विस्तारण

संपीड़न भार के तहत कार्बन फाइबर-प्रबलित पॉलिमर का प्रदूषण

प्रदूषण विफलता का एक तरीका है जहां एक सामग्री परतों में टूट जाती है। फाड़ना कम्पोजिट सामग्री सहित विभिन्न प्रकार की सामग्री^[1] और ठोस प्रदूषण से विफल हो सकता है। प्रसंस्करण से रोलिंग (धातुकर्म) द्वारा निर्मित इस्पात जैसी सामग्रियों में परतें बनाई जा सकती हैं^[2]^[3] और 3 डी प्रिंटिग से प्लास्टिक और धातुएँ^[4]^[5] जो परत पृथक्करण से विफल हो सकता है। इसके अलावा, पेंट और फिल्म जैसी सतह कलई करना ्स लेपित सब्सट्रेट से नष्ट हो सकती हैं।

लेमिनेशन कंपोजिट में, परतों के बीच आसंजन अक्सर पहले विफल हो जाता है, जिससे परतें अलग हो जाती हैं।^[6] उदाहरण के लिए, फाइबर-प्रबलित प्लास्टिक में, उच्च शक्ति सुदृढीकरण की शीट (जैसे, कार्बन फाइबर, फाइबरग्लास) एक बहुत कमजोर पॉलिमर मैट्रिक्स (जैसे, epoxy) द्वारा एक साथ बंधे होते हैं। विशेष रूप से, उच्च शक्ति परतों पर लंबवत लागू भार, और कतरनी भार पॉलिमर मैट्रिक्स को फ्रैक्चर या फाइबर सुदृढीकरण को पॉलिमर से अलग करने का कारण बन सकता है।

प्रबलित कंक्रीट में प्रदूषण तब भी होता है जब सतह के निकट धातु सुदृढीकरण का क्षरण होता है।^[7] ऑक्सीकृत धातु का आयतन बड़ा होता है जो कंक्रीट द्वारा सीमित होने पर तनाव पैदा करता है। जब तनाव कंक्रीट की ताकत से अधिक हो जाता है, तो दरारें बन सकती हैं और फैलकर पड़ोसी दरारों से जुड़ जाती हैं, जो जंग लगी सरिया के कारण होती हैं, जिससे एक फ्रैक्चर प्लेन बनता है, जो सतह के समानांतर चलता है। एक बार फ्रैक्चर प्लेन विकसित हो जाने पर, सतह पर कंक्रीट सब्सट्रेट से अलग हो सकता है।

प्रसंस्करण से सामग्रियों में परतें बन सकती हैं जो प्रदूषण के कारण विफल हो सकती हैं। कंक्रीट में, अनुचित फिनिशिंग के कारण सतहें उखड़ सकती हैं। यदि सतह को ट्रॉवेलिंग द्वारा तैयार और सघन किया जाता है, जबकि अंतर्निहित कंक्रीट से पानी और हवा निकल रही है, तो घनी ऊपरी परत ऊपर की ओर धकेलते हुए पानी और हवा से अलग हो सकती है।^[8] स्टील्स में, रोलिंग (धातुकर्म) एक माइक्रोस्ट्रक्चर बना सकता है जब सूक्ष्म कण फ्लैट शीट में उन्मुख होते हैं जो परतों में टूट सकते हैं।^[2]इसके अलावा, कुछ 3डी प्रिंटिंग विधियां (उदाहरण के लिए, फ़्यूज्ड फिलामेंट निर्माण) परतों में भागों का निर्माण करती हैं जो प्रिंटिंग या उपयोग के दौरान नष्ट हो सकती हैं। फ्यूज्ड डिपोजिशन के साथ थर्मोप्लास्टिक्स को प्रिंट करते समय, ठंडे सब्सट्रेट परत पर लागू प्लास्टिक की गर्म परत को ठंडा करने से अंतर थर्मल संकुचन और परत पृथक्करण के कारण झुकने का कारण बन सकता है।^[4]

निरीक्षण विधियाँ

दृश्य निरीक्षण, टैप परीक्षण (यानी ध्वनि), अल्ट्रासाउंड, रेडियोग्राफ़ और थर्मोग्राफिक कैमरा सहित संरचनाओं में प्रदूषण का पता लगाने के लिए कई गैर-विनाशकारी परीक्षण विधियां हैं।

सामग्री की सतह और किनारों पर प्रदूषण का पता लगाने के लिए दृश्य निरीक्षण उपयोगी है। हालाँकि, एक दृश्य निरीक्षण सामग्री को खुले में काटे बिना किसी सामग्री के भीतर प्रदूषण का पता नहीं लगा सकता है।

