Dynamical Young's Modulus and Internal Friction in Ultra-High Molecular Weight Polyethylene Composites

Авторы

Д.А. Калганов ¹ , В.В. Каминский ¹ , Н.М. Юрченко ¹ , Н.М. Сильников ² , И.В. Гук ² , А.И. Михайлин ² , А.В. Подшивалов ³ , А.Е. Романов ^1, ⁴

¹ Институт перспективных систем передачи данных, Университет ИТМО, Кронверкский пр., 49, литер А, Санкт-Петербург, 197101, Россия

² НПО Спецматериалов, Б. Сампсониевский пр., 28А, Санкт-Петербург, 194044, Россия

³ Научная лаборатория безопасных технологий переработки полимерных материалов, Университет ИТМО,Кронверкский пр., 49, литер А, Санкт-Петербург, 197101, Россия

⁴ Сектор теории твердого тела, Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе, Политехническая ул., 26, Санкт-Петербург, 194021, Россия

https://doi.org/10.17586/2687-0568-2022-4-1-14-20

Rev. Adv. Mater. Technol., 2022, vol. 4, no. 1, pp. 14–20

Аннотация

В данной работе при помощи акустического метода исследованы механические свойства самоусиленного композита на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена. Листы однонаправленного материала в нём расположены ортогонально и объединены термическим прессованием. Относительное изменение модуля продольной упругости для всех образцов в интервале температур от -5 °С до 50 °С не превышает 1,6%. В зависимости от величины давления, используемого на этапе изготовления, значения динамического модуля Юнга в исследуемых образцах достигают 17,8 ГПа, при этом внутреннее трение не превышает 16∙10^-2. Квазистатические механические свойства для образцов различной формы исследованы методом испытаний на растяжение. Значения модуля Юнга, определенные по этим данным в упругой части, достигают 16,9 ГПа.

Ключевые слова

сверхвысокомолекулярный полиэтилен; СВМПЭ; самоусиленный композит; модуль Юнга; внутреннее трение

Ссылки

1.    P. Smith, P.J. Lemstra, Ultrahigh-strength polyethylene filaments by solution spinning/drawing, 2. Influence of solvent on the drawability, Die Makromolekulare Chemie, 1979, vol. 180, no. 12, pp. 2983-2986.
2.    D.L.P. Macuvele, J. Nones, J.V. Matsinhe, M.M. Lima, C. Soares, M.A. Fiori, H.G. Riella, Advances in ultra high molecular weight polyethylene/hydroxyapatite composites for biomedical applications: A brief review, Materials Science and Engineering C, 2017, vol. 76, pp. 1248-1262.
3.    S. Ma, X. Zhang, B. Yu, F. Zhou, Brushing up functional materials, NPG Asia Materials, 2019, vol. 11, no. 1, art. no. 24.
4.    L. Xia, P. Xi, B. Cheng, A comparative study of UHMWPE fibers prepared by flash-spinning and gel-spinning, Materials Letters, 2015, vol. 147, pp. 79-81.
5.    B. Fei, High-performance fibers for textiles, in: Engineering of high-performance textile, Woodhead Publishing, Sawston, 2018.
6.    A.L. Forster, J. Chin, J.S. Peng, K.L. Kang, K. Rice, M. Al-Sheikhly, Long term stability of UHMWPE fibers, in: Mechanics of composite and multi-functional materials, Volume 7, ed. by C. Ralph, M. Silberstein, P. Thakre, R. Singh, Springer, Cham., 2016, pp. 369-375.
7.    P.J. Hazell, Armour: Materials. - Theory, and Design, Taylor & Francis, Oxfordshire, 2015.
8.    G.P. Anastasiadi, M.V. Sil'nikov, Rabotosposobnost' bronevykh materialov, Asterion, Saint Petersburg, 2004 (in Russian).
9.    I.F. Kobylkin, V.V. Selivanov, Materials and structures of light armor protection: textbook, BMSTU, Moscow, 2014.
10.    Y. Liang, X. Chen, C. Soutis, Review on manufacture of military composite helmet, Applied Composite Materials, 2021, vol. 29, pp. 1-19.
11.    R. Zhang, B. Han, J.-Y. Zhong, L.-S. Qiang, C.-Y. Ni, Q. Zhang, Q.-C. Zhang, B.-C. Li, T.J. Lu, Enhanced ballistic resistance of multilayered cross-ply UHMWPE laminated plates, International Journal of Impact Engineering, 2022, vol. 159, art. no. 104035.
12.    W. Huang, Y. Wang, Y. Xia, Statistical dynamic tensile strength of UHMWPE-fiber, Polymer, 2004, vol. 45, no. 11, pp. 3729-3734.
13.    K. Kartikeya, H. Chouhan, A. Ahmed, N. Bhatnagar, Determination of tensile strength of UHMWPE fiber-reinforced polymer composites, Polymer Testing, 2020, vol. 82, art. no. 106293.
14.    I. Meshi, I. Amarilio, D. Benes, R. Haj-Ali, Delamination behavior of UHMWPE soft layered composites, Composites Part B: Engineering, 2016, vol. 98, pp. 166-175.
15.    J. Peinado, L. Jiao-Wang, Á. Olmedo, C. Santiuste, Influence of stacking sequence on the impact behaviour of UHMWPE soft armor panels, Composite Structures, 2022, vol. 286, art. no. 115365.
16.    K. Krishnan, S. Sockalingam, S. Bansal, S.D. Rajan, Numerical simulation of ceramic composite armor subjected to ballistic impact, Composites Part B: Engineering, 2010, vol. 41, no. 8, pp. 583-593.
17.    M. Zakeri, H. Mansoori, M. Sadeghian, M. Guagliano, Impact response of fiber metal laminates based on aluminum and UHMWPE composite: Numerical simulation, Thin-Walled Structures, 2022, vol. 172, art. no. 108796.
18.    B.D.H. Utomo, High-speed impact modelling and testing of dyneema composite, Ipskamp Drukkers, Netherlands, 2011.
19.    S. Kustov, A. Saren, B. D'Agosto, K. Sapozhnikov, V. Nikolaev, K. Ullakko, Transitory ultrasonic absorption in "domain engineered" structures of 10 M Ni-Mn-Ga martensite, Metals, 2021, vol. 11, no. 10, art. no. 1505.
20.    S. Ratner, A. Pegoretti, C. Migliaresi, A. Weinberg, G. Marom, Relaxation processes and fatigue behavior of crosslinked UHMWPE fiber compacts, Composites Science and Technology, 2005, vol. 65, no. 1, pp. 87-94.
21.    L. Chen, K. Zheng, Q. Fang, Effect of strain rate on the dynamic tensile behaviour of UHMWPE fibre laminates, Polymer Testing, 2017, vol. 63, pp. 54-64.

Том 4, № 1

Страницы 14-20

Файлы

текст статьи

аннотация

XML файл

История

Поступила в редакцию: 07 Января 2022

Принята: 10 Января 2022

Доступна онлайн: 21 Марта 2022

© 2022 ITMO University.
This is an open access article under the terms
of the CC BY-NC 4.0 license.
Metadata is available under the terms of the CC BY 4.0 license