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

Författarna skulle vilja erkänna Stuart Leigh Phoenix för hans hjälpsamma diskussioner, Mike Riley för hans hjälp med den mekaniska test setup, och Honeywell för att donera en del av materialet. Finansiering för Amy Engelbrecht-Wiggans tillhandahölls under Grant 70NANB17H337. Finansiering för Ajay Krishnamurthy tillhandahölls under Grant 70NANB15H272. Finansiering för Amanda L. Forster tillhandahölls från försvarsdepartementet genom institutionsöverskridande Agreement R17-643-0013.

1. skär förfarande för prov med varp riktning som skärs vinkelrätt mot rullens axel
<ol><li>Identifiera en bult av enkelriktat material som ska testas. Obs: det finns ingen varp (används för att beskriva riktningen vinkelrätt mot axeln av rullen) och väft (används för att beskriva riktningen parallellt med axeln av rullen) i den traditionella textil bemärkelse, eftersom det material som används här inte är vävda, men dessa termer lånas fo r klarhet.</li>
	<li>Manuellt rulla bulten för att exponera ...

<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 bestämning av fiberriktningen är kritisk. Fördelen med den metod som beskrivs i steg 1.4 – 1.6 i protokollet är att det finns fullständig kontroll över hur många fibrer som används för att starta separationsprocessen. Detta betyder dock inte att det finns en fullständig kontroll över den slutliga separerade regionens bredd, eftersom fibrerna inte är helt parallella och kan passera över varandra. I processen att separera ett parti fibrer, ofta, fibrer angränsande de som separeras kommer också att ...

