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

De auteurs willen Stuart Leigh Phoenix graag erkennen voor zijn nuttige discussies, Mike Riley voor zijn hulp bij de Mechanical test Setup, en Honeywell voor het doneren van een aantal van de materialen. De financiering voor Amy Engelbrecht-Wiggans werd verstrekt onder Grant 70NANB17H337. Financiering voor Ajay Krishnamurthy werd verstrekt onder Grant 70NANB15H272. De financiering voor Amanda L. Forster werd geleverd door het ministerie van defensie via de interagentsovereenkomst R17-643-0013.

1. snijprocedure voor monsters van verdraaiings richting die loodrecht op de as van de rol worden gesneden
<ol><li>Identificeer een bout van unidirectioneel materiaal dat getest moet worden. Let op: er is geen Warp (gebruikt om de richting loodrecht op de as van de rol te beschrijven) en inslag (gebruikt om de richting parallel aan de as van de rol te beschrijven) in de traditionele textiel betekenis, omdat het hier gebruikte materiaal niet is geweven, maar deze termen zijn geleend fo r duidelijkheid.</li>
	<li>Rol ...

<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>

De juiste bepaling van de vezelrichting is van cruciaal belang. Het voordeel van de in stappen 1.4 – 1.6 van het protocol beschreven methode is dat er volledige controle is over hoeveel vezels worden gebruikt om het scheidingsproces te starten. Dit betekent echter niet dat er een volledige controle is over de breedte van het uiteindelijke afgescheiden gebied, omdat de vezels niet volledig parallel zijn en elkaar kunnen kruisen. In het proces van het scheiden van een partij van vezels, vaak, vezels naburige die worden g...

