Name: cutting procedures, tensile testing, and ageing of flexible unidirectional composite laminates
Uploaded: 2019-04-27T14:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Cutting Procedures, Tensile Testing, and Ageing of Flexible Unidirectional Composite Laminates at JoVE.com

Forfatterne vil gerne anerkende Stuart Leigh Phoenix for hans nyttige diskussioner, Mike Riley for hans hjælp med den mekaniske test setup, og Honeywell for at donere nogle af materialerne. Der blev ydet støtte til Amy Engelbrecht-Wiggans under Grant 70NANB17H337. Der blev ydet støtte til Ajay Krishnamurthy under Grant 70NANB15H272. Midler til Amanda L. Forster blev leveret fra Forsvarsministeriet gennem interbureau aftale R17-643-0013.

1. skæring procedure for Warp-retning prøver, der er skåret vinkelret på aksen af rullen
<ol><li>Identificer en bolt af ensrettede materiale, der skal testes. Bemærk: der er ingen Warp (bruges til at beskrive retningen vinkelret på aksen af rullen) og skud (bruges til at beskrive retningen parallelt med aksen af rullen) i den traditionelle tekstil forstand, som det materiale, der anvendes her, er ikke vævet, men disse betingelser er lånt fo r klarhed.</li>
	<li>Rul skruen manuelt for at udsætte prækursorma...

