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建材薄膜撕裂强度机理额和测试方法简析

比较了目前国外用于测试膜材料撕裂强度的主要方法和标准,分析了不同测试方法对膜材料撕裂强力的影响,讨论了膜材料的撕裂机理。试验研究表明双舌撕裂法很难稳定控制裂缝撕裂方向,而导致无效试样较多,从不适合用于膜材料撕裂性能测试。中心裂缝撕裂法的测试结果受试样裂缝尺寸的影响较大,在提出新的测试指标之前,不宜暂将其测出的断裂强力直接作为膜材料的特征参数。梯形撕裂法的撕裂模式单纯,试验结果也较稳定,是值得推荐的膜材料撕裂强度测试方法。

1 2试验方案及试验方法 .
收集汇总了比利时 SO N、 I E法国 F r r韩国 er i a、其他缺陷等引发,再迅速扩大并导致膜材料整体破坏的过程。由于它与膜材料的安装和使用安全有密切关系,因此受到膜结构工程界的普遍重视。 目前国内外对膜材料撕裂性能的测试主要有单舌撕裂法【引双舌撕裂法【 梯形撕裂法【以及 、,卜、秀博、国 Mel、日本中兴化成以及美国德 he r C e fb h m a等国外著名生产商所采用的膜材料撕裂强度测试标准,包括 B 4 4 D N 536 A T S3 2、 I 35、 S M D53、I 1 9、 N 53 3 AS M 4 5 7 3JSI 0 6DI 3 6、 T I 8 1等。 )
对上述标准进行了对比分析,结果表明:
单轴中心裂缝撕裂法【9, 8]但还没有一个已得到膜 等材料制造商与膜结构设计部门广泛认同的撕裂强度测试标准。由于测试方法不尽相同,给膜结构设计选材带来了困难,同时也阻碍了膜材料制造业的技术进步。本文比较了国外膜材料生产商用于测试膜材料撕裂强度的主要标准,分析比较了不同测试条件对膜材料撕裂强度测试指标的影响,并讨论了料撕裂
() 1上述 6个测试标准中,只有 A T D 81 S M 45注明是用于建筑涂层或层压织物的抗撕裂性能测
 试,其他测试标准主要用于织物、织造物、非涂层织物、人造皮革或塑料薄膜制品等的性能测试,而非建筑膜材料的抗撕裂性能针对性测试标准;
() 2尽管部分标准( B 4 4JSL19等)如 S3 2、I 04 提供了两种以上的撕裂强度测试方法,但生产商们通常只采用其中的某一种方法;
()B 4 4与 DI 3 5、 TM4 5 3 S3 2 N 53 6 AS 81与 JS I破坏的机理,以期为国内膜材料撕裂性能测试标准的制定提供一定的理论与试验基础。

一、试验材料与试验方法
1 1试验材料 -
L 19的测试条件及方法基本相同; 0 6 ()各厂商采用的坝 4 法集中于双舌撕裂法和梯形撕裂法,而与膜结构安装过程中膜材料发生撕破行为有密切关系的中心裂缝撕裂试验方法未被采用。 基于上述认识,同时为对上述标准有一基本评价,本研究安排了表 1所列 8组试验 (每组包括经、 纬2个加载方向)。表中, S使用双舌撕裂法, BI 1
试验采用 P T P C涤纶/ E/V (聚氯乙烯 )膜材料,用中心裂缝撕裂法。全部试验在电子多功能材料示。从图中可见,当沿垂直方向采用双舌撕裂法对试验机上进行,测试指标为撕裂强力(。 N)
表 1测试条件与试验安排
试验代码 KL q1耻 BI BL BL BL BLS A S5 S6 S7 S8
膜材料实施撕裂试验时,会在试样左右侧形成两个撕裂三角区。试验初始阶段,在纵向拉伸载荷作用下,三角区内纵向纱线产生长变形,向纱线则因横 受剪切力、应力和来自纵向纱线的束缚力等作拉用,有部分纱线开始断裂,于是在撕裂试验的载荷一 位移曲线上出现第一个峰值,如图 3示。图中 3所 条试验曲线来自于同一样本的 3个试样。
()双舌撕裂法 a
在第一个峰值出现后,撕裂三角区进一步扩大,并随着参与受力的纱线逐渐增多,膜材料撕破的模式开始趋于复杂化。除继续有部分横向纱线被剪断或拉断外 (模式 I, )也有部分横向纱线被从涂层材料中抽拔出来 (模式Ⅱ)并出现少量纵向纱,线被拉断(模式Ⅲ)的现象。