Het National Institute of Standards and Technology (NIST) helpt wetshandhavings-en strafrecht bureaus ervoor te zorgen dat de apparatuur die zij aanschaffen en de technologieën die zij gebruiken veilig, betrouwbaar en zeer effectief zijn, via een onderzoeksprogramma het aanpakken van de lange termijn stabiliteit van hoge-sterkte vezels die worden gebruikt in bodyarmor. Eerdere werkzaamheden1,2heeft zich gericht op het falen van een lichaam van het materiaal poly (p-fenylene-2, 6-benzobisoxazol), of PbO, wat leidde tot een belangrijke herziening van de National Institute of Justice (Nij 's) Body Armor standaard 3. sinds de vrijgave van deze herziene norm heeft het NIST gewerkt aan het onderzoeken van verouderings mechanismen in andere veelgebruikte vezels, zoals ultrahoog-molaire-massa-polyethyleen (UHMMPE)4 en poly (p-fenyleenterephthalamide), of PPTA, algemeen bekend als Aramid. Al dit werk is echter gericht op de veroudering van garens en enkelvoudige vezels, die het meest relevant zijn voor geweven stoffen. Echter, veel Body Armor ontwerpen bevatten UD laminaten. UD laminaten zijn opgebouwd uit dunne vezel lagen (< 0.05 mm) waar de vezels in elke laag parallel aan elkaar zijn5,6,7 en de Armor is opgebouwd door het stapelen van de dunne vellen in afwisselende richtingen, zoals afgebeeld in aanvullend figuur 1a. Dit ontwerp is sterk afhankelijk van een bindmiddel hars om de vezels in elke laag over het algemeen parallel te houden, zoals te zien in aanvullende figuur 1b, en de nominaal 0 °/90 ° oriëntatie van de gestapelde weefsels te behouden. Net als geweven stoffen zijn UD laminaten meestal opgebouwd uit twee grote Fiber variaties: aramide of UHMMPE. UD laminaten bieden verschillende voordelen aan Body Armor ontwerpers: ze zorgen voor een lager-gewicht Armor systeem in vergelijking met die met behulp van geweven stoffen (als gevolg van sterkte verlies tijdens het weven), elimineren de noodzaak voor geweven constructie, en gebruik maken van kleinere diameter vezels om een gelijkaardige prestatie te bieden aan geweven stoffen, maar met een lager gewicht. PPTA heeft eerder aangetoond dat het bestand is tegen degradatie veroorzaakt door temperatuur en vochtigheid1,2, maar het bindmiddel kan een belangrijke rol spelen in de prestaties van het UD-laminaat. Dus, de algemene effecten van de gebruiksomgeving op PPTA-gebaseerde Armor zijn onbekend8.
Tot op heden is alleen zeer voorbereidend werk verricht om de veroudering van de ringband harsen die in deze UD laminaten worden gebruikt en de effecten van bindmiddel veroudering op de ballistische prestaties van het UD-laminaat te karakteriseren. Tijdens de ontwikkeling van het conditionerings protocol dat in Nij Standard-0101,06 wordt gebruikt, toonden UD laminaten bijvoorbeeld visuele tekenen van delaminatie en verlagingen in V50 na veroudering van1,2,8. Deze resultaten tonen de noodzaak aan van een grondig begrip van de materiaaleigenschappen met veroudering, om de structurele langetermijnprestaties van het materiaal te evalueren. Dit vereist op zijn beurt de ontwikkeling van gestandaardiseerde methoden om de storings eigenschappen van deze materialen te ondervragen. De belangrijkste doelstellingen van dit werk zijn het verkennen van methoden en best practices voor het nauwkeurig testen van de mechanische eigenschappen van UD-laminaat materialen en het voorstellen van een nieuwe testmethodologie voor deze materialen. In dit werk worden ook de beste praktijken voor vergrijzende UD-laminaat materialen beschreven.
De literatuur bevat verschillende voorbeelden van het testen van de mechanische eigenschappen van UD laminaten na het warm persen van meerdere lagen in een hard sample9,10,11. Voor stijve composiet laminaten kan ASTM D303912 worden gebruikt; echter, in deze studie, het materiaal is ongeveer 0,1 mm dik en niet stijf. Bepaalde UD-laminaat materialen worden gebruikt als precursoren voor het maken van rigide ballistische beschermende artikelen zoals helmen of ballistische platen. Het dunne, flexibele UD-laminaat kan echter ook worden gebruikt om Body Armor9,13te maken.
Het doel van dit werk is om methoden te ontwikkelen voor het verkennen van de prestaties van de materialen in zachte bodyarmor, dus methoden met hete persing werden niet verkend omdat ze niet representatief zijn voor de manier waarop het materiaal wordt gebruikt in zachte bodyarmor. ASTM International heeft verschillende testmethode normen met betrekking tot het testen van strips van stof, met inbegrip van ASTM D5034-0914 standaard testmethode voor het breken van de sterkte en verlenging van textielstoffen (Grab test), ASTM D5035-1115 standaard test Methode voor het breken van de kracht en de verlenging van textielstoffen (strip methode), ASTM D6775-1316 standaard test methode voor het breken van de sterkte en rek van textiel singelband, tape en gevlochten materiaal, en ASTM D395017 standaard specificatie voor Strapping, niet-metallisch (en verbindingsmethoden). Deze normen hebben verschillende belangrijke verschillen in termen van de gebruikte test grepen en de specimen grootte, zoals hieronder vermeld.
De methoden die worden beschreven in ASTM D5034-0914 en ASTM D5035-1115 zijn zeer vergelijkbaar en richten op het testen van standaard stoffen in plaats van hoge-sterkte composieten. Voor de tests in deze twee normen, de kaak gezichten van de grepen zijn glad en plat, hoewel wijzigingen zijn toegestaan voor specimens met een storing spanning groter dan 100 N/cm om te minimaliseren van de rol van de stick-slip-gebaseerde mislukking. Voorgestelde modificaties om uitglijden te voorkomen zijn om de kaken te kussen, de stof onder de kaken te vacht en het kaak gezicht te wijzigen. In het geval van deze studie, het preparaat falen stress is ongeveer 1.000 N/cm, en dus, deze stijl van handvatten resulteert in overmatige monster slippage. ASTM D6775-1316 en ASTM D395017 zijn bedoeld voor veel sterkere materialen, en beide vertrouwen op kaapstander handvatten. Deze studie richtte zich dus op het gebruik van kaapstander handvatten.
Verder varieert de preparaat grootte aanzienlijk tussen deze vier ASTM-normen. De singelband-en omsnoerings normen, ASTM D6775-1316 en ASTM D395017, specificeren om de volledige breedte van het materiaal te testen. ASTM D677516 geeft een maximale breedte van 90 mm. In tegenstelling tot de stof normen14,15 verwachten dat het specimen te worden gesneden de breedte en specificeer ofwel een breedte van 25 mm of 50 mm. De totale lengte van het preparaat varieert tussen 40 cm en 305 cm, en de lengte van de meter varieert tussen 75 mm en 250 mm over deze ASTM-normen. Aangezien de ASTM-normen aanzienlijk variëren met betrekking tot de specimen grootte, werden drie verschillende breedtes en drie verschillende lengtes overwogen voor deze studie.
De terminologie die betrekking heeft op preparaat preparaat in het protocol is als volgt: bout > precursor materiaal > materiaal > specimen, waarbij de term Bolt verwijst naar een rol van UD-laminaat, precursor materiaal verwijst naar een ongewikkelde hoeveelheid UD-stof die nog steeds is bevestigd aan de bout, materiaal verwijst naar een gescheiden stuk van UD laminaat, en specimen verwijst naar een individueel stuk te testen.