<ol>
	<li>Forster, A. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hydrolytic+stability+of+polybenzobisoxazole+and+polyterephthalamide+body+armor.">Hydrolytic stability of polybenzobisoxazole and polyterephthalamide body armor.</a> Polymer Degradation and Stability. 96 (2), 247-254 (2011).</li><li>Forster, A. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Development+of+Soft+Armor+Conditioning+Protocols+for+{NIJ--0101.06}:+Analytical+Results.">Development of Soft Armor Conditioning Protocols for {NIJ--0101.06}: Analytical Results.</a> NISTIR 7627. , (2009).</li><li>. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> NIJ Standard 0101.06- Ballistic Resistance of Personal Body Armor. , (2008).</li><li>Forster, A. L., Chin, J., Peng, J. -. S., Kang, K. -. L., Rice, K., Al-Sheikhly, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Long+term+stability+of+UHMWPE+fibers.">Long term stability of UHMWPE fibers.</a> Conference Proceedings of the Society for Experimental Mechanics Series. 7, (2016).</li><li>Pilato, L. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Ballistic Resistant Laminate. , (1993).</li><li>Park, A. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Ballistic Laminate Structure in Sheet Form. , (1999).</li><li>Jacobs, M. J. N., Beugels, J. H. M., Blaauw, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Process for the manufacture of a ballistic-resistant moulded article. , (2006).</li><li>. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> ASTM E3110-18 Standard Test Method for Collection of Ballistic Limit Data for Ballistic-resistant Torso Body Armor and Shoot Packs. , (2018).</li><li>Russell, B. P., Karthikeyan, K., Deshpande, V. S., Fleck, N. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+high+strain+rate+response+of+Ultra+High+Molecular-weight+Polyethylene:+From+fibre+to+laminate.">The high strain rate response of Ultra High Molecular-weight Polyethylene: From fibre to laminate.</a> International Journal of Impact Engineering. 60, 1-9 (2013).</li><li>Czechowski, L., Jankowski, J., Kubiak, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Experimental+tests+of+a+property+of+composite+material+assigned+for+ballistic+products.">Experimental tests of a property of composite material assigned for ballistic products.</a> Fibres and Textiles in Eastern Europe. 92 (3), 61-66 (2012).</li><li>Levi-Sasson, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Experimental+determination+of+linear+and+nonlinear+mechanical+properties+of+laminated+soft+composite+material+system.">Experimental determination of linear and nonlinear mechanical properties of laminated soft composite material system.</a> Composites Part B: Engineering. 57, 96-104 (2014).</li><li>. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> ASTM D3039/D3039M-17 Standard Test Method for Tensile Properties of Polymer Matrix Composite Materials. , (2017).</li><li>Hazzard, M. K., Hallett, S., Curtis, P. T., Iannucci, L., Trask, R. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effect+of+fibre+orientation+on+the+low+velocity+impact+response+of+thin+Dyneema&#174;composite+laminates.">Effect of fibre orientation on the low velocity impact response of thin Dyneema&#174;composite laminates.</a> International Journal of Impact Engineering. 100, 35-45 (2017).</li><li>ASTM D5034-09. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Standard+Test+Method+for+Breaking+Strength+and+Elongation+of+Textile+Fabrics.">Standard Test Method for Breaking Strength and Elongation of Textile Fabrics.</a> Annual Book of ASTM Standards. , 1-8 (2017).</li><li>ASTM D5035-11. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Standard+Test+Method+for+Breaking+Force+and+Elongation+of+Textile+Fabrics+(Strip+Method).">Standard Test Method for Breaking Force and Elongation of Textile Fabrics (Strip Method).</a> Annual Book of ASTM Standards. , 1-8 (2015).</li><li>ASTM D6775-13 . <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Standard+Test+Method+for+Breaking+Strength+and+Elongation+of+Textile+Webbing,+Tape+and+Braided+Material.">Standard Test Method for Breaking Strength and Elongation of Textile Webbing, Tape and Braided Material.</a> Tape and Braided Material.&#8221; Annual Book of ASTM Standards. (Reapproved). , 1-8 (2017).</li><li>ASTM D3950. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Standard+Specification+for+Strapping,+Nonmetallic+(and+Joining+Methods).">Standard Specification for Strapping, Nonmetallic (and Joining Methods).</a> Annual Book of ASTM Standards. , 1-7 (2017).</li><li>Weibull, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+Statistical+Distribution+Function+of+Wide+applicability.">A Statistical Distribution Function of Wide applicability.</a> Journal of applied mechanics. 18 (4), 293-297 (1951).</li><li>Coleman, B. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Statistics+and+time+dependence+of+mechanical+breakdown+in+fibers.">Statistics and time dependence of mechanical breakdown in fibers.</a> Journal of Applied Physics. 29 (6), 968-983 (1958).</li><li>Coleman, B. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Time+dependence+of+mechanical+breakdown+phenomena.">Time dependence of mechanical breakdown phenomena.</a> Journal of Applied Physics. 27 (8), 862-866 (1956).</li><li>Coleman, B. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Time+Dependence+of+Mechanical+Breakdown+in+Bundles+of+Fibers.+III.+The+Power+Law+Breakdown+Rule.">Time Dependence of Mechanical Breakdown in Bundles of Fibers. III. The Power Law Breakdown Rule.</a> Journal of Rheology. 2 (1), 195 (1958).</li><li>Coleman, B. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Application+of+the+theory+of+absolute+reaction+rates+to+the+creep+failure+of+polymeric+filaments.">Application of the theory of absolute reaction rates to the creep failure of polymeric filaments.</a> Journal of Polymer Sciences. 20, 447-455 (1956).</li><li>Coleman, B. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+stochastic+process+model+for+mechanical+breakdown.">A stochastic process model for mechanical breakdown.</a> Transaction of the Society of Rheology. 1 (1957), 153-168 (1957).</li><li>Phoenix, S. L., Beyerlein, I. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Statistical+Strength+Theory+for+Fibrous+Composite+Materials.">Statistical Strength Theory for Fibrous Composite Materials.</a> Comprehensive Composite Materials. , 559-639 (2000).</li><li>Newman, W. I., Phoenix, S. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Time-dependent+fiber+bundles+with+local+load+sharing.">Time-dependent fiber bundles with local load sharing.</a> Physical Review E - Statistical Physics, Plasmas, Fluids, and Related Interdisciplinary Topics. 63 (2), 20 (2001).</li><li>Phoenix, S. L., Newman, W. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Time-dependent+fiber+bundles+with+local+load+sharing.+II.+General+Weibull+fibers.">Time-dependent fiber bundles with local load sharing. II. General Weibull fibers.</a> Physical Review E - Statistical, Nonlinear, and Soft Matter Physics. 80 (6), 1-14 (2009).</li></ol>

