काटने की प्रक्रिया, टेन्सिल परीक्षण, और लचीला यूनिडायरेक्शनल कम्पोजिट लैमिनेट्स की उम्र बढ़ने
Summary
अध्ययन का लक्ष्य उच्च शक्ति aramid या अल्ट्रा उच्च-मोलर-मास polyethylene आधारित लचीला यूनिडायरेक्शनल समग्र टुकड़े टुकड़े टुकड़े सामग्री का सटीक यांत्रिक परीक्षण के लिए लगातार नमूने तैयार करने के लिए प्रोटोकॉल विकसित करने के लिए किया गया था और वर्णन करने के लिए इन सामग्रियों पर कृत्रिम उम्र बढ़ने के प्रदर्शन के लिए प्रोटोकॉल।
Abstract
कई शरीर कवच डिजाइन unidirectional (यूडी) laminates शामिल हैं. UD टुकड़े टुकड़े पतली (और lt;0.05 मिमी) उच्च प्रदर्शन यार्न, जहां प्रत्येक परत में यार्न एक दूसरे के समानांतर उन्मुख और बांधने की मशीन रेजिन और पतली बहुलक फिल्मों का उपयोग कर जगह में आयोजित कर रहे हैं की परतों का निर्माण कर रहे हैं. कवच अलग-अलग अभिविन्यासों में यूनिडायरेक्शनल परतों को स्टैक करके बनाया गया है। तारीख करने के लिए, केवल बहुत ही प्रारंभिक काम unidirectional टुकड़े टुकड़े में इस्तेमाल बांधने की मशीन रेजिन की उम्र बढ़ने और उनके प्रदर्शन पर प्रभाव की विशेषता के लिए किया गया है. उदाहरण के लिए, राष्ट्रीय न्याय संस्थान मानक-0101.06 में प्रयुक्त कंडीशनिंग प्रोटोकॉल के विकास के दौरान, यूडी पटल ोंय ने वी50में डिलेमिनेशन और कटौती के दृश्य संकेत दिखाए, जो उस वेग है जिस पर आधे प्रोजेक्टाइल उम्र बढ़ने के बाद, कवच perforate करने के लिए उम्मीद कर रहे हैं। UD टुकड़े टुकड़े में सामग्री संपत्ति परिवर्तन की एक बेहतर समझ इन सामग्रियों से निर्मित armors की लंबी अवधि के प्रदर्शन को समझने के लिए आवश्यक है. यूनिडायरेक्शनल (यूडी) टुकड़े टुकड़े करने वाली सामग्रियों से यांत्रिक रूप से पूछताछ करने के लिए अनुशंसित कोई वर्तमान मानक नहीं हैं। इस अध्ययन के तरीकों और सही इन सामग्रियों के यांत्रिक गुणों का परीक्षण करने के लिए सर्वोत्तम प्रथाओं की पड़ताल और इन सामग्रियों के लिए एक नया परीक्षण पद्धति का प्रस्ताव है. उम्र बढ़ने के लिए सर्वोत्तम प्रथाओं इन सामग्रियों का भी वर्णन कर रहे हैं.
