08) (0.9)

तालिका 4: माध्य मान, कोष्ठक में मानक विचलन के साथ, 300 मिमी की गेज लंबाई वाले नमूनों पर 76% आरएच के साथ 70 डिग्री सेल्सियस पर उम्र बढ़ने के प्रभाव को दर्शाता है, 30 मिमी की चौड़ाई, 10 मिमी/मिन की लोडिंग दर, और 'वाप' दिशा में कटौती , जहां प्रत्येक बैच कम से कम 35 नमूनों है.

पूरक चित्र 1: यूडी टुकड़े का स्केमेटिक। (क) दो दिशात्मक (यूडी) परतों में फाइबर (सिलेंडर) अभिविन्यास, एक 0 डिग्री अभिविन्यास के साथ और दूसरा 90 डिग्री अभिविन्यास के साथ। (ख) अपने बोल्ट से यूडी सामग्री का एक टुकड़ा काटने के लिए योजनाबद्ध। बोल्ट की चौड़ाई लाल डॉटेड लाइन के साथ मापी जाती है। सामग्री के टुकड़े के लिए काट दिया, लंबाई लाल डॉटेड लाइन के साथ मापा जाता है, और चौड़ाई लंबाई के सीधा मापा जाता है। 'युद्ध' दिशा नीले तीर से संकेत दिया है, और 'बाफ्ट' दिशा लाल तीर से संकेत दिया है। मुख्य फाइबर दिशा ऊपरी परत की दिशा के रूप में परिभाषित किया गया है (यानी, लाल तीर के साथ / चूंकि प्रमुख फाइबर दिशा (शीर्ष परत) देखा जा रहा है कि परत को संदर्भित करता है, पर सामग्री मोड़ बाने से ताना करने के लिए प्रमुख फाइबर दिशा बदल जाएगा। ध्यान दें कि पारंपरिक वस्त्र अर्थों में कोई ताना और बाने नहीं है, क्योंकि यहां उपयोग की जाने वाली सामग्री बुनी नहीं जाती है। (ग) सामग्री का एक छोटा सा टैब दिखा, जुदाई के लिए तैयारी में कटौती. (घ) यूडी टुकड़े टुकड़े करने के बाद शीर्ष परत को यूनिडायरेक्शनल सामग्री से अलग कर दिया जाता है। हरे रंग की डैश्ड लाइन इंगित करती है कि रोल से अग्रदूत सामग्री को अलग करने के लिए कहाँ कटौती की जाए। इस फ़ाइल को डाउनलोड करने के लिए कृपया यहाँ क्लिक करें.

पूरक चित्र 2: SEM तुलना. SEM तुलना के बीच किया गया था (एक) एक unnotched बढ़त के साथ एक नया, तेज स्केलपेल ब्लेड के एक पक्ष दृश्य, (ख) एक नया स्केलपेल ब्लेड के एक किनारे पर देखने के दिखा कैसे ब्लेड एक ठीक बिंदु पर आता है, (ग) एक के साथ एक इस्तेमाल किया स्केलपेल ब्लेड के एक पक्ष दृश्य किनारे और खरोंच के साथ किनारेमें दोष, और ( घ) एक इस्तेमाल किया स्केलपेल ब्लेड के एक किनारे पर देखने से पता चलता है कि ब्लेड अब एक बढ़त के रूप में ठीक है और अब सुस्त है. तीर ब्लेड के किनारे को चिह्नित करते हैं। इस फ़ाइल को डाउनलोड करने के लिए कृपया यहाँ क्लिक करें.

पूरक चित्रा 3: एक इस्तेमाल किया स्केलपेल ब्लेड, ब्लेड की लंबाई के साथ खरोंच की ओर इशारा करते तीर के साथ। इस फ़ाइल को डाउनलोड करने के लिए कृपया यहाँ क्लिक करें.

पूरक चित्र 4: काटने लेआउट. specimens बाने की दिशा है, जहां लाल तीर दोनों प्रमुख फाइबर दिशा और बाने की दिशा इंगित करता है, जबकि नीले तीर ताना दिशा इंगित करता है के साथ काट रहे हैं। शर्तों बाने और ताना मानक कपड़ा निर्देशों का संदर्भ करने के लिए उपयोग किया जाता है, हालांकि वे सख्ती से लागू नहीं कर रहे हैं के रूप में UD सामग्री बुना नहीं है. इस फ़ाइल को डाउनलोड करने के लिए कृपया यहाँ क्लिक करें.

