JoVE Logo
Authors
Contact Us

Sign In

A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.

In This Article

  • Summary
  • Abstract
  • Introduction
  • Protocol
  • תוצאות
  • Discussion
  • Disclosures
  • Acknowledgements
  • Materials
  • References
  • Reprints and Permissions

Summary

מטרת המחקר היתה לפתח פרוטוקולים כדי להכין דגימות עקביות עבור בדיקה מכנית מדויקת של הגבוה בחוזק ארמיד או ultra-high-טוחנת-מבוסס פוליאתילן המוני מבוססי פלסטיק המורכב חומרים גמישים למינציה ולתאר פרוטוקולים לביצוע הזדקנות מלאכותית על חומרים אלה.

Abstract

רבים עיצובים שריון הגוף לשלב כחד (UD) ציפויים. ציפויים מסוג UD בנויים דקים (< 0.05 מ"מ) שכבות של יפצחו בעלי ביצועים גבוהים, כאשר היפצחו בכל שכבה מכוונים במקביל זה לזה ומוחזקים במקום באמצעות שרפים קלסר וסרטי פולימר דקים. השריון נבנה על ידי הערמה של שכבות חד כיווני בכיוונים שונים. עד כה, רק עבודה מוקדמת מאוד בוצעה כדי לאפיין את ההזדקנות של שרפים קלסר המשמש ציפויים חד כיווני ואת ההשפעות על הביצועים שלהם. לדוגמה, במהלך הפיתוח של פרוטוקול התניה המשמש המכון הלאומי לצדק תקן-0101.06, מתקנים UD הראו סימנים חזותיים של דלאמנציה והנחות ב V50, אשר הוא המהירות שבה מחצית קליעים צפויים לנקב את השריון, לאחר הזדקנות. הבנה טובה יותר של שינויי תכונת החומר בציפויים ב-UD נחוצה כדי להבין את הביצועים לטווח הארוך של שריונות שנבנו מחומרים אלה. אין סטנדרטים נוכחיים המומלצים לחקר מכני כיווני (UD) חומרים למינציה. מחקר זה בוחן את השיטות ואת השיטות הטובות ביותר לבחון במדויק את התכונות המכאניות של חומרים אלה ומציע מתודולוגיה לבדיקה חדשה עבור חומרים אלה. שיטות מומלצות להזדקנות חומרים אלה מתוארות אף הן.

Introduction

המכון הלאומי לתקנים וטכנולוגיה מסייע לאכיפת החוק ולסוכנויות המשפט הפלילי להבטיח כי הציוד שהם רוכשים והטכנולוגיות בהן הם משתמשים הם בטוחים, מהימנים ויעילים מאוד, באמצעות תוכנית מחקר מטפל ביציבות ארוכת טווח של סיבים בעלי עוצמה גבוהה המשמשים בשריון הגוף. עבודה קודמת1,2התמקדה הכישלון בשדה של שריון הגוף עשוי חומר פולי (p-phenylene-2, 6-benzobisoxazole), או pbo, אשר הובילו לתיקון העיקרי למכון הלאומי של הצדק (nij של) שריון גוף סטנדרטי 3. מאז שחרורו של תקן זה שתוקן, העבודה המשיכה לחקור את המנגנון לבחון מנגנונים של הזדקנות בסיבים נפוצים אחרים כגון פוליאתילן גבוהה מאוד-טוחנת המסה (UHMMPE)4 ו פולי (p-phenylene terאפרם), או ppta, ידוע בכינויו aramid. עם זאת, כל העבודה הזאת התמקדה בהזדקנות של יפצחו וסיבים בודדים, שהוא הרלוונטי ביותר עבור בדים ארוגים. עם זאת, הרבה עיצובים שריון הגוף לשלב למינט UD. עוד ציפויים בנויים משכבות סיבים דקים (< 0.05 מ"מ) היכן שהסיבים בכל שכבה מקבילים זה לזה5,6,7 והשריון נבנה על ידי הערמה של גיליונות דקים בכיוונים מתחלפים, כפי שמתואר באיור 1a משלים. עיצוב זה מסתמך באופן מסיבי על שרף קלסר להחזיק את הסיבים בכל שכבה בדרך כלל מקביל, כפי שנראה באיור המשלים 1b, ולשמור על כיוון המוערך 0 °/90 ° של הבדים מוערמים. כמו בדים ארוגים, למינט UD בדרך כלל בנויים מתוך שני וריאציות סיבים עיקריים: ארמיד תוך או UHMMPE. ציפויים מספקים מספר יתרונות למעצבים בשריון הגוף: הם מאפשרים מערכת השריון במשקל נמוך בהשוואה לאלה המשתמשים בבדים ארוגים (עקב אובדן כוח במהלך האריגה), לחסל את הצורך בבנייה ארוגים, ולנצל סיבי קוטר קטן לספק ביצועים דומים לבדים ארוגים, אך במשקל נמוך יותר. Ppta הוכח בעבר להיות עמיד בפני השפלה הנגרמת על ידי טמפרטורה ולחות1,2, אבל האוגדן עשוי לשחק תפקיד משמעותי בביצועים של עוד למינציה. כך, ההשפעות הכלליות של סביבת השימוש על שריון מבוסס PPTA אינם ידועים8.

