Ziņas

01 Ietekmes snieguma būtība

Daudzi cilvēki, dzirdot vārdus "triecienizturība", uzreiz domā par "cietību". Bet kas īsti ir izturība? Vienkārši sakot, tā ir materiāla spēja efektīvi izkliedēt enerģiju trieciena laikā.

Ja enerģiju var vienmērīgi izkliedēt, materiāls ir "ciets"; ja enerģija ir koncentrēta vienā punktā, tas ir "trausls".

Tātad, kā polimēri izkliedē enerģiju? Galvenokārt pa trim ceļiem:

• Ķēdes segmenta kustība: Kad iedarbojas ārējs spēks, molekulu ķēdes izkliedē enerģiju, veicot iekšējo rotāciju, liecienoties un slīdot. Molekulu ķēdes var "izvairīties", liecienoties un slīdēt;

• Mikrorajona deformācija: tāpat kā gumija, gumijas daļiņas izraisa plaisāšanu matricā, absorbējot trieciena enerģiju. Iekšējā fāzes struktūra var deformēties un pēc tam atjaunoties; 

• Plaisas novirzes un enerģijas absorbcijas mehānismi: Materiāla iekšējā struktūra (piemēram, fāžu saskarnes un pildvielas) padara plaisas izplatīšanās ceļu līkumotu, aizkavējot lūzumu. Vienkāršāk sakot, plaisa neiet taisnā līnijā, bet gan tiek pārtraukta, novirzīta un pasīvi neitralizēta ar iekšējās struktūras palīdzību.

Redziet, triecienizturība patiesībā nav "izturība pret lūzumu", bet gan "spēja izkliedēt enerģiju, to novirzot".

Tas izskaidro arī izplatītu parādību: dažiem materiāliem ir neticami augsta stiepes izturība un tie viegli saplīst trieciena rezultātā; piemēram, inženiertehniskās plastmasas, piemēram, PS, PMMA un PLA.

Citi materiāli, lai arī tiem ir vidēja izturība, var izturēt triecienus. Iemesls ir tāds, ka pirmajiem nav kur "izkliedēt enerģiju", bet otrajiem "izkliedē enerģiju". Piemēri ir PA loksnes un stieņi,PPun ABS materiāli.

No mikroskopiskā viedokļa, kad ārējs spēks iedarbojas acumirklī, sistēma piedzīvo ārkārtīgi augstu deformācijas ātrumu, tik īsu, ka pat molekulas nevar "reaģēt" laikā.

Šajā brīdī metāli izkliedē enerģiju slīdēšanas ceļā, keramika atbrīvo enerģiju plaisāšanas ceļā, savukārt polimēri absorbē triecienu ķēdes segmentu kustības, dinamiskas ūdeņraža saišu pārraušanas un kristālisko un amorfo reģionu koordinētas deformācijas rezultātā.

Ja molekulu ķēdēm ir pietiekama mobilitāte, lai pielāgotu savu pozīciju un pārkārtotos laikā, efektīvi sadalot enerģiju, tad trieciena veiktspēja ir laba. Un otrādi, ja sistēma ir pārāk stingra — ķēdes segmentu kustība ir ierobežota, kristāliskums ir pārāk augsts un stiklošanās temperatūra ir pārāk augsta —, kad iedarbojas ārējs spēks, visa enerģija koncentrējas vienā punktā, un plaisa izplatās tieši.

Tāpēc trieciena veiktspējas būtība nav "cietība" vai "izturība", bet gan materiāla spēja ļoti īsā laikā pārdalīt un izkliedēt enerģiju.

 

02 Iecirtums pret neiecirtumu: nevis viens tests, bet divi atteices mehānismi

"Trieciena stiprums", par kuru mēs parasti runājam, patiesībā ir divu veidu: 

• Neiezīmēts trieciens: pārbauda materiāla "kopējo enerģijas izkliedes spēju"; 

• Iecirtuma trieciens: pārbauda "plaisas gala pretestību".