Det nationella institutet för standarder och teknik (NIST) hjälper brottsbekämpande och straffrättsliga organ se till att den utrustning de köper och den teknik som de använder är säkra, pålitliga och mycket effektiva, genom ett forskningsprogram att ta itu med den långsiktiga stabiliteten hos höghållfasta fibrer som används i skyddsvästar. Tidigare arbete1,2har fokuserat på fältet misslyckande av en skyddsvästar tillverkad av materialet poly (p-fenylen-2, 6-benzobisoxazol), eller PBO, vilket ledde till en stor revidering av National Institute of Justice (NIJ s) Body Armor standard 3. sedan lanseringen av denna reviderade standard har arbetet fortsatt på NIST för att undersöka mekanismer för åldrande i andra vanliga fibrer såsom ultra-hög-molar-massa polyeten (UHMMPE)4 och poly (p-fenylentereftalamid), eller ppta, allmänt känd som aramid. Men allt detta arbete har fokuserat på åldrande av garn och enstaka fibrer, som är mest relevant för vävda tyger. Men, många skyddsvästar mönster införliva UD laminat. UD laminat är tillverkade av tunna fiberskikt (< 0.05 mm) där fibrerna i varje skikt är parallella med varandra5,6,7 och rustningen är konstruerad genom att stapla de tunna arken i omväxlande riktningar, som avbildas i kompletterande figur 1a. Denna design är starkt beroende av en pärmharts för att hålla fibrerna i varje skikt i allmänhet parallellt, som framgår av kompletterande figur 1b, och bibehålla nominellt 0 °/90 ° orientering av staplade tyger. Liksom Vävda tyger, är UD laminater typiskt konstruerade av två stora fiber variationer: aramid eller UHMMPE. UD laminat ge flera fördelar för kroppen rustning designers: de möjliggör en lägre vikt rustning system jämfört med de som använder Vävda tyger (på grund av styrka förlust under vävning), eliminera behovet av vävda konstruktion, och utnyttja mindre diameter fibrer att ge en liknande prestanda till Vävda tyger men med en lägre vikt. Ppta har tidigare visats vara motståndskraftig mot nedbrytning orsakad av temperatur och luftfuktighet1,2, men bindemedlet kan spela en betydande roll i utförandet av UD-laminatet. Således, de övergripande effekterna av användningsmiljön på PPTA-baserade rustningar är okända8.
Hittills har endast mycket förberedande arbete utförts för att karakterisera åldrandet av bindemedelhartser som används i dessa UD-laminat och effekterna av bindemedelåldrandet på den ballistiska prestandan hos UD-laminatet. Till exempel, under utvecklingen av konditioneringsprotokoll som används i NIJ standard-0101,06, UD laminat visade visuella tecken på delaminering och minskningar i V50 efter åldrande1,2,8. Dessa resultat visar på behovet av en grundlig förståelse av materialets egenskaper med åldrande, för att utvärdera materialets långsiktiga strukturella prestanda. Detta, i sin tur, kräver utveckling av standardiserade metoder för att förhöra fel egenskaperna hos dessa material. De främsta målen för detta arbete är att undersöka metoder och bästa praxis för att noggrant testa de mekaniska egenskaperna hos UD-laminatmaterial och att föreslå en ny testmetodik för dessa material. Bästa praxis för åldrande UD-laminatmaterial beskrivs också i detta arbete.
Litteraturen innehåller flera exempel på test av de mekaniska egenskaperna hos UD-laminater efter varmpressning av flera skikt till ett hårt prov9,10,11. För stela komposit laminat kan ASTM D303912 användas; i denna studie är dock materialet ca 0,1 mm tjockt och inte stelt. Vissa UD laminatmaterial används som föregångare att göra stela ballistiska skyddande artiklar såsom hjälmar eller ballistiska resistenta plattor. Men den tunna, flexibla UD laminat kan också användas för att göra skyddsvästar9,13.
Syftet med detta arbete är att utveckla metoder för att utforska utförandet av material i mjuka skyddsvästar, så metoder som innebär varmpressning inte utforskas eftersom de inte är representativa för hur materialet används i mjuka skyddsväster. ASTM International har flera test-metodstandarder för att testa remsor av tyg, inklusive ASTM D5034-0914 standardtest metod för brotthållfasthet och förlängning av textilvävnader (Grab test), ASTM D5035-1115 standardtest Metod för att bryta kraft och förlängning av textilvävnader (Strip metod), ASTM D6775-1316 standard test metod för att bryta styrka och förlängning av textil vävband, tejp och flätat material, och ASTM D395017 standardspecifikation för Bandning, nonmetallic (och sammanfognings metoder). Dessa standarder har flera viktiga skillnader när det gäller de test grepp som används och preparat storleken, som nämns nedan.
Metoder som beskrivs i ASTM D5034-0914 och ASTM D5035-1115 är mycket lika och fokuserar på att testa standard tyger snarare än höghållfasta kompositer. För testerna i dessa två standarder, käken ansikten av handtagen är släta och platt, även om ändringar är tillåtna för prover med ett misslyckande stress större än 100 N/cm för att minimera den roll som Stick-SLIP-baserade misslyckande. Föreslog ändringar för att förhindra halka är att pad käkarna, päls tyget underkäkarna, och ändra käken ansikte. I fallet med denna studie, preparatet misslyckande stressen är cirka 1 000 N/cm, och därmed, denna typ av grepp resulterar i överdriven prov glidhet. ASTM D6775-1316 och ASTM D395017 är avsedda för mycket starkare material, och båda förlitar sig på ankarwinch i fören grepp. Således fokuserade denna studie på användningen av ankarwinch i fören grepp.
Vidare varierar preparat storleken avsevärt bland dessa fyra ASTM-standarder. Vävning och Bandnings standarder, ASTM D6775-1316 och ASTM D395017, ange för att testa hela bredden av materialet. ASTM D677516 anger en maximal bredd på 90 mm. I kontrast, tyg standarderna14,15 förväntar provexemplaret skall klippas bredden och ange antingen en 25 mm eller 50 mm bredd. Den totala längden på preparatet varierar mellan 40 cm och 305 cm, och mätar längden varierar mellan 75 mm och 250 mm över dessa ASTM-standarder. Eftersom ASTM-standarderna varierar avsevärt när det gäller preparat storlek, övervägdes tre olika bredder och tre olika längder för denna studie.
Terminologin som hänvisar till preparat preparatet i protokollet är följande: bult > prekursor material > material > prov, där termen bult hänvisar till en rulle av UD laminat, avser prekursor material till en avlindad mängd UD tyg fortfarande bifogas till bulten, material hänvisar till en avgränsad bit av UD laminat, och specimen hänvisar till en enskild pjäs som skall testas.

<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

Många Body Armor design införliva enkelriktade (UD) laminat. UD laminat är tillverkade av tunna (< 0,05 mm) skikt av högpresterande garn, där Garner i varje skikt är orienterade parallellt med varandra och hålls på plats med hjälp av pärmhartser och tunna polymerfilmer. Rustningen byggs genom att stapla de enkelriktade lagren i olika riktningar. Hittills har endast mycket förberedande arbete utförts för att karakterisera åldrandet av bindemedelhartser som används i enkelriktade laminater och effekterna på deras prestanda. Till exempel, under utvecklingen av konditioneringsprotokoll som används i National Institute of Justice standard-0101,06, UD laminat visade visuella tecken på delaminering och minskningar i V50, vilket är den hastighet vid vilken hälften av projektiler förväntas perforera rustningen, efter åldrandet. En bättre förståelse av de materiella egenskaps förändringar i UD laminat är nödvändigt för att förstå den långsiktiga prestandan hos rustningar tillverkade av dessa material. Det finns inga aktuella standarder som rekommenderas för mekaniskt förhör enkelriktade (UD) laminatmaterial. Denna studie utforskar metoder och bästa praxis för att noggrant testa de mekaniska egenskaperna hos dessa material och föreslår en ny testmetod för dessa material. Bästa praxis för åldrande dessa material beskrivs också.