עד היום, רק עבודה מוקדמת מאוד בוצעה כדי לאפיין את ההזדקנות של שרפים קלסר בשימוש אלה למינט UD ואת ההשפעות של הזדקנות קלסר על ביצועים בליסטיים של למינציה UD. לדוגמה, במהלך הפיתוח של פרוטוקול המיזוג בשימוש בתקן nij-0101.06, עוד ציפויים הראו סימנים חזותיים של דלאמנציה והפחתות ב-V50 אחרי הזדקנות1,2,8. תוצאות אלו מדגימות את הצורך בהבנה יסודית של תכונות החומר עם הזדקנות, על מנת להעריך את הביצועים המבניים לטווח ארוך של החומר. זה, בתורו, מחייבת פיתוח של שיטות סטנדרטיות לחקור את מאפייני הכישלון של חומרים אלה. המטרות העיקריות של עבודה זו הן לחקור שיטות ושיטות מומלצות לבדיקה מדויקת של התכונות המכאניות של חומרי למינציה של UD ולהצעת מתודולוגיה חדשה לבדיקה לחומרים אלה. שיטות מומלצות להזדקנות חומרי למינציה UD מתוארות גם בעבודה זו.

הספרות מכילה מספר דוגמאות של בדיקת תכונות מכניות של עוד ציפויים לאחר לחיצה חמה על שכבות מרובות למדגם קשיח9,10,11. עבור ציפויים מרוכבים קשיחים, ASTM D303912 ניתן להשתמש; עם זאת, במחקר זה, החומר הוא כ 0.1 מ"מ עבה ולא נוקשה. חומרים מסוימים למינציה משמשים כסמנים מראש לבצע מאמרים הגנה נוקשה כגון קסדות או לוחיות עמידות בליסטיים. עם זאת, דק, גמיש למינציה יכול לשמש גם כדי להפוך את שריון הגוף9,13.

מטרת העבודה היא לפתח שיטות לחקר הביצועים של החומרים בשריון גוף רך, ולכן שיטות הכרוכות בהקשה חמה לא נחקרו משום שהן אינן מייצגות את אופן השימוש בחומר בשריון גוף רך. ASTM הבינלאומי יש כמה סטנדרטים בדיקה שיטות הנוגעות לבדיקת רצועות של בד, כולל ASTM D5034-0914 שיטת הבדיקה הסטנדרטית עבור חוזק והתארכות של בדים טקסטיל (לתפוס מבחן), ASTM D5035-1115 מבחן סטנדרטי שיטה לכוח שבירת והתארכות של בדים טקסטיל (שיטת הרצועה), ASTM D6775-1316 שיטת הבדיקה הסטנדרטית לחוזק והתארכות הWebbing טקסטיל, סרט וחומר קלוע, ו ASTM D395017 מפרט סטנדרטי עבור חסון, Nonmetallic תכתי (ושיטות הצטרפות). סטנדרטים אלה יש כמה הבדלים מרכזיים במונחים של תפסי בדיקה בשימוש ואת גודל הדגימה, כפי שהוזכר להלן.

שיטות המתוארות ב ASTM D5034-0914 ו astm D5035-1115 מאוד דומות ומתמקדות בבדים סטנדרטיים במקום בעלי מרוכבים בעלי עוצמה גבוהה. עבור בדיקות אלה שני סטנדרטים, פרצופים הלסת של אוחז הם חלק ושטוח, למרות שינויים מותרים עבור דגימות עם מתח כישלון גדול יותר מ 100 N/cm כדי למזער את התפקיד של כשל מקל-slip מבוסס. שינויים מוצעים כדי למנוע החלקה הם לרפד את הלסתות, לרפד את הבד מתחת ללסתות, ולשנות את פני הלסת. במקרה של מחקר זה, המתח הכשל המדגם הוא כ 1,000 N/cm, ולכן, זה סגנון של אוחז תוצאות החלקה לדוגמה מוגזמת. ASTM D6775-1316 ו astm D395017 מיועדים לחומרים הרבה יותר חזקים, ושניהם מסתמכים על הידיות. לפיכך, מחקר זה התמקד בשימוש של אוחז.

יתר על כן, גודל הדגימה משתנה במידה ניכרת בין אלה ארבעה סטנדרטים ASTM. סטנדרטים webbing וחסונים, ASTM D6775-1316 ו ASTM D395017, לציין כדי לבדוק את הרוחב המלא של החומר. ASTM D677516 מציין רוחב מירבי של 90 מ"מ. לעומת זאת, סטנדרטים במרקם14,15 לצפות את הדגימה להיות לחתוך לרוחב ולציין 25 מ"מ או 50 mm רוחבו. האורך הכולל של הדגימה משתנה בין 40 ס מ ו 305 ס"מ, ואת אורך מד משתנה בין 75 מ"מ ו 250 מ"מ לאורך תקני ASTM אלה. מאז תקני ASTM שונים במידה ניכרת לגבי גודל הדגימה, שלושה רוחבי שונים ושלושה אורכים שונים נחשבו עבור מחקר זה.

