Bestimmung der Kritischen Zerreißenden Energie der Dünnen Polymer-Filme Unter Verwendung einer UniversalPrüfmaschine

Gefördert durch Keysight-Technologien

Themen Umfaßt

Einleitung
Theorie
Experiment
Ergebnisse
Schlussfolgerungen
Bezüge
Über Keysight-Technologien

Einleitung

Die Zinsen an den dünnen Polymerfilmen erhöhen der biologischen Wissenschaften und des Halbleiters, die verpacken, sowie ihrer populären Anwendung als Verpackungsmaterialien. Forscher zeigen auch Zinsen, an, mechanische Belastungen und Bruchverhalten zu studieren in den weichen biologischen Materialien [1, 2]. In vielen solchen Anwendungen filmt dünnes Polymer schwere mechanische Belastungen der Erfahrung während handhabender beider und der tatsächlichen Verwendung. Während die meisten dieser Filme unter Zugspannungen dauerhaft sind, sind sie für Versagen nach dem Zerreißen sehr anfällig. So ist es ziemlich wichtig, die Freigabekinetik der kritischen Energie während des Bruchs der Filme für genaue materielle Auslegung zu kennen.

Eine Technik, die geläufig verwendet wird, um die kritische Bruchenergie während des Bruchs von gummiartigen Materialien zu messen, ist eine Hoseriß Prüfung [3]. Diese Methode erhielt seinen Namen, weil das Probenmaterial für diese Prüfungen aus einem rechteckigen Blattschnitt entlang seinem Längsachsen besteht, um eine Hose-förmige Probe zu bilden (siehe Abbildung 1). Die ` Fahrwerkbeine' des Hosenprobenmaterials werden dann herein gegenüber von Richtungen gezogen, um zerreißenden Vorgang zu erstellen. Bestimmung der kritischen Bruchenergie von anderen Prüfmethoden benötigt genaue Bestimmung der Bruchlänge, während die Freigabe der kritischen Energie und die Kinetik der Bruchausbreitung während einer Hoseriß Prüfung Unabhängiges der Bruchlänge und der Beispielgeometrie sind.

Abbildung 1. Diagramm von Hoseriß Probestück.

Dieser Memorandumartikel führt eine neue Studie einzeln auf, um die kritische Bruchenergie während des zerreißenden Bruchs von zwei verschiedenen Baumustern Verpackenklebebänder zu bestimmen. Eine hochmoderne Universalprüfmaschine (UTM) von Keysight-Technologien wurde für die dargestellte Arbeit verwendet. Das Keysight T150 UTM beschäftigt einen nanomechanical betätigenden Wandlerkopf, um Belastung auf Probe unter Verwendung der elektromagnetischen Betätigung zu produzieren, die mit einem genauen kapazitiven Anzeigeinstrument kombiniert wird und entbindet hervorragende Empfindlichkeit über einer großen Reichweite der Spannung.

Theorie

Die kritische Bruchenergie von einer Rissprüfung alias zerreißt Energie, die die Energie ist, die pro Gerätenstärke pro Gerätenzunahme der Bruchlänge aufgewendet wird. Zerreißende Energie umfaßt Oberflächenenergie, die Energie, die in den Prozessen des plastischen fließens zerstreut werden, und die Energie, die irreversibel in viskoelastische Prozesse zerstreut wird. Der Vorteil der Anwendung der Hoseriß Prüfung liegt in der Annahme, dass alle diese Energieänderungen zur Bruchlänge proportional sind und Haupt- durch die Deformation in der Nähe von der Bruchspitze beeinflußt werden. Folglich ist die Gesamtenergie Unabhängiges der Form des Probestücks und die Methode die Kräfte sind angewandt. Das heißt, obgleich die Druckverteilung an der Spitze eines Rissbruches komplex ist, ist es Unabhängiges der Bruchlänge [4].