Många iterationer av skärning och testning utfördes för att undersöka flera olika variabler. Några variabler som undersöktes inkluderar skärteknik och skär instrument, test hastighet, preparat dimension och grepp. En kritisk slutsats var vikten av att anpassa proverna med fiberriktningen. Data analysförfaranden (konsekvensanalys, Weibull tekniker, avvikande bestämning, etc.) diskuteras nedan, liksom överväganden för åldrande.
<p class="jove_content" fo:keep-together.wit...

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 att utveckla protokoll för att förbereda konsekventa prover för noggrann mekanisk provning av höghållfasta aramid eller ultra-hög-molar-massa polyeten-baserade flexibla enkelriktade komposit laminat material och att beskriva protokoll för att utföra artificiellt åldrande på dessa material.

Skär procedurer, Dragprovning och åldrande av flexibla enkelriktade komposit laminat

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

Detta protokoll kan hjälpa till att besvara viktiga frågor inom området för skyddsvästar utveckling genom att definiera en repeterbar procedur för att testa de mekaniska egenskaperna hos flexibla enkelriktade komposit tyger. En rak, ren snitt väl orienterad med fiberriktningen är avgörande för den exakta mätningen av fel stress genom att förhindra ytterligare felkällor. Denna teknik fyller en lucka i nuvarande tester genom att tillåta förhör av ett material egenskaper utan varm pressning, som är mer representativ för dess användning i mjuka skyddsvästar.Rulla ut en bult av enkelriktat material som ska testas till en arbetsyta. Den avrulade delen är prekursormaterialet. Visuellt verifiera att principen fiberriktningen är parallell med bultens bredd.Därefter får du en skalpell för att isolera prekursormaterialet. Skapa en flik genom att göra en snitt parallellt med fiberriktningen. Gör sedan en annan parallell snitt ungefär tre millimeter bort.Manuellt greppa fliken och riva bort den för att exponera fibrerna på lagret under. Dra tills de två lagren har separerats över hela prekursormaterialet. Ta bort eventuella lösa fibrer från kanten av fliken som granne de exponerade korsfibrer.Dessa kan vara upp till en till två millimeter från tabbbanan. Fortsätt genom att separera bit av prekursormaterial från bulten. Vänd över det materiellt, så den nya principfiberriktningen är warpriktningen.Nu, markera grepplinjer på materialet i linje i våras riktning. Dessa linjer är ett inställt avstånd från och parallellt med materialets skurna kanter. Återigen, skär en flik i materialet, dra sedan fliken för att bestämma principen fiber riktning för exemplaret som ska skäras från materialet.Fiberriktningen ska vara vinkelrät mot grepplinjerna. Ta materialet till en lämplig själv helande gridded skärmatta. Rikta försiktigt in fiberriktningen mot gallerlinjerna på mattan.Se till att fiberriktningen i materialet är i linje med rutnätslinjerna. Undvik att skada materialet och säkra det på skärmattan genom att tejpa dess hörn. Använd ett medicinskt blad och en rak kant för att skära av preparat från materialet.Placera den raka kanten på önskad preparatbredd och rikta in den med gallret på skärmattan. Kläm fast ändarna på den raka kanten på plats och kontrollera att den fortfarande är rätt placerad. Skär preparatet längs den raka kanten med en konstant hastighet och tryck.Unclamp den raka kanten, var noga med att inte flytta materialet. Ta sedan bort preparatet. Dessa är alla de exemplar som erhållits efter att ha upprepat skärstegen för att maximera provproduktionen.Förbered att markera punkter för att spåra på ett exemplar för användning med en videoextensometer. För konsekvens, använd en mall som placerats över preparatet. Markera mätarpunkterna med en permanent markör.Se till att märkena syns på preparatet för att möjliggöra mätning av stam. Därefter tar du preparatet till universaltestmaskinen. Där sätter du in änden av exemplaret genom gapet i capstan och för den runt till grepplinjen, bildar en slinga.Centrera preparatet på kapstangreppen. Samtidigt som preparatet håller sig centrerad, vrid capstan till önskat läge. Använd en spännanordning för att hålla provet på plats innan capstan låses på plats.Fullborda monteringen av preparatet genom att upprepa samma steg med den andra änden. När det är klart, tillämpa en liten förspänning av två newton och registrera den faktiska mätarlängd. Nu ställa in instrumentet för att utföra ett dragprov på en konstant 10 millimeter per minut och börja testet.För provningen tillämpar provningsmaskinen