המינוח המתייחס הכנה הדגימה בפרוטוקול הוא כדלקמן: בורג > חומר מקודמן > חומר > הדגימה, שם המונח בריח מתייחס גליל של UD למינציה, חומר מקודמן מתייחס כמות בלתי הפצע של בד UD עדיין מחובר אל הבורג, החומר מתייחס לחלק מופרד של UD למינציה, והדגימה מתייחסת לחלק בודד להיבדק.

Protocol

1. הליך גזירה עבור דגימות של כיוון פיתול החתוכים בניצב לציר הגליל

  1. זיהוי בורג של חומר חד כיווני שייבדק.
    הערה: אין עיוות (משמש לתיאור הכיוון הניצב לציר הגליל) ו-בד סריגים אלסטי (משמש לתיאור הכיוון המקביל לציר הגליל) במובן הטקסטיל המסורתי, כיוון שהחומר המשמש כאן אינו ארוג, אך מונחים אלה מושאלים ב r בהירות.
  2. הסרת הברק באופן ידני כדי לחשוף את החומר הקודמן (כלומר, החומר המזוהה שאינו מגיע מהבורג אך עדיין מחובר לברק).
    הערה: רוחב הבורג הזה יהפוך לאורך הכולל של החומר (עיין באיור 1b), כך שאורכו של 300 מ"מ (מתאים לאורך הדגימה של 600 מ"מ), באמצעות ההליך ותפסי הבדיקה המפורטים להלן, פיסת חתך החומר מן הבורג צריך להיות רחב 600 מ"מ. אורך פיסת החומר הזה יהיה הרוחב של הבורג שבו החומר מגולגל (כ 1,600 מ"מ, במקרה זה). מתוארים באיור משלים 1b.
  3. ודא באופן חזותי שכיוון הסיבים הראשיים מקביל לרוחב הבורג, כפי שמוצג באיור 1b. כיוון הסיבים של השכבה העליונה של החומר (כלומר, אשר הצופה רואה כאשר מביט מטה אל הדגימה) הוא כינה את כיוון הסיבים העיקריים.
  4. חותכים כרטיסיה קטנה בחומר הקודמן עם אזמל, כ 3 מ"מ רוחב, עם אורך הלשונית מיושרים במקביל עם כיוון הסיבים העיקריים של החומר הקודמן, כפי שמוצג באיור 1c משלים.
  5. אחוז את הלשונית באופן ידני ומשוך אותו למעלה כדי לקרוע את הלשונית ולחשוף את הסיבים בשכבה שמתחת, הפועל בניצב ללשונית. המשך למשוך בלשונית עד ששתי השכבות הופרדו לאורך כל החומר הקודמן ( איור משלים 1d).
    הערה: שלב זה יפיק אזור שבו רק סיבים מצולבים גלויים, כפי שמוצג באיור 1d משלים.
  6. הסר את כל הסיבים רופף השכנה את סיבי הצלב חשוף שנותרו מקצה הלשונית.
    הערה: במערכת למינציה הנוכחית, היא נצפתה כי הסיבים אינם מקבילים באופן מושלם (כפי שמוצג באיור 1) וכי הם עלולים לעבור מעל סיבים שכנים. כך, סיבים השכנה להפריד לעיתים קרובות להפריד בתהליך זה. הסיבים השכנים שאינם רופפים עשויים להיות במרחק של 1 – 2 מ"מ מהנתיב הצפוי של הכרטיסייה המשמשת להפרדה.
  7. באמצעות אזמל רפואי, לחתוך לאורך סיבי הצלב חשוף, ובכך להפריד את פיסת חומר מקודמן מן הבריח.
    1. לקבוע את המרחק לחתוך כי מקהה את הלהב, גורם חתך נקי פחות (כלומר לאחר 400 ס מ של חיתוך החומר הזה, אזמל יכול להיות עמום ושרוט, כפי שמוצג איור משלים 2 ו איור משלים 3). החלף את הלהב לפני שהוא הופך לעמום, או אם הוא ניזוק. בדוק מספר כלי חיתוך בעת בדיקת סוג אחר של חומר כדי לקבוע את הטוב ביותר.
      זהירות: יש לקחת את הטיפול בעזרת כל הלהבים החדים או כלי החיתוך כדי למנוע פציעה. כפפות לחתוך עמידים ניתן לענוד בשלב זה כדי להפחית את הסיכון לפציעה.
  8. הפוך את החומר, כך שכעת, כיוון הסיבים העיקריים הוא בכיוון העיקום.
    הערה: מכיוון שכיוון הסיבים העיקריים מתייחס לשכבה המוצגת (השכבה העליונה), הפיכת החומר מעל תשנה את כיוון הסיבים העיקריים מ-בד סריגים אלסטי לפיתול (ראה משלים איור 1b).
  9. סמן את קווי האחיזה על החומר המיושר לכיוון ה-בד סריגים אלסטי.
    הערה: קווים אלה פועלים מקצה מיוצר לקצה מיוצר, במקביל לקצוות החתוכים ו-115 מ"מ מקצוות אלה לחתוך. אלה יהיו עוד הסביר בשלב 4.4.1, אבל את קווי אחיזה הם קווים המשמשים בעת טעינת דגימות (אשר חתוכים מאוחר יותר) לתוך אוחז בדיקות מתיחה.