<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

Veel bodyarmor ontwerpen bevatten unidirectionele (UD) laminaten. UD laminaten zijn gemaakt van dunne (< 0,05 mm) lagen van high-performance garens, waarbij de garens in elke laag parallel aan elkaar zijn georiënteerd en op zijn plaats worden gehouden met behulp van BIND harsen en dunne polymeer folies. Het pantser is opgebouwd door het stapelen van de unidirectionele lagen in verschillende oriëntaties. Tot op heden is alleen zeer voorbereidend werk verricht om de veroudering van de ringband harsen die worden gebruikt in unidirectionele laminaten en de effecten op hun prestaties te karakteriseren. Bijvoorbeeld, tijdens de ontwikkeling van de conditionerings protocol gebruikt in het National Institute of Justice Standard-0101,06, UD laminaten toonde visuele tekenen van delaminatie en verlagingen in V50, dat is de snelheid waarmee de helft van de projectielen wordt verwacht dat de pantser, na veroudering te perforeren. Een beter begrip van de materiële eigenschap veranderingen in UD laminaten is noodzakelijk om te begrijpen van de langetermijnprestaties van de pantsers opgebouwd uit deze materialen. Er zijn geen huidige standaarden aanbevolen voor mechanisch ondervragende unidirectionele (UD) laminaat materialen. Deze studie onderzoekt methoden en best practices voor het nauwkeurig testen van de mechanische eigenschappen van deze materialen en stelt een nieuwe testmethodologie voor deze materialen voor. Aanbevolen procedures voor veroudering van deze materialen worden ook beschreven.

Veel iteraties van snijden en testen zijn uitgevoerd om te onderzoeken van verschillende variabelen. Enkele variabelen die werden onderzocht omvatten de snijtechniek en het snij instrument, de testsnelheid, de sample dimensie en de handvatten. Een kritische bevinding was het belang van het uitlijnen van de specimens met de vezelrichting. Gegevensanalyse procedures (consistentie analyse, Weibull-technieken, uitschieter bepaling, enz.) worden hieronder besproken, evenals overwegingen voor v...

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

Het doel van de studie was het ontwikkelen van protocollen om consistente specimens voor te bereiden voor nauwkeurige mechanische tests van hoogsterkte aramide of Ultra-hoge-molaire massa-polyethyleen gebaseerde flexibele unidirectionele composiet laminaat materialen en om protocollen voor het uitvoeren van kunstmatige veroudering op deze materialen.

Snij procedures, trekproeven en veroudering van flexibele unidirectionele composiet laminaten

