Determinación de la Energía Que Rasga Crítica de las Películas Finas del Polímero Usando una Máquina de Prueba Universal

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Introducción
Teoría
Experimento
Resultados
Conclusiones
Referencias
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Introducción

El interés en películas finas del polímero está aumentando de las ciencias biológicas y del semiconductor que empaquetan, así como de su aplicación popular como materiales de embalaje. Los Investigadores también están mostrando interés en estudiar tensiones y comportamiento mecánicos de la fractura en los materiales biológicos suaves [1, 2]. En muchas tales aplicaciones, las películas finas del polímero experimentan tensiones mecánicas severas durante ambos que manipulan y uso real. Mientras Que la mayor parte de estas películas son duraderas bajo tensiones de tensión, son incidente muy propenso sobre rasgar. Así, es muy importante conocer el tipo de desbloquear de la energía crítica durante la fractura de las películas para el diseño material exacto.

Una técnica utilizada común para medir la energía de fractura crítica durante la fractura de materiales parecidos a la goma es una prueba del pantalón-rasgón [3]. Este método consiguió su nombre porque el espécimen para estas pruebas consiste en un corte de hoja rectangular a lo largo de su de eje largo para formar una muestra pantalón-dada forma (véase el Cuadro 1). Las patas del `' del espécimen del pantalón entonces se tiran hacia adentro enfrente de direcciones para crear la acción que rasga. La Determinación de la energía de fractura crítica de otros métodos de la prueba requiere la determinación exacta de la longitud de la rajadura, mientras que el desbloquear de la energía crítica y el índice de propagación de rajadura durante una prueba del pantalón-rasgón son independiente de la longitud de la rajadura y de la geometría de la muestra.

Cuadro 1. Diagrama Esquemático del espécimen de la prueba del pantalón-rasgón.

Este artículo del escrito detalla un estudio reciente para determinar las energías de fractura críticas durante la fractura que rasga de dos diversos tipos de cintas de empaquetado. Una máquina de prueba universal avanzada (UTM) de las Tecnologías de Keysight fue utilizada para el trabajo presentado. El Keysight T150 UTM emplea a una carga nanomechanical del transductor que se actúa para producir la carga en muestra usando la actuación electromágnetica combinada con un indicador capacitivo exacto, entregando sensibilidad excepcional sobre una amplia gama de deformación.

Teoría

La energía de fractura crítica de una prueba del rasgón también se conoce como energía que rasga, que es la energía pasada por espesor de la unidad por aumento de la unidad en longitud de la rajadura. La energía Que Rasga incluye la energía superficial, la energía disipada en procesos de flujo plástico, y la energía disipada irreversible en procesos viscoelásticos. La ventaja de usar la prueba del pantalón-rasgón miente en la suposición que todos estos cambios en energía son proporcionales a la longitud de la rajadura y son afectados sobre todo por la deformación cerca de la rajadura-punta. Por Lo Tanto, la energía total es independiente de la dimensión de una variable del espécimen de la prueba y la manera las fuerzas es aplicada. Es decir aunque la distribución de la tensión en la punta de una rajadura del rasgón sea compleja, es independiente de la longitud de la rajadura [4].

En términos matemáticos, el trabajo hecho durante una prueba del rasgón se puede dar cerca:

donde está F la fuerza y el Δc que rasgan es la distancia del rasgón [3]. Es importante observar que los cambios en la extensión del material entre la punta del rasgón y las patas son insignificantes y fueron ignorados en esta ecuación.

La energía que rasga, o la energía de fractura crítica, se puede escribir como:

donde está el espesor B del espécimen. Por Lo Tanto, combinando las Ecuaciones 1 y 2:

Puede ser confirmado de la Ecuación 3 que la energía que rasga crítica es independiente de la geometría de la muestra y de la longitud iniciales de la rajadura. La energía que rasgaba crítica se habría podido también calcular usando la Ecuación 2, aunque una medición más complicada de la longitud de la rajadura antes y después de que la prueba del rasgón es necesaria lograr buenos resultados.

Experimento

Dos diversas cintas del polímero fueron utilizadas para este estudio: Cinta Mágica Escocesa 810 de 3M (es decir, Muestra A) y Cinta Doble Permanente del Bastón de la Corporación de Henkel (es decir, Muestra B). De la hoja de datos material del seguro (MSDS) de la Muestra A, el material de la película se sabe para ser el acetato de celulosa [5]. Tal información no está disponible para la Muestra B; sin embargo, las cintas más de doble cara se hacen del polipropileno.

El espesor de la Muestra AIS los 59μm, mientras que el espesor de Bis los 72μm de la Muestra. Una rajadura sostenida a lo largo de la dimensión larga de cada espécimen fue introducida usando una hoja de afeitar sostenida. Después las dos patas del `' fueron pegadas a dos pequeños pedazos de la cartulina y montadas en el T150 UTM usando las mordazas estándar del modelo, tal y como se muestra en del Cuadro 2.

