Determinazione dell'Energia Strappante Critica delle Pellicole Sottili del Polimero Facendo Uso di un Commputer di Prova Universale

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Introduzione
Teoria
Esperimento
Risultati
Conclusioni
Riferimenti
Circa le Tecnologie di Agilent

Introduzione

L'interesse in pellicole sottili del polimero sta aumentando di scienze biologiche e di semiconduttore che imballano come pure di loro applicazione popolare come materiali da imballaggio. I Ricercatori egualmente stanno mostrando l'interesse nello studio gli sforzi e del comportamento meccanici di frattura in materiali biologici molli [1, 2]. In molte tali applicazioni, il polimero sottile filma gli sforzi meccanici severi di esperienza durante entrambi che trattano e l'uso reale. Mentre la maggior parte di queste pellicole sono durevoli nell'ambito degli sforzi di trazione, sono ad errore molto incline strappando. Quindi, è abbastanza importante conoscere il tasso di scarico di energia critica durante la frattura delle pellicole per progettazione materiale accurata.

Una tecnica utilizzata comunemente per misurare l'energia di frattura critica durante la frattura dei materiali tipo gomma è una prova dello pantalone-strappo [3]. Questo metodo ha ottenuto il suo nome perché l'esemplare per queste prove consiste di un taglio di lamiera sottile rettangolare lungo il suo asse lungo per formare un campione a forma di pantalone (si veda Figura 1). I lati del ` dell'esemplare del pantalone poi sono tirati dentro di fronte alle direzioni per creare l'atto strappante. La Determinazione dell'energia di frattura critica proveniente da altri metodi di prova richiede la determinazione accurata della lunghezza della crepa, mentre la versione di energia critica e la tariffa di propagazione di cricca durante la prova dello pantalone-strappo sono indipendenti dalla lunghezza della crepa e dalla geometria del campione.

Figura 1. Disegno Schematico della provetta dello pantalone-strappo.

Questo articolo del riassunto dettaglia uno studio recente per determinare le energie di frattura critiche durante la frattura strappante di due tipi differenti di nastri d'imballaggio. Un commputer di prova universale avanzato (UTM) dalle Tecnologie di Agilent è stato utilizzato per il lavoro presentato. Il Agilent T150 UTM impiega una testa d'attuazione nanomechanical del trasduttore per produrre il caricamento sul campione facendo uso dell'attuazione elettromagnetica combinata con un calibro capacitivo preciso, consegnante la sensibilità eccezionale sopra una vasta gamma di sforzo.

Teoria

L'energia di frattura critica proveniente da una prova dello strappo egualmente è conosciuta come energia strappante, che è l'energia spesa per spessore dell'unità per aumento dell'unità di lunghezza della crepa. L'energia Strappante comprende l'energia di superficie, l'energia dissipata nei trattamenti di scorrimento plastico e l'energia dissipata irreversibilmente nei trattamenti viscoelastici. Il vantaggio di usando la prova dello pantalone-strappo si trova nel presupposto che tutti questi cambiamenti nell'energia sono proporzionali alla lunghezza della crepa e soprattutto sono influenzati tramite la deformazione nelle vicinanze del crepa-suggerimento. Quindi, l'energia totale è indipendente dalla forma della provetta ed il modo le forze è applicato. Cioè sebbene la distribuzione di sforzo al suggerimento di una crepa dello strappo sia complessa, è indipendente dalla lunghezza della crepa [4].

Nei termini matematici, il lavoro fatto durante la prova dello strappo può essere dato vicino:

dove la F è la forza e il Δc strappanti è la distanza dello strappo [3]. È importante notare che i cambiamenti nell'estensione del materiale fra il suggerimento dello strappo ed i lati sono trascurabili e sono stati trascurati in questa equazione.

L'energia strappante, o l'energia di frattura critica, può essere scritta come:

dove la B è lo spessore dell'esemplare. Quindi, combinando le Equazioni 1 e 2:

Può essere confermato dall'Equazione 3 che l'energia strappante critica è indipendente dalla geometria del campione e dalla lunghezza iniziali della crepa. L'energia strappante critica potrebbe anche essere calcolata facendo uso dell'Equazione 2, sebbene misura più complicata di lunghezza della crepa prima e dopo la prova dello strappo è necessaria raggiungere i buoni risultati.

Esperimento

Due nastri differenti del polimero sono stati utilizzati per questo studio: Nastro Magico Scozzese 810 da 3M (cioè, Campioni A) e Doppio Nastro Permanente del Bastone dalla Società Per Azioni del Henkel (cioè, Campione B). Dalla scheda di dati materiale della sicurezza (MSDS) del Campione A, il materiale della pellicola è conosciuto per essere acetato di cellulosa [5]. Tali informazioni non sono disponibili per il Campione B; tuttavia, i nastri più a doppia faccia sono fatti di polipropilene.