टैप परीक्षण या साउंडिंग में परिणामी ध्वनि के आधार पर प्रदूषण का पता लगाने के लिए सामग्री को हथौड़े या कठोर वस्तु से धीरे से मारना शामिल है। लेमिनेटेड कंपोजिट में, एक स्पष्ट बजने वाली ध्वनि एक अच्छी तरह से बंधी हुई सामग्री को इंगित करती है जबकि एक धीमी ध्वनि प्रभाव को कम करने वाले दोष के कारण प्रदूषण की उपस्थिति को इंगित करती है।^[9] हनीकॉम्ब कोर के साथ फ्लैट पैनल कंपोजिट में बड़े दोष खोजने के लिए टैप परीक्षण उपयुक्त है, जबकि पतले लैमिनेट्स में छोटे दोष हो सकते हैं जो ध्वनि से समझ में नहीं आते हैं।^[10] ध्वनि का उपयोग व्यक्तिपरक भी है और निरीक्षक की सुनने की गुणवत्ता के साथ-साथ निर्णय पर भी निर्भर करता है। भाग में कोई भी जानबूझकर बदलाव निरीक्षण को प्रभावित करते हुए उत्पादित ध्वनि की पिच को भी बदल सकता है। इनमें से कुछ विविधताओं में प्लाई ओवरलैप्स, प्लाई काउंट चेंज गोरस, कोर डेंसिटी चेंज (यदि उपयोग किया जाता है), और ज्यामिति शामिल हैं।

प्रबलित कंक्रीट में अक्षुण्ण क्षेत्र ठोस लगेंगे जबकि टुकड़े-टुकड़े किए गए क्षेत्र खोखले लगेंगे।^[11] बड़ी कंक्रीट संरचनाओं का टैप परीक्षण या तो हथौड़े से या पुल डेक जैसी क्षैतिज सतहों के लिए चेन ड्रैगिंग डिवाइस के साथ किया जाता है। ठंडे जलवायु वाले देशों में ब्रिज डेक, जो डी-आइसिंग नमक और रसायनों का उपयोग करते हैं, आमतौर पर प्रदूषण के अधीन होते हैं और इस तरह आम तौर पर चेन-ड्रैगिंग के साथ-साथ सतह के बाद के पैच मरम्मत द्वारा वार्षिक निरीक्षण के लिए निर्धारित होते हैं।^[12]

प्रदूषण प्रतिरोध परीक्षण विधियां

कोटिंग प्रदूषण परीक्षण

एएसटीएम पेंट आसंजन परीक्षण के लिए मानक प्रदान करता है जो सब्सट्रेट से प्रदूषण के लिए पेंट और कोटिंग्स प्रतिरोध के लिए गुणात्मक उपाय प्रदान करता है। परीक्षणों में क्रॉस-कट परीक्षण, स्क्रैप आसंजन,^[13] और परीक्षण बंद करो|पुल-ऑफ़ टेस्ट।^[14]

इंटरलेमिनर फ्रैक्चर क्रूरता परीक्षण

फ्रैक्चर क्रूरता एक भौतिक गुण है जो फ्रैक्चर और प्रदूषण के प्रतिरोध का वर्णन करता है। इसे क्रिटिकल तनाव तीव्रता कारक द्वारा दर्शाया जाता है $K_{c}$ या क्रिटिकल तनाव ऊर्जा रिलीज दर $G_{c}$ .^[15] यूनिडायरेक्शनल फाइबर प्रबलित पॉलिमर लेमिनेशन कम्पोजिट सामग्री के लिए, एएसटीएम मोड मैं क्रैक फ्रैक्चर क्रूरता का निर्धारण करने के लिए मानक प्रदान करता है $G_{IC}$ और मोड II दरार फ्रैक्चर क्रूरता $G_{IIC}$ इंटरलैमिनर मैट्रिक्स का.^[16]^[17] परीक्षण के दौरान लोड $P$ और विस्थापन $\delta$ तनाव ऊर्जा रिलीज दर#अनुपालन विधि से तनाव ऊर्जा रिलीज दर निर्धारित करने के लिए विश्लेषण के लिए रिकॉर्ड किया गया है। $G$ अनुपालन की दृष्टि से दिया गया है

$G={\frac {P^{2}}{2B}}{\frac {dC}{da}}$ (1)

कहाँ $dC$ अनुपालन में परिवर्तन है $C$ (का अनुपात $\delta /P$ ), $B$ नमूने की मोटाई है, और $da$ दरार की लंबाई में परिवर्तन है.