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

Dit protocol kan helpen bij het beantwoorden van belangrijke vragen op het gebied van kogelvrije vesten ontwikkeling door het definiëren van een herhaalbare procedure om de mechanische eigenschappen van flexibele unidirectionele composiet stoffen te testen. Een rechte, schone snede goed georiënteerd met de vezel richting is van cruciaal belang voor de nauwkeurige meting van falen stress door het voorkomen van extra bronnen van fouten. Deze techniek vult een gat in de huidige testen door het toestaan van ondervraging van de eigenschappen van een materiaal zonder hete persen, die meer representatief is voor het gebruik ervan in zachte kogelvrije vesten.Rol een bout van unidirectioneel materiaal uit om te testen op een werkoppervlak. Het afgewikkelde gedeelte is het voorlopermateriaal. Controleer visueel of de hoofdvezelrichting parallel loopt aan de breedte van de bout.Vervolgens krijgt u een scalpel om het voorlopermateriaal te isoleren. Maak een tabblad door het maken van een snede parallel aan de vezel richting. Maak dan nog een parallel snede ongeveer drie millimeter afstand.Handgreep het tabblad en scheur het weg om de vezels bloot te leggen op de laag eronder. Trek totdat de twee lagen zijn gescheiden over de gehele lengte van het voorlopermateriaal. Verwijder eventuele losse vezels van de rand van het tabblad dat buurman de blootgestelde cross vezels.Deze kunnen tot een tot twee millimeter verwijderd zijn van het tabpad. Ga verder door het stuk voorlopermateriaal van de bout te scheiden. Draai het materiaal om, zodat de nieuwe principevezelrichting de warprichting is.Markeer nu de greeplijnen op het materiaal dat in de inslagrichting is uitgelijnd. Deze lijnen zijn een vaste afstand van en parallel aan de snijranden van het materiaal. Nogmaals, snijd een tabblad in het materiaal, trek dan het tabblad om de belangrijkste vezel richting te bepalen voor het monster te worden gesneden uit het materiaal.De vezelrichting moet loodrecht staan op de griplijnen. Breng het materiaal naar een geschikte zelfherstellende rooster snijmat. Lijn de vezelrichting zorgvuldig uit met de rasterlijnen op de mat.Zorg ervoor dat de vezelrichting in het materiaal is uitgelijnd met de rasterlijnen. Voorkom beschadiging van het materiaal en zet het vast aan de snijmat door de hoeken vast te tappen. Gebruik een medisch mes en een rechte rand om monsters uit het materiaal te snijden.Plaats de rechte rand op de gewenste monsterbreedte en lijn deze uit met het rooster op de snijmat. Klem de uiteinden van de rechte rand op zijn plaats en controleer of deze nog steeds correct is geplaatst. Snijd het exemplaar langs de rechte rand met een constante snelheid en druk.Maak de rechte rand los en zorg ervoor dat het materiaal niet beweegt. Verwijder vervolgens het monster. Dit zijn alle exemplaren verkregen na het herhalen van de snijstappen om de productie van specimens te maximaliseren.Bereid u voor om punten te markeren om te volgen op een exemplaar voor gebruik met een video extensometer. Gebruik voor consistentie een sjabloon die over het exemplaar is geplaatst. Markeer de meetpunten met een permanente markering.Zorg ervoor dat de markeringen zichtbaar zijn op het monster om de meting van de stam mogelijk te maken. Breng het exemplaar vervolgens naar de universele testmachine. Daar steek je het uiteinde van het monster door de opening in de capstan en breng het rond naar de griplijn, die een lus vormt.Centreer het exemplaar op de capstan grepen. Terwijl u het monster gecentreerd houdt, draait u de capstan op de gewenste positie. Gebruik een spanapparaat om het monster op zijn plaats te houden voordat de capstan op zijn plaats wordt vergrendeld.Voltooi de montage van het monster door dezelfde stappen met het andere uiteinde te herhalen. Wanneer u klaar bent, breng dan een kleine voorbelasting van twee newton aan en noteert de werkelijke lengte van de meter. Stel nu het instrument in om een trekproef uit te voeren met een constante 10 millimeter per minuut en de test te beginnen.Voor de test past de testmachine een constante extensie van het monster toe terwijl de belasting en verplaatsing worden geregistreerd. De test gaat door tot er een breuk in het monster optreedt. Deze plot is een typische belasting versus verplaatsing curve voor deze experimenten.Bij het bewaken van het display duidt een vermindering van de waargenomen belasting met 90% op een breuk in het monster. Nota maximale stress en bijbehorende storingsspanning. Na het maken van een plan voor de studie, snijd het