पूरक चित्र 5: तैयारी के विभिन्न चरणों में नमूने के फोटो। (क) टेम्पलेट का उपयोग करके वीडियो एक्स्टेंडोमीटर बिंदुओं को चिह्नित करना. (ख) नमूना लोड कर रहा है, विशेष रूप से पकड़ लाइन पर नमूना के अंत स्थिति. कैप्स्टन पकड़ के केंद्र के लगभग 1 मिमी के भीतर नमूने के केंद्र aligning द्वारा capstan पकड़ पर नमूना केंद्र के लिए ध्यान रखना. (ग) पर्यावरण कक्ष में चश्मा। इस फ़ाइल को डाउनलोड करने के लिए कृपया यहाँ क्लिक करें.

पूरक चित्र 6: एक misaligned नमूना की लोडिंग के दौरान विशेषता व्यवहार की योजना. एक क्षैतिज रेखा उस पार खींचा जाता है। (क) अनलोड नमूना का स्नेमेटिक। (ख) में , नमूना भरी हुई है. (ग) वास्तविक misaligned नमूना. लाल तीर अनुप्रयुक्त प्रतिबल की दिशा दिखाते हैं। इस फ़ाइल को डाउनलोड करने के लिए कृपया यहाँ क्लिक करें.

पूरक चित्रा 7: SEM छवियों सामग्री में कटौती पर ठेठ काटने क्षति पर ध्यान केंद्रित. कटौती के साथ किए गए थे (एक) एक सुस्त उपयोगिता चाकू; (ख) एक विद्युत चालित कपड़े कटर, कटौती फाइबर के समानांतर नुकसान की बड़ी मात्रा में दिखा; (ग) एक सिरेमिक चाकू, दिखा कैसे वर्गों में चाकू कटौती, साथ ही बड़े भँवर क्षेत्र है कि सामग्री में अच्छी तरह से फैली हुई है; (घ) एक सटीक सिरेमिक कटर, दिखा कैसे सिरेमिक ब्लेड फाइबर खुद के माध्यम से कटौती नहीं करता है; (ई) एक रोटरी ब्लेड, फाइबर पुलआउट के रूप में के रूप में अच्छी तरह से एक लहराती काटने बढ़त दिखा; (च) एक उपयोगिता चाकू, दिखा कैसे एक उपयोगिता चाकू फाइबर के माध्यम से कटौती और एक बालों बढ़त हो सकती है; (छ) एक चिकित्सा स्केलपेल, दिखा रहा है कि कैसे स्केलपेल फाइबर के माध्यम से साफ टुकड़ा कर सकते हैं; (ज) एक चिकित्सा स्केलपेल, दिखा रहा है कि कटौती से नुकसान कोई बड़े पैमाने पर कतरनी, delamination, या फाइबर पुलआउट के साथ स्थानीयकृत है. इस फ़ाइल को डाउनलोड करने के लिए कृपया यहाँ क्लिक करें.

पूरक चित्र 8: ठेठ किनारे दोषों की स्टीरियोमाइक्रोस्कोप छवियों. कटौती के साथ बनाया गया था (एक) एक विद्युत संचालित कपड़े कटर, बड़े पैमाने पर freaed किनारों दिखा; (ख) एक विद्युत चालित कपड़े कटर, छोटे पैमाने पर अस्तव्यस्त किनारों को दर्शाता है; (ग) एक सिरेमिक चाकू, असमान काटने दिखा; (घ) एक सिरेमिक चाकू, जो अक्सर झगड़ते हुए फाइबर दिखाता है; (ई) एक सटीक सिरेमिक कटर, असमान काटने और अस्तव्यस्त फाइबर दिखा; (च) एक रोटरी ब्लेड, एक क्लीनर अभी तक कम सीधे किनारे दिखा; (जी) एक रोटरी ब्लेड, एक काफी आम दोष दिखा; (ज) एक उपयोगिता चाकू , (मैं) एक चिकित्सा स्केलपेल. इस फ़ाइल को डाउनलोड करने के लिए कृपया यहाँ क्लिक करें.

