確定稀薄的聚合物影片重要撕毀的能源使用通用測試機的

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簡介

興趣在稀薄的聚合物影片上在當包裝物料的這個生物科學和半導體包裝,以及他們普遍的應用增加。 研究員在軟的生物材料 [1, 2] 在學習機械重點和破裂工作情況上也表示興趣。 在處理的兩個和實際用量期間,在許多這樣應用,稀薄的聚合物攝製經驗嚴重機械重點。 當大多這些影片是耐久的在張應力下時,他們是非常傾向的對故障在撕毀。 因此,認識臨界能量發行率在影片的破裂期間準確物質設計的,是相當重要的。

通常使用的一個技術評定重要破裂能源在橡膠般材料期間破裂是褲子淚花測試 [3]。 此方法獲得了其名字,因為這些測試的標本包括沿其長軸的長方形頁剪切形成一個褲子型範例 (參見圖 1)。 ` 行程』褲子標本然後進站在方向對面創建撕毀的活動。 重要破裂能源的確定從其他測試方法的要求高明的長度的準確確定,而裂紋擴展的臨界能量版本和費率在褲子淚花測試期間的是高明的長度和範例幾何的獨立。

圖 1. 褲子淚花測試標本概要。

在包裝的磁帶的二種不同類型期間撕毀的破裂此簡要條款詳述一個最近研究確定重要破裂能源。 從 Keysight 技術的科技目前進步水平 (UTM)通用測試機為存在的這個工作使用。 Keysight T150 UTM 雇用一個 nanomechanical 開動的變換裝置題頭導致在範例的負荷使用與一個準確的電容測量儀結合的電磁式驅動,提供在各種各樣的張力的未清區分。

原理

從淚花測試的亦稱重要破裂能源撕毀能源,是每個部件厚度度過的這個能源每個在高明的長度的部件增量。 撕毀的能源在塑性流動進程包括表面能、在黏彈性進程中不可逆轉地消散的能源被消散的和能源。 使用褲子淚花測試的好處在這個假定在所有在能源上的這些變化與高明的長度是按比例和主要是受變形的影響的在這個精銳部隊技巧附近。 因此,總能是測試標本的形狀的獨立,并且這個方式強制是應用的。 換句話說,雖然在淚花精銳部隊的技巧的重點配電器是複雜的,它是這個高明的長度 [4 的] 獨立。

用數學用語,可以產生在淚花測試期間被完成的這個工作:

那裡 F 撕毀的強制和Δc 是淚花距離 [3]。 注意到是重要的,在材料的擴展名的上變化在這滴淚花的技巧和行程之間的是微不足道的和被忽略了在此等式。

這個撕毀的能源或者重要破裂能源,可以被寫如下:

那裡 B 是這個標本的厚度。 因此,通過結合式 1 和 2 :

可以從式 3 被確認這個重要撕毀的能源是最初的範例幾何和精銳部隊長度的獨立。 在淚花測試是需要的取得好結果前後,使用式 2,這個重要撕毀的能源可能也被計算了,雖然更加複雜的高明的長度評定。

實驗

二個不同聚合物磁帶為此研究使用了: 從 3M (即,範例 A) 和從漢高公司公司 (即,範例 B) 的永久性雙棍子磁帶的刻痕魔術磁帶 810。 從範例 A 物質安全性 (MSDS)數據表,影片材料知道是乙酸纖維素 [5]。 這樣信息為範例 B 不是可用的; 然而,最兩面的磁帶由聚丙烯製成。

範例 Ais 59μm 的厚度,而範例 Bis 72μm 的厚度。 使用一個鋒利的剃鬚刀,沿長的維數的一個鋒利的精銳部隊每個標本介紹。 使用標準模板夾子,如圖 2. 所顯示,然後二 ` 行程』在 T150 UTM 被膠合了對二個小的紙板部分并且被掛接。

圖 2. 淚花在 Keysight 使用標準模板夾子的 T150 UTM 的測試標本掛接。

撕毀的測試執行在準靜態的裝載下以 100μm/s. 的擴展名費率。 在裝載,撕毀和轉存這個標本期間,在標本和標本擴展名值的負荷被記錄了。 聚合物磁帶的每種類型三個不同標本被學習有統計差異的想法。

結果

範例的 A 和 B 負荷擴展名曲線在表 3 顯示 (a) 和 3 (b),分別。 它明顯地是明顯的從這花費更低的強制對 A 被比較的淚花範例抽樣 B. 的這些結果。

圖 3. 在褲子淚花測試期間的負荷擴展名回應 (a) 範例的 A 和 (b) 抽樣 B。

曲線的非線性細分市場,在撕毀之前和在轉存期間,對應於在這個標本的行程的存儲的應變能。 在撕毀的進程期間的平均強制範例的 A 是 49mN,并且為範例 B 是 100mN。 注意到是重要的,小的波動按在撕毀期間的強制值從儀器的沒有噪聲,然而相當歸結於在許多聚合物的破裂期間被觀察的棍子清單工作情況。 最大數量發生,當這個精銳部隊延伸,并且最小數量表示高明的拘捕 [6]。 間隔這些波動與材料的形態學很可能關連,例如水晶和無定形的階段的配電器。 然而,系統的微結構描述特性是需要的充分地瞭解棍子清單工作情況。

被計算的撕毀的能源 (兩個範例的式 3) 在表 1 被列出,以及撕毀的強制和膠片厚度。 範例 B 陳列更高被比較的撕毀的能源抽樣 A。 一在應用將使用範例 B 哪裡高電阻撕毀是需要的。

褲子淚花的表 1. 結果在聚合物影片測試。

膠片厚度
(µm)
撕毀的強制
(mN)
重要撕毀的能源
(N/m)
抽樣 A 59 52 ± 2 1750 ±; 80
範例 B 72 97 ± 1 2700 ±; 22

撕毀的能源是設計的稀薄的聚合物影片材料和微結構特別的好處不同的應用的。 注意在此研究的範圍之外,物質形態學的確切的本質和其對這個撕毀的能源的作用是。 未來工作可能可能地顯示不同的聚合物影片的破裂進程的更多清楚。

結論

使用 Keysight T150 UTM,二個商業可用的聚合物磁帶的重要撕毀的能源通過褲子淚花測試被評定了。 在撕毀稀薄的聚合物影片期間,儀器的能力評定小的負荷,以及其高強制解決方法,啟用了變化獲取在強制上的,應該啟發新的研究確定形態學和結晶性的作用對裂紋擴展的確切的本質在這些影片的。 相似的淚花測試在其他生物範例可能也執行,例如微藻類,控制範例維數是難的。

參考

1. 馬赫、 K.J.、 D.V. 納爾遜和 M.W. Denny, 「預測壽命的技術通知被轉移的 macroalgae : 在破裂機械工和裂紋發展的一個初級讀本」,實驗生物, 2007年。 210 日記帳: p. 2213-2230。
2. 馬赫, K.J.,等, 「由小的強制的死亡: 對通知被轉移的 macroalgae 的破裂和疲勞分析」,實驗生物, 2007年。 210 日記帳: p. 2231-2243。
3. 病區、 I.M. 和 J. Sweeney,固定的聚合物機械性能 2008年: 約翰威里和兒子,有限公司。
4. Greensmith、 H.W. 和 A.G. 托馬斯, 「橡膠破裂。 III. 淚花屬性的確定」,聚合物科學日記帳, 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.,破裂機械工: 根本性和應用: CRC 新聞。

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

Last Update: 16. December 2014 12:29

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