materiaal dat nodig is voor elke voorwaarde te worden getest.De stroken moeten breed genoeg zijn om de vereiste exemplaren op te leveren en hebben nog eens 10 millimeter of meer. Plaats de strips voor de blootstelling aan het milieu in een lade. Stel in de milieukamer het programma in voor droge kamertemperatuur en laat het stabiliseren.Zodra de kamer is gestabiliseerd, plaats de monsterlade binnen uit de buurt van de muren of eventuele punten van condensatie. Volgende programma van de kamer om de beoogde temperatuur voor de milieu-studie te bereiken. Wanneer de temperatuur stabiel is, programmeert u de kamer om de doelvochtigheid te bereiken.Wanneer het tijd is om oud materiaal te extraheren, programmeer de kamer om de relatieve vochtigheid te verminderen tot ongeveer die van het lab. Nadat de luchtvochtigheid is gestabiliseerd, programma de temperatuur te dalen tot kamertemperatuur, of ongeveer 25 graden Celsius. Om het materiaal op te halen, moet u worden voorbereid met een op de juiste wijze gelabelde container.Open de kamer met de vochtigheid en de temperatuur stabiel, verwijder het benodigde materiaal en plaats het in de gelabelde container. Breng het resterende materiaal terug naar de milieukamer en herstel de gekozen omstandigheden. Neem vervolgens het verouderde materiaal om oude exemplaren te maken.Dit verouderde materiaal is uitgelijnd op een zelfhelend snijoppervlak. De grip lijnen zijn gemarkeerd als voorheen. Stel de rechte rand in om vijf millimeter van één kant van het monster te verwijderen.Knip dit bedrag om eventuele schade te verwijderen uit de behandeling tijdens het verouderingsproces. Blijf de specimens op dezelfde manier maken als het ongeagede materiaal. Wanneer gedaan, zijn de specimens klaar voor gebruik in trekproeven.Voor belastingstests uitgevoerd met een vaste capstan, de belasting versus uitbreiding percelen van verschillende monsters tonen de monsters gleed. Dit weerspiegelt de moeilijkheid van het beveiligen van het materiaal. Daarentegen zijn de curven met een roterende capstan glad en consistent.Het materiaal is een ultra-hoge moleculaire massa polyethyleen unidirectioneel laminaat. Deze storing stress distributie wordt uitgezet met behulp van Weibull schalen. De gegevens zijn voor PPTA unidirectionele laminaatmonsters die een meter lengte van 300 millimeter en breedte van 30 millimeter gesneden langs de warp richting met een belasting van 10 millimeter per minuut.Er is een lage sterkte uitschieter die moet worden onderzocht. Ter vergelijking, dezelfde gegevens worden uitgezet, behalve met de uitschieter uitgesloten. Let op de wijziging in de horizontale as.Na deze procedure kan moleculaire spectroscopie worden gebruikt om vragen te beantwoorden over de chemische veranderingen in het materiaal als gevolg van de blootstelling aan warmte en vochtigheid. Houd er rekening mee dat de medische scalpel is zeer scherp en de juiste zorg moet worden genomen om letsel te voorkomen.

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

Ultrasoon lassen van thermoplastische composietmaterialen Coupons voor mechanische karakterisatie van lasverbindingen door middel van Single Lap Shear Testing

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

Het testen van nanodeeltjes release van een composiet die nanomaterialen bevatten Met behulp van een kamer 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

Wicking Tests voor Unidirectionele Stoffen: Metingen van capillaire Parameters om capillaire druk in Liquid Composite Molding Processen Evalueer

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

Magneet bijgestaan samengestelde productie: Een flexibele nieuwe techniek voor het bereiken van hoge consolidatie druk in vacuüm zak/Lay-opwaarts processen

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

Kunstmatige thermische veroudering van polyester versterkt en polyvinyl chloride gecoate technische 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

Kalibratieprocedures voor orthogonale superpositiereologie

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

Uitvoeren van microscoop gemonteerde Y-vormige snijtests

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

Het meten van de mechanische eigenschappen van glasvezelversterkingspolymeercomposietlaminaten verkregen door verschillende fabricageprocessen

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

Fabricage van op polydimethylsiloxaan (PDMS) gebaseerd flexibel oppervlakteversterkt Raman-verstrooiingssubstraat (SERS) voor ultragevoelige detectie

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