In den mathematischen Ausdrücken kann die Arbeit, die während einer Rissprüfung erledigt wird, vorbei gegeben werden:

wo F ist, ist die zerreißende Kraft und das Δc der Rissabstand [3]. Es ist wichtig, zu beachten, dass die Änderungen in der Ausdehnung des Materials zwischen der Spitze des Risses und den Fahrwerkbeinen geringfügig sind und in dieser Gleichung ignoriert wurden.

Die zerreißende Energie oder die kritische Bruchenergie, können wie geschrieben werden:

wo B die Stärke des Probenmaterials ist. Folglich durch die Kombination von Gleichungen 1 und 2:

Es kann von Gleichung 3 bestätigt werden, dass die kritische zerreißende Energie Unabhängiges der Anfangsbeispielgeometrie und der Bruchlänge ist. Die kritische zerreißende Energie könnte unter Verwendung Gleichung 2 auch berechnet worden sein, obgleich schwierigeres Bruchlängenmaß, bevor und nachdem die Rissprüfung erforderlich ist, gute Ergebnisse zu erzielen.

Experiment

Zwei verschiedene Polymerklebebänder wurden für diese Studie verwendet: Schottisches Magisches Klebeband 810 von 3M (d.h., Probe A) und Permanentes Doppeltes Steuerknüppel-Klebeband von Henkel-Gesellschaft (d.h., Probe B). Vom materiellen Sicherheitsdatenblatt (MSDS) von Probe A, bekannt das Filmmaterial, um Celluloseacetat [5] zu sein. Solche Informationen sind nicht für Probe B erhältlich; jedoch werden doppelseitigste Klebebänder vom Polypropylen hergestellt.

Die Stärke der Probe AIS 59μm, während die Stärke von BeispielBis 72μm. Ein scharfer Bruch entlang der langen Abmessung jedes Probenmaterials wurde unter Verwendung einer scharfen Rasierklinge eingeführt. Dann wurden die zwei ` Fahrwerkbeine' zu zwei kleinen Pappstücken geklebt und montiert in das T150 UTM unter Verwendung der Standardschablonengriffe, wie in Abbildung 2. gezeigt.

Abbildung 2. Befestigung des Rissprobestücks im Keysight T150 UTM unter Verwendung der Standardschablonengriffe.

Die zerreißenden Prüfungen wurden unter quasistatic Laden mit einer Extensionskinetik von 100μm/s. durchgeführt. Die Belastung auf Probenmaterial- und Probenmaterialextensionswerten wurden während des Ladens, des Zerreißens und des Aus dem Programm nehmens des Probenmaterials aufgezeichnet. Drei verschiedene Probenmaterialien jedes Baumusters Polymerklebeband wurden studiert, um eine Idee der statistischen Variante zu erhalten.

Ergebnisse

Die Belastungextension Kurven für Proben A und B werden in Abbildungen 3 gezeigt (A) und 3 (B), beziehungsweise. Es ist offenbar von diesen Ergebnissen offensichtlich, die es viel unterer Kraft zu Riss Probe nimmt A, die verglichen wird, um B. Zu Prüfen.

Abbildung 3. Belastung-Extension Antwort während der Hoseriß Prüfung für (a) Probe A und (b) Prüfen B.

Die nichtlinearen Abschnitte der Kurven, vor dem Zerreißen und während des Aus dem Programm nehmens, entsprechen gespeicherter Spannungsenergie in den Fahrwerkbeinen des Probenmaterials. Die durchschnittliche Kraft während des zerreißenden Prozesses für Probe A ist 49mN und für Probe ist B 100mN. Es ist wichtig, zu beachten, dass die kleinen Wertschwankungen Kraft während des Zerreißens nicht Geräusche vom Instrument aber am Steuerknüppelbeleg Verhalten ziemlich liegen, das während des Bruchs in vielen Polymeren beobachtet wird. Die Maxima treten auf, wenn der Bruch sich ausdehnt und das Minimum Bruchfestnahme [6] darstellt. Der Abstand dieses Fluktuierens steht vermutlich auf der Morphologie des Materials, wie der Verteilung von kristallenen und formlosen Phasen in Verbindung. Jedoch ist systematische Mikrogefüge- Kennzeichnung erforderlich, das Steuerknüppelbeleg Verhalten völlig zu verstehen.