Korrekt bestemmelse af fiberretningen er kritisk. Fordelen ved metoden beskrevet i trin 1.4 – 1.6 i protokollen er, at der er fuld kontrol over, hvor mange fibre der bruges til at starte separationsprocessen. Dette betyder dog ikke, at der er en fuldstændig kontrol over den endelige adskilte regions bredde, da fibrene ikke er helt parallelle og kan krydse over hinanden. I processen med at adskille et parti af fibre, ofte, fibre tilstødende dem, der adskilles, vil også blive adskilt, på grund af denne crossover. Så...

National Institute of Standards and Technology (NIST) hjælper retshåndhævende og strafferetlige agenturer sikre, at det udstyr, de køber, og de teknologier, de bruger, er sikre, pålidelige og yderst effektive, gennem et forskningsprogram tackle den langsigtede stabilitet af høj styrke fibre, der anvendes i kroppen rustning. Tidligere arbejde1,2har fokuseret på felt svigt af en krop rustning fremstillet af materialet poly (p-phenylen-2, 6-benzobisoxazol), eller PBO, som førte til en større revision til National Institute of Justice 's (nij's) Body Armor standard 3. siden udgivelsen af denne reviderede standard er arbejdet fortsat hos NIST for at undersøge mekanismerne til aldring i andre almindeligt anvendte fibre såsom ultra-high-Molar-Mass polyethylen (UHMMPE)4 og poly (p-phenylen terephthalamid) eller ppta, almindeligt kendt som aramid. Men alt dette arbejde har fokuseret på aldring af garn og enkeltfibre, som er mest relevant for vævet stof. Men, mange krop panser designs indarbejde UD laminater. UD laminater er konstrueret af tynde fiber lag (< 0,05 mm), hvor fibrene i hvert lag er parallelle med hinanden5,6,7 og Rustningen er konstrueret ved stabling af tynde ark i vekslende retninger, som beskrevet i supplerende figur 1a. Dette design er stærkt afhængig af en bindemiddel harpiks til at holde fibrene i hvert lag generelt parallel, som det ses i supplerende figur 1b, og opretholde nominelt 0 °/90 ° orientering af de stablede stoffer. Ligesom vævet stof, UD laminater er typisk konstrueret ud af to store fiber variationer: aramid eller UHMMPE. UD laminater giver flere fordele til kroppen rustning designere: de giver mulighed for en lavere vægt panser system i forhold til dem, der bruger vævet stof (på grund af styrke tab under vævning), eliminere behovet for vævet konstruktion, og udnytte mindre diameter fibre at give en lignende ydeevne til vævet stof, men med en lavere vægt. Ppta har tidligere vist sig at være modstandsdygtig over for nedbrydning forårsaget af temperatur og fugtighed1,2, men bindemidlet kan spille en væsentlig rolle i udførelsen af ud laminat. Således, de samlede virkninger af brugen miljøet på PPTA-baserede rustning er ukendt8.
Til dato, kun meget indledende arbejde er blevet udført for at karakterisere aldringen af bindemiddel harpiks anvendes i disse UD laminater og virkningerne af bindemiddel ældning på ballistiske præstationer af UD laminat. For eksempel, under udviklingen af konditionerings protokollen anvendes i NIJ standard-0101,06, ud laminater viste visuelle tegn på delaminering og reduktioner i V50 efter aldring1,2,8. Disse resultater viser behovet for en grundig forståelse af de materielle egenskaber med aldring med henblik på at evaluere materialets langsigtede strukturelle præstation. Dette, til gengæld, nødvendiggør udvikling af standardiserede metoder til at afhøre de svigt egenskaber af disse materialer. De primære mål for dette arbejde er at udforske metoder og bedste praksis for præcist at teste de mekaniske egenskaber af UD laminat materialer og til at foreslå en ny test metodologi for disse materialer. Bedste praksis for aldring UD laminat materialer er også beskrevet i dette arbejde.
Litteraturen indeholder flere eksempler på afprøvning af de mekaniske egenskaber af ud laminater efter varmpresning af flere lag i en hård prøve9,10,11. For stive komposit laminater kan ASTM D303912 anvendes; men i denne undersøgelse, materialet er ca. 0,1 mm tyk og ikke stiv. Nogle UD laminat materialer bruges som prækursorer til at gøre stive ballistiske beskyttende artikler såsom hjelme eller ballistiske-resistente plader. Men den tynde, fleksible ud laminat kan også bruges til at gøre kroppen rustning9,13.
Formålet med dette arbejde er at udvikle metoder til at udforske udførelsen af materialer i bløde krop rustning, så metoder, der involverer varmpresning blev ikke udforsket, fordi de ikke er repræsentative for den måde, materialet bruges i bløde krop rustning. ASTM International har flere test-metode standarder vedrørende afprøvning strimler af stof, herunder ASTM D5034-0914 standard testmetode til brudstyrke og forlængelse af tekstilstoffer (grab test), ASTM D5035-1115 standard test Metode til at Brydekraft og forlængelse af tekstilstoffer (Strip metode), ASTM D6775-1316 standard test metode til brudstyrke og forlængelse af tekstil-webbing, tape og flettet materiale, og ASTM D395017 standard specifikation for Strapping, ikke-metalliske (og fælles metoder). Disse standarder har flere væsentlige forskelle med hensyn til de anvendte test greb og Prøvestørrelsen som nævnt nedenfor.