Introduction
राष्ट्रीय मानक और प्रौद्योगिकी संस्थान (NIST) कानून प्रवर्तन और आपराधिक न्याय एजेंसियों में मदद करता है सुनिश्चित करें कि उपकरण वे खरीद और प्रौद्योगिकियों कि वे उपयोग सुरक्षित, भरोसेमंद, और अत्यधिक प्रभावी हैं, एक अनुसंधान कार्यक्रम के माध्यम से शरीर कवच में इस्तेमाल उच्च शक्ति फाइबर की लंबी अवधि की स्थिरता को संबोधित. पहले काम1,2सामग्री पाली से बने एक शरीर कवच के क्षेत्र की विफलता पर ध्यान केंद्रित किया है (पी-फेनिलीन-2,6-benzobisoxazole), या PBO, जो राष्ट्रीय न्याय संस्थान के लिए एक प्रमुख संशोधन करने के लिए नेतृत्व किया (एनआईजे) शरीर कवच मानक 3.इस संशोधित मानक के जारी होने के बाद से, अल्ट्रा-उच्च-मोलर-मास पॉलीथीन (यूएचएमपीई)4 और पॉली (पी-फेनिलीन टेरेफ्थैलेमाइड) या पीपीटीए जैसे अन्य सामान्य रूप से उपयोग किए जाने वाले रेशों में उम्र बढ़ने के तंत्र की जांच करने के लिए एनएसटी में काम जारी है, आमतौर पर अरामिड के रूप में जाना जाता है। हालांकि, इस काम के सभी यार्न और एकल फाइबर, जो बुना कपड़े के लिए सबसे अधिक प्रासंगिक है की उम्र बढ़ने पर ध्यान केंद्रित किया है. हालांकि, कई शरीर कवच डिजाइन UD laminates शामिल हैं. UD टुकड़े टुकड़े पतली फाइबर परतों का निर्माण कर रहे हैं (और 0.05 मिमी) जहां प्रत्येक परत में फाइबर एक दूसरे के समानांतर हैं5,6,7 और कवच बारी अभिविन्यास में पतली चादरें स्टैकिंग द्वारा निर्माण किया है, के रूप में पूरक चित्र 1a में चित्रित किया गया है. यह डिजाइन आम तौर पर समानांतर प्रत्येक परत में फाइबर पकड़ करने के लिए एक बांधने की मशीन राल पर काफी निर्भर करता है, पूरक चित्रा 1bमें देखा के रूप में, और खड़ी कपड़े के नाममात्र 0 डिग्री / बुना कपड़े की तरह, UD टुकड़े टुकड़े आम तौर पर दो प्रमुख फाइबर विविधताओं से बाहर का निर्माण कर रहे हैं: aramid या UHMMPE. UD laminates शरीर कवच डिजाइनरों के लिए कई फायदे प्रदान: वे बुना कपड़े का उपयोग कर उन लोगों की तुलना में एक कम वजन कवच प्रणाली के लिए अनुमति देते हैं (बुनाई के दौरान शक्ति हानि के कारण), बुना निर्माण के लिए की आवश्यकता को खत्म करने, और छोटे व्यास फाइबर का उपयोग बुना कपड़े के लिए एक समान प्रदर्शन प्रदान करने के लिए लेकिन एक कम वजन पर. PPTA पहले तापमान और आर्द्रता की वजह से गिरावट के लिए प्रतिरोधी होना दिखाया गया है1,2,लेकिन बांधने की मशीन UD टुकड़े टुकड़े के प्रदर्शन में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभा सकते हैं. इस प्रकार, PPTA आधारित कवच पर उपयोग पर्यावरण के समग्र प्रभावअज्ञात 8हैं.
तारीख करने के लिए, केवल बहुत ही प्रारंभिक काम इन UD टुकड़े टुकड़े में इस्तेमाल बांधने की मशीन रेजिन की उम्र बढ़ने और UD टुकड़े टुकड़े की बैलिस्टिक प्रदर्शन पर बांधने की उम्र बढ़ने के प्रभाव की विशेषता के लिए किया गया है. उदाहरण के लिए, एनआईजे मानक-0101.06 में प्रयुक्त कंडीशनिंग प्रोटोकॉल के विकास के दौरान, यूडी पटल1,2,8उम्र बढ़ने के बाद V50 में delamination और कटौती के दृश्य लक्षण दिखाई दिए। ये परिणाम सामग्री के दीर्घकालिक संरचनात्मक प्रदर्शन का मूल्यांकन करने के लिए, उम्र बढ़ने के साथ सामग्री गुणों की पूरी तरह से समझने की आवश्यकता को प्रदर्शित करते हैं। यह, बारी में, इन सामग्रियों की विफलता गुणों से पूछताछ करने के लिए मानकीकृत तरीकों के विकास की आवश्यकता है। इस काम के प्राथमिक लक्ष्यों को सही UD टुकड़े टुकड़े सामग्री के यांत्रिक गुणों का परीक्षण करने के लिए तरीकों और सर्वोत्तम प्रथाओं का पता लगाने के लिए और इन सामग्रियों के लिए एक नया परीक्षण पद्धति का प्रस्ताव कर रहे हैं. उम्र बढ़ने के लिए सर्वोत्तम प्रथाओं यूडी टुकड़े टुकड़े सामग्री भी इस काम में वर्णित हैं.
