韧性的良好组合、刚度和强度所需纤维用于复杂的应用程序,如微电子、生物支架,防弹背心等等。但是很难定义这些属性为纳米,micro-fibers由于其较低的刚度。同时,大多数纤维的化学键直接沿纤维轴由于光纤拉丝过程中,形成一个巨大的差距在力学性能沿纤维轴与垂直方向。
不可能从大部分同行了解纤维的特性。这种差异可能特别在小直径的纤维。例如,电纺是一种最常用的制作非常薄的纳米技术——micro-fibers。尽管意义,大部分的研究集中在力学性能一直局限于定义fibermats而不是单独的纤维。在最近的一项研究中,然而,陈等人的力学行为显示了一个相当大的差异collagen-chitosan fibermats与相关个人纤维。多项研究在过去的几年中,包括上面的参考,显示不同类型的开发电纺的设置方法来收集对齐纳米micro-fibers,后来可以被转移到模板拉伸试验使用解放军T150 UTM。
细纤维的拉伸试验:挑战和T150优势
单轴拉伸试验被认为是最有效的技术,纤维的机械特性。拉伸试验过程中,纤维是在给定的样本率和随后的反应力。
因为样品的初始尺寸是已知的,可以用来测量力和位移确定一批重大工程参数。极限抗拉强度、破坏应变、屈服应变、屈服应力和杨氏模量是其中的一些参数。今天,越来越多的纤维,特别是纳米和micro-fibers被推荐用于结构应用程序,和拉伸参数对于更好的设计和仿真结构,使用这些类型的纤维。
纤维的直径降低,纤维的绝对刚度也大幅减少,它变得更加难以确定拉伸参数与传统测试仪器。在传统的拉伸试验系统的情况下,惯性和传动轴的质量控制相对高于纤维直径较小的样本。
而纤维样品可以在传统的拉伸试验系统,对获得的结果的精度是不确定的。这些问题可能阻止通过了解薄纤维的特性从一个更大的样本相同的材料,如编织/非织造fibermat或纱,这是一个许多纤维束。
相反,这似乎并不是一个可靠的表征技术由于大量的非弹性和弹性纤维之间的相互作用和分子排列的差异。科索沃解放军T150 UTM扣人心弦的安排和力范围,更适合小直径确定纤维样品。
当利用纳米机械拉力试验机等科索沃解放军T150 UTM,一些主要的组件是背后的精确测量。这些组件组成的专利nano-mechanical驱动换能器(NMAT)(图1),可以确定分钟变化力给异常大的动态范围拉伸测量。一个精确的扩展轴有助于描述纤维的小直径范围广泛的应变率。
图1所示。纳米机械驱动换能器(NMAT)的示意图。
进一步说,科索沃解放军NanoSuite控制软件意味着T150 UTM使准确测试控制和数据分析,同时能够引入小说独特的微观表征测试程序和纳米纤维材料。欧洲杯足球竞彩表1显示了科索沃解放军的技术规格T150 UTM。
表1。技术规范对科索沃解放军T150 UTM。
| 最大负载 |
通用汽车500 mN (50.8) |
| 负载决议 |
50 nN(5.1µgm) |
| 最大驱动传感器位移 |
±1毫米 |
| 位移分辨率 |
< 0.1海里 |
| 动态位移解析 |
< 0.001海里 |
| 最大十字头扩展 |
200毫米 |
| 扩展的决议 |
35海里 |
| 延伸率 |
0.5µm 5 mm / s / s |
| 动态频率范围(样本依赖) |
0.1赫兹至2.5千赫 |
应用程序
聚合物纤维
工程应变与PET纤维工程压力曲线如图2所示。这是获得通过扩展纤维在一个给定的应变率。在这个特殊的例子中,纤维可以通过打破整个范围的应变特征,由于扩展的大范围的科索沃解放军T150 UTM。
图2。工程应力-应变曲线宠物ib (monoilament) 17µm直径。注意精确的应力、应变测量的全部范围的压力。
这证明特别方便薄的聚合物纤维,少量的部队需要变形,但能够扩展到很大的压力。机械变形特性的聚合物纤维像宠物(图2)可以理解的所谓的应力-应变曲线。许多聚合物链存在于聚合物纤维及其物理性质控制纤维的特性。
拉伸试验过程中,扩展在聚合物纤维可以归因于无弹性和弹性链轴向纤维轴的旋转以及弹性聚合物链的延伸。因此,高模量由聚合物纤维表现出轻微的聚合物链的取向分布。相反,一种聚合物纤维的强度依赖于聚合物链之间的重叠的性质。这是因为范德瓦耳斯或物理强度的聚合物链之间的氢键较弱而不是共价键存在于聚合物链。
蜘蛛丝
蜘蛛丝是一个独特的材料和用于各种生物医学和结构的应用程序。蜘蛛有不同的蛋白腺,创建不同类型的丝蛋白分子有不同的安排。蜘蛛丝作为一个完整的工具为研究蛋白质分子和他们的安排,提供高韧性和高强度的特殊组合。相反,很难执行机械测试单独的丝线的紧张,因为他们的高合规和细直径。科索沃解放军T150 UTM大动态范围,它允许一个过时的应力-应变分析,单独的超高分辨率的蜘蛛丝链。
真正的应变和真实应力曲线的关键壶状腺丝链获得从一个黑寡妇蜘蛛是如图3所示。在这个薄的纤维,失败只发生在2.5 mN的力量。更有趣的事实是,科索沃解放军的位移分辨率和高力T150 UTM允许完整的应力-应变行为的精确测量,这显示了四个明确的政权。由于非晶均匀拉伸分子,政权与线性弹性响应。在政权II,无定形的蛋白链展开,减少应力-应变曲线的斜率。在政权三世,硬化发生由于非晶链和水晶ß-sheets之间的对齐。在政权IV,对准分子链相互滑动,它会导致下降斜率,最终导致纤维失败。
图3。典型的大壶状腺丝的拉伸应力-应变行为(直径1.8μm)从黑寡妇蜘蛛(与杰夫Yarger和尼克拉合作,亚利桑那州立大学)。
实际上电纺纤维
在过去的几年里,电纺的已成为一个受欢迎的技术生产微型和纳米纤维用于生物医学支架,过滤器,等。科学家也试图创建一个人造纤维,它们共享相同的属性结构的天然纤维,如蜘蛛丝。然而在这些应用程序中,增加纤维的发展和材料结构依赖于机械特性的基本理解。薄的拉伸反应实际上电纺poly-caprolactone (PCL)纤维直径的函数如图4所示。
图4。工程应力-应变曲线实际上电纺PCL ibers,力学性能与纤维直径的变化(与弗兰克Ko合作,英属哥伦比亚大学)。
安排和分子在一个实际上电纺纤维的结晶度降低纤维直径的影响,常常导致改善抗拉强度和杨氏模量。自从T150 UTM决议具有极高的力量,它可以帮助衡量µN水平变形薄纤维所需力量,和杨氏模量的精确测量。图4精确测量拉伸强度和模量与纤维直径的增加实际上电纺PCL纤维。
结论
科索沃解放军T150 UTM可用于确定一系列小的拉伸特征横截面直径的纤维。纳米机械驱动换能器,符合ASTM,提供了一个特殊的位移分辨率和整合力量,加上一个巨大的扩展范围。这些功能完善设备定义蜘蛛丝,金属微丝,薄聚合物单丝,无数实际上电纺微观和纳米纤维。
这些信息已经采购,审核并改编自解放军的公司提供的材料。欧洲杯足球竞彩
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