  10. לקבוע את כיוון הסיבים העיקריים עבור הדגימה להיות גזור מן החומר, באמצעות שלב 1.3.
    הערה: שים לב לכך שכיוון הסיבים עשוי שלא להיות בדיוק בניצב לקצה היוצר; במקרה כזה, עקבו אחר קו הסיבים המדוייק. הימנע מהאזור שליד הקצה המיוצר, מכיוון שייתכן שהוא אינו משקף במדויק מאפייני חומר בצובר.
  11. האוריינט החומר על מתאים הריפוי העצמי המתאים מחצלת חיתוך כי הוא גדול מספיק כדי להתאים את רוחב החומר (בין הקצוות לחתוך) אורך (כיוון weft) של לפחות 300 מ"מ, כפי שהוא מופנה בשלב 1.16.
    1. יישר בזהירות את כיוון הסיבים עם קווי הרשת שעל מחצלת החיתוך. השתמש בקצה החתוך של החומר כמנחה בציפוי החומר; עם זאת, יישור כיוון הסיבים של הדגימה הוא החשוב ביותר.
    2. הקלטת את החומר למשטח החיתוך.
      הערה: אין למקם את הקלטת במקום כלשהו ליד מרכז הדגימה; במקום זאת, יש להשתמש בו במה שיהיו קצות הדגימות מהחומר. הקצוות יהיה אוחז כאשר הדגימה נבדק; לכן, כל נזק שנגרם לחומר על-ידי הקלטת ממוזער. מדביק רק את פינות החומר כי הם רחוקים מן החתך יבטיח כי החומר לא יזוז וכי, כאשר חיתוך הדגימה, הלהב לא יהיה גם חיתוך קלטת. נייר דבק נמוך (לדוגמה, קלטת הציור) עובד היטב משום שהוא מספיק טוב כדי לשמור על הבד במקום מבלי לפגוע בחומר כאשר הוא מוסר.
  12. חותכים את הדגימות מהחומר בעזרת הלהב והקצה הישר. . הרצועות הנוצרות הן הדגימות אל תתנו לחומר לנוע בתהליך זה; אחרת, לקבוע את כיוון סיבים מחדש ולחדש את החומר בהתאם.
    1. מניחים את הקצה הישר במיקום הרצוי המתאים לרוחב הדגימה המתאים (כלומר, 30 מ"מ). שים לב האזמל הרפואי דק מספיק כי אין היסט במיקום של הקצה הישר הוא הכרחי כדי להסביר את מיקום החיתוך. יישר את הקצה הישר לרשת על מחצלת חיתוך או כל קו התייחסות אחר מבוסס-משתמש על מחצלת חיתוך.
    2. הצמד את הקצה הישר למקומו על-ידי הצבת צורה בשני הקצוות של הקצה הישר. בדקו את המיקום של הקצה הישר לאחר הצבת הצורה, מכיוון שהיא הועברה בתהליך הלאורך.
  13. חותכים את הדגימה הרחק מן החומר לאורך הקצה הישר, באמצעות אזמל רפואי. ודא שחתך אחד, נקי וחלק, עם מהירות ולחץ קבועים.
    הערה: לחץ מסוים יכול להיות מיושם על ידי הלהב נגד הקצה הישר כדי לשמור על חיתוך הלהב בדיוק בקצה הקצה הישר.
    התראה: יש לנקוט טיפול כדי להימנע מפציעה, לכן רצוי לחבוש כפפות שאינן עמידות כאשר מטפלים באזמל הרפואי. יתרה מזאת, מכיוון שניתן להשיג את החיתוך החלק בזמן החיתוך לגוף, לבישת סינר או מעיל מעבדה מומלץ.
  14. בדוק את הקצה החתוך של הרצועה מתחת למיקרוסקופ. שנו את הלהב אם לקצה החתוך יש סיבים בולטות באופן משמעותי או פגמים אחרים בהשוואה לחתך שנעשה בעזרת להב חד וחדש.
  15. בטל את התפס את הקצה הישר, ודאג לכך שהחומר לא יזוז בתהליך. אם החומר אכן זז, קבע מחדש את כיוון הסיבים והעבר את החומר בהתאם.
  16. חזור על שלבים 1.12 – 1.15 עד למספר המרבי של דגימות שניתן לגזור מ-300 מ"מ החומר התקבל.
    הערה: עבור דגימות עם רוחב של 30 מ"מ, 300 מ"מ של חומר הוא שווה ל 10 דגימות, ואילו עבור דגימות עם רוחב של 70 מ"מ, זה שווה ל 4 דגימות. זו מגבלה 300 mm נקבע לעבוד היטב עבור למינציה חד כיווני למד כאן אך עשוי להשתנות עבור ציפויים אחרים.
  17. חזרו על צעדים 1.10 – 1.11 לפי הצורך (כלומר, קבעו מחדש את כיוון הסיבים הראשי והעבר את החומר לפני שתמשיכו לחתוך עוד דגימות).
    הערה: ניתן להשהות את הפרוטוקול כאן. אם אין להשתמש בדגימות באופן מיידי, אחסן אותן במיקום חשוך ומקיף.

