ההשפעה של Aging ו- Thermal Cycling על קיבולת של פולימרים

חשיבותו של קוצר רוח בפולימר

קשיחות חללית מכמתת את ההתנגדות של פולימר לפצח, נכס קריטי עבור רכיבים מבניים במכוניות, חלל, מכשירים רפואיים, ומוצרים צרכניים.על החיים של המוצר, פולימרים סובלים ממתחים סביבתיים המפרקים את ההתנגדות הזו.שני מהמתחים המשפיעים ביותר הם הזדקנות ממושכת ורכיבי אופניים תרמיים חוזרים.

מכניזם של הזדקנות בפולימרים

ההזדקנות כוללת את השינויים התלת-זמן במבנה פולימרים ונכסים המופעלים על ידי חשיפה סביבתית.שינויים אלה מתרחשים באמצעות מסלולים פיזיים וכימיקליים, כל אחד משפיע על קשיחות שבר שונה.

הזדקנות פיזית

ההזדקנות הפיזית עולה מן הרגיעה האיטית של רשתות פולימריות לעבר איזון תרמודינמי מתחת לטמפרטורת המעבר של הזכוכית (TFreaLT:0gigtureFLT:1) כנפח חופשי יורד, הניתנות החומרי, הופך יותר לשברירי: 3:3 זה מקטין את האנרגיה הנדרשת עבור סדקים, כי ניידות מולקולרית היא מוגבלת.

כימיקלים

ההזדקנות הכימית כוללת שינויים מולקולריים בלתי הפיכים הנגרמים על ידי חמצן, אולטרה סגול (UV) קרינה, לחות ומינים אחרים תגובתיים.

• (ב) [15] ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
• (ב) ב[[1924]] [[1924]]]]]] [[1924]]]]]]]] [[1924]]]]]] [[1924]]]]]]]] [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] [[1924]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]
• (FLT:0)OxidationFLT:1 - חמצן מגיב עם רדיקלים חופשיים שנוצרו על ידי חום או חשיפה UV, ויצר קבוצות פחמן הידרופרקסוזיס.קבוצות הקוטב הללו משנות כוחות בלתי-חלימים ולקדם שברים.
• (ב) ⁇ :0) ,HydrolysisFLT:1 - פוליסטרים ופולימידדס רגישים לשקע אחורי מושרה במים, במיוחד בסביבות לחות.

ההשפעה הכוללת של ההזדקנות הכימית היא שינוי מדוקטריון להתנהגות מתפתלת.לדוגמה, פוליפרופילן בגילאים מראים ירידה ניכרת בערכים J-integral במהלך בדיקות חשיפה מואצות של UV.מהנדסים לעתים קרובות להסתמך על FLT:0ASTM D5045ibFLT:1 כדי למדוד את קשיות השבר של דגימות וחשיפה להידרדרות.

השפעות אופניים על אינטגרליות פולימר

נושאי האופניים הארומאליים לפולימרים חוזרים על חימום וקירור, ומייצרים מתחים פנימיים בשל קצב התרחבות תרמי, ⁇ טמפרטורה, ושינויים של Modulus. אלה מצטברים על מחזורים וגורמים נזק כי מקטין את הקשידות השבירה.

מקור המתחים הארוכים

כאשר רכיב הוא מחומם, נפחו מתרחב על פי המקדם של התרחבות תרמית (CTE) חימום הומוגני או CTE תקלות בין פולימר וחומרים אחרים (למשל, סיבים משובצים, צינורות מתכתיים) לייצר עשרות ולחצים דחוסים. במהלך קירור, את הלחץ הפוך להתרחש. Rapid רכיבה, כגון בלוחות עור אוויר או מפלט אלקטרוני, יכול לייצר מתחים חומר חזק יותר, 000 כוח מוביל microcleformation.

טופס Microcrack ו-Proagation

כל מחזור תרמי יכול ליזום מיקרו-קracks חדשים במתחים כמו חלקיקים ממלאים, חללים, או heterogeneities בקנה מידה מולקולרית.מעל מחזורים רבים (עייפות שנייה), המיקרו-קליפים האלה מתחברים יחד, ויצרו מקרו-Cracks שמפיץים תחת עומסי שירות.השבר יורד ככל שהדחיסות של הסדקים גדלה כי קצב האנרגיה האפקטיבי של החומר הוא פגום מחקרים תרמיליים על ידי ⁇ 0-40 מעלות צלזיוס:

המונחים: Toughness Reduction

פרוטוקולי בדיקות לאפקטי אופניים תרמיים לעתים קרובות לעקוב אחר FLT:0ASTM E1820 (שיטת מבחן סטנדרטית לקשות שבר)FLT:1 לאחר מספר קבוע של מחזורים.תוצאות מסומנות כקשידות שבורה לעומת ספירת מחזור, וחושף ירידה מהירה ואחריו רמה כמו האוכלוסייה מיקרו-קרבת התיישבות.