साहित्य में यूडी टुकड़े के यांत्रिक गुणों के परीक्षण के कई उदाहरण हैं , जो कई परतों को एक कठिन नमूने9,10,11 मेंगर्म करने के बाद दबाते हैं . कठोर समग्र टुकड़े टुकड़े के लिए, एएसटीएम D303912 इस्तेमाल किया जा सकता है; तथापि, इस अध्ययन में, सामग्री लगभग 0.1 मिमी मोटी और कठोर नहीं है. कुछ UD टुकड़े टुकड़े सामग्री ऐसे हेलमेट या बैलिस्टिक प्रतिरोधी प्लेटों के रूप में कठोर बैलिस्टिक सुरक्षात्मक लेख बनाने के लिए अग्रदूतों के रूप में उपयोग किया जाता है। हालांकि, पतली, लचीला यूडी टुकड़े टुकड़े भी शरीर कवच9,13बनाने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है।
इस काम का उद्देश्य नरम शरीर कवच में सामग्री के प्रदर्शन की खोज के लिए तरीकों को विकसित करने के लिए है, इसलिए गर्म दबाने से जुड़े तरीकों का पता नहीं लगाया गया क्योंकि वे जिस तरह से सामग्री नरम शरीर कवच में प्रयोग किया जाता है के प्रतिनिधि नहीं हैं. एएसटीएम इंटरनेशनल में कपड़े की टेस्टिंग स्ट्रिप्स से संबंधित कई परीक्षण-विधि मानक हैं, जिनमें एएसटीएम D5034-0914 मानक टेस्ट विधि शामिल है, जो टेक्सटाइल फैब्रिक्स (ग्रैब टेस्ट), एएसटीएम D5035-1115 मानक टेस्ट की शक्ति और दीर्घीकरण के लिए मानक परीक्षण विधि शामिल है। सेना तोड़ने और वस्त्र वस्त्रों के विस्तार के लिए विधि (पट्टी विधि), ASTM D6775-1316 मानक परीक्षण विधि को तोड़ने के लिए शक्ति और वस्त्र Webbing, टेप और ब्रेड्ड सामग्री के विस्तार, और ASTM D395017 मानक विशिष्टता के लिए स्ट्रैपिंग, गैरधातुक (और शामिल होने के तरीके). इन मानकों का इस्तेमाल किया परीक्षण पकड़ और नमूना आकार के मामले में कई महत्वपूर्ण मतभेद है, जैसा कि नीचे उल्लेख किया.
ASTM D5034-0914 और एएसटीएम D5035-1115 में वर्णित तरीके बहुत समान हैं और उच्च शक्ति कंपोजिट के बजाय मानक कपड़ों के परीक्षण पर ध्यान केंद्रित करते हैं। इन दो मानकों में परीक्षण के लिए, पकड़ के जबड़े चेहरे चिकनी और फ्लैट हैं, हालांकि एक विफलता तनाव के साथ नमूनों के लिए अनुमति दी जाती है 100 N/cm से अधिक छड़ी पर्ची आधारित विफलता की भूमिका को कम करने के लिए. फिसलन को रोकने के लिए सुझाए गए संशोधन जबड़े पैड करने के लिए कर रहे हैं, जबड़े के नीचे कपड़े कोट, और जबड़े चेहरे को संशोधित. इस अध्ययन के मामले में, नमूना विफलता तनाव लगभग 1,000 N/cm है, और इस प्रकार, पकड़ की इस शैली अत्यधिक नमूना फिसलन में परिणाम. एएसटीएम D6775-1316 और एएसटीएम D395017 बहुत मजबूत सामग्री के लिए इरादा कर रहे हैं, और दोनों capstan पकड़ पर भरोसा करते हैं। इस प्रकार, इस अध्ययन capstan पकड़ के उपयोग पर ध्यान केंद्रित किया.