Metoderne beskrevet i ASTM D5034-0914 og ASTM D5035-1115 er meget ens og fokuserer på test af standard stoffer i stedet for højstyrke kompositter. For testene i disse to standarder, kæben ansigter af greb er glatte og flade, selv om ændringer er tilladt for enheder med en fejl stress større end 100 N/cm for at minimere rollen som stick-slip-baseret fiasko. Foreslåede ændringer for at forhindre glider er at pad kæberne, pels stoffet under kæberne, og ændre kæbe ansigtet. I tilfælde af denne undersøgelse, prøven svigt stress er ca. 1.000 N/cm, og dermed, denne stil af håndtag resulterer i overdreven prøve glidning. ASTM D6775-1316 og ASTM D395017 er beregnet til meget stærkere materialer, og begge stole på capstan håndtag. Denne undersøgelse fokuserede således på brugen af capstan-greb.
Desuden varierer Prøvestørrelsen betydeligt mellem disse fire ASTM-standarder. Standarderne for gjord og strapping, ASTM D6775-1316 og ASTM D395017, angiver, at materialets fulde bredde skal testes. ASTM D677516 angiver en maksimal bredde på 90 mm. I modsætning hertil, stof standarder14,15 forventer, at prøven skal skæres på midten og angive enten en 25 mm eller 50 mm bredde. Prøvens samlede længde varierer mellem 40 cm og 305 cm, og måler længden varierer mellem 75 mm og 250 mm på tværs af disse ASTM-standarder. Da ASTM-standarderne varierer betydeligt med hensyn til prøvestørrelse, blev der taget hensyn til tre forskellige bredder og tre forskellige længder for denne undersøgelse.
Den terminologi, der henviser til præparat forberedelse i protokollen, er som følger: bolt > forløber materiale > materiale > prøve, hvor udtrykket bolt refererer til en rulle af UD laminat, forløber materiale refererer til en usåret mængde UD stof stadig vedhæftet til Bolt, materiale refererer til et adskilt stykke af UD laminat, og prøve refererer til en individuel brik, der skal testes.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style="width:865px;" width="866">
	<tbody>
		<tr height="65">
			<td height="65" style="height:66px;width:247px;">Capstan Grips</td>
			<td style="width:95px;">Universal grip company</td>
			<td style="width:136px;">20kN wrap grips</td>
			<td style="width:388px;">Capstan grips used in testing</td>
		</tr>
		<tr height="23">
			<td height="23" style="height:23px;width:247px;">Ceramic knife</td>
			<td style="width:95px;">Slice</td>
			<td align="right" style="width:136px;">10558</td>
			<td style="width:388px;"></td>
		</tr>
		<tr height="23">
			<td height="23" style="height:23px;width:247px;">Ceramic precision blade</td>
			<td style="width:95px;">Slice</td>
			<td style="width:136px;">00116</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="45">
			<td height="45" style="height:45px;width:247px;">Clamp</td>
			<td style="width:95px;">Irwin</td>
			<td style="width:136px;">quick grip mini bar clamp</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Confocal Microscope</td>
			<td style="width:95px;"></td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="23">
			<td height="23" style="height:23px;width:247px;">Cutting Mat</td>
			<td style="width:95px;">Rotatrim&#160;</td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td style="width:388px;">A0 metric self healing cutting mat</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Denton Desktop sputter coater&#160;</td>
			<td style="width:95px;"></td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td>sputter coater</td>
		</tr>
		<tr height="23">
			<td height="23" style="height:23px;">FEI Helios 660 Dual Beam FIB/SEM</td>
			<td style="width:95px;">FEI Helios</td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td>Scanning electron microscope</td>
		</tr>
		<tr height="23">
			<td height="23" style="height:23px;width:247px;">Motorized rotary cutter</td>
			<td style="width:95px;">Chickadee</td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="23">
			<td height="23" style="height:23px;width:247px;">Rotary Cutter</td>
			<td style="width:95px;">Fiskars</td>
			<td style="width:136px;">49255A84</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="23">
			<td height="23" style="height:23px;">Stereo Microscope</td>
			<td style="width:95px;">National</td>
			<td style="width:136px;">DC4-456H</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="45">
			<td height="45" style="height:45px;width:247px;">Straight edge</td>
			<td style="width:95px;">McMaster Carr</td>
			<td style="width:136px;">1935A74</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="45">
			<td height="45" style="height:45px;width:247px;">Surgical Scalpel Blade</td>
			<td style="width:95px;">Sklar Instruments</td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td style="width:388px;"></td>
		</tr>
		<tr height="45">
			<td height="45" style="height:45px;width:247px;">Surgical Scalpel Handle</td>
			<td style="width:95px;">Swann Morton</td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="23">
			<td height="23" style="height:23px;width:247px;">Universal Test Machine</td>
			<td style="width:95px;">Instron</td>
			<td align="right" style="width:136px;">4482</td>
			<td>Universal test machine</td>
		</tr>
		<tr height="23">
			<td height="23" style="height:23px;width:247px;">Utility knife</td>
			<td style="width:95px;">Stanley</td>
			<td style="width:136px;">99E</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