הפחתת הסינרגיסטים מ- Aging ו-Thermal Cycling

כאשר פולימרים נחשפים גם להזדקנות וגם לרכיבה תרמית בו זמנית, ההשפלה לעתים קרובות גרועה יותר מסכום כל השפעה לבדה. סינרגיה זו נובעת מהמשחק בין מנגנונים כימיים ופיזיים.

אינטראקציה מכניזם

ההזדקנות הכימית יוצרת רשת של מיקרו-קררס, שכבות משטח מחוספסות, ומגזרים מולקולריים נחלשים. פגמים אלה משמשים אתרי אינטרנט מעדיפים ריכוז מתח תרמי. במהלך רכיבה תרמית, סדקים מחלחלים ומפיץ בקלות רבה יותר דרך החומר הישן כי אינטנסיביות הלחץ הקריטית כבר מופחתת.conversely, רכיבה תרמית יכולה להאיץ הזדקנות כימית על ידי חשיפת פניות טריות לחמצן ולחות, ובכך למהירויות עד 50 גרם ללחות חיוביות בלבד.

ראיות ניסיוניות

במחקר על פולימידה 6,6 בגילאי 120 מעלות צלזיוס במשך 1000 שעות ולאחר מכן נתון ל -100 מחזורים תרמיים מ -20 מעלות C ל +80 ° C, השבר צנח ל 0.8 MPamphFLT:0 (1/2FLT:1 לעומת 2.4 MPam FLT:2/2FLT 3 עבור בתולה. A בנפרד עם פולילא מלא מפולת לא הוכחומים אלה תכונות משולבות של טיפול נמוך יותר מ .

השלכות מעשיות למהנדסים ומעצבים

הבנת ההשפלה של קשיחות שבר תחת ההזדקנות ורכיבה תרמית חיונית לתכנון מוצר אמין. אסטרטגיות מסוימות יכולות להפחית את ההשפעות הללו.

הוראות בחירה

פולימרים עם גבוה TigFLT:0 [gFLT] וכוחות חזקים ללא אורקליים (למשל, פוליאתריד, PEEK) מתנגדים באופן טבעי ההזדקנות והלחץ התרמי.ליישומים מעורבים תנודות טמפרטורה רחבות, פולימרים קשים עם CTE נמוך והשכלה גבוהה בהפסקה מועדפים.

סטיות ותוספות

תוספות ממלאות תפקיד קריטי בשמירה על קשיחות השבירה:

• (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
• (FLT:0)UVייצביםFLT:1 - Benzophenones ו מעכב ייצוב אוראמין (HALS) מסך או קרינת UV quench, צמצום photo-oxidation.
• (FLT:0)Fillers ו-FLT:1) - חלקיקים אלסטומריים או ננו-סיליקה יכולים לעצור מיקרו-צריפים ולשפר את הקשידות גם לאחר ההזדקנות.

בדיקות ובדיקה

בדיקות ההזדקנות המדוימות (למשל, ASTM F1980 עבור אריזות מכשירים רפואיים) בשילוב עם פרופילים תרמיים אופניים יכול להעריך חיי שירות.מהנדסים צריכים למדוד קשיחות שבר במרווחי חשיפה מרובים באמצעות שיטות סטנדרטיות כגון FLT:0ASTM D6068 (J-R עקומת פולימרים) 1 עבור ניטור לא הרסני, פליטה אקוסטית יכולה לזהות סדק בזמן אמתי אופניים תרמיים.

מסקנה

הזדקנות ורכיבה תרמית באופן פרטני להפחית את קשיחות השבירה של פולימרים באמצעות מנגנונים מולקולריים ומיקרו-מכניים נפרדים.כאשר משולבים, ההשפעות שלהם מגבירות, לעתים קרובות מוביל לכישלון מוקדם. על ידי בחירת פולימרים חזקים, שילוב של ייצובים מתאימים, ולנהל בדיקות משולב קפדניות משולבות, מהנדסים יכולים לשפר את הבטיחות והארוכיות של רכיבים פולימרים.

לקריאה נוספת, מתייחס למקורות סמכותיים כגון:0RSC Advances on פולימרי הזדקנות מנגנונים פולימרים FLT:1 ו-FLT:2 מ"מממסד נתונים של רכוש חומרי מטבול 3.