2. הליך גזירה של דגימות וכיוון שנחתכו לאורך ציר הגליל

הערה: אין עיוות ו-בד סריגים אלסטי במובן הטקסטיל המסורתי, כמו החומר המשמש כאן אינו ארוג, אבל מונחים אלה מושאל לבהירות.

  1. לקבוע את רוחב ואורך של החומר הרצוי לפי מספר וגודל של דגימות לגזור.
    הערה: עבור למינציה כיווני זה ועבור דגימות עם אורך מד של כ 300 מ"מ, שני דגימות הניח קצה לקצה ניתן לגזור לאורך רוחב הבריח. כך, סט של 40 דגימות עשוי להיות גזור בשתי עמודות של 20 דגימות כל אחד, כפי שמוצג באיור 4, לפני ניתוק החומר מן הגליל. אם הרוחב של הדגימות הוא 30 מ"מ, אז החומר צריך להיות גזור ב 20x רוחב של הדגימה (כמו שיש 20 דגימות לכל עמודה) עם קצת שטח נוסף (כלומר, 610 מ"מ).
    1. לקבוע את כיוון סיבים לאורך בד סריגים אלסטי עבור רוחב הריבית, בעקבות ההוראות מתוך שלבים 1.4 – 1.6.
    2. חותכים את סיבי הצלב החשופים (כלומר, מעבר לסיבי העיוות) באמצעות להב, ובכך מפרידים את החומר הקודמן מן הבריח.
      זהירות: יש לקחת את הטיפול בכל הלהבים החדים או בכלי החיתוך, כדי למנוע פציעה. כפפות לחתוך עמידים ניתן לענוד בשלב זה כדי להפחית את הסיכון לפציעה.
  2. היכונו לחתוך אורכי התואמים את אורך הדגימה הרצויה (כלומר, לחתוך את כיוון העיוות על אורך הדגימה של עניין). כדי להשיג 300 mm אורך למדוד (המתאים לאורך הדגימה 600 mm הכולל), באמצעות ההליך ואת תפסי בדיקה המצוין להלן, זכור כי החומר צריך עכשיו להיות 600 mm x 610 mm.
  3. בצע את השלבים 1.9 – 1.17 כדי לגזור את הדגימות הרצויות.
    הערה: ניתן להשהות את הפרוטוקול כאן. אם אין להשתמש בדגימות באופן מיידי, אחסן אותן במיקום חשוך ומקיף.

3. ניתוח שיטות חיתוך ע י סריקת מיקרוסקופ אלקטרוני

  1. הכינו את הדגימות לניתוח על-ידי סריקת מיקרוסקופ אלקטרוני (SEM) על-ידי חיתוך ריבועים של כ 5 מ"מ באורך וברוחב, שימור לפחות שני קצוות הכיכר מטכניקת החיתוך של הריבית. אלה הקצוות שנשמרו צריך להיות מזוהה הם הקצוות כי יהיה להעריך מתחת למיקרוסקופ.
  2. הר את הדגימות על מחזיק מדגם SEM על ידי שמירה עליהם עם מלקחיים על קלטת פחמן דו צדדית מתאים.
  3. העילו את הדגימות בשכבה דקה (5 ננומטר) של חומר מוליך, כגון פלדיום זהב (Au/Pd), כדי להמתיק את השפעות טעינת המשטח תחת מיקרוסקופ אלקטרון סריקה.
  4. העמיסו את הדגימות לתוך מיקרוסקופ אלקטרוני סריקה ולדמות אותם בערך 2 kV האצת מתח עם 50-100 הרשות הפלסטינית זרם. החל הגדרות ניטרול הטעינה כדי לטעון מונה השפעות במידת הצורך.