Lo spessore del Campione AIS 59μm, mentre lo spessore della Banca Dei Regolamenti Internazionali 72μm del Campione. Una crepa marcata lungo la dimensione lunga di ogni esemplare è stata presentata facendo uso di una lametta marcata. Poi i due lati del ` sono stati incollati a due piccoli pezzi del cartone e sono stati montati nel T150 UTM facendo uso delle pinse standard del modello, secondo le indicazioni di Figura 2.

Figura 2. Montaggio della provetta dello strappo nel Agilent T150 UTM facendo uso delle pinse standard del modello.

Le prove strappanti sono state eseguite nell'ambito di caricamento quasistatico ad una tariffa di estensione di 100μm/s. Il caricamento sui valori di estensione dell'esemplare e dell'esemplare è stato registrato durante caricamento, lo strappo e lo scarico dell'esemplare. Tre esemplari differenti di ogni tipo di nastro del polimero sono stati studiati per ottenere un'idea della variazione statistica.

Risultati

Le curve di caricamento-estensione per i Campioni A e B sono indicate nella Figure 3 (a) e 3 (b), rispettivamente. È chiaramente evidente da questi risultati che cattura a forza molto più bassa al Campione A dello strappo confrontato Per Campionare il B.

Figura 3. risposta di Caricamento-Estensione durante la prova dello pantalone-strappo per il Campione (a) A e (b) Campione B.

I segmenti non lineari delle curve, prima dello strappo e durante lo scarico, corrispondono ad energia di deformazione memorizzata nei lati dell'esemplare. La forza media durante il trattamento strappante per il Campione A è 49mN e per il Campione la B è 100mN. È importante notare che le piccole fluttuazioni nei valori della forza durante lo strappo sono non disturbo dallo strumento ma piuttosto dovuto il comportamento di bastone-contratto provvisorio osservato durante la frattura in molti polimeri. I massimi accadono quando la crepa estende ed i minimi rappresentano l'arresto della crepa [6]. L'intervallo di queste fluttuazioni il più probabilmente si riferisce alla morfologia del materiale, quale la distribuzione delle fasi cristalline ed amorfe. Tuttavia, la caratterizzazione microstrutturale sistematica è necessaria completamente capire il comportamento di bastone-contratto provvisorio.

Le energie strappanti calcolate (Equazione 3) per entrambi i campioni è quotata in Tabella 1, con lo spessore strappante di pellicola e della forza. Il Campione B esibisce l'energia più su strappante confrontata Per Campionare il A. Uno utilizzerebbe il Campione B nelle applicazioni dove il più alta resistenza allo strappo è necessaria.

I Risultati della Tabella 1. dello pantalone-strappo prova sulle pellicole del polimero.

  Spessore di Pellicola
(µm)
Forza Strappante
(mn)
Energia Strappante Critica
(N/m)
Campioni A 59 52 ± 2 ± 1750; 80
Campione B 72 97 ± 1 ± 2700; 22

L'energia Strappante è di interesse particolare per la progettazione i materiali e delle microstrutture delle pellicole sottili del polimero per le applicazioni differenti. Si Noti che la natura esatta della morfologia materiale ed il suo effetto sull'energia strappante erano fuori dall'ambito di questo studio. I lavori futuri Possono potenzialmente fare più indicatore luminoso sul trattamento di frattura delle pellicole differenti del polimero.

Conclusioni

L'energia strappante critica per due nastri disponibili nel commercio del polimero è stata misurata via le prove dello pantalone-strappo facendo uso di un Agilent T150 UTM. La capacità dello strumento di misurare i piccoli caricamenti, con la sua alta risoluzione della forza, ha permesso al bloccaggio delle variazioni in vigore durante lo strappo delle pellicole sottili del polimero, che dovrebbero ispirare i nuovi studi determinare l'effetto della morfologia e della cristallinità sulla natura esatta di propagazione di cricca in queste pellicole. Le Simili prove dello strappo possono anche essere eseguite su altri campioni biologici, quali le microalghe, in cui è difficile da gestire le dimensioni del campione.

Riferimenti

1. Mach, K.J., D.V. Nelson e M.W. Denny, “Tecniche per la predizione delle vite dei macroalgae Wave-spazzati: una mano di fondo su crescita dei meccanici e di crepa di frattura,„ Giornale di Biologia Sperimentale, 2007. 210: p. 2213-2230.
2. Mach, K.J., et al., “Morte con le piccole forze: un'analisi di fatica e di frattura dei macroalgae Wave-spazzati,„ Giornale di Biologia Sperimentale, 2007. 210: p. 2231-2243.
3. Reparto, I.M. e J. Sweeney, I Beni Meccanici dei Polimeri Solidi 2008: John Wiley e Figli, Srl.
4. Greensmith, H.W. ed A.G. Thomas, “Rottura di gomma. III. Determinazione dei beni dello strappo,„ Giornale di Scienza del Polimero, 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., Meccanici di Frattura: Fondamenti ed Applicazioni: Stampa di CRC.

Circa le Tecnologie di Agilent

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Date Added: May 17, 2012 | Updated: Jul 15, 2013

Last Update: 15. July 2013 16:07

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