Détermination de l'Énergie Violente Critique des Films Minces de Polymère Utilisant une Machine de Test Universelle

Parrainé par des Technologies de Keysight

Sujets Couverts

Introduction
Théorie
Expérience
Résultats
Conclusions
Références
Au Sujet des Technologies de Keysight

Introduction

L'intérêt pour les films minces de polymère augmente dans les sciences biologiques et l'emballage de semi-conducteur, ainsi que leur application populaire à mesure que des matériaux d'emballage. Les Chercheurs affichent également l'intérêt en étudiant des stress et le comportement mécaniques de fracture en matériaux biologiques mous [1, 2]. Dans beaucoup de telles applications, le polymère mince filme des stress mécaniques sévères d'expérience pendant les deux qui traitent et l'usage réel. Tandis Que la plupart de ces films sont durables sous des contraintes de traction, elles sont défaillance très encline lors du déchirement. Ainsi, il est tout à fait important de connaître le taux de rejets d'énergie critique pendant la fracture des films pour le design matériel précis.

Une technique généralement employée pour mesurer l'énergie de fracture critique pendant la fracture des matériaux genre caoutchouc est un test de pantalon-déchirure [3]. Cette méthode a obtenu son nom parce que le spécimen pour ces tests se compose d'une coupure de feuille rectangulaire le long de son d'axe long pour former un échantillon en forme de pantalon (voir le Schéma 1). Les pieds de `' du spécimen de pantalon sont alors dedans tirés des sens inverses pour produire l'action violente. La Détermination de l'énergie de fracture critique d'autres méthodes de test exige la détermination précise de la longueur de fêlure, attendu que la release d'énergie critique et les tarifs de la propagation des fissures pendant un test de pantalon-déchirure sont indépendant de longueur de fêlure et de géométrie d'échantillon.

Le Schéma 1. Schéma du spécimen de test de pantalon-déchirure.

Cet article de dossier détaille une étude récente de déterminer les énergies de fracture critiques pendant la fracture violente de deux types différents de bandes isolantes d'emballage. Une machine de test universelle de pointe (UTM) des Technologies de Keysight a été employée pour le travail présenté. Le Keysight T150 UTM emploie un chef activant nanomechanical de transducteur pour produire la charge sur l'échantillon utilisant la mise en fonction électromagnétique combinée avec un outil capacitif précis, fournissant la sensibilité en suspens au-dessus d'une gamme étendue de tension.

Théorie

L'énergie de fracture critique d'un test de déchirure est également connue en tant qu'énergie violente, qui est l'énergie dépensée selon l'épaisseur d'ensemble selon l'augmentation d'ensemble de la longueur de fêlure. L'énergie Violente comprend l'énergie extérieure, l'énergie dissipée dans des procédés d'écoulement plastique, et l'énergie dissipée irréversiblement dans des procédés visco-élastiques. L'avantage d'utiliser le test de pantalon-déchirure se situe dans la supposition que tous ces changements d'énergie sont proportionnels à la longueur de fêlure et sont principalement affectés par la déformation à proximité de la fêlure-extrémité. Par Conséquent, toute l'énergie est indépendant de la forme du spécimen de test et la voie les forces sont appliquée. En d'autres termes, bien que la distribution de stress à l'extrémité d'une fêlure de déchirure soit complexe, c'est indépendant de la longueur de fêlure [4].

En termes mathématiques, le travail effectué pendant un test de déchirure peut être donné par :

là où F est la force et le Δc violents est la distance de déchirure [3]. Il est important de noter que les changements de l'extension du matériau entre l'extrémité de la déchirure et les pieds sont négligeables et ont été ignorés dans cette équation.

L'énergie violente, ou de l'énergie de fracture critique, peut être écrite comme :

là où B est l'épaisseur du spécimen. Par Conséquent, en combinant les Équations 1 et 2 :

Il peut confirmer de l'Équation 3 que l'énergie violente critique est indépendant de la géométrie de premier prélèvement et de la longueur de fêlure. L'énergie violente critique pourrait avoir été également prévue utilisant l'Équation 2, bien qu'une mesure plus compliquée de longueur de fêlure avant et après que le test de déchirure soit nécessaire pour réaliser de bons résultats.

Expérience

Deux bandes isolantes différentes de polymère ont été utilisées pour cette étude : Bande Isolante Magique Écossaise 810 de 3M (c.-à-d., Échantillon A) et Double Bande Isolante Permanente de Bâton de Société de Henkel (c.-à-d., Échantillon B). De la fiche technique matérielle de sécurité (MSDS) de l'Échantillon A, le matériau de film est connu pour être l'acétate de cellulose [5]. Une Telle information n'est pas disponible pour l'Échantillon B ; cependant, les bandes isolantes les plus double face sont faites de polypropylène.

L'épaisseur de l'Échantillon AIS 59μm, attendu que l'épaisseur de BRI 72μm Témoin. Une fêlure tranchante le long de la longue cote de chaque spécimen a été introduite utilisant une lame de rasoir tranchante. Les deux pieds de `' ont été collés à deux petites pièces de carton et Alors montés dans le T150 UTM utilisant les poignées normales de descripteur, suivant les indications du Schéma 2.

Le Schéma 2. Montage du spécimen de test de déchirure dans le Keysight T150 UTM utilisant les poignées normales de descripteur.