4. בדיקות מתיחה של מדגמים של UD למינציה

  1. למדוד את להתמודד כדי לקבוע את ההבדל בין ערך המיקום המקורי הוצלב ואת המרחק בין איפה הדגימה לקשר העליון והתחתון אוחז תחת מתח מינימלי. קרא את המיקום הוצלב מתוכנת הבדיקה. לחשב את האורך מד אפקטיבי מתוך זה על ידי מדידת אורך מד אפקטיבי במיקום זה הוצלב. הוסף את ההיסט (כמות ההזחה) למיקום הוצלב כדי לקבוע את אורך מד התוקף (אורך מד הזמן האפקטיבי הנמדד פחות מהמיקום הוצלב).
  2. מספר את הדגימות שהוכנו על פי סעיפים 1 ו-2 עם סמן קבוע רך משופעת כך את הסדר שבו הם היו מוכנים ברור. סמן גם מידע נוסף, כגון תאריך ההכנה והאוריינטציה.
    הערה: הדגימות המשמשות במסמך זה כוללים מימדים של 30 מ"מ x 400 מ"מ-אך מידות לדוגמה עשויות להשתנות לחומרים אחרים-והתקבלו על-ידי ביצוע הפעולות בסעיף 1 או בסעיף 2. אם אין להשתמש בדגימות באופן מיידי, אחסן אותן במיקום חשוך ומקיף.
  3. אם המתח נמדד באמצעות הארכת וידאו הרחבה, לסמן באופן ידני את נקודות מד עם סמן קבוע, באמצעות תבנית לעקביות, כפי שמוצג באיור 5a, כדי לתת נקודות עבור הארכת וידאו כדי לעקוב ולכן, למדוד זן. אם המתח יחושב מהתזוזה הצלבות, דלג על שלב זה.
  4. לטעון את הדגימה לתוך מרכז אוחז.
    1. הכנס את סופו של הדגימה דרך הפער בתוך הקפיסטן ומקם את סופו של הדגימה בשורת האחיזה שצוירה בשלב 1.9, כפי שמוצג באיור 5b. לטפל למרכז את הדגימה על האוחז על ידי יישור המרכז של הדגימה בתוך כ 1 מ"מ ממרכז הידיות.
    2. להפוך את כנן למיקום הרצוי, וודא לשמור על הדגימה ממורכז. השתמש במכשיר מתוך שימוש-לדוגמה, מגנט שהונח על הדגימה אם האוחז מגנטי-כדי להחזיק בעדינות את הדגימה במקומו, ולנעול את הקפסטן במקום עם הפינים הנועלים.
    3. חזור על הצעדים 4.4.1 ו 4.4.2 עבור הקצה השני של הדגימה.
  5. החלת טעינה מראש של 2 N או מטען קטן כראוי.
  6. הקלט את התזוזה הטבלת הצלבות בפועל.
  7. תכנת את המכשיר כדי לבצע את הבדיקה מתיחה, בקצב קבוע של הארכה של 10 מ"מ/מינימום, באמצעות וידאו exten, או העקירה הוצלב להקליט את המתח, ולחץ להתחיל להתחיל את הבדיקה.
  8. נטר את התצוגה והפסק את הבדיקה כאשר המדגם התקלקל, כפי שמעידים על אובדן של 90% בעומס הנצפה בתצוגה. הקלט את הלחץ המקסימלי, שהוא זהה למתח הכשל בשל אופי החומר, ומתח הכשל המקביל. חזור על שלבים 4.3 – 4.8 עבור שאר הדגימות.
  9. . שמור את הדגימות השבורים לניתוח נוסף
  10. בדוק אם יש מתח בכישלון כפונקציה של מספר דגימה ומיקום הדגימה המקורי בחומר, כמו גם סימנים אחרים של נתונים בעייתיים, למשל, נקודות נתונים לסטות מאוד מן התפלגות Weibull18 , ו לחקור גורמים אפשריים, כגון דגימות פגומות במהלך ההכנה או הטיפול, לפני שתמשיך.