Die berechnete zerreißende Energie (Gleichung 3) für beide Proben werden in Tabelle 1, zusammen mit der zerreißenden Kraft und der Dicke ausgedruckt. Probe B weist die höher zerreißende Energie auf, die verglichen wird, um A. Zu Prüfen. Ein würde Probe B in den Anwendungen verwenden, in denen höherer Widerstand zum Riss erforderlich ist.

Tabelle 1. Ergebnisse des Hoserisses prüft auf Polymerfilmen.

Dicke
(µm)
Zerreißende Kraft
(Mangan)
Kritische Zerreißende Energie
(N/m)
Prüfen Sie A 59 52 ± 2 ± 1750; 80
Probe B 72 97 ± 1 ± 2700; 22

Zerreißende Energie ist vom besonderen Interesse für das Konstruieren von Materialien und von Mikrostrukturen von dünnen Polymerfilmen für verschiedene Anwendungen. Beachten Sie, dass die genaue Art der materiellen Morphologie und sein Effekt auf die zerreißende Energie außerhalb der Reichweite dieser Studie waren. Zukünftige Arbeit kann mehr Leuchte auf dem Bruchprozeß von verschiedenen Polymerfilmen möglicherweise verschütten.

Schlussfolgerungen

Die kritische zerreißende Energie für zwei handelsübliche Polymerklebebänder wurde über Hoseriß Prüfungen unter Verwendung eines Keysight T150 UTM gemessen. Die Fähigkeit des Instrumentes, kleine Belastungen, zusammen mit seiner hohen Kraftauflösung zu messen, aktivierte die Erfassung von Schwankungen der Kraft während des Zerreißens von dünnen Polymerfilmen, die neue Studien anspornen sollten, den Effekt der Morphologie und der Kristallinität auf die genaue Art der Bruchausbreitung in diesen Filmen zu bestimmen. Ähnliche Rissprüfungen können an anderen biologischen Proben, wie Mikroalgen auch durchgeführt werden, in denen es schwierig ist, die Beispielabmessungen zu steuern.

Bezüge

1. Mach, K.J., D.V. Nelson und M.W. Denny, „Techniken für die Vorhersage der Lebenszeiten der Welle-gefegten macroalgae: ein Grundiermittel auf Bruchmechanik und Bruchfortschritt,“ Zapfen Experimenteller Biologie, 2007. 210: P. 2213-2230.
2. Mach, K.J. et al. „Tod durch kleine Kräfte: eine Bruch- und Ermüdungsanalyse von Welle-gefegten macroalgae,“ Zapfen Experimenteller Biologie, 2007. 210: P. 2231-2243.
3. Bezirk, I.M. und J. Sweeney, die Mechanischen Eigenschaften von Festen Polymeren 2008: John Wiley und Sons, Ltd.
4. Greensmith, H.W. und A.G. Thomas, „Bruch des Gummis. III. Bestimmung von Risseigenschaften,“ Zapfen der Polymer-Wissenschaft, 1955.18(88): P. 189-200.
5.
http://www.ivinc.com/pdf/MSDS/Scotch%20Magic%20Tape,%20Post-It%20Notes,%20Post-It%20Flags.pdf.
6. Anderson, T.L., Bruchmechanik: Grundlagen und Anwendungen: Druckerei ZYKLISCHER BLOCKPRÜFUNG.

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Quelle: Keysight-Technologien

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Date Added: May 17, 2012 | Updated: Dec 16, 2014

Last Update: 16. December 2014 12:30

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