Neierobota trieciena tests mēra materiāla kopējo spēju absorbēt un izkliedēt trieciena enerģiju. Tas mēra, vai materiāls var absorbēt enerģiju, izmantojot molekulāro ķēžu slīdēšanu, kristālisku tecēšanu un gumijas fāzes deformāciju no brīža, kad tas tiek pakļauts spēkam, līdz lūzumam. Tādēļ augsts neierobota trieciena rezultāts bieži vien norāda uz elastīgu, saderīgu sistēmu ar labu enerģijas izkliedi.

Iecirtuma trieciena testēšana mēra materiāla izturību pret plaisu izplatīšanos sprieguma koncentrācijas apstākļos. To var uzskatīt par "sistēmas toleranci pret plaisu izplatīšanos". Ja starpmolekulārās mijiedarbības ir spēcīgas un ķēdes segmenti var ātri pārkārtoties, plaisu izplatīšanās tiks "palēnināta" vai "pasivēta".

Tāpēc materiāliem ar augstu robveida triecienizturību bieži ir spēcīga starpfāžu mijiedarbība vai enerģijas izkliedes mehānismi, piemēram, ūdeņraža saites starp estera saitēm polikarbonātā vai starpfāžu atdalīšanās un krokošanās gumijas rūdīšanas sistēmās. 

Tāpēc daži materiāli (piemēram, PP, PA, ABS un PC) labi darbojas trieciena testos bez iegriezumiem, bet uzrāda ievērojamu iegriezumu triecienizturības samazināšanos, norādot, ka to mikroskopiskie enerģijas izkliedes mehānismi nespēj efektīvi darboties sprieguma koncentrācijas apstākļos.

 

03 Kāpēc daži materiāli ir triecienizturīgi?

Lai to saprastu, mums jāaplūko molekulārais līmenis. Polimērmateriāla triecienizturību nodrošina trīs fundamentāli faktori:

1. Ķēdes segmentiem ir brīvības pakāpes:

Piemēram, PE (UHMWPE, HDPE), TPU un dažu elastīgu PC gadījumā ķēdes segmenti trieciena ietekmē var izkliedēt enerģiju, mainoties konformācijai. Tas būtībā izriet no enerģijas absorbcijas molekulu iekšējo kustību, piemēram, ķīmisko saišu stiepšanās, liekšanās un sagriešanās, rezultātā.

2. Fāžu struktūrai ir buferizācijas mehānisms: tādas sistēmas kā HIPS, ABS un PA/EPDM satur mīkstas fāzes jeb saskarnes. Trieciena brīdī saskarnes vispirms absorbē enerģiju, atdala saites un pēc tam rekombinējas.Tāpat kā boksa cimdi — cimdi nepalielina spēku, bet gan pagarina slodzes laiku un samazina maksimālo slodzi. 

3. Starpmolekulārā "lipīgums": Dažās sistēmās ir ūdeņraža saites, π–π mijiedarbības un pat dipola mijiedarbības. Šīs vājās mijiedarbības "upurējas", lai trieciena brīdī absorbētu enerģiju, un pēc tam lēnām atjaunojas.

Tādēļ jūs atklāsiet, ka daži polimēri ar polārām grupām (piemēram, PA un PC) pēc trieciena rada ievērojamu siltumu — tas ir saistīts ar elektronu un molekulu radīto "berzes siltumu". 

Vienkārši sakot, triecienizturīgu materiālu kopīgā īpašība ir tā, ka tie pietiekami ātri pārdala enerģiju un nesabrūk visi uzreiz.

 

TĀLĀKUHMWPE unHDPE loksneir inženiertehniskās plastmasas izstrādājumi ar izcilu triecienizturību. Kā galvenais materiāls kalnrūpniecības mašīnās un inženiertehniskajā transporta nozarē tie ir aizstājuši oglekļa tēraudu un kļuvuši par iecienītāko izvēli kravas automašīnu un ogļu bunkuru apšuvumam. 

To ārkārtīgi spēcīgā triecienizturība pasargā tās no cietu materiālu, piemēram, ogļu, ietekmes, tādējādi aizsargājot transporta aprīkojumu. Tas samazina iekārtu nomaiņas ciklus, tādējādi uzlabojot ražošanas efektivitāti un nodrošinot darbinieku drošību.