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 ønsker å anerkjenne Stuart Leigh Phoenix for hans hjelpsomme diskusjoner, Mike Riley for hans assistanse med mekanisk test oppsett, og Honeywell for å donere noen av materialene. Finansiering for Amy Engelbrecht-spesiell ble gitt under stipend 70NANB17H337. Finansiering for Ajay Krishnamurthy ble gitt under stipend 70NANB15H272. Finansiering for Amanda L. Forster ble gitt fra Forsvarsdepartementet gjennom Interagency avtale R17-643-0013.

1. skjæring prosedyre for Warp-retning prøver som er kuttet vinkelrett på aksen av rullen
<ol><li>Identifiser en bolt av enveis materiale som skal testes. Merk: det er ingen Warp (brukes til å beskrive retningen vinkelrett på aksen av rullen) og WEFT (brukes til å beskrive retningen parallelt med aksen av rullen) i den tradisjonelle tekstil forstand, som materialet som brukes her er ikke vevd, men disse begrepene er lånt fo r klarhet.</li>
	<li>Manuelt rulle bolten for å avdekke forløperen materialet (dvs. ...

<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>

Riktig bestemmelse av Fiberretningen er kritisk. Fordelen med metoden beskrevet i trinn 1.4 – 1,6 av protokollen er at det er full kontroll over hvor mange fibre som brukes til å starte separasjon prosessen. Men dette betyr ikke at det er en fullstendig kontroll over den endelige separerte regionens bredde, ettersom fibrene ikke er helt parallelle og kan krysse over hverandre. I prosessen med å skille en gruppe med fibre, ofte, fibre nabokommunene de blir separert vil også bli separert, på grunn av denne crossover....

