הליכי גזירה, בדיקות מתיחה, ו ההזדקנות של ציפויים חד כיווני חד-כיווני מרוכבים

המכון הלאומי לתקנים וטכנולוגיה מסייע לאכיפת החוק ולסוכנויות המשפט הפלילי להבטיח כי הציוד שהם רוכשים והטכנולוגיות בהן הם משתמשים הם בטוחים, מהימנים ויעילים מאוד, באמצעות תוכנית מחקר מטפל ביציבות ארוכת טווח של סיבים בעלי עוצמה גבוהה המשמשים בשריון הגוף. עבודה קודמת^1,2התמקדה הכישלון בשדה של שריון הגוף עשוי חומר פולי (p-phenylene-2, 6-benzobisoxazole), או pbo, אשר הובילו לתיקון העיקרי למכון הלאומי של הצדק (nij של) שריון גוף סטנדרטי ³. מאז שחרורו של תקן זה שתוקן, העבודה המשיכה לחקור את המנגנון לבחון מנגנונים של הזדקנות בסיבים נפוצים אחרים כגון פוליאתילן גבוהה מאוד-טוחנת המסה (UHMMPE)⁴ ו פולי (p-phenylene terאפרם), או ppta, ידוע בכינויו aramid. עם זאת, כל העבודה הזאת התמקדה בהזדקנות של יפצחו וסיבים בודדים, שהוא הרלוונטי ביותר עבור בדים ארוגים. עם זאת, הרבה עיצובים שריון הגוף לשלב למינט UD. עוד ציפויים בנויים משכבות סיבים דקים (< 0.05 מ"מ) היכן שהסיבים בכל שכבה מקבילים זה לזה^5,6,7 והשריון נבנה על ידי הערמה של גיליונות דקים בכיוונים מתחלפים, כפי שמתואר באיור 1a משלים. עיצוב זה מסתמך באופן מסיבי על שרף קלסר להחזיק את הסיבים בכל שכבה בדרך כלל מקביל, כפי שנראה באיור המשלים 1b, ולשמור על כיוון המוערך 0 °/90 ° של הבדים מוערמים. כמו בדים ארוגים, למינט UD בדרך כלל בנויים מתוך שני וריאציות סיבים עיקריים: ארמיד תוך או UHMMPE. ציפויים מספקים מספר יתרונות למעצבים בשריון הגוף: הם מאפשרים מערכת השריון במשקל נמוך בהשוואה לאלה המשתמשים בבדים ארוגים (עקב אובדן כוח במהלך האריגה), לחסל את הצורך בבנייה ארוגים, ולנצל סיבי קוטר קטן לספק ביצועים דומים לבדים ארוגים, אך במשקל נמוך יותר. Ppta הוכח בעבר להיות עמיד בפני השפלה הנגרמת על ידי טמפרטורה ולחות^1,2, אבל האוגדן עשוי לשחק תפקיד משמעותי בביצועים של עוד למינציה. כך, ההשפעות הכלליות של סביבת השימוש על שריון מבוסס PPTA אינם ידועים⁸.

עד היום, רק עבודה מוקדמת מאוד בוצעה כדי לאפיין את ההזדקנות של שרפים קלסר בשימוש אלה למינט UD ואת ההשפעות של הזדקנות קלסר על ביצועים בליסטיים של למינציה UD. לדוגמה, במהלך הפיתוח של פרוטוקול המיזוג בשימוש בתקן nij-0101.06, עוד ציפויים הראו סימנים חזותיים של דלאמנציה והפחתות ב-V₅₀ אחרי הזדקנות^1,2,8. תוצאות אלו מדגימות את הצורך בהבנה יסודית של תכונות החומר עם הזדקנות, על מנת להעריך את הביצועים המבניים לטווח ארוך של החומר. זה, בתורו, מחייבת פיתוח של שיטות סטנדרטיות לחקור את מאפייני הכישלון של חומרים אלה. המטרות העיקריות של עבודה זו הן לחקור שיטות ושיטות מומלצות לבדיקה מדויקת של התכונות המכאניות של חומרי למינציה של UD ולהצעת מתודולוגיה חדשה לבדיקה לחומרים אלה. שיטות מומלצות להזדקנות חומרי למינציה UD מתוארות גם בעבודה זו.