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Discussion

फाइबर दिशा का उचित निर्धारण महत्वपूर्ण है. प्रोटोकॉल के चरण 1.4-1.6 में वर्णित विधि का लाभ यह है कि जुदाई प्रक्रिया शुरू करने के लिए कितने रेशों का उपयोग किया जाता है पर पूरा नियंत्रण है। हालांकि, इसका मतलब यह नहीं है कि वहाँ अंतिम अलग क्षेत्र की चौड़ाई पर एक पूरा नियंत्रण है, के रूप में फाइबर पूरी तरह से समानांतर नहीं हैं और एक दूसरे पर पार कर सकते हैं. फाइबर के एक बैच को अलग करने की प्रक्रिया में, अक्सर, फाइबर उन अलग किया जा रहा पड़ोसी भी अलग हो जाएगा, इस विदेशी के कारण. इस प्रकार, फाइबर दिशा पर एक सच्चे पढ़ने पाने के लिए, ढीला पड़ोसी फाइबर भी हटाया जाना चाहिए जब तक वहाँ कोई फैला फाइबर के साथ एक साफ बढ़त है.

नमूनों के बीच संगतता भी महत्वपूर्ण है. प्रोटोकॉल के चरण 1.9 में, नमूनों को काटने से पहले पकड़ रेखाएं तैयार की जाती हैं ताकि नमूनों की पकड़ रेखाओं के बीच एक आम लंबाई होगी, जिससे नमूनों में लगातार गेज लंबाई सुनिश्चित हो सके। पकड़ लाइन के लिए नमूना के किनारे से आदर्श दूरी सामग्री ही और पकड़ की है कि दोनों गुणांक का एक समारोह है, साथ ही पकड़ के भौतिक आयाम. इस दूरी के एक राशि सबसे अच्छा प्रयोगात्मक निर्धारित है, एक तन्य परीक्षण के दौरान होने वाली कोई फिसल के साथ एक पर्याप्त रूप से कम दूरी निर्धारित करने के लिए विभिन्न दूरी का परीक्षण. प्रोटोकॉल के चरण 1.12.1 में, यह सुनिश्चित करने के लिए कि नमूनों, औसत पर, वांछित चौड़ाई हैं नमूना चौड़ाई के लिए एक संदर्भ गाइड के रूप में काटने चटाई का उपयोग करने के लिए महत्वपूर्ण है। सामग्री के किनारे से मापने त्रुटियों को पेश कर सकते हैं और गारंटी नहीं है कि इन त्रुटियों को इस तरह है कि औसत नमूना चौड़ाई वांछित चौड़ाई है रहे हैं. इस बिंदु की आगे चर्चा के लिए प्रतिनिधि परिणामों को देखें।

प्रक्रिया के लिए संभावित संशोधनों नमूना चौड़ाई का समायोजन शामिल, प्रभावी गेज लंबाई, तनाव दर, पकड़, ब्लेड बदलने की आवृत्ति, पकड़ लाइन के लिए नमूना के अंत से दूरी, कितनी बार सामग्री reorient करने के लिए फाइबर दिशा के लिए जब काटने, और preload मूल्य जब परीक्षण. नमूना चौड़ाई बदलने के प्रभाव, प्रभावी गेज लंबाई, तनाव दर, और पकड़ प्रतिनिधि परिणामों में चर्चा कर रहे हैं. कितनी बार सामग्री reorient करने के लिए सामग्री में फाइबर दिशा की स्थिरता पर निर्भर करता है और कटर की क्षमता पर काटने की प्रक्रिया के दौरान सामग्री को स्थानांतरित नहीं करने के लिए और भी सबसे अच्छा प्रयोगात्मक निर्धारित किया जाता है. काटने की दूरी जिसके बाद एक ब्लेड सुस्त हो जाता है, सामग्री और ब्लेड प्रकार के आधार पर अलग अलग होंगे। यह नमूना के किनारे की जांच करके सामग्री और ब्लेड के प्रत्येक अलग संयोजन के लिए निर्धारित किया जाना चाहिए, साथ ही ब्लेड के किनारे, एक माइक्रोस्कोप के तहत. पकड़ लाइन के लिए नमूना के अंत से दूरी कैसे फिसलन सामग्री है की एक समारोह है. घर्षण के एक कम गुणांक के साथ एक फिसलन सामग्री, ऐसे UHMWPE के रूप में, पकड़ लाइन के लिए एक लंबी दूरी की आवश्यकता होगी. यह प्रयोगात्मक इस दूरी को बदलने के द्वारा निर्धारित किया जाता है जब तक नमूना अब पकड़ में फिसल जाता है, जबकि परीक्षण. preload मूल्य जब परीक्षण पर्याप्त रूप से सुस्त लेने के लिए बड़ा होना चाहिए, अभी तक बहुत बड़ा नहीं है. इस अध्ययन में, 2 एन इस्तेमाल किया कम अंत में था, केवल मुश्किल से सुस्त हटाने.