cutting procedures, tensile testing, and ageing of flexible unidirectional composite laminates

Mange krop panser designs indarbejde ensrettede (UD) laminater. UD laminater er konstrueret af tynde (< 0,05 mm) lag af højtydende garn, hvor garn i hvert lag er orienteret parallelt med hinanden og holdes på plads ved hjælp af binde harpiks og tynde polymer film. Rustningen er konstrueret ved stabling af ensrettede lag i forskellige retninger. Til dato er der kun udført meget indledende arbejde for at karakterisere aldringen af bindemiddel harpiks anvendes i ensrettede laminater og virkningerne på deres præstationer. F. eks. viste UD-laminater under udviklingen af den konditionerings protokol, der anvendes i National Institute of Justice standard-0101,06, visuelle tegn på delaminering og reduktioner i V50, som er den hastighed, hvormed halvdelen af projektiler forventes at perforere panser, efter aldring. En bedre forståelse af de materielle egenskaber ændringer i ud laminater er nødvendig for at forstå den langsigtede præstation af rustninger konstrueret af disse materialer. Der er ingen aktuelle standarder anbefales til mekanisk forhør ensrettede (UD) laminat materialer. Denne undersøgelse udforsker metoder og bedste praksis for præcis afprøvning af de mekaniske egenskaber af disse materialer og foreslår en ny test metodologi for disse materialer. Bedste praksis for aldring af disse materialer er også beskrevet.

