ユニバーサル試験機を使用して薄いポリマーフィルムの重大な引き裂くエネルギーの決定

Keysight の技術によって後援される

カバーされるトピック

導入
理論
実験
結果
結論
参照
Keysight の技術について

導入

薄いポリマーフィルムの興味は包装材料として、また普及したアプリケーション包む生物科学および半導体で増加しています。 研究者はまた柔らかい生物的材料 [1、 2] で機械圧力およびひびの動作の調査の興味を示しています。 多くのそのようなアプリケーションでは、薄いポリマーは扱う両方および実際の使用法の間に経験の厳しい機械圧力を撮影します。 これらのフィルムのほとんどが抗張圧力の下で耐久の間、引き裂いた上で障害に非常に傾向があります。 従って、正確で物質的なデザインのためのフィルムのひびの間に重大なエネルギーリリースレートを知っていることはかなり重要です。

ゴムそっくりの材料のひびの間に重大なひびエネルギーを測定するのに一般に利用される 1 つの技術がズボン破損テスト [3] です。 この方法はズボン型のサンプルを形作るためにこれらのテストのための標本が長軸に沿う長方形のシート・カットから成っているので名前を得ました (図 1) を見て下さい。 ズボンの標本の ` の足は」方向の反対にそれから引き裂く処置を作成するために引込まれます。 他のテスト方法からの重大なひびエネルギーの決定はズボン破損テストの間の一流の伝搬の重大なエネルギーリリースそしてレートが一流の長さおよびサンプル幾何学の独立である一方、一流の長さの正確な決定を必要とします。

ズボン破損テスト標本の図 1. 設計図。

この報告書の記事は 2 つのタイプの包装テープの引き裂くひびの間に重大なひびエネルギーを定めるために最近の調査を詳しく述べます。 Keysight の技術からの最新式の (UTM)ユニバーサル試験機は示された作業のために利用されました。 Keysight T150 UTM は緊張の大きい範囲上の顕著な感度を提供する精密な容量性ゲージによって結合される電磁石の作動を使用してサンプルのロードを作り出すために nanomechanical 作動のトランスデューサーヘッドを雇います。

理論

破損テストからの重大なひびエネルギーは別名一流の長さの単位の増加ごとの単位の厚さごとに使われるエネルギーであるエネルギーを引き裂いています。 引き裂くエネルギーはプラスチックフロープロセスに表面散るエネルギー、粘弾性があるプロセスで不可逆的に散るエネルギー、およびエネルギーを含めます。 ズボン破損テストを使用する利点はエネルギーのこれらの変更すべてが一流の長さに比例して、変形によってひび先端の近くに本質的に影響されるという仮定にあります。 それ故に、総合エネルギーはテスト標本の形の独立であり、方法は力応用です。 すなわち、破損のひびの先端の圧力の分布は複雑であるが、一流の長さ [4] の独立です。

数学用語では、破損テストの間にできている作業は下記によって与えることができます:

F がある一方、引き裂く力およびΔc は破損の間隔 [3] です。 破損の先端とこの同等化の足間の材料の拡張の変更が僅かで、無視されたことに注意することは重要です。

引き裂くエネルギー、か重大なひびエネルギーは、次のように書くことができます:

B が標本の厚さであるところ。 それ故に、同等化 1 および 2 の結合によって:

それは同等化 3 から重大な引き裂くエネルギーが最初のサンプル幾何学およびひびの長さの独立であること確認することができます。 重大な引き裂くエネルギーはまた同等化 2 を使用してよい結果を達成するために破損テストが必要である前後にがより複雑な一流の長さの測定計算されたかもしれません。

実験

2 つのポリマーテープはこの調査のために使用されました: 3M (Henkel からのスコットランドの魔法テープ 810 株式会社 (B) すなわち、サンプルからのすなわち、サンプル A) および常置二重棒テープ。 サンプル A の物質的な安全 (MSDS)データ用紙から、フィルム材料はアセチルセルロース [5] であるために知られています。 そのような情報はサンプル B のために使用できません; ただし、両面テープはポリプロピレンから成っています。

サンプル会計情報システム 59μm の厚さ、一方サンプル Bis 72μm の厚さ。 各標本の長い次元に沿う 1 つの鋭いひびは鋭いかみそりの刃を使用して導入されました。 それから 2 本の ` の足は」 2 つの小さいボール紙の部分につき、 T150 UTM に標準テンプレートのグリップを使用して図 2. に示すように、取付けられました。

