Esnek tek yönlü kompozit laminatlar kesme prosedürleri, çekme testi ve yaşlanma

Ulusal Standartlar ve Teknoloji Enstitüsü (NıST), kolluk kuvvetleri ve cezai adalet ajanslarının satın alması gereken ekipmanların ve kullanmalarındaki teknolojilerin güvenli, güvenilir ve son derece etkili bir araştırma programı aracılığıyla sağlanmasına yardımcı olur. vücut zırhında kullanılan yüksek mukavemetli liflerin uzun vadeli stabilitesi ele. Önceki çalışma^1,2malzeme Poly (p-fenilen-2, 6-benzobisoxazole), ya da PBO, Ulusal Enstitüsü Adalet (nij ‘s) vücut zırh standardı için büyük bir revizyon yol açtı bir vücut zırhı alan arızası üzerinde duruldu ³. Bu revize standart yayımlanmasından bu yana, çalışma NIST ‘de Ultra-yüksek molar-kütle polietilen (UHMMPE)⁴ ve poli (p-fenilen tereftalamid) gibi diğer yaygın olarak kullanılan liflerde yaşlanma mekanizmaları incelemek için devam etti, veya PPTA, genellikle Aramid olarak bilinir. Ancak, tüm bu çalışma iplik ve tek elyaflar, en dokuma kumaşlar için uygun olan yaşlanma üzerinde duruldu. Ancak, birçok vücut zırh tasarımları UD laminatlar dahil. UD laminatlar, her katmandaki liflerin birbirine paralel olduğu ince elyaf katmanları (< 0.05 mm) inşa edilir^5,6,7 ve zırh alternatif Oryantasyonlar ince levhalar istifleme tarafından inşa edilir, ek Şekil 1a ‘da tasvir edilmiştir. Bu tasarım, ek Şekil 1Bgörüldüğü gibi, her katmanda lifleri genellikle paralel tutmak için bir bağlayıcı reçine ağır dayanır ve yığılmış kumaşların nominal 0 °/90 ° yönünü korumak. Dokuma kumaşlar gibi, UD laminatlar genellikle iki büyük fiber varyasyonları dışarı inşa edilir: Aramid veya UHMMPE. UD laminatlar vücut zırh tasarımcıları için çeşitli avantajlar sağlar: onlar dokuma kumaşlar (dokuma sırasında güç kaybı nedeniyle) kullanarak göre bir alt ağırlık zırh sistemi için izin, dokuma inşaat ihtiyacını ortadan kaldırmak ve daha küçük çaplı lifleri kullanmak dokuma kumaşlar ama daha düşük bir ağırlıkta benzer bir performans sağlamak için. PPTA daha önce sıcaklık ve nem^1,2nedeniyle bozulmaya dayanıklı olarak gösterildi, ama Binder ud laminat performansında önemli bir rol oynayabilir. Böylece, PPTA tabanlı zırh üzerinde kullanım ortamının genel etkileri bilinmiyor⁸.

Bugüne kadar, bu UD laminatlar kullanılan bağlayıcı reçineler ve UD laminat balistik performans üzerinde bağlayıcı yaşlanma etkileri yaşlanma karakterize etmek için sadece çok ön çalışma yapılmıştır. Örneğin, nij standardı-0101,06 kullanılan Klima protokolünün geliştirilmesi sırasında, ud laminatlar^1,2,8aging sonra V₅₀ içinde delaminasyon ve indirimleri görsel belirtileri gösterdi. Bu sonuçlar, malzemenin uzun vadeli yapısal performansını değerlendirmek için yaşlanma ile malzeme özelliklerinin kapsamlı bir şekilde anlaşılması gerektiğini göstermektedir. Bu da, bu malzemelerin başarısızlık özelliklerini sorgulamak için standartlaştırılmış yöntemlerin gelişimini gerektirir. Bu çalışmanın birincil hedefleri, UD laminat malzemelerin mekanik özelliklerini doğru bir şekilde test etmek ve bu malzemeler için yeni bir test metodolojisi önermek için yöntemleri ve en iyi uygulamaları keşfetmektir. Bu çalışmakta UD laminasyon malzemelerinin yaşlanma için en iyi uygulamalar da açıklanmıştır.

