خصائص البولي (PTFE) في الضغط – مقدمة

تعتبر مادة PTFE مادة مفيدة للغاية لأنها تحتوي على مزيج فريد من الخصائص.PTFE خامل كيميائيًا، وقابل للطقس، وعزل كهربائي ممتاز، ومقاوم لدرجات الحرارة العالية، ومعامل احتكاك منخفض، وخصائص غير لاصقة.

تُستخدم البوليمرات بشكل شائع في التصنيع والهندسة، ومع ذلك، يبدو أن الأبحاث المنشورة التي تصف خواصها الميكانيكية غير ممثلة تمثيلاً ناقصًا نظرًا لأهميتها.الكثير من البيانات المقدمة، في كثير من الأحيان، لا تعطي معلومات كافية حول النسب الدقيق للبوليمر الذي تم اختباره وتاريخ معالجته.ربما يرجع ذلك إلى أن تحديد توصيف المواد الأساسية غالبًا ما يكون صعبًا مثل إجراء الاختبارات الميكانيكية الفعلية.بالإضافة إلى ذلك، لا تزال النمذجة الحاسوبية الدقيقة للاستجابة الميكانيكية للبوليمر في مهدها.يتم استخدام العديد من الأساليب التجريبية بشكل شائع، ولكنها تميل إلى أن تكون غير دقيقة خارج نطاق المعلمات الضيق.أحد أسباب ذلك، بصرف النظر عن تعقيد استجابة البوليمر، هو أن البيانات غالبًا ما تكون غير متوفرة خارج نطاق المعلمات التجريبية الضيقة لتحدي وتوسيع قوة النماذج التأسيسية التجريبية أو الظواهرية.نقدم هنا النتائج الأولى لجهد متضافر متعدد التخصصات يهدف إلى فهم الاستجابة الميكانيكية للبوليمر المميز جيدًا من وجهة نظر تجريبية وما بعده، إلى جانب إنتاج نموذج نظري قوي قادر على التنفيذ في رموز الكمبيوتر. .

البوليمر الموصوف في هذه الدراسة هو بولي (رباعي فلورو إيثيلين) (PTFE).تم اختياره لعدة أسباب، بما في ذلك استخدامه كمادة هندسية شائعة للأجزاء الصغيرة عالية الأداء وتوافره من العديد من الشركات المصنعة.وعلى الرغم من دراستها على نطاق واسع في الماضي، إلا أنها لم تحظ باهتمام كبير في الأدبيات المفتوحة على مدى السنوات الخمس والعشرين الماضية.لقد اخترنا إعادة النظر في هذه المادة بسبب تعقيدها الهيكلي ونقص البيانات الميكانيكية.PTFE مادة رائعة في نواح كثيرة.إنه يُظهر خصائص مفيدة على نطاق درجة الحرارة الأوسع لأي بوليمر؛يحتفظ PTFE بقدر من الليونة عند 4 K ويستخدم في بعض الحالات في التطبيقات عند 540 8C. وهو غير قابل للذوبان في جميع المذيبات الشائعة ومقاوم لجميع المواد الحمضية والكاوية تقريبًا.يتمتع PTFE بأعلى مقاومة من أي مادة، وقوة عازلة عالية جدًا وفقدان عازل منخفض.إن معامل الاحتكاك المنزلق بين PTFE والعديد من المواد الهندسية منخفض للغاية، وعندما يتم تلبيدها بمركبات تقليل التآكل، يتم تشكيل فئة مهمة صناعيًا من المواد الحاملة.إلى جانب معامل الاحتكاك المنخفض والثبات الكيميائي، يكاد يكون من المستحيل على المواد الأخرى الالتزام بـ PTFE.تُستخدم هذه الخاصية غالبًا في تكنولوجيا المعالجة الصناعية حيث تكون سهولة التنظيف أمرًا مهمًا.أحد جوانب PTFE التي أعاقته عن الاستخدام الصناعي والهندسي الأكثر شمولاً هو اللزوجة العالية الذوبان (1011 P عند 380 درجة مئوية).وهذا يمنع إمكانية الحقن والنفخ، ولا تتوفر سوى عمليات تصنيع التلبيد والبثق باهظة الثمن لإنتاج الأجزاء.

تركز هذه الورقة على توصيف المواد الأساسية والاستجابة الانضغاطية لمواد PTFE الأصلية عند معدلات إجهاد ودرجات حرارة مختلفة.سوف تتناول الأوراق المستقبلية استجابة الشد والقص، والتأثيرات التفصيلية لبلورة البوليمر، والسلوك الباليستي والصدمات، وتطوير نموذج تأسيسي نظري قابل للتطبيق.

تم نشر القليل جدًا من الأبحاث السابقة حول خصائص الضغط لـ PTFE.توجد بعض الأبحاث حول خصائص الزحف، ولكن فيما يتعلق بالتشوه الهندسي، فقد لفت انتباه المؤلفين ستة مراجع فقط.في عام 1963، نشر ديفيز ورقة بحثية حول تطوير نظام بار سبليت هوبكنسون.وكجزء من هذا التقرير، تم عرض منحنى الإجهاد/الانفعال في درجة حرارة الغرفة الواحدة لـ PTFE عند z1700 sK1.وكان الحد الأقصى للضغط المفروض في هذا النظام 3٪ فقط.تم نشر المزيد من بيانات معدل الإجهاد العالي حول البوليمر مقابل درجة الحرارة بواسطة Gray and Walley.نشر كو بيانات الإجهاد/الانفعال لمنتج PTFE التابع لشركة Imperial Chemical Industries والذي يُسمى Halon G-80 في عام 1965.كما تمت مناقشة تأثيرات درجة الحرارة على الاستجابة الميكانيكية بإيجاز.