National Institute of Standards and Technology (NIST) hjelper rettshåndhevelse og strafferettslige etater sikre at utstyret de kjøper og de teknologiene som de bruker er trygge, pålitelige og svært effektive, gjennom et forskningsprogram adressering den langsiktige stabiliteten av høy styrke fibre som brukes i kroppen rustning. Tidligere arbeid1,2har fokusert på feltet svikt i en kropp rustning laget av materialet Poly (p-phenylene-2, 6-benzobisoxazole), eller PbO, noe som førte til en større revisjon av National Institute of Justice ' s (NIJ ' s) Body Armor standard 3. siden utgivelsen av denne reviderte standarden, har arbeidet fortsatt på NIST å undersøke mekanismer for aldring i andre brukte fibre som Ultra-High-molar-masse POLYETYLEN (UHMMPE)4 og Poly (p-phenylene TEREPHTHALAMIDE), eller PPTA, kjent som aramid. Imidlertid har alt dette arbeidet fokusert på aldring av garn og enkelt fibre, som er mest relevant for vevde stoffer. Men mange kroppen rustning design innlemme UD laminat. UD laminat er konstruert av tynne fiber lag (< 0,05 mm) der fibrene i hvert lag er parallelt med hverandre5,6,7 og rustning er konstruert ved å stable de tynne arkene i vekslende orientering, som avbildet i supplerende figur 1a. Denne designen avhenger tungt på en bindemiddel harpiks å holde fibrene i hvert lag generelt parallell, som vist i supplerende figur 1B, og opprettholde nominelt 0 °/90 ° orientering av stablet stoffer. Som vevde stoffer, er UD laminat vanligvis konstruert av to store fiber variasjoner: aramid eller UHMMPE. UD laminat gir flere fordeler til kroppen rustning designere: de tillater for en lavere vekt rustning system i forhold til de som bruker vevde stoffer (på grunn av styrke tap under veving), eliminere behovet for vevd konstruksjon, og bruke mindre diameter Fibre å gi en lignende ytelse til vevde stoffer, men til en lavere vekt. PPTA har tidligere vist å være motstandsdyktig mot degradering forårsaket av temperatur og luftfuktighet1,2, men dokumentordneren kan spille en betydelig rolle i utførelsen av UD laminat. Dermed er den generelle effekten av bruk miljøet på PPTA-baserte rustning ukjent8.
Hittil har bare svært foreløpige arbeidet er utført for å karakterisere aldring av bindemiddel harpiks som brukes i disse UD laminat og virkningene av bindemiddel aldring på ballistisk ytelse av UD laminat. For eksempel under utviklingen av condition-protokollen som brukes i NIJ standard-0101,06, viste UD-laminat visuelle tegn på delaminering og reduksjoner i V50 etter aldring1,2,8. Disse resultatene viser behovet for en grundig forståelse av materialets egenskaper med aldring, for å evaluere materialets langsiktige strukturelle ytelse. Dette i sin tur nødvendiggjør utvikling av standardiserte metoder for å forhøre svikt egenskapene til disse materialene. Hovedmålene for dette arbeidet er å utforske metoder og beste praksis for nøyaktig testing av mekaniske egenskaper av UD laminat materialer og å foreslå en ny test metodikk for disse materialene. Beste praksis for aldring UD laminat materialer er også beskrevet i dette arbeidet.
Litteraturen inneholder flere eksempler på testing av mekaniske egenskaper UD laminat etter hot-trykke flere lag i en hard prøve9,10,11. For rigid kompositt laminat, ASTM D303912 kan brukes; men i denne studien, er materialet ca 0,1 mm tykk og ikke stive. Noen UD laminat materialer brukes som forløpere for å gjøre stive ballistisk beskyttende artikler som hjelmer eller ballistisk-resistente plater. Imidlertid, det spinkle, fleksibel UD laminat kanne likeledes bli brukt til å lage kropp rustning9,13.
Målet med dette arbeidet er å utvikle metoder for å utforske resultatene av materialene i myke kroppen rustning, slik at metoder som involverer varmpressing ikke ble utforsket fordi de ikke er representative for hvordan materialet blir brukt i myke kroppen rustning. ASTM International har flere test-metode standarder knyttet til testing strimler av stoff, inkludert ASTM D5034-0914 standard testmetode for bruddstyrke og forlengelse av tekstilstoffer (Grab test), ASTM D5035-1115 standard test Metode for Breaking Force og forlengelse av Tekstilstoffer (Strip Method), ASTM D6775-1316 standard test metode for bruddstyrke og forlengelse av tekstil webbing, tape og flettet materiale, og ASTM D395017 standard spesifikasjon for Stropper, metalliske (og Sammenføynings metoder). Disse standardene har flere viktige forskjeller når det gjelder test håndtakene som brukes, og prøvestørrelsen, som nevnt nedenfor.
Metoder beskrevet i ASTM D5034-0914 og ASTM D5035-1115 er svært like og fokuserer på å teste standardtekst iler i stedet for høy styrke kompositter. For testene i disse to standardene, kjeven ansikter av håndtakene er glatte og flate, selv om modifikasjoner er tillatt for prøver med en svikt stress større enn 100 N/cm for å minimere rollen som Stick-slip-basert svikt. Foreslåtte modifikasjoner for å hindre slipping er å puten i kjever, pels stoffet under kjever, og endre kjeven ansiktet. I tilfelle av denne studien, er prøven svikt stress ca 1 000 N/cm, og dermed denne stilen grep resulterer i overdreven prøve glidning. ASTM D6775-1316 og ASTM D395017 er ment for mye sterkere materialer, og begge er avhengige av vinde håndtak. Således, denne studien fokuserte på bruk av vinde grep.
Videre varierer prøvestørrelsen betraktelig blant disse fire ASTM standardene. Den webbing og stropp standarder, ASTM D6775-1316 og ASTM D395017, spesifiser for å teste hele bredden av materialet. ASTM D677516 spesifiserer en maksimal bredde på 90 mm. I kontrast, stoffet standarder14,15 forventer at prøven skal kuttes byplanen og angi enten en 25 mm eller 50 mm bredde. Den totale lengden på prøven varierer mellom 40 cm og 305 cm, og måle lengden varierer mellom 75 mm og 250 mm på tvers av disse ASTM-standardene. Ettersom ASTM-standardene varierer betydelig i forhold til prøvestørrelsen, ble det vurdert tre forskjellige bredder og tre forskjellige lengder for denne studien.
Terminologien refererer til prøven forberedelse i protokollen er som følger: bolt > forløper materiale > materiale > prøven, der begrepet bolt refererer til en rull med UD laminat, refererer forløper materiale til en nøstes mengde UD stoff fortsatt festet til bolten, refererer materialet til et separert stykke UD laminat, og prøven refererer til en individuell brikke som 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 kroppen rustning design innlemme enveis (UD) laminat. UD-laminat er laget av tynne (< 0,05 mm) lag med høy ytelse garn, der garn i hvert lag er orientert parallelt med hverandre og holdt på plass ved hjelp av bindemiddel harpiks og tynne polymer filmer. Rustningen er konstruert ved stabling av enveis lag i forskjellige retninger. Hittil har bare svært foreløpige arbeidet er utført for å karakterisere den aldring av bindemiddel harpiks brukt i enveis laminat og virkningene på ytelsen. For eksempel, under utviklingen av condition protokollen som brukes i National Institute of Justice standard-0101,06,-laminat, viste UD visuelle tegn på delaminering og reduksjoner i V50, som er den hastigheten som halvparten av prosjektiler forventes å perforere rustning, etter aldring. En bedre forståelse av materielle eiendom endringer i UD laminat er nødvendig for å forstå den langsiktige ytelsen til rustning konstruert av disse materialene. Det er ingen gjeldende standarder som anbefales for mekanisk forhører enveis (UD) laminat materialer. Denne studien utforsker metoder og beste praksis for nøyaktig testing av mekaniske egenskaper av disse materialene, og foreslår en ny test metodikk for disse materialene. Gode fremgangsmåter for aldring av disse materialene er også beskrevet.

