Het Bepalen van de Kritieke Scheurende Energie van de Dunne Films die van het Polymeer een Universele het Testen Machine Met Behulp Van

Gesponsord door Keysight Technologies

Besproken Onderwerpen

Inleiding
Theorie
Experiment
Resultaten
Conclusies
Verwijzingen
Ongeveer Technologieën Keysight

Inleiding

De rente in dunne polymeerfilms stijgt in de de biologische wetenschappen en halfgeleider verpakking, evenals hun populaire toepassing als verpakkende materialen. De Onderzoekers tonen ook rente in het bestuderen van mechanisch spanningen en breukgedrag in zachte biologische materialen [1, 2]. In veel dergelijke toepassingen, ervaren de dunne polymeerfilms strenge mechanische spanningen tijdens zowel behandeling als daadwerkelijk gebruik. Terwijl het grootste deel van deze films onder trekspanningen duurzaam zijn, zijn zij zeer naar voren gebogen aan mislukking op tearing. Aldus, is het vrij belangrijk om het kritieke tarief van de energieversie tijdens breuk van de films voor nauwkeurig materieel ontwerp te kennen.

Één die techniek algemeen wordt gebruikt om de kritieke breukenergie tijdens breuk van rubberachtige materialen te meten is een broek-scheur test [3]. Deze methode kreeg zijn naam omdat het specimen voor deze tests uit een rechthoekige bladbesnoeiing langs zijn lange as bestaat om een broek-vormige steekproef (zie Figuur 1) te vormen. De benen `' van het broekspecimen worden dan getrokken in tegenovergestelde richtingen om tot tearing actie te leiden. De Bepaling van kritieke breukenergie van andere testmethodes vereist nauwkeurige bepaling van barstlengte, terwijl de kritieke energieversie en het tarief van barstpropagatie tijdens een broek-scheur test van barstlengte en steekproefmeetkunde onafhankelijk zijn.

Figuur 1. Schema van broek-scheur testspecimen.

Dit korte artikel detailleert een recente studie om de kritieke breukenergieën tijdens tearing breuk van twee verschillende soorten te bepalen de verpakking van banden. Een overzicht universele het testen machine (UTM) van Technologieën Keysight werd gebruikt voor het voorgestelde werk. Keysight T150 UTM wendt een nanomechanical aandrijvend omvormerhoofd aan om lading op steekproef te veroorzaken gebruikend elektromagnetische die aandrijving met een nauwkeurige capacitieve maat wordt gecombineerd, leverend opmerkelijke gevoeligheid over een grote waaier van spanning.

Theorie

De kritieke breukenergie van een scheurtest is ook genoemd geworden tearing energie, die de energie besteed per eenheidsdikte per eenheidsverhoging van barstlengte is. Het Scheuren van energie omvat verdreven oppervlakte-energie, energie in plastic die stroomprocessen, en energie onherroepelijk in viscoelastic processen wordt verdreven. Het voordeel om de broek-scheur test te gebruiken ligt in de veronderstelling dat elk van deze veranderingen in energie aan barstlengte evenredig zijn en door de misvorming in de buurt van het barst-uiteinde hoofdzakelijk beïnvloed. Vandaar, is de totale energie onafhankelijk van de vorm van het testspecimen en de manier de krachten worden toegepast. Met andere woorden, hoewel de spanningsdistributie bij het uiteinde van een scheurbarst complex is, is het onafhankelijk van de barstlengte [4].

In wiskundige die termen, kan wordt gedaan het werk tijdens een scheurtest worden gegeven door:

waar F is zijn de tearing kracht en Δc de scheurafstand [3]. Het is belangrijk om op te merken dat de veranderingen in uitbreiding van het materiaal tussen het uiteinde van de scheur en de benen te verwaarlozen zijn en in deze vergelijking genegeerd.

De tearing energie, of de kritieke breukenergie, kan worden geschreven zoals:

waar B de dikte van het specimen is. Vandaar, door Vergelijkingen 1 en 2 te combineren:

Het kan van Vergelijking 3 worden bevestigd dat de kritieke tearing energie van de aanvankelijke van de steekproefmeetkunde en barst lengte onafhankelijk is. De kritieke tearing energie kon ook berekend te zijn gebruikend Vergelijking 2, hoewel de ingewikkeldere meting van de barstlengte before and after de scheurtest nodig is om goede resultaten te bereiken.

Experiment

Twee verschillende polymeerbanden werden gebruikt voor deze studie: Schotse Magische Band 810 van 3M (d.w.z., Bemonster A) en de Permanente Dubbele Band van de Stok van Bedrijf Henkel (d.w.z., Steekproef B). Van het materiële blad van veiligheidsgegevens (MSDS) van Steekproef A, is het filmmateriaal gekend om celluloseacetaat te zijn [5]. Dergelijke informatie is niet beschikbaar voor Steekproef B; nochtans, worden de meeste tweezijdige banden gemaakt van polypropyleen.

De dikte van Steekproef Ais 59μm, terwijl de dikte van Steekproef BIB 72μm. Één scherpe barst langs de lange afmeting van elk specimen werd geïntroduceerd gebruikend een scherp scheermesje. Dan werden de twee benen `' gelijmd aan twee kleine kartonstukken en werden opgezet in T150 UTM gebruikend de standaardmalplaatjegrepen, zoals aangetoond in Figuur 2.

