确定稀薄的聚合物影片重要撕毁的能源使用通用测试机的

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简介
原理
实验
结果
结论
参考
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简介

兴趣在稀薄的聚合物影片上在当包装物料的这个生物科学和半导体包装,以及他们普遍的应用增加。 研究员在软的生物材料 [1, 2] 在学习机械重点和破裂工作情况上也表示兴趣。 在处理的两个和实际用量期间,在许多这样应用,稀薄的聚合物摄制经验严重机械重点。 当大多这些影片是耐久的在张应力下时,他们是非常倾向的对故障在撕毁。 因此,认识临界能量发行率在影片的破裂期间准确物质设计的,是相当重要的。

通常使用的一个技术评定重要破裂能源在橡胶般材料期间破裂是裤子泪花测试 [3]。 此方法获得了其名字,因为这些测试的标本包括沿其长轴的长方形页剪切形成一个裤子型范例 (参见图 1)。 ` 行程’裤子标本然后进站在方向对面创建撕毁的活动。 重要破裂能源的确定从其他测试方法的要求高明的长度的准确确定,而裂纹扩展的临界能量版本和费率在裤子泪花测试期间的是高明的长度和范例几何的独立。

图 1. 裤子泪花测试标本概要。

在包装的磁带的二种不同类型期间撕毁的破裂此简要条款详述一个最近研究确定重要破裂能源。 从 Keysight 技术的科技目前进步水平 (UTM)通用测试机为存在的这个工作使用。 Keysight T150 UTM 雇用一个 nanomechanical 开动的变换装置题头导致在范例的负荷使用与一个准确的电容测量仪结合的电磁式驱动,提供在各种各样的张力的未清区分。

原理

从泪花测试的亦称重要破裂能源撕毁能源,是每个部件厚度度过的这个能源每个在高明的长度的部件增量。 撕毁的能源在塑性流动进程包括表面能、在黏弹性进程中不可逆转地消散的能源被消散的和能源。 使用裤子泪花测试的好处在这个假定在所有在能源上的这些变化与高明的长度是按比例和主要是受变形的影响的在这个精锐部队技巧附近。 因此,总能是测试标本的形状的独立,并且这个方式强制是应用的。 换句话说,虽然在泪花精锐部队的技巧的重点配电器是复杂的,它是这个高明的长度 [4 的] 独立。

用数学用语,可以产生在泪花测试期间被完成的这个工作:

那里 F 撕毁的强制和Δc 是泪花距离 [3]。 注意到是重要的,在材料的扩展名的上变化在这滴泪花的技巧和行程之间的是微不足道的和被忽略了在此等式。

这个撕毁的能源或者重要破裂能源,可以被写如下:

那里 B 是这个标本的厚度。 因此,通过结合式 1 和 2 :

可以从式 3 被确认这个重要撕毁的能源是最初的范例几何和精锐部队长度的独立。 在泪花测试是需要的取得好结果前后,使用式 2,这个重要撕毁的能源可能也被计算了,虽然更加复杂的高明的长度评定。

实验

二个不同聚合物磁带为此研究使用了: 从 3M (即,范例 A) 和从汉高公司公司 (即,范例 B) 的永久性双棍子磁带的刻痕魔术磁带 810。 从范例 A 物质安全性 (MSDS)数据表,影片材料知道是乙酸纤维素 [5]。 这样信息为范例 B 不是可用的; 然而,最两面的磁带由聚丙烯制成。

范例 Ais 59μm 的厚度,而范例 Bis 72μm 的厚度。 使用一个锋利的剃须刀,沿长的维数的一个锋利的精锐部队每个标本介绍。 使用标准模板夹子,如图 2. 所显示,然后二 ` 行程’在 T150 UTM 被胶合了对二个小的纸板部分并且被挂接。

图 2. 泪花在 Keysight 使用标准模板夹子的 T150 UTM 的测试标本挂接。

撕毁的测试执行在准静态的装载下以 100μm/s. 的扩展名费率。 在装载,撕毁和转存这个标本期间,在标本和标本扩展名值的负荷被记录了。 聚合物磁带的每种类型三个不同标本被学习有统计差异的想法。

结果

范例的 A 和 B 负荷扩展名曲线在表 3 显示 (a) 和 3 (b),分别。 它明显地是明显的从这花费更低的强制对 A 被比较的泪花范例抽样 B. 的这些结果。

图 3. 在裤子泪花测试期间的负荷扩展名回应 (a) 范例的 A 和 (b) 抽样 B。

曲线的非线性细分市场,在撕毁之前和在转存期间,对应于在这个标本的行程的存储的应变能。 在撕毁的进程期间的平均强制范例的 A 是 49mN,并且为范例 B 是 100mN。 注意到是重要的,小的波动按在撕毁期间的强制值从仪器的没有噪声,然而相当归结于在许多聚合物的破裂期间被观察的棍子清单工作情况。 最大数量发生,当这个精锐部队延伸,并且最小数量表示高明的拘捕 [6]。 间隔这些波动与材料的形态学很可能关连,例如水晶和无定形的阶段的配电器。 然而,系统的微结构描述特性是需要的充分地了解棍子清单工作情况。

被计算的撕毁的能源 (两个范例的式 3) 在表 1 被列出,以及撕毁的强制和胶片厚度。 范例 B 陈列更高被比较的撕毁的能源抽样 A。 一在应用将使用范例 B 哪里高电阻撕毁是需要的。

裤子泪花的表 1. 结果在聚合物影片测试。

胶片厚度
(µm)
撕毁的强制
(mN)
重要撕毁的能源
(N/m)
抽样 A 59 52 ± 2 1750 ±; 80
范例 B 72 97 ± 1 2700 ±; 22

撕毁的能源是设计的稀薄的聚合物影片材料和微结构特别的好处不同的应用的。 注意在此研究的范围之外,物质形态学的确切的本质和其对这个撕毁的能源的作用是。 未来工作可能可能地显示不同的聚合物影片的破裂进程的更多清楚。

结论

使用 Keysight T150 UTM,二个商业可用的聚合物磁带的重要撕毁的能源通过裤子泪花测试被评定了。 在撕毁稀薄的聚合物影片期间,仪器的能力评定小的负荷,以及其高强制解决方法,启用了变化获取在强制上的,应该启发新的研究确定形态学和结晶性的作用对裂纹扩展的确切的本质在这些影片的。 相似的泪花测试在其他生物范例可能也执行,例如微藻类,控制范例维数是难的。

参考

1. 马赫、 K.J.、 D.V. 纳尔逊和 M.W. Denny, “预测寿命的技术通知被转移的 macroalgae : 在破裂机械工和裂纹发展的一个初级读本”,实验生物, 2007年。 210 日记帐: p. 2213-2230。
2. 马赫, K.J.,等, “由小的强制的死亡: 对通知被转移的 macroalgae 的破裂和疲劳分析”,实验生物, 2007年。 210 日记帐: p. 2231-2243。
3. 病区、 I.M. 和 J. Sweeney,固定的聚合物机械性能 2008年: 约翰威里和儿子,有限公司。
4. Greensmith、 H.W. 和 A.G. 托马斯, “橡胶破裂。 III. 泪花属性的确定”,聚合物科学日记帐, 1955.18(88) : p. 189-200。
5.
http://www.ivinc.com/pdf/MSDS/Scotch%20Magic%20Tape,%20Post-It%20Notes,%20Post-It%20Flags.pdf
6. 安徒生, T.L.,破裂机械工: 根本性和应用: CRC 新闻。

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

Last Update: 16. December 2014 12:29

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