5. הכנת דגימות לניסויים בהזדקנות

  1. . בתחילת ניסוי הזדקנות
    1. לחשב את הכמות הכוללת של החומר הדרוש למחקר לכל מצב סביבתי ומבוסס על תוכנית הפקת דגימות של כל חודש עבור 12 חודשים.
      הערה: עבור מחקר זה, 40 דגימות לכל מיצוי וכסך של 12 עקירות שימשו למטרות תכנון.
    2. גזור את הכמות הכוללת של החומר הדרוש עבור כל תנאי. חותכים כל רצועה רחב מספיק כדי להתאים את המספר הנדרש של דגימות ועוד לפחות 10 מ"מ.
      הערה: 5 מילימטר נוסף של חומר יהיה חתוך מכל צד של הדגימה לפני ביצוע בדיקות מתיחה. החומר הנוסף משמש כי הקצוות של דגימות עלול להיפגע עקב טיפול במהלך פרוטוקול ההזדקנות.
    3. מניחים את רצועות ההזדקנות לחתוך במגשים להציב בחדר הסביבה כפי שמוצג באיור 5Cמשלים. המגשים המשמשים במחקר זה יכול להכיל כ 120 רצועות.
    4. בחר תנאי חשיפה עבור המחקר הסביבתי בהתבסס על השימוש הצפוי וסביבת האחסון של החומר2.
      הערה: במחקר זה, שימש באופן כלשהו 70 ° צ' צלזיוס ב 76% לחות יחסית (RH).
    5. מתכנת חדר סביבתי לתנאי טמפרטורת חדר יבשים (למשל כ -25 ° c ב -25% לחות יחסית). הניחו לחדר להתייצב בתנאים אלה ולאחר מכן, הניחו את מגש המדגם על ארון התקשורת בחדר, הרחק מהקירות וממיקומים בחדר הנראים למשיכת עיבוי.
    6. התוכנית החדר הסביבתי לטמפרטורה הרצויה כפי שנקבע בשלב 5.1.4, להשאיר את הלחות כ 25% RH.
    7. ברגע שהתא יוצב בטמפרטורת היעד משלב 5.1.4, התוכנית הקאמרית כדי להגדיל את הלחות לרמה הרצויה כפי שנקבע בשלב 5.1.4.
    8. בדקו את הלשכה היומית כדי לוודא שאספקת המים והסינון נאותים, ושימו לב כאשר מתקיימים תנאים מחוץ לסובלנות. הקלטת סטיות והפסקות ביומן בחלק הקדמי של כל תא או במחברת סמוכה היא פרקטיקה טובה.
    9. חזור על שלבים 5.1.5 – 5.1.8 לכל שאר סוגי הריבית.
  2. מחלץ רצועות חומר מואבות לניתוח
    1. כאשר מוכן לחלץ את רצועות החומר הישן מן החדר הסביבתי לניתוח, התוכנית הראשונה בחדר כדי להקטין את הלחות יחסית ל 25% לעומת RH.
    2. לאחר שחדר הסביבה התייצב במצב לחות נמוכה, יש לתכנת את הטמפרטורה לירידה, בקירוב, בטמפרטורת החדר או ב -25 ° c. שלב זה מונע עיבוי בעת פתיחת דלת התא.
    3. לאחר שחדר הסביבה התייצב בתנאים של צעד 5.1.5, פתח את החדר, להסיר את המגש המכיל את רצועות החומר המיוחלת, להוציא את הרצועות הרצויות, ולמקם אותם במכולה מסומן.
    4. . החזר את המגש לחדר הסביבה
    5. בעקבות ההליך שניתן בצעדים 5.1.6 ו 5.1.7, להחזיר את החדר לתנאי הריבית, אם ממשיכים את המחקר ההזדקנות. אם לא, אז זה יכול להישאר במצב הסביבה הנומינלית.
    6. הקלט את החילוץ ביומן החדר, אם נעשה שימוש באחד.
    7. חותכים את הדגימות מרצועות החומר הזקן, בעקבות השלבים 1.7 – 1.17.
    8. בדוק את הדגימות כמתואר בסעיף 4.

תוצאות

חזרות רבות של גזירה ובדיקות נערכו כדי לחקור מספר משתנים שונים. חלק מהמשתנים שנבחנו כוללים את טכניקת הגזירה ומכשיר החיתוך, את קצב הבדיקות, את מימד הדגימה ואת הידיות. ממצא קריטי אחד היה החשיבות של יישור הדגימות עם כיוון הסיבים. הליכי ניתוח נתונים (ניתוח עקביות, טכניקות weibull, ...

Discussion

קביעה נכונה של כיוון הסיבים היא קריטית. היתרון של השיטה המתוארת בשלבים 1.4 – 1.6 מהפרוטוקול הוא שיש שליטה מלאה על מספר הסיבים המשמשים להתחלת תהליך ההפרדה. עם זאת, אין זה אומר כי יש שליטה מלאה על רוחב האזור המופרד הסופי, כמו הסיבים אינם מקבילים באופן מלא יכול לחצות אחד את השני. בתהליך של הפרדת ק?...

Disclosures

התיאור המלא של ההליכים המשמשים בנייר זה דורש זיהוי של מוצרים מסחריים מסוימים וספקיה. הכללת מידע כזה לא אמורה להתפרש כמציין שמוצרים או ספקים כאלה מאוכלים על-ידי מטפל או ממליצים על-ידי מטפל או שהם בהכרח החומרים הטובים ביותר, המכשירים, התוכנה או הספקים למטרות מתואר.

Acknowledgements

המחברים רוצים להכיר בסטיוארט לי פיניקס על הדיונים המועילים שלו, מייק ריילי על הסיוע שלו עם התוכנית הבדיקה המכנית, ו דבש עבור תרומת חלק מהחומרים. המימון של איימי אנגלברכט-ויגדנס סופק תחת מענק 70 NANB17H337. המימון של אי. ג'יי. קרינמורת'י סופק תחת מענק 70 נאנב15. המימון של אמנדה ל' פורסטר נמסר ממשרד ההגנה באמצעות הסכם בין סוכנויות R17-643-0013.