Mange iterationer af skæring og testning blev udført for at undersøge flere forskellige variabler. Nogle af de variabler, der blev undersøgt, omfatter skære teknikken og skære instrumentet, prøvningshastigheden, prøve dimensionen og grebene. Et kritisk fund var vigtigheden af at tilpasse prøverne til fiberretningen. Data analyseprocedurer (konsistens analyse, Weibullteknikker, afvigende bestemmelse osv.) drøftes nedenfor, og det samme er overvejelser om aldring.
<p class="jo...

Watch this Scientific Journal Video about Cutting Procedures, Tensile Testing, and Ageing of Flexible Unidirectional Composite Laminates at JoVE.com

Cutting Procedures, Tensile Testing, and Ageing of Flexible Unidirectional Composite Laminates

Målet med undersøgelsen var at udvikle protokoller til at forberede ensartede prøver til nøjagtig mekanisk afprøvning af højstyrke aramid eller ultra-high-Molar-masse polyethylen-baserede fleksible ensrettede komposit laminat materialer og til at beskrive protokoller for at udføre kunstig aldring på disse materialer.

Skæring procedurer, trækprøvning, og aldring af fleksible ensrettede komposit laminater

Many body armor designs incorporate unidirectional (UD) laminates. UD laminates are constructed of thin (&#60;0.05 mm) layers of high-performance yarns, ...

