Vijesti

01 Bit učinka performansi

Mnogi ljudi, kada čuju "otpornost na udarce", odmah pomisle na "žilavost". Ali što je točno žilavost? Jednostavno rečeno, to je može li materijal učinkovito raspršiti energiju kada je izložen udaru.

Ako se energija može ravnomjerno raspršiti, materijal je "žilav"; ako je energija koncentrirana u jednoj točki, materijal je "krhak".

Kako polimeri rasipaju energiju? Uglavnom na tri načina:

• Pomicanje lančanog segmenta: Kada djeluje vanjska sila, molekularni lanci raspršuju energiju kroz unutarnju rotaciju, savijanje i klizanje. Molekularni lanci mogu se "izmicati", savijati i klizati;

• Deformacija mikropodručja: Poput gume, čestice gume izazivaju pukotine u matrici, apsorbirajući energiju udara. Unutarnja fazna struktura može se deformirati, a zatim oporaviti; 

• Mehanizmi otklona pukotine i apsorpcije energije: Unutarnja struktura materijala (poput faznih granica i punila) čini put širenja pukotine vijugavim, što odgađa lom. Jednostavnije rečeno, pukotina se ne proteže ravno, već je unutarnja struktura prekida, skreće i pasivno neutralizira.

Vidite, udarna čvrstoća zapravo nije "čvrstoća da se izdrži lom", već "sposobnost raspršivanja energije preusmjeravanjem".

To također objašnjava uobičajenu pojavu: neki materijali imaju nevjerojatno visoku vlačnu čvrstoću i lako se lome pri udaru; na primjer, inženjerske plastike poput PS, PMMA i PLA.

Drugi materijali, iako imaju umjerenu čvrstoću, mogu izdržati udar. Razlog je taj što prvi nemaju gdje "rasipati energiju", dok drugi "rasipaju energiju". Primjeri uključuju ploče i šipke od PA,PPi ABS materijala.

Iz mikroskopske perspektive, kada vanjska sila udari trenutno, sustav doživljava izuzetno visoku brzinu naprezanja, toliko kratku da čak ni molekule ne mogu "reagirati" na vrijeme.

U ovom trenutku, metali raspršuju energiju klizanjem, keramika oslobađa energiju pucanjem, dok polimeri apsorbiraju udar pomicanjem segmenata lanca, dinamičkim prekidom vodikovih veza i koordiniranom deformacijom kristalnih i amorfnih područja.

Ako molekularni lanci imaju dovoljnu pokretljivost da prilagode svoj položaj i preurede se tijekom vremena, učinkovito raspoređujući energiju, tada su udarne performanse dobre. Suprotno tome, ako je sustav previše krut - kretanje segmenata lanca je ograničeno, kristalnost je previsoka, a temperatura staklastog prijelaza previsoka - kada dođe vanjska sila, sva energija se koncentrira na jednu točku i pukotina se izravno širi.

Stoga, bit udarne performanse nije "tvrdoća" ili "čvrstoća", već sposobnost materijala da preraspodijeli i rasprši energiju u vrlo kratkom vremenu.

 

02 Zarezani naspram nezarezanih: Ne jedan test, već dva mehanizma kvara

"Udarna čvrstoća" o kojoj obično govorimo zapravo ima dvije vrste: 

• Neurezani udar: Ispituje "ukupni kapacitet rasipanja energije" materijala; 

• Zarezni udar: Ispituje "otpor vrha pukotine".

Nezarezani udar mjeri ukupnu sposobnost materijala da apsorbira i rasprši energiju udara. Mjeri može li materijal apsorbirati energiju putem klizanja molekularnog lanca, kristalnog popuštanja i deformacije gumene faze od trenutka kada je izložen sili do loma. Stoga, visok rezultat udara bez zareza često ukazuje na fleksibilan, kompatibilan sustav s dobrom disperzijom energije.

Ispitivanje udarnom žilavošću mjeri otpornost materijala na širenje pukotine u uvjetima koncentracije naprezanja. Možete to shvatiti kao "toleranciju sustava na širenje pukotine". Ako su međumolekularne interakcije jake i segmenti lanca se mogu brzo preurediti, širenje pukotine će biti "usporeno" ili "pasivizirano".

Stoga materijali s visokom otpornošću na udarce s zarezima često imaju jake međufazne interakcije ili mehanizme disipacije energije, poput vodikovih veza između esterskih veza u polikarbonatu ili međufaznog odvajanja i nabiranja u sustavima za ojačavanje gume. 

To je također razlog zašto neki materijali (poput PP, PA, ABS i PC) dobro pokazuju udarna ispitivanja bez zareza, ali pokazuju značajno smanjenje otpornosti na udar sa zarezom, što ukazuje na to da njihovi mikroskopski mehanizmi disipacije energije ne funkcioniraju učinkovito u uvjetima koncentracije naprezanja.

 

03 Zašto su neki materijali otporni na udarce?

Da bismo to razumjeli, moramo pogledati na molekularnu razinu. Otpornost polimernog materijala na udarce podupiru tri temeljna čimbenika:

1. Segmenti lanca imaju stupnjeve slobode:

Na primjer, u tjelesnom odgoju (UHMWPE, HDPE), TPU i određeni fleksibilni PC-i, segmenti lanca mogu raspršivati ​​energiju konformacijskim promjenama pod udarom. To u biti proizlazi iz apsorpcije energije intramolekularnim pokretima poput istezanja, savijanja i uvijanja kemijskih veza.

2. Fazna struktura ima mehanizam puferiranja: Sustavi poput HIPS-a, ABS-a i PA/EPDM-a sadrže meke faze ili međupovršine. Nakon udara, međupovršine prvo apsorbiraju energiju, odvajaju se, a zatim se rekombiniraju.Poput boksačkih rukavica - rukavice ne povećavaju snagu, ali produžuju vrijeme naprezanja i smanjuju vršni stres. 

3. Međumolekularna "ljepljivost": Neki sustavi sadrže vodikove veze, π–π interakcije, pa čak i dipolne interakcije. Ove slabe interakcije "žrtvuju" sebe kako bi apsorbirale energiju pri udaru, a zatim se polako oporavljaju.

Stoga ćete otkriti da neki polimeri s polarnim skupinama (kao što su PA i PC) stvaraju značajnu toplinu nakon udara - to je zbog "topline trenja" koju stvaraju elektroni i molekule. 

Jednostavno rečeno, zajednička karakteristika materijala otpornih na udarce je da dovoljno brzo preraspodjeljuju energiju i ne urušavaju se odjednom.

 

IZVANUHMWPE iHDPE folijasu inženjerski plastični proizvodi s izvrsnom otpornošću na udarce. Kao primarni materijal u industriji rudarskih strojeva i inženjerskog transporta, zamijenili su ugljični čelik i postali preferirani izbor za obloge kamiona i obloge bunkera ugljena. 

Njihova izuzetno jaka otpornost na udarce štiti ih od udara tvrdih materijala poput ugljena, štiteći transportnu opremu. To smanjuje cikluse zamjene opreme, čime se poboljšava učinkovitost proizvodnje i osigurava sigurnost radnika.