इसके अलावा, इन चार एएसटीएम मानकों के बीच नमूना आकार काफी भिन्न होता है। wobbing और strapping मानकों, ASTM D6775-1316 और ASTM D395017, सामग्री की पूरी चौड़ाई का परीक्षण करने के लिए निर्दिष्ट करें. एएसटीएम D677516 90 मिमी की अधिकतम चौड़ाई निर्दिष्ट करता है। इसके विपरीत, कपड़े मानकों14,15 नमूना चौड़ाई में कटौती और या तो एक 25 मिमी या 50 मिमी चौड़ाई निर्दिष्ट करने की उम्मीद है. नमूने की कुल लंबाई 40 सेमी और 305 सेमी के बीच भिन्न होती है, और गेज लंबाई इन एएसटीएम मानकों में 75 मिमी और 250 मिमी के बीच भिन्न होती है। चूंकि एएसटीएम मानक नमूना आकार के बारे में काफी भिन्न होते हैं, इस अध्ययन के लिए तीन अलग-अलग चौड़ाई और तीन अलग-अलग लंबाई पर विचार किया गया था।
प्रोटोकॉल में नमूना तैयार करने की बात करने वाली शब्दावली इस प्रकार है: बोल्ट और पूर्ववर्ती सामग्री और नमूना, जहां बोल्ट शब्द यूडी टुकड़े टुकड़े के रोल को संदर्भित करता है, पूर्ववर्ती सामग्री अभी भी संलग्न यूडी कपड़े की एक unwound राशि को संदर्भित करता है बोल्ट के लिए, सामग्री यूडी टुकड़े टुकड़े के एक अलग टुकड़े को संदर्भित करता है, और नमूना परीक्षण किया जा करने के लिए एक व्यक्ति के टुकड़े को संदर्भित करता है।
Protocol
Representative Results
Discussion
फाइबर दिशा का उचित निर्धारण महत्वपूर्ण है. प्रोटोकॉल के चरण 1.4-1.6 में वर्णित विधि का लाभ यह है कि जुदाई प्रक्रिया शुरू करने के लिए कितने रेशों का उपयोग किया जाता है पर पूरा नियंत्रण है। हालांकि, इसका मतलब ?…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
लेखकअपने सहायक विचार विमर्श के लिए स्टुअर्ट Leigh फीनिक्स स्वीकार करना चाहते हैं, यांत्रिक परीक्षण सेटअप के साथ उनकी सहायता के लिए माइक रिले, और सामग्री के कुछ दान के लिए हनीवेल. एमी Engelbrecht-Wiggans के लिए अनुदान 70NANB17H337 के तहत अनुदान प्रदान की गई थी. अजय कृष्णमूर्ति के लिए अनुदान 70NANB15H272 के तहत प्रदान किया गया था. अमांडा एल Forster के लिए धन अंतर एजेंसी समझौते R17-643-0013 के माध्यम से रक्षा विभाग से प्रदान की गई थी.
Materials
| Capstan Grips | Universal grip company | 20kN wrap grips | Capstan grips used in testing |
| Ceramic knife | Slice | 10558 | |
| Ceramic precision blade | Slice | 00116 | |
| Clamp | Irwin | quick grip mini bar clamp | |
| Confocal Microscope | |||
| Cutting Mat | Rotatrim | A0 metric self healing cutting mat | |
| Denton Desktop sputter coater | sputter coater | ||
| FEI Helios 660 Dual Beam FIB/SEM | FEI Helios | Scanning electron microscope | |
| Motorized rotary cutter | Chickadee | ||
| Rotary Cutter | Fiskars | 49255A84 | |
| Stereo Microscope | National | DC4-456H | |
| Straight edge | McMaster Carr | 1935A74 | |
| Surgical Scalpel Blade | Sklar Instruments | ||
| Surgical Scalpel Handle | Swann Morton | ||
| Universal Test Machine | Instron | 4482 | Universal test machine |
| Utility knife | Stanley | 99E |
Riferimenti
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