Figuur 2. Steun van het specimen die van de scheurtest in Keysight T150 UTM standaardmalplaatjegrepen gebruiken.

De tearing tests werden uitgevoerd onder quasistatic lading aan een uitbreidingstarief van 100μm/s. De lading op specimen en van de specimenuitbreiding waarden werd geregistreerd tijdens lading, tearing, en het leegmaken van het specimen. Drie verschillende specimens van elk type van polymeerband werden bestudeerd om een idee van de statistische variatie te krijgen.

Resultaten

De lading-uitbreiding buigt voor Steekproeven A en B wordt getoond in Cijfers 3 (a) en 3 (B), respectievelijk. Het is duidelijk duidelijk van deze resultaten dat het veel lagere kracht aan scheurSteekproef A in vergelijking met Sample B. neemt.

Figuur 3. Lading-Uitbreiding reactie tijdens de broek-scheur test voor (a) Steekproef A en (b) Sample B.

De niet-lineaire segmenten krommen, voorafgaand aan tearing en tijdens het leegmaken, beantwoorden aan opgeslagen spanningsenergie in de benen van het specimen. De gemiddelde kracht tijdens het tearing proces voor Steekproef A is 49mN en voor Steekproef is B 100mN. Het is belangrijk om op te merken dat de kleine schommelingen in de krachtwaarden tijdens tearing geen lawaai van het instrument zijn maar eerder wegens stok-misstap nam het gedrag tijdens breuk in vele polymeren waar. De maxima komen voor wanneer de barst zich uitbreidt en de minima vertegenwoordigen barstarrestatie [6]. Het interval van deze schommelingen heeft het waarschijnlijkst op de morfologie van het materiaal, zoals de distributie van kristallijne en amorfe fasen betrekking. Nochtans, is de systematische microstructurele karakterisering nodig om het stok-misstap gedrag volledig te begrijpen.

De berekende tearing energieën (Vergelijking 3) voor beide steekproeven zijn vermeld in Lijst 1, samen met de tearing kracht en filmdikte. De Steekproef B stelt hogere tearing energie in vergelijking met Sample A. tentoon. Men zou Steekproef B in toepassingen gebruiken waar de hogere weerstand tegen scheur nodig is.

Lijst 1. Resultaten van broek-scheur tests aangaande polymeerfilms.

De Dikte van de Film
(µm)
Het Scheuren van Kracht
(Mn)
Kritieke Scheurende Energie
(N/m)
Steekproef A 59 52 ± 2 1750 ±; 80
Steekproef B 72 97 ± 1 2700 ±; 22

Het Scheuren van energie is van bijzonder belang om materialen en microstructuren van dunne polymeerfilms voor verschillende toepassingen te ontwerpen. Merk op dat de nauwkeurige aard van de materiële morfologie en zijn effect op de tearing energie buiten de omvang van deze studie waren. De Toekomstige werkzaamheden kunnen meer licht op het breukproces van verschillende polymeerfilms potentieel afwerpen.

Conclusies

De kritieke tearing energie voor twee in de handel verkrijgbare polymeerbanden werd gemeten via broek-scheur tests gebruikend een Keysight T150 UTM. De capaciteit van het instrument om kleine ladingen, samen met zijn hoge krachtresolutie te meten, liet de vangst van variaties van kracht tijdens tearing van dunne polymeerfilms toe, die nieuwe studies zouden moeten inspireren om het effect te bepalen van de morfologie en kristalliniteit op de nauwkeurige aard van barstpropagatie in deze films. De Gelijkaardige scheurtests kunnen ook op andere biologische steekproeven, zoals micro-algen worden uitgevoerd, waar het moeilijk is om de steekproefafmetingen te controleren.

Verwijzingen

1. Mach, K.J., D.V. Nelson, en M.W. Denny, „Technieken om de levens van golf-geveegde macroalgae te voorspellen: een inleiding op van de breukwerktuigkundigen en barst de groei,“ Dagboek van Experimentele Biologie, 2007. 210: p. 2213-2230.
2. Mach, K.J., et al., „Dood door kleine krachten: een breuk en moeheidsanalyse van golf-geveegde macroalgae,“ Dagboek van Experimentele Biologie, 2007. 210: p. 2231-2243.
3. Afdeling, I.M. en J. Sweeney, de Mechanische Eigenschappen van Stevige Polymeren 2008: John Wiley en Zonen, Ltd.
4. Greensmith, H.W. en A.G. Thomas, „Breuk van rubber. III. Bepaling van scheureigenschappen,“ Dagboek van de Wetenschap van het Polymeer, 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., de Werktuigkundigen van de Breuk: Grondbeginselen en Toepassingen: CRC Pers.

Ongeveer Technologieën Keysight

Keysight is een globale elektronische van de metingstechnologie en markt leider die de metingservaring van zijn klanten door innovatie helpen om te zetten in draadloze, modulaire, en softwareoplossingen. Keysight verleent elektronische metingsinstrumenten en systemen en verwante die software, van het softwareontwerp hulpmiddelen en de diensten in het ontwerp, de ontwikkeling, de vervaardiging, de installatie, de plaatsing en de verrichting van elektronische apparatuur worden gebruikt. De Informatie over Keysight is beschikbaar in www.keysight.com.

Bron: De Technologieën van Keysight

Voor meer informatie over deze bron te bezoeken gelieve Technologieën Keysight.

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

Last Update: 16. December 2014 12:29

Ask A Question

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

Leave your feedback
Submit