Les essais violents ont été réalisés sous la charge quasistatique à des tarifs d'extension de 100μm/s. La charge sur des valeurs de spécimen et d'extension de spécimen ont été enregistrées pendant la charge, le déchirement, et le déchargement du spécimen. Trois spécimens différents de chaque type de bande isolante de polymère ont été étudiés pour avoir une idée de la variation statistique.

Résultats

Les courbures de charge-extension pour les Échantillons A et B sont affichées sur les Schémas 3 (a) et 3 (b), respectivement. Il est de manière dégagée évident de ces résultats qu'il prend la force beaucoup inférieure à l'Échantillon A de déchirure comparé Pour Échantillonner le B.

Le Schéma 3. réaction de Charge-Extension pendant le test de pantalon-déchirure pour (a) l'Échantillon A et (b) Échantillonnent le B.

Les segments non linéaires des courbures, avant de déchirer et pendant le déchargement, correspondent à l'énergie de tension enregistrée dans les pieds du spécimen. La force moyenne pendant le procédé violent pour l'Échantillon A est 49mN et pour l'Échantillon B est 100mN. Il est important de noter que les petites variations en valeurs de force pendant le déchirement ne sont pas bruit de l'instrument mais plutôt dues au comportement de bâton-fiche de transmission observé pendant la fracture en beaucoup de polymères. Les maxima se produisent quand la fêlure étend et les minimum représentent l'arrestation de fêlure [6]. L'intervalle de ces variations associe le plus probablement à la morphologie du matériau, tel que la distribution des phases cristallines et amorphes. Cependant, la caractérisation microstructurale systématique est nécessaire pour comprendre entièrement le comportement de bâton-fiche de transmission.

Les énergies violentes prévues (l'Équation 3) pour les deux échantillons sont indiquées dans le Tableau 1, avec l'épaisseur violente de force et de film. L'Échantillon B montre l'énergie plus haut violente comparée Pour Échantillonner l'A. On utiliserait l'Échantillon B dans les applications où de haute résistance déchirer est nécessaire.

Les Résultats du Tableau 1. de la pantalon-déchirure teste sur des films de polymère.

Épaisseur de Film
(µm)
Force Violente
(manganèse)
Énergie Violente Critique
(N/m)
Échantillonnez A 59 52 ± 2 ± 1750 ; 80
Échantillon B 72 97 ± 1 ± 2700 ; 22

L'énergie Violente est d'intérêt particulier pour concevoir des matériaux et des microstructures des films minces de polymère pour différentes applications. Notez que la nature exacte de la morphologie matérielle et son effet sur l'énergie violente étaient hors de portée de cette étude. Les travaux futurs Peuvent potentiellement jeter plus de lumière sur le procédé de fracture de différents films de polymère.

Conclusions

L'énergie violente critique pour deux bandes isolantes disponibles dans le commerce de polymère a été mesurée par l'intermédiaire des tests de pantalon-déchirure utilisant un Keysight T150 UTM. La capacité de l'instrument de mesurer de petites charges, avec sa définition élevée de force, a activé la capture des variations de la force pendant le déchirement des films minces de polymère, qui devraient inspirer des études neuves déterminer l'effet de la morphologie et de la cristalinité sur la nature exacte de la propagation des fissures en ces films. Des essais Assimilés de déchirure peuvent également être réalisés sur d'autres échantillons biologiques, tels que des micro-algues, où il est difficile de régler les cotes d'échantillon.

Références

1. Mach, K.J., D.V. Nelson, et M.W. Denny, « Techniques pour prévoir les vies des macroalgae onde-balayés : une amorce sur la mécanique de fracture et la progression de la fissure, » Tourillon de la Biologie Expérimentale, 2007. 210 : p. 2213-2230.
2. Mach, K.J., et autres, « Mort par de petites forces : une analyse de fracture et de fatigue des macroalgae onde-balayés, » Tourillon de la Biologie Expérimentale, 2007. 210 : p. 2231-2243.
3. Salle, I.M. et J. Sweeney, Les Propriétés Mécaniques des Polymères Solides 2008 : John Wiley et Sons, Ltd.
4. Greensmith, H.W. et A.G. Thomas, « Rupture de caoutchouc. III. Détermination des propriétés de déchirure, » Tourillon de la Science de Polymère, 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., Mécanique de Fracture : Principes et Applications : Presse de CENTRE DE DÉTECTION ET DE CONTRÔLE.

Au Sujet des Technologies de Keysight

Keysight est une technologie et un leader de marché électroniques globaux de mesure aidant à transformer l'expérience de la mesure de ses abonnées par l'innovation dans sans fil, modulaire, et des solutions logicielles. Keysight fournit les instruments de mesure et les systèmes et les logiciels connexes, les outils de conception du logiciel électroniques et les services utilisés dans le design, le développement, la fabrication, l'installation, le déploiement et le fonctionnement du matériel électronique. Les Informations sur Keysight sont disponibles chez www.keysight.com.

Source : Technologies de Keysight

Pour plus d'informations sur cette source visitez s'il vous plaît les Technologies de Keysight.

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

Last Update: 16. December 2014 12:30

Ask A Question

Do you have a question you'd like to ask regarding this article?

Leave your feedback
Submit