二、试验结果与讨论
2 1试样撕裂破坏机理分析 . 2 1 1双舌撕裂法试样的破坏过程建筑膜材料撕裂强度的测试方法及撕破机理研究等11 2以保证撕裂沿着预先设定的方向进行,裂缝通常都会偏向试样的两侧(参见图 4 b所示)因此造成随着 (),试样裂缝的扩展,纱线的包埋长度越来越短,而试样的抗撕裂性能越来越低的现象。
如果撕裂三角区内呈现以模式Ⅲ方式的撕裂破坏,则膜材料试样的舌头很快会被拉断,这便是无效试样的典型特征。 上述对双舌撕裂法的撕裂破坏分析仅列举了 3种基本的撕裂模式。实际上, 3这种撕破模式往往会出夹头位移/ m m ()向 a经现在同一试样的同一撕裂过程中,而且一般会持续到整个撕裂破坏过程结束,只是可能测试时某种撕破模式表现较为突出而已。这表明双舌撕裂法中膜材料撕裂并非简单的撕裂三角区内横向纱线受剪或受拉破坏,增强纤维与涂层材料间的界面性能、纵向纱线的拉伸强度及在横向纱线产生的束缚作用等对膜材料所的撕裂破坏过程都会产生一定的影响。
2 12梯形撕裂法试样的破坏过程 ..
与受力状态复杂的双舌撕裂法不同,梯形撕裂法的撕破过程主要发生于撕裂三角区内的纵向纱夹头位移/11 nn ()向 b纬线系统,横向纱线对撕裂几乎不产生影响。梯 裂法中膜材料撕裂破坏过程参见图 5。

这是因为膜材料一旦以横向纱线从涂 ()层材料中抽拔出来产生撕裂破坏,则试样的承载能力就主要由膜材料中增强纤维与涂层材料间的界面性能决定。根据复合材料界面理论,增强纤维与涂层材料间的界面性能与增强纤维包埋在涂层材料中的长度有关。一般包埋长度越长,膜材料的粘合强度越高,但包埋长度增加到一定程度后,膜材料的粘合强度不再变化。
在拉伸载荷作用下,试样裂缝根部的部分纵向纱线率先承载,出现伸长变形。随着加载的继并续,撕裂三角区内能够承受纵向拉伸载荷的纱线根数逐渐增多,试样的承载能力进一步加大,接下来在裂缝外侧有少数纵向纱线因变形量超过其断裂伸长而开始发生断裂,此后试样便进入了稳定撕裂阶段,即在撕裂三角区内不断有纱线断裂,又不断有新的纱线加入承载行列,在撕裂试验的载荷一位移曲线上则表现出相对稳定的载荷波动区域。
图 6梯形撕裂试验的载荷一移曲线位梯形撕裂法的撕裂破坏过程较双舌撕裂法不等长拉伸断裂破坏,向纱线系统的作用很横小,
因此撕裂三角区的大小 (它与撕裂三角区内 能同时承载的纱线根数有密切关系)承载纱线、单纯,其撕破模式主要表现为纵向纱线系统发生图 7中心裂缝撕裂法试样破坏过程图 8出了两组分别沿试样经向与纬向测给得的中心裂缝撕裂试验的载荷一移曲线。从图位自身的断裂强力及断裂伸长率等对该方法的测定值有着重要影响。
2 13中心裂缝撕裂法试样的破坏过程 ..
中可看出,当预制裂缝长度 L≤ 1/4 m时, 0m预制裂缝对膜材料拉伸曲线的影响并不大,有在只 L≥2后, 0mm膜材料的拉伸模量才稍有降低。 图8同时显示出预制裂缝对膜材料撕裂强力的 影响。当 L一1 m时, 0m试样的断裂强力(撕裂强力)即降至无裂缝试样强力的 5~ 6, 0/ 0/而 9 5 9 6在 L一 3 m时, 0m试样的断裂强力就只有无裂缝试样强力的 2~3了。