Mange gjentakelser av skjæring og testing ble utført for å undersøke flere forskjellige variabler. Noen variabler som ble undersøkt inkluderer cutting teknikk og skjære instrument, testing rate, prøven dimensjon, og håndtakene. En kritisk oppdagelse var viktigheten av å samkjøre prøvene med fiberretning. Data analyse prosedyrer (konsekvensanalyse, Weibull teknikker, avvikende bestemmelse osv.) drøftes nedenfor, som er betraktninger om aldring.
<p class="jove_content" fo:ke...

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 studien var å utvikle protokoller for å forberede konsistente eksemplarer for nøyaktig mekanisk testing av høy styrke aramid eller Ultra-High-molar-masse polyetylen-basert fleksibel enveis kompositt laminat materialer og for å beskrive protokoller for å utføre kunstig aldring på disse materialene.

Skjæring prosedyrer, strekk testing, og aldring av fleksibel enveis kompositt laminat

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

Denne protokollen kan bidra til å svare på viktige spørsmål innen kroppsrustningutvikling ved å definere en repeterbar prosedyre for å teste de mekaniske egenskapene til fleksible enveis komposittstoffer. Et rett, rent kutt godt orientert med fiberretningen er avgjørende for nøyaktig måling av feilstress ved å forhindre flere feilkilder. Denne teknikken fyller et gap i dagens testing ved å tillate avhør av materialets egenskaper uten varmt press, noe som er mer representativt for bruken i myk kroppsrustning.Rull ut en bolt med enveis materiale som skal testes til en arbeidsflate. Den uavbrudde delen er forløpermaterialet. Kontroller visuelt at prinsippet fiber retning er parallelt med bredden på bolten.Deretter får du en skalpell for å isolere forløpermaterialet. Opprett en tabulator ved å gjøre et kutt parallelt med fiberretningen. Deretter gjør en annen parallell kutt om tre millimeter unna.Ta tak i tappen manuelt og riv den bort for å eksponere fibrene på laget under. Trekk til de to lagene er skilt over hele forløpermaterialets lengde. Fjern eventuelle løse fibre fra kanten av tappen som nabo de eksponerte kryssfibrene.Disse kan være opptil én til to millimeter unna tabulatorbanen. Fortsett med å skille forløpermaterialet fra bolten. Snu materialet slik at det nye prinsippet fiber retning er warp retning.Merk nå gripelinjene på materialet justert i weft-retningen. Disse linjene er en bestemt avstand fra og parallelt med de kuttede kantene av materialet. Igjen, kutt en tabulator i materialet, og trekk deretter tappen for å bestemme prinsippet fiberretning for prøven som skal kuttes fra materialet.Fiberretningen skal være vinkelrett på gripelinjene. Ta materialet til en passende selvhelbredende gridded skjærematte. Juster fiberretningen forsiktig med gitterlinjene på matten.Kontroller at fiberretningen i materialet er på linje med rutenettlinjene. Unngå å skade materialet og fest det til skjærematten ved å teipe hjørnene. Bruk et medisinsk blad og en rett kant til å kutte prøver fra materialet.Plasser den rette kanten ved ønsket prøvebredde og juster den etter gitteret på klippematten. Klem i endene av den rette kanten på plass og kontroller at den fortsatt er riktig plassert. Klipp prøven langs den rette kanten med konstant hastighet og trykk.Løsne den rette kanten, og ta vare på å ikke flytte materialet. Deretter fjerner du prøven. Dette er alle prøvene som er oppnådd etter å ha gjentatt skjæretrinnene for å maksimere prøveproduksjonen.Forbered deg på å markere punkter for å spore på en prøve for bruk med et videoutvidingsometer. For konsistens, bruk en mal plassert over prøven. Merk målerpunktene med en permanent markør.Kontroller at merkene er synlige på prøven for å tillate måling av belastning. Deretter tar du prøven til den universelle testmaskinen. Der setter du enden av prøven gjennom gapet i capstan og bringer den rundt til gripelinjen, danner en løkke.Midtstill prøven på capstan-håndtakene. Mens du holder prøven sentrert, vri capstanen til ønsket posisjon. Bruk en strammeenhet til å holde prøven på plass før du låser kapstanen på plass.Fullfør monteringen av prøven ved å gjenta de samme trinnene med den andre enden. Når du er ferdig, bruk en liten forhåndslast på to newtons og registrer den faktiske målerlengden. Nå satt opp instrumentet for å utføre en strekktest på en konstant 10 millimeter per minutt og begynne testen.For testen bruker testmaskinen en konstant forlengelseshastighet