Denne protokol kan hjælpe med at besvare centrale spørgsmål inden for kropspanser udvikling ved at definere en repeterbar procedure for at teste de mekaniske egenskaber af fleksible ensrettede sammensatte stoffer. En lige, ren snit godt orienteret med fiber retning er afgørende for den nøjagtige måling af manglende stress ved at forhindre yderligere kilder til fejl. Denne teknik udfylder et hul i den nuværende test ved at tillade forhør af et materiales egenskaber uden varmt presning, som er mere repræsentativ for dets anvendelse i blød kropspanser.Afsende en bolt af ensrettet materiale, der skal testes til en arbejdsflade. Den udulede del er prækursormaterialet. Visuelt kontrollere, at princippet fiber retning er parallelt med bredden af bolten.Få derefter en skalpel til at isolere prækursormaterialet. Opret en fane ved at lave et snit parallelt med fiberretningen. Derefter foretage en anden parallel skåret omkring tre millimeter væk.Manuelt gribe fanen og rive det væk for at udsætte fibrene på laget nedenunder. Træk indtil de to lag er blevet adskilt over hele længden af prækursormaterialet. Fjern eventuelle løse fibre fra kanten af fanen, at nabo de udsatte kors fibre.Disse kan være op til en til to millimeter væk fra tabulatorstien. Fortsæt ved at adskille det stykke prækursormateriale fra bolten. Vend materialet, så det nye princip fiber retning er warp retning.Nu skal du markere grebslinjerne på materialet justeret i skudretningen. Disse linjer er en fast afstand fra og parallelt med de afskårne kanter af materialet. Endnu en gang skæres en fane i materialet, og træk derefter på fanen for at bestemme princippet fiber retning for prøven, der skal skæres fra materialet.Fiberretningen skal være vinkelret på grebslinjerne. Tag materialet til en passende selvhelende gridded skæremåtte. Juster forsigtigt fiberretningen med gitterlinjerne på måtten.Sørg for, at fiberretningen i materialet flugter med gitterlinjerne. Undgå at beskadige materialet og fastgør det til skæremåtten ved at tape dets hjørner. Brug en medicinsk klinge og en lige kant til at skære prøver fra materialet.Placer den lige kant i den ønskede prøvebredde, og juster den med gitteret på skæremåtten. Fastspænd enderne af den lige kant på plads, og kontroller, at den stadig er korrekt placeret. Skær prøven langs den lige kant med en konstant hastighed og tryk.Unclamp den lige kant, passe på ikke at flytte materialet. Fjern derefter prøven. Disse er alle de prøver, der er opnået efter gentagelse af skæretrinene for at maksimere produktionen af prøver.Forbered dig på at markere punkter til spor på en prøve til brug med en video extensometer. Brug en skabelon, der er placeret over prøven, for at opnå konsistens. Marker målepunkterne med en permanent markør.Sørg for, at mærkerne er synlige på prøven, så de kan måle belastningen. Dernæst skal du tage prøven til den universelle testmaskine. Der indsættes enden af prøven gennem hullet i capstan og bringe det rundt til grebet linje, danner en løkke.Centrer prøven på capstan greb. Mens prøven er centreret, drej capstan til den ønskede position. Brug en spændeanordning til at holde prøven på plads, før capstan låses på plads.Prøven skal monteres fuldstændigt ved at gentage de samme trin med den anden ende. Når du er færdig, anvende en lille preload af to newton og registrere den faktiske gauge længde. Nu oprette instrumentet til at udføre en trækprøvning på en konstant 10 millimeter i minuttet og begynde testen.Til prøvningen anvender testmaskinen en konstant udvidelseshastighed på prøven, mens belastningen og forskydningen registreres. Testen fortsætter, indtil der opstår en pause i prøven. Dette plot er en typisk belastning versus forskydning kurve for disse eksperimenter.Ved overvågning af displayet indikerer en reduktion på 90 % i den observerede belastning et brud i prøven. Optag maksimal belastning og tilsvarende fejlbelastning. Efter at have lavet en plan for undersøgelsen, skæres det nødvendige materiale for hver betingelse, der skal testes.Strimlerne skal være brede nok til at give de nødvendige prøver og have yderligere 10 millimeter eller mere. Læg strimlerne til miljøeksponeringen i en bakke. På miljøkammeret, indstille sit program for tørre rumtemperaturforhold og gøre det muligt at stabilisere.Når kammeret er stabiliseret, skal prøvebakken anbringes væk fra væggene eller eventuelle kondenspunkter. Næste program kammeret for at nå måltemperaturen for miljøundersøgelsen. Når temperaturen er stabil, programmere kammeret for at nå målet fugtighed.Når det er tid til at udtrække alderen materiale, programmere kammeret for at mindske den relative luftfugtighed til ca. laboratoriet. Efter luftfugtigheden er stabiliseret, programmere temperaturen til at falde til stuetemperatur, eller omkring 25 grader celsius. For at hente materialet, være forberedt med en passende mærket beholder.Når luftfugtigheden og temperaturen er stabil, skal du åbne kammeret, fjerne det nødvendige materiale og placere det i den mærkede beholder. Retur eventuelt resterende materiale til miljøkammeret og genindgæn de valgte betingelser. Dernæst skal du tage det gamle materiale for at skabe gamle prøver.Dette ældet materiale er justeret på en selvhelende skæreflade. Dens greb linjer er blevet markeret som før. Opret den lige kant for at fjerne fem millimeter fra den ene side af prøven.Trim dette beløb for at fjerne eventuelle skader fra håndtering under aldringsprocessen. Fortsæt med at skabe prøverne på samme måde som det uagerede materiale. Når det er gjort, prøverne er klar til brug i trækprøvning eksperimenter.For belastningstest udført med en fast capstan viser belastningen versus udvidelsesområder af flere prøver, at prøverne gled. Dette afspejler vanskeligheden ved at sikre materialet. I modsætning hertil er kurverne med en roterende capstan glatte og ensartede.Materialet er en ultra-høj molekylær masse polyethylen envejs laminat. Denne fejl stress distribution er plottet ved hjælp af Weibull skalering. Dataene er for PPTA ensrettede laminatprøver, som en målerlængde på 300 millimeter og bredde på 30 millimeter skåret langs fordræt retning med en belastning på 10 millimeter i minuttet.Der er en lav styrke outlier, der bør undersøges. Til sammenligning afbildes de samme data, undtagen med outlier udelukket. Bemærk ændringen i den vandrette akse.Efter denne procedure kan der anvendes molekylær spektroskopi til at besvare spørgsmål om de kemiske ændringer i materialet på grund af udsættelse for varme og fugtighed. Husk, at den medicinske skalpel er ekstremt skarp og passende omhu skal tages for at undgå skader.