הספרות מכילה מספר דוגמאות של בדיקת תכונות מכניות של עוד ציפויים לאחר לחיצה חמה על שכבות מרובות למדגם קשיח^9,10,11. עבור ציפויים מרוכבים קשיחים, ASTM D3039¹² ניתן להשתמש; עם זאת, במחקר זה, החומר הוא כ 0.1 מ”מ עבה ולא נוקשה. חומרים מסוימים למינציה משמשים כסמנים מראש לבצע מאמרים הגנה נוקשה כגון קסדות או לוחיות עמידות בליסטיים. עם זאת, דק, גמיש למינציה יכול לשמש גם כדי להפוך את שריון הגוף^9,13.

מטרת העבודה היא לפתח שיטות לחקר הביצועים של החומרים בשריון גוף רך, ולכן שיטות הכרוכות בהקשה חמה לא נחקרו משום שהן אינן מייצגות את אופן השימוש בחומר בשריון גוף רך. ASTM הבינלאומי יש כמה סטנדרטים בדיקה שיטות הנוגעות לבדיקת רצועות של בד, כולל ASTM D5034-09¹⁴ שיטת הבדיקה הסטנדרטית עבור חוזק והתארכות של בדים טקסטיל (לתפוס מבחן), ASTM D5035-11¹⁵ מבחן סטנדרטי שיטה לכוח שבירת והתארכות של בדים טקסטיל (שיטת הרצועה), ASTM D6775-13¹⁶ שיטת הבדיקה הסטנדרטית לחוזק והתארכות הWebbing טקסטיל, סרט וחומר קלוע, ו ASTM D3950¹⁷ מפרט סטנדרטי עבור חסון, Nonmetallic תכתי (ושיטות הצטרפות). סטנדרטים אלה יש כמה הבדלים מרכזיים במונחים של תפסי בדיקה בשימוש ואת גודל הדגימה, כפי שהוזכר להלן.

שיטות המתוארות ב ASTM D5034-09¹⁴ ו astm D5035-11¹⁵ מאוד דומות ומתמקדות בבדים סטנדרטיים במקום בעלי מרוכבים בעלי עוצמה גבוהה. עבור בדיקות אלה שני סטנדרטים, פרצופים הלסת של אוחז הם חלק ושטוח, למרות שינויים מותרים עבור דגימות עם מתח כישלון גדול יותר מ 100 N/cm כדי למזער את התפקיד של כשל מקל-slip מבוסס. שינויים מוצעים כדי למנוע החלקה הם לרפד את הלסתות, לרפד את הבד מתחת ללסתות, ולשנות את פני הלסת. במקרה של מחקר זה, המתח הכשל המדגם הוא כ 1,000 N/cm, ולכן, זה סגנון של אוחז תוצאות החלקה לדוגמה מוגזמת. ASTM D6775-13¹⁶ ו astm D3950¹⁷ מיועדים לחומרים הרבה יותר חזקים, ושניהם מסתמכים על הידיות. לפיכך, מחקר זה התמקד בשימוש של אוחז.

יתר על כן, גודל הדגימה משתנה במידה ניכרת בין אלה ארבעה סטנדרטים ASTM. סטנדרטים webbing וחסונים, ASTM D6775-13¹⁶ ו ASTM D3950¹⁷, לציין כדי לבדוק את הרוחב המלא של החומר. ASTM D6775¹⁶ מציין רוחב מירבי של 90 מ”מ. לעומת זאת, סטנדרטים במרקם^14,15 לצפות את הדגימה להיות לחתוך לרוחב ולציין 25 מ”מ או 50 mm רוחבו. האורך הכולל של הדגימה משתנה בין 40 ס מ ו 305 ס”מ, ואת אורך מד משתנה בין 75 מ”מ ו 250 מ”מ לאורך תקני ASTM אלה. מאז תקני ASTM שונים במידה ניכרת לגבי גודל הדגימה, שלושה רוחבי שונים ושלושה אורכים שונים נחשבו עבור מחקר זה.

המינוח המתייחס הכנה הדגימה בפרוטוקול הוא כדלקמן: בורג > חומר מקודמן > חומר > הדגימה, שם המונח בריח מתייחס גליל של UD למינציה, חומר מקודמן מתייחס כמות בלתי הפצע של בד UD עדיין מחובר אל הבורג, החומר מתייחס לחלק מופרד של UD למינציה, והדגימה מתייחסת לחלק בודד להיבדק.