Uutiset

01 Vaikuttavan suorituskyvyn ydin

Monet ihmiset ajattelevat sanan "iskunkestävyys" kuullessaan heti "sitkeyttä". Mutta mitä sitkeys tarkalleen ottaen on? Yksinkertaisesti sanottuna se tarkoittaa materiaalin kykyä tehokkaasti haihduttaa energiaa iskun iskiessä.

Jos energia jakautuu tasaisesti, materiaali on "sitkeää"; jos energia keskittyy yhteen pisteeseen, se on "haurasta".

Miten polymeerit sitten haihduttavat energiaa? Pääasiassa kolmea reittiä pitkin:

• Ketjusegmentin liike: Kun ulkoinen voima iskee, molekyyliketjut haihduttavat energiaa sisäisen pyörimisen, taipumisen ja liukumisen kautta. Molekyyliketjut voivat "väistellä", taipua ja liukua;

• Mikroalueen muodonmuutos: Kuten kumi, kumihiukkaset aiheuttavat matriisiin halkeilua ja absorboivat iskuenergiaa. Sisäinen faasirakenne voi muuttaa muotoaan ja sitten palautua; 

• Halkeaman taipuminen ja energian absorptiomekanismit: Materiaalin sisäinen rakenne (kuten faasirajapinnat ja täyteaineet) tekee halkeaman etenemisreitistä mutkikkaan, mikä hidastaa murtumista. Yksinkertaisemmin sanottuna halkeama ei kulje suorassa linjassa, vaan sisäinen rakenne rikkoo, taipuu ja neutraloi sen passiivisesti.

Näetkö, iskulujuus ei oikeastaan ​​ole "lujuutta kestää murtumista", vaan pikemminkin "kykyä haihduttaa energiaa uudelleenohjaamalla sitä".

Tämä selittää myös yleisen ilmiön: joillakin materiaaleilla on uskomattoman korkea vetolujuus ja ne särkyvät helposti iskun vaikutuksesta; esimerkiksi tekniset muovit, kuten PS, PMMA ja PLA.

Muut materiaalit, vaikka niillä on kohtalainen lujuus, kestävät iskuja. Syynä on se, että ensin mainituilla ei ole paikkaa, johon "johtaa energiaa", kun taas jälkimmäiset "johtavat energiaa". Esimerkkejä ovat PA:n levyt ja tangot,PPja ABS-materiaaleja.

Mikroskooppisesta näkökulmasta, kun ulkoinen voima iskee välittömästi, järjestelmässä on erittäin suuri venymänopeus, niin lyhyt, että edes molekyylit eivät voi "reagoida" ajoissa.

Tässä vaiheessa metallit hajottavat energiaa liukumalla, keraamit vapauttavat energiaa halkeilemalla, kun taas polymeerit absorboivat iskun ketjusegmenttien liikkeen, dynaamisen vetysidoksen katkeamisen ja kiteisten ja amorfisten alueiden koordinoidun muodonmuutoksen kautta.

Jos molekyyliketjuilla on riittävästi liikkuvuutta säätääkseen asentoaan ja järjestyäkseen uudelleen ajassa jakaen energiaa tehokkaasti, törmäysominaisuudet ovat hyvät. Kääntäen, jos järjestelmä on liian jäykkä – ketjusegmenttien liike on rajoitettua, kiteisyys on liian korkea ja lasittumislämpötila on liian korkea – ulkoisen voiman saapuessa kaikki energia keskittyy yhteen pisteeseen ja halkeama etenee suoraan.

Siksi iskunkestävyyden ydin ei ole "kovuus" tai "lujuus", vaan materiaalin kyky jakaa ja haihduttaa energiaa hyvin lyhyessä ajassa.

 

02 Lovi vs. loviton: Ei yksi testi, vaan kaksi vikaantumismekanismia

Yleensä puhumamme "iskunkestävyys" on itse asiassa kahdenlaista: 

• Loviton isku: Tutkii materiaalin "kokonaisenergian häviökapasiteettia"; 

• Lovimainen isku: Tarkastelee "halkeaman kärjen vastustuskykyä".

