适用性评估乙烯 - 乙烯基 - 乙酸酯（EVA）作为动态光弹性涂层的材料gydF4y2Ba

Soumen MandalgydF4y2Ba

版权所有AZoM.com有限公司gydF4y2Ba

这是一篇AZo开放获取奖励系统(AZo- oars)的文章，在AZo- oars的条款下分发gydF4y2Ba//www.wireless-io.com/oars.asp.gydF4y2Ba提供了不受限制的使用，所以提供了原始工作的正确用途，但仅限于非商业分配和繁殖。gydF4y2Ba

提交：2012年2月13日gydF4y2Ba
发布时间:2012年5月29日gydF4y2Ba

主题gydF4y2Ba

抽象的gydF4y2Ba
关键字gydF4y2Ba
介绍gydF4y2Ba
实验gydF4y2Ba
实验中使用的EVA的性质gydF4y2Ba
应力波速评估方法gydF4y2Ba
玻璃化转变温度(Tg)的评定方法gydF4y2Ba
评估应力光学系数的程序gydF4y2Ba
结果和讨论gydF4y2Ba
应力波速结果gydF4y2Ba
玻璃化温度的结果gydF4y2Ba
应力光学系数的结果gydF4y2Ba
结论gydF4y2Ba
参考gydF4y2Ba
详细联系方式gydF4y2Ba

抽象的gydF4y2Ba

本文的基本目的是评估乙烯 - 乙酸乙酯（EVA）作为动态光弹性涂料应用的材料的适用性。通过计算光学，机械和热参数来判断适用性。杨氏模量，应力光学系数，应力波速度，密度和玻璃过渡温度（TgydF4y2Ba_ggydF4y2Ba）被探索。应力波速度由杨氏模量和材料密度决定。使用通用测试机（UTM）进行实验评估杨氏模量。玻璃化转变温度（tgydF4y2Ba_ggydF4y2Ba使用差示扫描量热法（DSC）找到）。应力波速度使用警察验证确定。最后，这些评估的参数与动态光弹性涂料应用的EVA适合性的理由一起呈现。结论是，EVA作为动态条件下用作光弹性涂层的潜在材料。gydF4y2Ba

关键字gydF4y2Ba

乙烯-醋酸乙烯(EVA)，光弹性，玻璃转变温度，应力波速，偏光镜gydF4y2Ba

介绍gydF4y2Ba

光弹性是塑料、玻璃、透明橡胶、方解石等材料所表现出的一种著名的照相力学现象，其特性称为双折射。欧洲杯足球竞彩双折射是一种材料在诱导应力[1]下表现出双折射率的能力。工程师们战术地利用这种现象来评估材料上的应力。用来测量的仪器叫做偏光镜。偏光镜由两部分组成:偏光器和分析器。有许多类型的偏振光显微镜在文献和可获得的商业-如线性偏振光显微镜，圆形偏振光显微镜，灰场偏振光显微镜，偏振光显微镜等。虽然描述的仪器是无关紧要的,所有这些类型之间有许多相似之处,它们包含一个或多个偏振器和分析器部分偏振过滤器,一个光源的波长偏振器和一个摄像头捕捉图像(所产生的边缘应力)分析器部分。图1显示了[2]中描述的用于光弹性材料实验测试的偏振镜原理图。gydF4y2Ba