標準テンプレートのグリップを使用して Keysight T150 UTM の破損テスト標本の図 2. 土台。

引き裂くテストは 100μm/s. の拡張レートの準静的ローディングの下で行われました。 標本および標本の拡張値のロードは標本のローディング、引き裂くこと、および荷を下すことの間に記録されました。 各タイプのポリマーテープの 3 つの標本は統計的な変化の考えを得るために調査されました。

結果

サンプル A および B のためのロード拡張カーブは図 3 で示されています (a) および 3 (b)、それぞれ。 それは B. を見本抽出することを比較される破損のサンプル A に大いにより低い力に取るこれらの結果からはっきり明白です。

(a) サンプル A のためのズボン破損テストの間の図 3. ロード拡張応答および (b) は B. を見本抽出します。

カーブの、引き裂く前のそして荷を下すことの間の非線形セグメントは標本の足の保存された捻転エネルギーに、対応します。 サンプル A のための引き裂くプロセスの間の平均力は 49mN であり、サンプルのため B は 100mN です。 引き裂くことの間の力値の小さい変動が器械からのない騒音多くのポリマーのひびの間に観察される棒スリップの動作が幾分原因でありことに注意することは重要ですではない。 最大値はひびが伸び、最小値が一流の阻止 [6] 表すと発生します。 これらの変動の間隔は結晶および無定形段階の分布のような材料の形態に最もおそらく、関連しています。 ただし十分に棒スリップの動作を理解するために、組織的微細構造の性格描写は必要です。

計算された引き裂くエネルギー (両方のサンプルのための同等化 3) は引き裂く力およびフィルム厚さと共に表 1 に、リストされています。 サンプル B は A. を見本抽出するために比較されるより高く引き裂くエネルギーを表わします。 1 つは抗力が高いアプリケーションで引き裂くためにサンプル B をです必要使用します。

ズボン破損の表 1. の結果はポリマーフィルムでテストします。

フィルム厚さ
(µm)
引き裂く力
(mN)
重大な引き裂くエネルギー
(N/m)
A を見本抽出して下さい 59 52 ± 2 1750 の ±; 80
サンプル B 72 97 ± 1 2700 ±; 22

引き裂くエネルギーは異なったアプリケーションのための薄いポリマーフィルムの材料そして微細構造を設計するための特別な関心です。 物質的な形態の厳密な性質および引き裂くエネルギーに対する効果がこの調査の範囲外にあったことに注目して下さい。 今後の作業は可能性としては異なったポリマーフィルムのひびプロセスのより多くのライトを取除くことができます。

結論

2 つの商用化されたポリマーテープのための重大な引き裂くエネルギーは Keysight T150 UTM を使用してズボン破損テストによって測定されました。 、高い力の解像度と共に測定する器械の機能は新しい調査をこれらのフィルムの一流の伝搬の厳密な性質に対する形態および結晶化度の効果を定めるように促すべきである薄いポリマーフィルムの引き裂くことの間に小さいロードを力の変化の捕獲を可能にしました。 同じような破損テストはまた他の生物的サンプルで、サンプル次元を制御することは困難である microalgae のような行うことができます。

参照

1. マッハ、 K.J.、 D.V. ネルソン、および M.W. Denny、 「波掃除された macroalgae の寿命を予測するための技術: ひびの機械工および一流の成長のプライマー」、実験生物学、 2007 年。 210 のジャーナル: p. 2213-2230。
2. マッハ、 K.J.、等、 「小さい力による死: 波掃除された macroalgae のひびおよび疲労の分析」、実験生物学、 2007 年。 210 のジャーナル: p. 2231-2243。
3. 区、 I.M. および J. Sweeney の固体ポリマー 2008 年の機械特性: ジョンワイリーおよび息子、株式会社。
4. Greensmith、 H.W. および A.G. トマス、 「ゴムの破裂。 III. 破損の特性の決定」、ポリマー科学のジャーナル、 1955.18(88): p. 189-200。
5.
http://www.ivinc.com/pdf/MSDS/Scotch%20Magic%20Tape,%20Post-It%20Notes,%20Post-It%20Flags.pdf
6. アンダーソン、 T.L. のひびの機械工: 基礎およびアプリケーション: CRC の出版物。

Keysight の技術について

Keysight は無線、モジュラー、およびソフトウェア・ソリューションの革新を通して顧客の測定の経験の変形を助けている全体的な電子測定の技術および主導株です。 Keysight は電子機器のデザイン、開発、製造、インストール、配置および操作で使用される電子測定の器械およびシステムおよび関連ソフト、ソフトウエア設計のツールおよびサービス提供します。 Keysight についての情報は www.keysight.com で使用できます。

ソース: Keysight の技術

このソースのより多くの情報のために Keysight の技術を訪問して下さい。

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

Last Update: 16. December 2014 12:30

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