मोड I इंटरलेमिनर फ्रैक्चर क्रूरता

विकृत डबल ब्रैकट बीम नमूने का योजनाबद्ध।

एएसटीएम डी5528 मोड I इंटरलेमिनर फ्रैक्चर क्रूरता का निर्धारण करने के लिए डबल कैंटिलीवर बीम (डीसीबी) नमूना ज्यामिति के उपयोग को निर्दिष्ट करता है।^[17]लंबाई की प्रारंभिक दरार बनाने के लिए पॉलिमर मैट्रिक्स को ठीक करने से पहले बीम के केंद्र में सुदृढीकरण परतों के बीच एक नॉन-स्टिक फिल्म रखकर एक डबल कैंटिलीवर बीम नमूना बनाया जाता है। $a_{0}$ . परीक्षण के दौरान नमूना को दरार खोलने वाले बीम के प्रारंभिक दरार पक्ष के अंत से तनाव में लोड किया जाता है। अनुपालन विधि का उपयोग करते हुए, क्रिटिकल स्ट्रेन एनर्जी रिलीज़ दर दी जाती है

$G_{Ic}={\frac {3P_{C}\delta _{C}}{2Ba}}$ (2)

कहाँ $P_{C}$ और $\delta _{C}$ यह निर्धारित करके क्रमशः अधिकतम भार और विस्थापन होता है कि अनुपालन में 5% की वृद्धि के साथ मूल से खींची गई रेखा के साथ भार विक्षेपण वक्र गैर-रैखिक हो गया है। आमतौर पर, समीकरण 2 फ्रैक्चर की कठोरता को अधिक आंकता है क्योंकि डीसीबी नमूने के दो ब्रैकट बीम में दरार पर एक सीमित घुमाव होगा। परिमित घूर्णन को गणना द्वारा ठीक किया जा सकता है $G$ लंबाई के साथ थोड़ी लंबी दरार के साथ $a+\Delta$ दे रही है

$G_{Ic}={\frac {3P_{C}\delta _{C}}{2B(a+\Delta )}}$ (3)

दरार की लंबाई में सुधार $\Delta$ अनुपालन के घनमूल के न्यूनतम वर्ग फिट को आलेखित करके प्रयोगात्मक रूप से गणना की जा सकती है $C^{1/3}$ बनाम दरार की लंबाई $a$ . संशोधन $\Delta$ x अवरोधन का निरपेक्ष मान है। फ्रैक्चर की कठोरता को अनुपालन अंशांकन विधि से भी ठीक किया जा सकता है $G_{Ic}$ द्वारा दिए गए

$G_{Ic}={\frac {nP_{C}\delta _{C}}{2Ba}}$ (4)

कहाँ $n$ न्यूनतम वर्ग फिट का ढलान है $\log(C)$ बनाम $\log(a)$ .

मोड II इंटरलेमिनर फ्रैक्चर क्रूरता

एज नॉच फ्लेक्सचर परीक्षण का योजनाबद्ध।

मोड II इंटरलेमिनर फ्रैक्चर क्रूरता को एएसटीएम डी7905 द्वारा निर्दिष्ट एज नॉच फ्लेक्सचर परीक्षण द्वारा निर्धारित किया जा सकता है।^[16]नमूना उसी तरह से तैयार किया जाता है जैसे डीसीबी नमूना लंबाई के साथ प्रारंभिक दरार पेश करता है $a_{0}$ पॉलिमर मैट्रिक्स को ठीक करने से पहले। यदि परीक्षण प्रारंभिक दरार (गैर-प्रीक्रैक विधि) के साथ किया जाता है तो उम्मीदवार की कठोरता भंग हो जाती है $G_{Q}$ द्वारा दिया गया है

G_{Q}={\frac {3mP_{\max }^{2}a_{0}^{2}}{2B}}

कहाँ $B$ नमूने की मोटाई है और $P_{\max }$ अधिकतम भार है और $m$ एक उपयुक्त पैरामीटर है. $m$ अनुपालन के न्यूनतम वर्ग के साथ प्रयोगात्मक परिणामों द्वारा निर्धारित किया जाता है $C$ बनाम दरार की लंबाई घनाकार $a^{3}$ के रूप के साथ

C=A+ma^{3}

.

उम्मीदवार कठोरता को भंग करता है $G_{Q}$ मोड II फ्रैक्चर कठोरता के बराबर है $G_{IIc}$ यदि तनाव ऊर्जा रिलीज दर निश्चित प्रतिशत के भीतर आती है $G_{Q}$ एएसटीएम द्वारा निर्दिष्ट विभिन्न दरार लंबाई पर।

संदर्भ

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