en konstant förlängningshastighet på provet medan belastningen och förskjutningen registreras. Testet fortsätter tills ett avbrott sker i provet. Denna tomt är en typisk belastning kontra förskjutningskurva för dessa experiment.Vid övervakning av displayen indikerar en 90-procentig minskning av den observerade belastningen ett avbrott i preparatet. Registrera maximal stress och motsvarande misslyckande stam. Efter att ha gjort en plan för studien, skär det material som behövs för varje tillstånd som ska testas.Remsorna bör vara tillräckligt breda för att ge de nödvändiga exemplaren och ha ytterligare 10 millimeter eller mer. Placera remsorna för miljöexponeringen i ett fack. Vid miljökammaren, ställ in sitt program för torr rumstemperatur förhållanden och låt den stabiliseras.När kammaren har stabiliserats, placera provbrickan inuti från väggarna eller några punkter av kondens. Nästa program kammaren för att nå måltemperaturen för miljöstudien. När temperaturen är stabil, programmera kammaren att nå målet luftfuktighet.När det är dags att extrahera åldrat material, programmera kammaren att minska den relativa luftfuktigheten till ungefär som i labbet. Efter att luftfuktigheten har stabiliserats, programmera temperaturen att sjunka till rumstemperatur, eller ca 25 grader celsius. För att hämta materialet, var beredd med en lämpligt märkt behållare.Med luftfuktigheten och temperaturen stabil, öppna kammaren, ta bort det nödvändiga materialet, och placera den i den märkta behållaren. Lämna in eventuellt kvarvarande material till miljökammaren och återupprätta de valda villkoren. Därefter tar du det åldrade materialet för att skapa åldrade exemplar.Detta åldrad material är i linje på en själv helande skäryta. Dess grepplinjer har markerats som tidigare. Ställ in den raka kanten för att ta bort fem millimeter från ena sidan av preparatet.Trimma denna mängd för att ta bort eventuella skador från hantering under åldrandet. Fortsätt att skapa exemplaren på samma sätt som det icke uppsagda materialet. När det är klart är exemplaren klara för användning i dragtestexperiment.För belastningstester som utförs med en fast kapstan visar belastningen kontra förlängningstomterna på flera prover proverna som halkat. Detta återspeglar svårigheten att säkra materialet. Däremot med en roterande capstan kurvorna är jämna och konsekventa.Materialet är ett ultrahögt molekylm polyeten enstrålande laminat. Detta fel stressfördelning ritas med hjälp av Weibull skalning. Datan är för PPTA enkelriktade laminatprover som en mätarelängd av 300 millimetrar och bredd av 30 millimetrar klippte längs warpriktningen med en ladda av 10 millimetrar per minimalt.Det finns en låg styrka avvikare som bör undersökas. Som jämförelse ritas samma data in med undantag av avvikare. Observera förändringen av den vågräta axeln.Efter detta förfarande kan molekylär spektroskopi användas för att svara på frågor om de kemiska förändringarna i materialet på grund av exponeringen för värme och luftfuktighet. Kom ihåg att den medicinska skalpell är extremt skarp och lämplig försiktighet måste vidtas för att undvika skador.

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

Ultraljudssvetsning av termoplastiska komposit kuponger för mekaniska karakterisering av svetsfogar genom 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

Testning av nanopartiklar Release från en komposit innehållande Nanomaterial med hjälp av en kammarsystem

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 Test för Enkelriktade Tyger: Mätning av Kapillär parametrar att utvärdera kapillärtrycket i Liquid Composite formningsprocesser

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 assisterad sammansatta tillverkning: En flexibel ny teknik för att uppnå hög konsolidering trycket i vakuum påse/lay-off upp 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

Artificiellt termiskt åldrande av polyester förstärkt och polyvinylkloridbelagd teknisk tand

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 för 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

Utföra mikroskopmonterade Y-formade skärtester

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

Mätning av de mekaniska egenskaperna hos glasfiberarmeringspolymerkompositlaminat erhållna genom olika tillverkningsprocesser

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

Tillverkning av polydimetylsiloxan (PDMS)-baserat flexibelt ytförstärkt Raman-spridningssubstrat (SERS) för ultrakänslig detektion

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