图1所示。gydF4y2Ba典型的警告镜的示意图。gydF4y2Ba

对于使用光弹性的应力测试，材料本质上应该是双折射的。然而，金属和陶瓷作为在这个时代进行应力测试的主要材料，并没有出现这种现象。欧洲杯足球竞彩为了解决这个问题，在这些材料上涂上一层薄薄的光弹性材料，使其与待测样品材料[欧洲杯足球竞彩3]刚性粘结。根据具体的应用和测试环境，有无数这样的涂层材料存在欧洲杯足球竞彩。少数常用的材料包括阿拉尔特(环氧树脂)、卡塔林、聚氨酯、合成欧洲杯足球竞彩橡胶等。阿拉尔石和catalin是杨氏模量在3000-40欧洲杯足球竞彩00 MPa范围内较高的材料。而杨氏模量在1000 -7000 MPa范围内的高材料适用欧洲杯足球竞彩于静态光弹性实验，即静态加载，而杨氏模量在0.01-10 MPa[4]范围内的低材料适用于动态光弹性实验。这是因为应力波在材料中的传播速度等于杨氏模量与密度之比的平方根。上述用作光弹性涂层的材料的密度变化不大欧洲杯足球竞彩，在900-1200 kg/m范围内gydF4y2Ba^3.gydF4y2Ba．因此，杨氏模量成为这种材料中应力波速度值的决定因素，因此其高值导致更大的应力速度。欧洲杯足球竞彩在光弹性实验中，材料中应力波传播的速度被视为光弹性条纹。在动态应用中，如果由于压力或负载而产生的条纹（图像模式）快速，与偏光镜相机的帧速率相比，由相机捕获的图像变得模糊。因此，在动态应用中，使用具有[5,6]中所述的具有低应力波速度的材料的材料是强制性的，该材料具有200m / s欧洲杯足球竞彩ec的低应力波速度。只有当用于光弹性涂层的杨氏模量低时，才满足这种情况。常用的低杨氏模量材料的例子是聚氨酯和合成橡胶。欧洲杯足球竞彩聚氨酯的可加工性差。合成橡胶的光弹性敏感性差，但定量未定义。因此，目前欧洲杯足球竞彩常用的材料用于应力测试应用的材料具有较差的可加工性，光弹性灵敏度，高成本等的一些限制，因此不希望的，因此在测试中引入困难，并且还影响了分析结果。 In order to confiscate the existing limitations and to ensure accurate stress testing under dynamic situations, authors were encouraged find some suitable material which does not bear these limitations thus rendering dynamic photoelastic stress testing process to be more accurate and industrially reliable.

EVA是乙烯和醋酸乙烯酯的共聚物，是一种透明橡胶塑料，专门用于电子工业的包装、密封和胶粘剂。它很容易得到，而且便宜;它可以很容易地模压或成形成所需的形状，并具有良好的机加工性能。然而，这种材料作为动态光弹性涂层的使用在文献中没有被引用或建立。而且，在商业上，这种材料仍然没有作为光弹性涂层材料的应用。由于EVA不受现有动态光弹性涂层材料的限制，作者测试和验证了EVA在动态光弹性应用中的有效性和适用性。欧洲杯足球竞彩gydF4y2Ba

实验gydF4y2Ba

进行实验以测量EVA所需的参数，以检查其作为动态光弹性涂料的适用性。市场上有许多供应商供应乙烯 - 乙烯基 - 乙酸酯共聚物。它们包括Bamberger Polymers，Bostik，Westlake化学公司等。每个供应商都有许多类型的产品，具有可变单体含量。gydF4y2Ba

实验中使用的EVA的性质gydF4y2Ba

我们使用Westlake Chemical Corporation提供的聚eva样品，即ef437级，含有2.5%的醋酸乙烯酯。之所以特别选择这个等级，是因为它具有优异的光学性能和高的断裂强度，根据公司规范，数值等于24 MPa。gydF4y2Ba

在微波炉内将EVA材料加热至82℃，120秒。在这些条件下，EVA样品将熔化至液体形式。将液态的EVA倒入高度5cm和内径1.1cm的圆柱形模具中。在制冷设施下对模具进行快速冷却，温度设定为10℃，4分钟。熔融EVA的快速冷却将其转化为固体形式是确定其在光弹性涂料应用中的适用性的关键因素。观察到，如果不遵循这些条件，并且熔融EVA逐渐凝固，则加工EVA的颜色略微向乳白色变化，影响其透明度。通过该方法获得的固体圆筒在通用测试机（UTM）中使用，以评估EVA的杨氏模量，随后如后面的截面中所述的应力波速度。类似的加工条件用于涂覆评估应力光学系数所需的金属盘。为了维持通过上述条件处理的实验过程的完整性，用于评估玻璃化转变温度。gydF4y2Ba

应力波速评估方法gydF4y2Ba

应力波速与动态杨氏模量和密度的关系式为1[7]。gydF4y2Ba

在哪里gydF4y2Ba
EgydF4y2Ba_DgydF4y2Ba为动态杨氏模量。gydF4y2Ba
ν是应力波速度。gydF4y2Ba
ρ是物质的密度。gydF4y2Ba