Research

Education

JoVE Core

JoVE Journal

Mechanical Engineering

Engineering

Unit 1

Shearing Stresses in Beams and Thin-Walled Members

SCIENTISTS IN ACTION

Ultrasonic Welding of Thermoplastic Composite Coupons for Mechanical Characterization of Welded Joints through Single Lap Shear Testing

Ultrasonic Svejsning af Termoplastisk Composite Kuponer for Mekanisk karakterisering af svejste samlinger gennem Single Lap Shear Test

This paper presents a novel straightforward method for ultrasonic welding of thermoplastic-composite coupons in optimum processing conditions. The ...

Testing of Nanoparticle Release from a Composite Containing Nanomaterial Using a Chamber System

Test af Nanopartikel Frigivelse fra et Composite indeholdende nanomateriale Brug en afdeling System

With the rapid development of nanotechnology as one of the most important technologies in the 21st century, interest in the safety of consumer products ...

Wicking Tests for Unidirectional Fabrics: Measurements of Capillary Parameters to Evaluate Capillary Pressure in Liquid Composite Molding Processes

Fugtspredende Tests for ensrettet Fabrics: Målinger af Kapillær Parametre til Vurdere kapillartryk i Liquid Composite støbeprocesser

During impregnation of a fibrous reinforcement in liquid composite molding (LCM) processes, capillary effects have to be understood in order to identify ...

Magnet Assisted Composite Manufacturing: A Flexible New Technique for Achieving High Consolidation Pressure in Vacuum Bag/Lay-Up Processes

Magnet bistået Composite produktion: En fleksibel ny teknik til at opnå høj konsolidering trykket i vakuum pose/Lay-oppe processer

This work demonstrates a protocol to improve the quality of composite laminates fabricated by wet lay-up vacuum bag processes using the recently developed ...

Artificial Thermal Ageing of Polyester Reinforced and Polyvinyl Chloride Coated Technical Fabric

Kunstig termisk lagring af polyester forstærket og polyvinylchloridbelagt teknisk stof

Architectural fabric AF9032 has been subjected to artificial thermal ageing to determine changes of the material parameters of the fabric. The proposed ...

Calibration Procedures for Orthogonal Superposition Rheology

Kalibreringsprocedurer for ortogonal superpositionsreologi

Orthogonal superposition (OSP) rheology is an advanced rheological technique that involves superimposing a small-amplitude oscillatory shear deformation ...

Performing Microscope-Mounted Y-Shaped Cutting Tests

Udførelse af mikroskopmonterede Y-formede skæretest

Y-shaped cutting has recently been shown to be a promising method by which to understand the threshold length scale and failure energy of a material, as ...

Fabrication and Mechanical Property Assessment of Fiber Composite Laminates

Measuring the Mechanical Properties of Glass Fiber Reinforcement Polymer Composite Laminates Obtained by Different Fabrication Processes

Enhancing Fiber Composite Laminate Quality with the Wet Hand Lay-Up/Vacuum Bag Process (Video) | JoVE

Måling af de mekaniske egenskaber af glasfiberarmeringspolymerkompositlaminater opnået ved forskellige fremstillingsprocesser

The traditional wet hand lay-up process (WL) has been widely applied in the manufacturing of fiber composite laminates. However, due insufficiency in the ...

Fabrication of Flexible Substrate for SERS Detection of R6G and Thiram

Fabrication of polydimethylsiloxane (PDMS)-Based Flexible Surface-Enhanced Raman Scattering (SERS) Substrate for Ultrasensitive Detection

Development and Application of SERS Flexible Substrates Using Synthesized AgNPs (Video) | JoVE

Fremstilling af polydimethylsiloxan (PDMS)-baseret fleksibelt overfladeforstærket Ramanspredningssubstrat (SERS) til ultrafølsom detektion

This article presents a fabrication method for a flexible substrate designed for Surface-Enhanced Raman Scattering (SERS). Silver nanoparticles (AgNPs) ...