中心裂缝撕裂法本质上是一种单轴向拉伸试验方法。它之所以能被用来测试膜材料的抗撕裂性能,是因为当在拉伸试样上预制裂缝后,若沿垂直预制裂缝的方向施加载荷,便会在裂缝的两个端点处产生应力集中,从而造成预制裂缝的扩展并使试样迅速发生撕裂破坏。中心裂缝撕裂法中膜材料撕裂破坏过程参图 7所示。裂强力对预制裂缝长度的敏感性要比拉伸模量大得多。
从表 2以看出, 3可在种测试方法中,双舌撕裂法在经纬向的测试结果较接近,而其他两种测试方法在经纬向上的测试结果则差别较大。这是由双舌撕裂法复杂的撕裂机理所决定的。从对膜材料撕裂过程所做分析可知,试样双舌撕裂破坏有纵横向两纱线系统共同参与,其结果是弱化了双舌撕裂试验方法的方向性。由于试样中本身存在经纬纱屈曲程度的差异,而这种差异又会表现为撕裂三角区大小的不同,因此双舌撕裂法并不能真实地反映膜材料的抗撕裂性能。此外在试验中发现双舌撕裂法很难稳定控制裂缝撕裂方向,且容易产生纱线从涂层材料中抽拔出来而导致无效试样较多,本故文认为双舌撕裂法不太适合用作膜材料抗撕裂性能的测试。
在梯形撕裂试验中,采用 A F 73A T 45、 S M53、S M 81 J L19进行测试其结果没有显著差别, I 6 S 0表明试样初始裂缝长度对膜材料的撕裂强度影响不大。与0 l 0 2 U 3 0 4 0 5 0 6 0双舌撕裂法相比,梯形撕裂法的撕裂模式较为单纯,试验结果也较稳定,且测试方法简单,试样制备方便,是一种值得推荐的膜材料抗撕裂性能的测试方法。
 夹头位移/ n n n ()向 b纬中心裂缝撕裂法测得的膜材料撕裂强力远远高于梯形撕裂法和双舌撕裂法。然而由于撕裂机理不同,上述测试方法的试验结果并无可比性。中
 应力集中引发裂缝扩展并导致韧性断裂两种撕破模式5 。前者在试样破坏前无明显特征,加载至一定程度时,突然发生试样的断裂;后者则以试样破坏前的裂缝扩展为主要特征,裂缝扩展到一定程度后心裂缝撕裂法的主要问题是其测试结果受试样裂缝尺寸的影响较大,因此不宜将其测出的断裂强力直接作为膜材料的特征参数。
导致试样发生断裂破坏。发生脆性断裂时的膜材料强力下降现象可用裂缝处的应力集中现象进行说明,即裂缝会使试样裂缝端点处的应力远高于试样其他部位,从而使膜材料的抗拉强力出现不同程度的降低。对于实际的撕裂试验过程,由于试样宽度总是有限的,故应力集中的大小与预制裂缝尺寸密切相关。 22抗撕裂性能测试标准的比较分析 .

三、结论
对目前国外膜材料撕裂性能的测试方法进行了比较,对膜材料的撕破机理进行了分析。结果表明双舌撕裂法不能真实地反映膜材料的抗撕裂性能,且无效试样较多,双舌撕裂法不太适合用作故膜材料抗撕裂性能的测试。中心裂缝撕裂法的测试结果受试样裂缝尺寸的影响较大,在提出新的测试指标之前,暂不宜将其测出的断裂强力直接作为膜材料的特征参数。梯形撕裂试验的撕裂模式较为单纯,试验结果也很稳定,是一种值得推荐的膜材料抗撕裂性能的测试方法。


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