Urittamaton isku mittaa materiaalin kokonaiskykyä absorboida ja haihduttaa iskuenergiaa. Se mittaa, pystyykö materiaali absorboimaan energiaa molekyyliketjun liukumisen, kiteisen myötäämisen ja kumifaasin muodonmuutoksen kautta siitä hetkestä lähtien, kun siihen kohdistetaan voima, murtumaan asti. Siksi korkea urittamaton iskupistemäärä osoittaa usein joustavaa, yhteensopivaa järjestelmää, jolla on hyvä energian hajautuminen.

Lovettu iskukoe mittaa materiaalin vastustuskykyä halkeaman etenemiselle jännityskeskittymäolosuhteissa. Voit ajatella sitä "järjestelmän sietokyvynä halkeaman etenemiselle". Jos molekyylien väliset vuorovaikutukset ovat voimakkaita ja ketjusegmentit voivat järjestyä uudelleen nopeasti, halkeaman eteneminen "hidastuu" tai "passivoituu".

Siksi materiaaleilla, joilla on korkea lovimainen iskunkestävyys, on usein voimakkaita rajapintojen välisiä vuorovaikutuksia tai energian häviömekanismeja, kuten vetysidoksia esterisidosten välillä polykarbonaatissa tai rajapintojen irtoamista ja rypistymistä kumin karkaisujärjestelmissä. 

Tästä syystä jotkin materiaalit (kuten PP, PA, ABS ja PC) suoriutuvat hyvin loveamattomissa iskukokeissa, mutta niiden loviskestävyyden heikkeneminen on merkittävää, mikä osoittaa, että niiden mikroskooppiset energian häviömekanismit eivät toimi tehokkaasti jännityskeskittymäolosuhteissa.

 

03 Miksi jotkut materiaalit ovat iskunkestäviä?

Ymmärtääksemme tämän meidän on tarkasteltava asiaa molekyylitasolla. Polymeerimateriaalin iskunkestävyyttä tukevat kolme perustekijää:

1. Ketjusegmenteillä on vapausasteita:

Esimerkiksi PE:ssä (UHMWPE, HDPE), TPU:n ja tiettyjen joustavien PC:iden kanssa ketjusegmentit voivat haihduttaa energiaa iskun aikana tapahtuvien konformaatiomuutosten kautta. Tämä johtuu olennaisesti energian absorptiosta molekyylin sisäisten liikkeiden, kuten kemiallisten sidosten venymisen, taivutuksen ja kiertymisen, seurauksena.

2. Faasirakenteella on puskurointimekanismi: Järjestelmät, kuten HIPS, ABS ja PA/EPDM, sisältävät pehmeitä faaseja tai rajapintoja. Törmäyksen vaikutuksesta rajapinnat ensin absorboivat energiaa, irrottavat sidoksia ja yhdistyvät sitten uudelleen.Kuten nyrkkeilyhanskat – hanskat eivät lisää voimaa, mutta ne pidentävät rasitusaikaa ja vähentävät huippurasitustasoa. 

3. Molekyylien välinen "tahmeus": Joissakin järjestelmissä on vetysidoksia, π–π-vuorovaikutuksia ja jopa dipolivuorovaikutuksia. Nämä heikot vuorovaikutukset "uhraavat" itsensä absorboidakseen energiaa törmäyksessä ja palautuvat sitten hitaasti.

Siksi huomaat, että jotkut polaarisia ryhmiä sisältävät polymeerit (kuten PA ja PC) tuottavat merkittävää lämpöä iskun jälkeen – tämä johtuu elektronien ja molekyylien tuottamasta "kitkalämmöstä". 

Yksinkertaisesti sanottuna iskunkestävien materiaalien yhteinen ominaisuus on, että ne jakavat energiaa riittävän nopeasti eivätkä romahda kerralla.

 

TUOMALLAUHMWPE-muovia jaHDPE-levys ovat teknisiä muovituotteita, joilla on erinomainen iskunkestävyys. Kaivoskoneiden ja kuljetusteollisuuden ensisijaisena materiaalina ne ovat korvanneet hiiliteräksen ja niistä on tullut ensisijainen valinta kuorma-autojen ja hiilibunkkereiden vuorauksiin. 

Niiden erittäin vahva iskunkestävyys suojaa niitä kovien materiaalien, kuten hiilen, iskuilta ja suojaa kuljetusvälineitä. Tämä lyhentää laitteiden vaihtovälejä, parantaa siten tuotannon tehokkuutta ja varmistaa työntekijöiden turvallisuuden.