PTFE jest bardzo przydatnym materiałem, ponieważ ma unikalną kombinację właściwości.PTFE jest chemicznie obojętny, odporny na warunki atmosferyczne, ma doskonałą izolację elektryczną, jest odporny na wysoką temperaturę, ma niski współczynnik tarcia i ma właściwości nieprzylepne.
Polimery są powszechnie stosowane w produkcji i inżynierii, jednak opublikowane badania opisujące ich właściwości mechaniczne są najwyraźniej niedostatecznie reprezentowane, biorąc pod uwagę ich znaczenie.Większość prezentowanych danych zbyt często nie dostarcza wystarczających informacji na temat dokładnego rodowodu badanego polimeru i historii jego przetwarzania.Dzieje się tak prawdopodobnie dlatego, że ustalenie podstawowej charakterystyki materiału jest często tak samo trudne, jak przeprowadzenie rzeczywistych testów mechanicznych.Ponadto dokładne modelowanie komputerowe reakcji mechanicznej polimerów jest wciąż w powijakach.Powszechnie stosuje się wiele metod empirycznych, ale są one zwykle niedokładne poza wąskim zakresem parametrów.Jednym z powodów tego, poza złożonością reakcji polimeru, jest to, że często niedostępne są dane spoza wąskiego zakresu parametrów eksperymentalnych, które mogłyby podważyć i rozszerzyć solidność modeli konstytutywnych opartych na empirii lub fenomenologii.Poniżej przedstawiamy pierwsze wyniki wspólnego, multidyscyplinarnego wysiłku, którego celem było zrozumienie reakcji mechanicznej dobrze scharakteryzowanego polimeru zarówno z punktu widzenia eksperymentalnego, jak i późniejszego, w połączeniu z stworzeniem solidnego modelu teoretycznego, który można zaimplementować w kodach komputerowych .
Polimerem opisanym w tym badaniu jest poli(tetrafluoroetylen) (PTFE).Wybrano go z kilku powodów, w tym ze względu na jego zastosowanie jako powszechnego materiału konstrukcyjnego do małych części o wysokiej wydajności oraz jego dostępność u kilku producentów.Chociaż w przeszłości była ona szeroko badana, przez ostatnie 25 lat poświęcono jej niewiele uwagi w otwartej literaturze.Zdecydowaliśmy się ponownie przyjrzeć temu materiałowi ze względu na jego złożoność strukturalną i brak danych mechanicznych.PTFE jest materiałem niezwykłym pod wieloma względami.Wykazuje użyteczne właściwości w najszerszym zakresie temperatur dowolnego polimeru;PTFE zachowuje pewną plastyczność w temperaturze 4 K i w niektórych sytuacjach jest stosowany w temperaturze 540°C. Jest nierozpuszczalny we wszystkich popularnych rozpuszczalnikach i jest odporny na prawie wszystkie materiały kwasowe i żrące.PTFE ma jedną z najwyższych rezystywności ze wszystkich materiałów, bardzo wysoką wytrzymałość dielektryczną i niskie straty dielektryczne.Współczynnik tarcia ślizgowego pomiędzy PTFE i wieloma materiałami konstrukcyjnymi jest wyjątkowo niski, a po spiekaniu ze związkami zmniejszającymi zużycie powstaje ważna przemysłowo klasa materiałów łożyskowych.W połączeniu z niskim współczynnikiem tarcia i stabilnością chemiczną, PTFE jest prawie niemożliwy do przylgnięcia do innych materiałów.Właściwość ta jest często wykorzystywana w technologii przetwórstwa przemysłowego, gdzie istotna jest łatwość czyszczenia.Jednym z aspektów PTFE, który powstrzymuje go przed szerszym zastosowaniem przemysłowym i inżynieryjnym, jest jego wysoka lepkość stopu (1011 P w 380°C).Uniemożliwia to formowanie wtryskowe i rozdmuchowe, a do produkcji części dostępne są jedynie kosztowne procesy spiekania i wytłaczania.
W artykule skupiono się na charakterystyce materiału podstawowego i reakcji na ściskanie sprawdzonych materiałów PTFE przy różnych prędkościach odkształcania i temperaturach.Przyszłe artykuły będą dotyczyć reakcji na rozciąganie i ścinanie, szczegółowych skutków krystaliczności polimeru, zachowania balistycznego i udarowego oraz opracowania odpowiedniego teoretycznego modelu konstytutywnego.
Opublikowano bardzo niewiele wcześniejszych badań dotyczących właściwości ściskających PTFE.Istnieją pewne badania dotyczące właściwości pełzania, ale jeśli chodzi o odkształcenia inżynieryjne, autorzy zwrócili uwagę tylko na sześć publikacji.W 1963 roku Davies opublikował artykuł na temat rozwoju systemu prętów Split-Hopkinson.W ramach tego raportu przedstawiono pojedynczą krzywą naprężenia/odkształcenia w temperaturze pokojowej dla PTFE przy z1700 sK1.Maksymalne obciążenie w tym systemie wynosiło tylko 3%.Dalsze dane dotyczące dużej szybkości odkształcania polimeru w funkcji temperatury opublikowali Gray i Walley.Koo opublikował dane dotyczące naprężeń/odkształceń produktu PTFE firmy Imperial Chemical Industries o nazwie Halon G-80 w 1965 roku.Pokrótce omówiono także wpływ temperatury na reakcję mechaniczną.
Czas publikacji: 16 sierpnia 2016 r