Literatürde, birden fazla katmandan sıcak bastıktan sonra ud laminatlarının mekanik özelliklerinin sabit bir örneğe^9,10,11olarak test edilmesi gibi çeşitli örnekler bulunur. Rijit kompozit laminatlar için ASTM D3039¹² kullanılabilir; Ancak, bu çalışmada, malzeme yaklaşık 0,1 mm kalınlığında ve sert değil. Bazı UD laminat malzemeler kask veya balistik dayanıklı plakalar gibi sert Balistik koruyucu maddeler yapmak için öncü olarak kullanılır. Ancak, ince, esnek ud laminat de vücut zırh^9,13yapmak için kullanılabilir.

Bu çalışmanın amacı, yumuşak vücut zırhında malzemelerin performansını keşfetmek için yöntemler geliştirmektir, böylece malzeme yumuşak vücut zırhında kullanılan yol temsilcisi değildir çünkü sıcak presleme içeren yöntemleri keşfedilmedi. ASTM International, ASTM D5034-09¹⁴ standart test yöntemi ve Tekstil Kumaşlarının uzaması (Grab test), ASTM D5035-11¹⁵ standart test gibi birçok test yöntemi standartlarına sahiptir. Force ve tekstil kumaşların uzaması (şerit yöntemi), ASTM D6775-13¹⁶ standart test yöntemi kesme gücü ve tekstil dokuma, teyp ve uzama kesme, bant ve örgülü malzeme için yöntem ve ASTM D3950¹⁷ Standart Şartname Strapping, metalik olmayan (ve birleştirme yöntemleri). Bu standartlar, aşağıda belirtildiği gibi kullanılan test kuls ve numune boyutu açısından çeşitli önemli farklılıklar vardır.

ASTM D5034-09¹⁴ ve ASTM D5035-11¹⁵ ‘ te açıklanan yöntemler çok benzerdir ve yüksek mukavemetli kompozitler yerine standart kumaşları test etmeye odaklanır. Bu iki standartlardaki testler için, çenelerin çene yüzleri pürüzsüz ve düz olsa da, değişiklikler, sopa-slip tabanlı başarısızlığın rolünü en aza indirmek için 100 N/cm ‘den büyük bir başarısızlık stresine sahip örneklere izin verilir. Kayma önlemek için önerilen değişiklikler çeneleri Pad, ceket çene altında kumaş ve çene yüzünü değiştirmek için vardır. Bu çalışmada, numune yetmezliği stres yaklaşık 1.000 N/cm, ve bu nedenle, bu tarz kuls aşırı örnek kayma sonuçları. ASTM D6775-13¹⁶ ve ASTM D3950¹⁷ çok daha güçlü malzemeler için tasarlanmıştır ve her ikisi de ırgat kulpları güveniyor. Böylece, bu çalışmada ırgat kulpların kullanımına odaklanmıştır.

Ayrıca, numune boyutu bu dört ASTM standartları arasında önemli ölçüde değişir. Dokuma ve kaplama standartları, ASTM D6775-13¹⁶ ve ASTM D3950¹⁷, malzemenin tam genişliğini test etmek için belirtin. ASTM D6775¹⁶ maksimum genişlik 90 mm belirtir. Bunun aksine, kumaş standartları^14,15 numunenin en fazla kesme olmasını bekler ve 25 mm veya 50 mm genişliğine sahiptir. Numunenin toplam uzunluğu 40 cm ile 305 cm arasında değişmektedir ve ölçer uzunluğu bu ASTM standartlarına göre 75 mm ile 250 mm arasında değişmektedir. ASTM standartları numune boyutu ile ilgili önemli ölçüde farklılık göstereceğinden, bu çalışmada üç farklı genişlik ve üç farklı uzunluk düşünüldü.

Protokolde numune hazırlama atıfta terminoloji aşağıdaki gibidir: cıvata > habercisi malzeme > Malzeme > numune, terim cıvata ud laminat bir rulo anlamına gelir, habercisi malzeme ud kumaş bir unwound miktarı anlamına gelir hala bağlı cıvata için, malzeme UD laminat ayrı bir parça anlamına gelir, ve numune test edilecek bireysel bir parça anlamına gelir.