为了获得动态杨氏模量，将材料的圆柱形试样加载在通用试验机(UTM)上，采用ASTM D638标准方法获得应力与应变的关系。实验设置如图2所示。用液体置换法评价同一EVA棒的密度。EVA棒浸入含有煤油的测量计中。液位的增加对应着样品的体积。考虑了EVA棒的质量与体积的比值，计算了密度。gydF4y2Ba

图2。gydF4y2Ba建立了评价EVA试样应力应变关系的实验装置。gydF4y2Ba

玻璃化转变温度(TgydF4y2Ba_ggydF4y2Ba）gydF4y2Ba

差分扫描量热法（DSC）用于确定玻璃化转变温度T.gydF4y2Ba_ggydF4y2Ba．这是一个至关重要的参数，因为它是材料从硬脆性状态到软橡胶状态[8]的温度。由于这种转变，当状态转换时，材料的性质会突然发生变化。确定T的科学背景gydF4y2Ba_ggydF4y2Ba[9-11]描述了使用DSC。gydF4y2Ba

评估应力光学系数的程序gydF4y2Ba

为了确定EVA聚合物的应力光学系数，采用了[12]中提出的方法。将直径为8.930 cm、厚度为1.76 mm的圆盘涂覆厚度为1.36mm的EVA材料层，在4.55 n的载荷下进行压缩加载，压缩加载的圆盘示意图如图3所示。gydF4y2Ba

图3。gydF4y2Ba装载磁盘的示意图。gydF4y2Ba

从弹性理论[13]出发，用公式2 ~ 4给出了沿水平直径方向的法向应力的数学解。gydF4y2Ba

式中，P为施加载荷，h为试样厚度，D为试样直径。gydF4y2Ba

当磁盘处于加载条件下时，在单台相机上使用偏振镜获得了四种不同的分析方向，即分别为0、45、90和1350的四幅图像。偏振镜在分析部分使用多图像透镜(分束器)或万花筒，因此可以在一次拍摄中捕捉到四幅图像。对于灰场偏光镜或偏光镜(由灰场偏光镜和万花筒组合而成)，图像/图像检测单元的光强测量值由公式5和6[14]给出gydF4y2Ba

在哪里gydF4y2Ba
I为偏光镜检测单元所考虑的图像像素的强度。gydF4y2Ba
我gydF4y2Ba_{一个gydF4y2Ba}=一个gydF4y2Ba^2gydF4y2Ba/2为探测器单元采集到的平均光强。gydF4y2Ba
α是分析仪中线性偏振板的取向。gydF4y2Ba

在哪里gydF4y2Ba
A是圆偏振光的振幅。gydF4y2Ba
β是快速轴的取向或等效地参考第一主应变的取向。gydF4y2Ba
Δ是慢轴相对于快轴的相位滞后量。gydF4y2Ba

对于α的每一个值(即0、45、90、135度)，方程2可以改写为方程9到12。gydF4y2Ba

求解这些方程，Δ和β的值可以表示为方程13和14。gydF4y2Ba

该等式特别适用于亚条形光弹性，其中由于诱导应力的低值，难以识别单个条纹。通过等式15给出相滞（延迟）Δ[15]：gydF4y2Ba

在那里,gydF4y2Ba
C为应力光学系数。gydF4y2Ba
T为试样厚度。(2t用于光通过涂层两次反射光弹性)。gydF4y2Ba
σ.gydF4y2Ba_11gydF4y2Ba和σgydF4y2Ba_22gydF4y2Ba是主要的压力。gydF4y2Ba
λ是所用光源的波长(这里是590 nm)。gydF4y2Ba

结果和讨论gydF4y2Ba

应力波速结果gydF4y2Ba

使用UTM设置获得的应力应变关系如图4所示。杨氏模量，其是弹性极限内的应力应变曲线的斜率为约0.0105GPa。发现材料密度为9.254 x 10gydF4y2Ba^2gydF4y2Ba公斤/米gydF4y2Ba^3.gydF4y2Ba．因此，使用方程1，应力波速度值为106.542 m/s。欧洲杯足球竞彩这种应力波速的材料适用于动态光弹性力学。gydF4y2Ba