Materials

NameCompanyCatalog NumberComments
Capstan GripsUniversal grip company20kN wrap gripsCapstan grips used in testing
Ceramic knifeSlice10558
Ceramic precision bladeSlice00116
ClampIrwinquick grip mini bar clamp
Confocal Microscope
Cutting MatRotatrim A0 metric self healing cutting mat
Denton Desktop sputter coater sputter coater
FEI Helios 660 Dual Beam FIB/SEMFEI HeliosScanning electron microscope
Motorized rotary cutterChickadee
Rotary CutterFiskars49255A84
Stereo MicroscopeNationalDC4-456H
Straight edgeMcMaster Carr1935A74
Surgical Scalpel BladeSklar Instruments
Surgical Scalpel HandleSwann Morton
Universal Test MachineInstron4482Universal test machine
Utility knifeStanley99E

References

  1. Forster, A. L., et al. Hydrolytic stability of polybenzobisoxazole and polyterephthalamide body armor. Polymer Degradation and Stability. 96 (2), 247-254 (2011).
  2. Forster, A. L., et al. Development of Soft Armor Conditioning Protocols for {NIJ--0101.06}: Analytical Results. NISTIR 7627. , (2009).
  3. . . NIJ Standard 0101.06- Ballistic Resistance of Personal Body Armor. , (2008).
  4. Forster, A. L., Chin, J., Peng, J. -. S., Kang, K. -. L., Rice, K., Al-Sheikhly, M. Long term stability of UHMWPE fibers. Conference Proceedings of the Society for Experimental Mechanics Series. 7, (2016).
  5. Pilato, L. A. . Ballistic Resistant Laminate. , (1993).
  6. Park, A. D. . Ballistic Laminate Structure in Sheet Form. , (1999).
  7. Jacobs, M. J. N., Beugels, J. H. M., Blaauw, M. . Process for the manufacture of a ballistic-resistant moulded article. , (2006).
  8. . . ASTM E3110-18 Standard Test Method for Collection of Ballistic Limit Data for Ballistic-resistant Torso Body Armor and Shoot Packs. , (2018).
  9. Russell, B. P., Karthikeyan, K., Deshpande, V. S., Fleck, N. A. The high strain rate response of Ultra High Molecular-weight Polyethylene: From fibre to laminate. International Journal of Impact Engineering. 60, 1-9 (2013).
  10. Czechowski, L., Jankowski, J., Kubiak, T. Experimental tests of a property of composite material assigned for ballistic products. Fibres and Textiles in Eastern Europe. 92 (3), 61-66 (2012).
  11. Levi-Sasson, A., et al. Experimental determination of linear and nonlinear mechanical properties of laminated soft composite material system. Composites Part B: Engineering. 57, 96-104 (2014).
  12. . . ASTM D3039/D3039M-17 Standard Test Method for Tensile Properties of Polymer Matrix Composite Materials. , (2017).
  13. Hazzard, M. K., Hallett, S., Curtis, P. T., Iannucci, L., Trask, R. S. Effect of fibre orientation on the low velocity impact response of thin Dyneema®composite laminates. International Journal of Impact Engineering. 100, 35-45 (2017).
  14. ASTM D5034-09. Standard Test Method for Breaking Strength and Elongation of Textile Fabrics. Annual Book of ASTM Standards. , 1-8 (2017).
  15. ASTM D5035-11. Standard Test Method for Breaking Force and Elongation of Textile Fabrics (Strip Method). Annual Book of ASTM Standards. , 1-8 (2015).
  16. ASTM D6775-13 . Standard Test Method for Breaking Strength and Elongation of Textile Webbing, Tape and Braided Material. Tape and Braided Material.” Annual Book of ASTM Standards. (Reapproved). , 1-8 (2017).
  17. ASTM D3950. Standard Specification for Strapping, Nonmetallic (and Joining Methods). Annual Book of ASTM Standards. , 1-7 (2017).
  18. Weibull, W. A Statistical Distribution Function of Wide applicability. Journal of applied mechanics. 18 (4), 293-297 (1951).
  19. Coleman, B. D. Statistics and time dependence of mechanical breakdown in fibers. Journal of Applied Physics. 29 (6), 968-983 (1958).
  20. Coleman, B. D. Time dependence of mechanical breakdown phenomena. Journal of Applied Physics. 27 (8), 862-866 (1956).
  21. Coleman, B. D. Time Dependence of Mechanical Breakdown in Bundles of Fibers. III. The Power Law Breakdown Rule. Journal of Rheology. 2 (1), 195 (1958).
  22. Coleman, B. D. Application of the theory of absolute reaction rates to the creep failure of polymeric filaments. Journal of Polymer Sciences. 20, 447-455 (1956).
  23. Coleman, B. D. A stochastic process model for mechanical breakdown. Transaction of the Society of Rheology. 1 (1957), 153-168 (1957).
  24. Phoenix, S. L., Beyerlein, I. J. Statistical Strength Theory for Fibrous Composite Materials. Comprehensive Composite Materials. , 559-639 (2000).
  25. Newman, W. I., Phoenix, S. L. Time-dependent fiber bundles with local load sharing. Physical Review E - Statistical Physics, Plasmas, Fluids, and Related Interdisciplinary Topics. 63 (2), 20 (2001).
  26. Phoenix, S. L., Newman, W. I. Time-dependent fiber bundles with local load sharing. II. General Weibull fibers. Physical Review E - Statistical, Nonlinear, and Soft Matter Physics. 80 (6), 1-14 (2009).

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Explore More Articles

146Compositearamidhigh

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Privacy

Terms of Use

Policies

Contact Us

Recommend to library

JoVE NEWSLETTERS

Research

Education

Authors

Librarians

ABOUT JoVE

Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved