Vijesti

01 Suština učinka performansi

Mnogi ljudi, kada čuju "otpornost na udar", odmah pomisle na "žilavost". Ali šta je tačno žilavost? Jednostavno rečeno, to je da li materijal može efikasno raspršiti energiju kada je izložen udaru.

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

Kako polimeri rasipaju energiju? Uglavnom na tri načina:

• Kretanje lančanog segmenta: Kada djeluje vanjska sila, molekularni lanci rasipaju energiju kroz unutrašnju rotaciju, savijanje i klizanje. Molekularni lanci mogu "izmicati", savijati se i kliziti;

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

• Mehanizmi skretanja pukotine i apsorpcije energije: Unutrašnja struktura materijala (kao što su fazni interfejsi i punila) čini put širenja pukotine vijugavim, što odgađa lom. Jednostavnije rečeno, pukotina se ne proteže pravolinijski, već je unutrašnja struktura prekida, skreće i pasivno neutralizira.

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

Ovo također objašnjava uobičajenu pojavu: neki materijali imaju nevjerovatno visoku zateznu 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, sistem doživljava izuzetno visoku brzinu naprezanja, toliko kratku da čak ni molekule ne mogu "reagovati" 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 tokom vremena, efikasno raspoređujući energiju, tada su performanse udara dobre. Suprotno tome, ako je sistem previše krut - kretanje segmenata lanca je ograničeno, kristalnost je previsoka, a temperatura staklastog prijelaza je previsoka - kada dođe do djelovanja vanjske sile, sva energija se koncentriše na jednu tačku i pukotina se direktno širi.

Stoga, suština udarnih performansi 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 apsorbuje i rasprši energiju udara. Mjeri da li materijal može apsorbovati 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 sistem sa dobrom disperzijom energije.

Ispitivanje udarnom žilavošću mjeri otpornost materijala na širenje pukotine pod uslovima koncentracije napona. Možete to shvatiti kao "toleranciju sistema na širenje pukotine". Ako su intermolekularne interakcije jake i segmenti lanca se mogu brzo preurediti, širenje pukotine će biti "usporeno" ili "pasivizirano".

Stoga, materijali s visokom otpornošću na udar s zarezima često imaju jake međufazne interakcije ili mehanizme disipacije energije, kao što su vodikove veze između esterskih veza u polikarbonatu ili međufazno odvajanje i nabiranje u sistemima za ojačavanje gume. 

Zbog toga neki materijali (kao što su PP, PA, ABS i PC) dobro se pokazuju u ispitivanjima udara bez zareza, ali pokazuju značajno smanjenje otpornosti na udar sa zarezom, što ukazuje na to da njihovi mikroskopski mehanizmi disipacije energije ne funkcionišu efikasno u uslovima koncentracije napona.

 

03 Zašto su neki materijali otporni na udarce?

Da bismo ovo razumjeli, moramo pogledati na molekularni nivo. Otpornost polimernog materijala na udar podržavaju tri osnovna faktora:

1. Segmenti lanca imaju stepene slobode:

Na primjer, u tjelesnom odgoju (UHMWPE, HDPE), TPU i određeni fleksibilni PC-i, segmenti lanca mogu rasipati energiju putem konformacijskih promjena pod udarom. To u suštini proizlazi iz apsorpcije energije intramolekularnim pokretima kao što su istezanje, savijanje i uvijanje hemijskih veza.

2. Fazna struktura ima mehanizam puferiranja: Sistemi poput HIPS-a, ABS-a i PA/EPDM-a sadrže meke faze ili međupovršine. Prilikom udara, međupovršine prvo apsorbiraju energiju, odvajaju se, a zatim se rekombiniraju.Kao i bokserske rukavice - rukavice ne povećavaju snagu, ali produžavaju vrijeme naprezanja i smanjuju vršni stres. 

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

Stoga ćete primijetiti da neki polimeri s polarnim grupama (kao što su PA i PC) stvaraju značajnu toplinu nakon udara - to je zbog "toplote 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 pločasu inženjerski plastični proizvodi s izvrsnom otpornošću na udarce. Kao primarni materijal u industriji rudarskih mašina i inženjerskog transporta, zamijenili su ugljični čelik i postali preferirani izbor za obloge kamiona i obloge bunkera uglja. 

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