Cuadro 2. Montaje del espécimen de la prueba del rasgón en el Keysight T150 UTM usando mordazas estándar del modelo.

Las pruebas que rasgaban fueron realizadas bajo cargamento quasiestático a un índice de la extensión de 100μm/s. La carga en valores del espécimen y de la extensión del espécimen fue registrada durante el cargamento, rasgar, y la descarga del espécimen. Tres diversos especímenes de cada tipo de cinta del polímero fueron estudiados para conseguir una idea de la variación estadística.

Resultados

Las curvas de la carga-extensión para las Muestras A y B se muestran en los Cuadros 3 (a) y 3 (b), respectivamente. Es sin obstrucción evidente de estos resultados que lleve a fuerza mucho más inferior la Muestra A del rasgón comparada Para Muestrear el B.

El Cuadro 3. reacción de la Carga-Extensión durante la prueba del pantalón-rasgón para (a) la Muestra A y (b) Muestrean el B.

Los segmentos no lineales de las curvas, antes de rasgar y durante la descarga, corresponden a la energía de deformación salvada en las patas del espécimen. La fuerza media durante el proceso que rasga para la Muestra A es 49mN y para la Muestra B es 100mN. Es importante observar que las pequeñas fluctuaciones en los valores de la fuerza durante rasgar son no ruido del instrumento sino bastante debido al comportamiento del bastón-error observado durante fractura en muchos polímeros. Los máximos ocurren cuando la rajadura extiende y las condiciones atmosféricas mínimas representan la detención de la rajadura [6]. El intervalo de estas fluctuaciones se relaciona lo más probablemente posible con la morfología del material, tal como la distribución de fases cristalinas y amorfas. Sin Embargo, la caracterización microestructural sistemática es necesaria entender completo el comportamiento del bastón-error.

Las energías que rasgan calculadas (la Ecuación 3) para ambas muestras se enumera en el Cuadro 1, junto con la fuerza y el espesor del film que rasgan. La Muestra B exhibe la energía más arriba que rasga comparada Para Muestrear el A. Uno utilizaría la Muestra B en aplicaciones donde está necesaria una resistencia más alta al rasgón.

Los Resultados del Cuadro 1. del pantalón-rasgón prueban en las películas del polímero.

Espesor Del Film
(µm)
Fuerza Que Rasga
(manganeso)
Energía Que Rasga Crítica
(N/m)
Muestree A 59 52 ± 2 ± 1750; 80
Muestra B 72 97 ± 1 ± 2700; 22

La energía Que Rasga está de interés determinado para diseñar los materiales y las microestructuras de las películas finas del polímero para diversas aplicaciones. Observe que la naturaleza exacta de la morfología material y su efecto sobre la energía que rasgaba estaban fuera del ámbito de este estudio. El trabajo Futuro puede potencialmente verter más luz en el proceso de la fractura de diversas películas del polímero.

Conclusiones

La energía que rasgaba crítica para dos cintas disponibles en el comercio del polímero fue medida vía pruebas del pantalón-rasgón usando un Keysight T150 UTM. La capacidad del instrumento de medir pequeñas cargas, junto con su alta resolución de la fuerza, activó la captura de variaciones en vigor durante rasgar de las películas finas del polímero, que deben inspirar a nuevos estudios que determinen el efecto de la morfología y de la cristalinidad sobre la naturaleza exacta de la propagación de rajadura en estas películas. Las pruebas Similares del rasgón se pueden también realizar en otras muestras biológicas, tales como microalgas, donde está difícil controlar las dimensiones de la muestra.

Referencias

1. Mach, K.J., D.V. Nelson, y M.W. Denny, “Técnicas para predecir los cursos de la vida de macroalgae onda-barridos: una pintura de fondo en incremento de los mecánicos y de rajadura de la fractura,” Gorrón de la Biología Experimental, 2007. 210: p. 2213-2230.
2. Mach, K.J., y otros, “Muerte por las pequeñas fuerzas: un análisis de la fractura y de la fatiga de macroalgae onda-barridos,” Gorrón de la Biología Experimental, 2007. 210: p. 2231-2243.
3. Sala, I.M. y J. Sweeney, Las Propiedades Mecánicas de los Polímeros Sólidos 2008: Juan Wiley y Sons, Ltd.
4. Greensmith, H.W. y A.G. Thomas, “Ruptura del caucho. III. Determinación de las propiedades del rasgón,” Gorrón de la Ciencia del Polímero, 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., Mecánicos de la Fractura: Fundamentales y Aplicaciones: Prensa del CRC.

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Fuente: Tecnologías de Keysight

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

Last Update: 16. December 2014 12:31

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