Oppførsel av plastmaterialer ved lave temperaturer

Abstract

Fysisk oppførsel for en polypropylen polymersammensetning har blitt testet for varierende initial temperatur (-30 til 25 grader celcius) og tøyningsrate (10^(-2) til 1 s^(-1)) i enaksiellt strekk, for å studere materialrespons i kaldt klima. Eksperimentene ble utført i et Polykarbonat kammer, med injeksjoner av flytende nitrogen for å imitere kaldt klima. Benchmark tester ble utført for å teste nøyaktigheten av oppsettet. Deformasjoner ble målt ved bruk av digitale kamera, og digital bildekorrelasjon ble benyttet for å regne ut tøyning.

Prøvestykkene ble sterkere og mindre duktil når initial temperatur ble redusert. Økning av initial tøyningsrate ga høyere flytespenning, men reduserte plastisk styrke grunnet oppvarming av prøvestykket. Kombinasjoner av lav initialtemperatur og høy initial tøyningsrate ga en betydelig reduksjon i kaldtrekking og tidlig brudd av initial neck. Dette fenomenet forårsaket en reduksjon i både langsgående tøyning og tøyningsherdning sammenlignet med andre tester uten reduksjon i kaldtrekking. Temperaturmyking og crazing er foreslått som årsak til fenomenet.

Numeriske simuleringer ble utført for å verifisere resultater fra materialtestene. Simuleringene ble utført i elementmetodeprogrammet Abaqus, og brukte en aksesymmetrisk, dynamisk eksplisitt modell, samt en polymer materialmodell produsert av Structural Impact Laboratory (SIMLab) ved NTNU. De fleste numeriske simuleringer ga like resultater som materialtester frem til store plastiske tøyninger. Både spenning- og volumtøyningskurver sammenfalt i elastisk og tidlig plastisk område, men divergerer når kurvene nærmer seg brudd. Divergensen er forårsaket av at polymermodellen antar konstant plastisk dilatasjon, når materialet i realiteten har stor endring i tverrtøyningsratio med deformasjon. Ved å inkludere en variabel plastisk dilatasjonsparameter forventes det at nøyaktigheten av simuleringene forbedres betydelig.