på prøven mens lasten og forskyvningen registreres. Testen fortsetter til det oppstår en pause i prøven. Dette plottet er en typisk belastning versus forskyvningskurve for disse eksperimentene.Når du overvåker skjermen, indikerer en 90 % reduksjon i den observerte belastningen et brudd i prøven. Registrer maksimal stress og tilsvarende sviktbelastning. Etter å ha laget en plan for studien, kutt materialet som trengs for hver tilstand som skal testes.Stripene skal være brede nok til å gi de nødvendige prøvene og ha ytterligere 10 millimeter eller mer. Plasser stripene for miljøeksponeringen i et brett. På miljøkammeret, sett sitt program for tørre romtemperaturforhold og la det stabilisere seg.Når kammeret har stabilisert seg, plasser prøvebrettet inne fra veggene eller eventuelle kondenspunkter. Neste program kammeret for å nå måltemperaturen for miljøstudien. Når temperaturen er stabil, programmer kammeret for å nå målet fuktighet.Når det er på tide å trekke ut alderen materiale, programmere kammeret for å redusere den relative fuktigheten til omtrent laboratoriet. Etter at fuktigheten har stabilisert seg, programmer temperaturen til å falle til romtemperatur, eller ca 25 grader celsius. For å hente materialet, vær forberedt med en riktig merket beholder.Med fuktighet og temperatur stabil, åpne kammeret, fjern det nødvendige materialet, og plasser det i den merkede beholderen. Returner gjenværende materiale til miljøkammeret og reetablere de valgte forholdene. Deretter tar du det eldre materialet for å lage eldre prøver.Dette alderen materialet er justert på en selvhelbredende skjæreoverflate. Gripelinjene er merket som før. Sett opp den rette kanten for å fjerne fem millimeter fra den ene siden av prøven.Trim dette beløpet for å fjerne eventuelle skader fra håndtering under aldringsprosessen. Fortsett å lage prøvene på samme måte som det uasserte materialet. Når du er ferdig, er prøvene klare til bruk i strekktesteksperimenter.For lasttester utført med en fast capstan, viser lasten versus forlengelsesplottene i flere prøver prøvene gled. Dette gjenspeiler vanskeligheten med å sikre materialet. Derimot, med en roterende capstan kurvene er glatte og konsekvente.Materialet er en ultra-høy molekylær masse polyetylen enveis laminat. Denne feil stress distribusjon er plottet ved hjelp av Weibull skalering. Dataene er for PPTA enveis laminatprøver som en målerlengde på 300 millimeter og bredde på 30 millimeter kuttet langs warp retning med en last på 10 millimeter per minutt.Det er en lav styrke outlier som bør undersøkes. Til sammenligning tegnes de samme dataene med unntak av de ytre ekskluderte. Legg merke til endringen i den vannrette aksen.Etter denne prosedyren kan molekylær spektroskopi brukes til å svare på spørsmål om de kjemiske endringene i materialet på grunn av eksponering for varme og fuktighet. Husk at den medisinske skalpell er ekstremt skarp og passende forsiktighet må tas for å unngå skade.

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

Ultralyd sveising av termoplast Kompositt kuponger for Mekanisk Karakterisering av sveisede skjøter gjennom enkelt 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

Testing av Nanopartikkel Løslatelse fra Composite Inneholder nanomaterial Ved hjelp av en Chamber 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

Transporterende tester for Enveisen Stoffer: Målinger av Capillary Parametere for å evaluere kapillartrykkdata i flytende kompositt støpeprosesser

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 assistert kompositt produksjon: En fleksibel ny teknikk for å oppnå høy konsolidering trykket i vakuum Bag/Lay opp prosesser

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 aldring av polyesterforsterket og polyvinylkloridbelagt teknisk stoff

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

Kalibreringsprosedyrer for ortogonal superposisjonsreologi

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

Utføre mikroskopmonterte Y-formede skjæretester

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 av de mekaniske egenskapene til glassfiberarmering polymerkomposittlaminater oppnådd ved forskjellige fabrikasjonsprosesser

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

Fabrikasjon av polydimetylsiloksan (PDMS)-basert fleksibelt overflateforbedret Raman-spredning (SERS) substrat for ultrasensitiv deteksjon

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