वर्तमान में, ऐसी पतली के यांत्रिक गुणों को मापने के लिए कोई मानक परीक्षण विधियाँ नहीं हैं (और 0.25 मिमी), लचीला यूडी टुकड़े टुकड़े, और इन सामग्रियों के यांत्रिक परीक्षण के लिए उपलब्ध साहित्य यूडी टुकड़े टुकड़े पर केंद्रित है जो किया गया है एक ठोस समग्र ब्लॉक11-14में गर्म दबाया, जो हमेशा उनके अंत उपयोग की स्थिति का प्रतिनिधि नहीं है. इस पत्र में प्रस्तुत पद्धति लचीला यूडी laminates के तन्य परीक्षण के लिए अनुमति देता है, परिवर्तनशीलता के अतिरिक्त स्रोतों को जोड़ने और उन्हें परीक्षण से पहले गर्म दबाव द्वारा उनकी सामग्री गुण बदलने की आवश्यकता के बिना.

इस विधि के भविष्य के आवेदन दोनों aramid- और UHMWPE आधारित टुकड़े पर एक लंबी अवधि के उम्र बढ़ने के अध्ययन के लिए कर रहे हैं. इस विधि को भी UD नरम टुकड़े टुकड़े सामग्री का परीक्षण करने के लिए एक ASTM मानक के रूप में प्रस्तावित किया जाएगा, दोनों निर्माण के बाद इन सामग्रियों की विफलता तनाव की निगरानी के लिए एक तंत्र के लिए उपलब्ध कराने और, संभावित रूप से, शरीर कवच अनुप्रयोगों में उपयोग के दौरान.

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Disclosures

इस पत्र में प्रयुक्त प्रक्रियाओं का पूरा विवरण कुछ वाणिज्यिक उत्पादों और उनके आपूर्तिकर्ताओं की पहचान की आवश्यकता है. ऐसी जानकारी को किसी भी तरह से नहीं लगाया जाना चाहिए कि ऐसे उत्पादों या आपूर्तिकर्ताओं NIST द्वारा समर्थन कर रहे हैं या NIST द्वारा सिफारिश कर रहे हैं या कि वे जरूरी सबसे अच्छा सामग्री, उपकरणों, सॉफ्टवेयर या आपूर्तिकर्ताओं प्रयोजनों के लिए कर रहे हैं के रूप में लगाया जाना चाहिए वर्णित.

Acknowledgments

लेखकअपने सहायक विचार विमर्श के लिए स्टुअर्ट Leigh फीनिक्स स्वीकार करना चाहते हैं, यांत्रिक परीक्षण सेटअप के साथ उनकी सहायता के लिए माइक रिले, और सामग्री के कुछ दान के लिए हनीवेल. एमी Engelbrecht-Wiggans के लिए अनुदान 70NANB17H337 के तहत अनुदान प्रदान की गई थी. अजय कृष्णमूर्ति के लिए अनुदान 70NANB15H272 के तहत प्रदान किया गया था. अमांडा एल Forster के लिए धन अंतर एजेंसी समझौते R17-643-0013 के माध्यम से रक्षा विभाग से प्रदान की गई थी.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Capstan Grips Universal grip company 20kN wrap grips Capstan grips used in testing
Ceramic knife Slice 10558
Ceramic precision blade Slice 00116
Clamp Irwin quick grip mini bar clamp
Confocal Microscope
Cutting Mat Rotatrim  A0 metric self healing cutting mat
Denton Desktop sputter coater  sputter coater
FEI Helios 660 Dual Beam FIB/SEM FEI Helios Scanning electron microscope
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 Universal test machine
Utility knife Stanley 99E

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References

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Engelbrecht-Wiggans, A., Krishnamurthy, A., Burni, F., Osborn, W., Forster, A. L. Cutting Procedures, Tensile Testing, and Ageing of Flexible Unidirectional Composite Laminates. J. Vis. Exp. (146), e58991, doi:10.3791/58991 (2019).

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