图4。gydF4y2Ba用UTM方法得到了EVA的应力应变关系。gydF4y2Ba

玻璃化温度的结果gydF4y2Ba

被测样品的玻璃化转变温度在加热时为-25°C，在冷却时为-20°C。图5描述了使用DSC得到的图。gydF4y2Ba

图5。gydF4y2Ba在加热/冷却速率为10°C/min的情况下，用差示扫描量热法得到EVA的热容与温度的关系。gydF4y2Ba

应力光学系数的结果gydF4y2Ba

为了计算应力光学系数，(σgydF4y2Ba_11gydF4y2Ba- - - - - -σgydF4y2Ba_22gydF4y2Ba)将式4中的值应用于式15，其值为2.8 x10gydF4y2Ba^{－10gydF4y2Ba}巴勒斯坦权力机构gydF4y2Ba^-1gydF4y2Ba．图6显示了EVA涂层金属圆盘的双折射。gydF4y2Ba

图6。gydF4y2Ba在实验条件下显示双折射的EVA涂层金属圆盘gydF4y2Ba

结果汇总于表1。gydF4y2Ba

表格1。gydF4y2Ba总结实验结果。gydF4y2Ba

杨氏模量(GPa)gydF4y2Ba	密度(公斤/米gydF4y2Ba3.gydF4y2Ba）gydF4y2Ba	应力波速度（M / SEC）gydF4y2Ba	玻璃化转变温度(°C)gydF4y2Ba	应力光学系数gydF4y2Ba-1gydF4y2Ba）gydF4y2Ba
0.0105gydF4y2Ba	9.254 x 10.gydF4y2Ba2gydF4y2Ba	106.542gydF4y2Ba	-25（加热）/ - 20（冷却）gydF4y2Ba	2.8 x 10.gydF4y2Ba－10gydF4y2Ba

结果推断出与上述方法处理的2.5％乙烯基 - 乙酸盐含量的EVA涂层是使用动态光弹性使用的APT选择，因为以下原因：gydF4y2Ba

• 它具有相当低的应力波速值。低于200 m / sec的应力波速度的值表示，可以使用偏光镜中存在的高速相机在动态应力测试期间捕获良好的未识别图像，因为这种顺序的应力波速度的材料适用于欧洲杯足球竞彩动态光弹性应力测试应用。gydF4y2Ba
• T的值gydF4y2Ba_ggydF4y2Ba在正常的环境和实验条件下，处于距离较远的区域。这一因素增加了计算参数的保真度，可以保证在正常的实验室测试条件下，应力波速和应力光学系数的评估值不会发生大的变化。gydF4y2Ba
• 一个非常高的应力光学系数值，其数值为2.8 × 10gydF4y2Ba^{－10gydF4y2Ba}巴勒斯坦权力机构gydF4y2Ba^-1gydF4y2Ba标志着EVA显示比其他常用材料的双折射为动态光弹性涂层的事实。欧洲杯足球竞彩因此，在应力或加载的低值下，可以观察到透明和不同的边缘，这增加了测试设置的灵敏度。gydF4y2Ba

使用2.5％EVA作为动态光弹性涂料的材料的有效性，只要遵循熔融和凝固方法和本文提到的条件，就可以应用。gydF4y2Ba

结论gydF4y2Ba

从计算参数可以很好地理解，2.5%醋酸乙烯酯含量的EVA在动态光弹性涂层应用方面有潜力。此外，软和可塑的性质，丰富的可用性，低成本和良好的透明度使其成为一种有希望的应用材料。gydF4y2Ba

参考gydF4y2Ba

1.Krevelen D.W.和Nijenhuis K.T，“聚合物的性质:它们与化学结构的相关性;他们的数值估计和预测的加法组贡献”，爱思唯尔，299-301,2009。gydF4y2Ba
2.张世军，“偏振镜的设计与评价:一种新型的数字偏振镜”，实验力学学报，44(2)，128-135,2004。gydF4y2Ba
3.审讯E. J.，“材料的机制：固体和结构材料的弹性和塑性欧洲杯足球竞彩变形的力学介绍”体积1，Butterworth-Heinemann，454-455,1997。gydF4y2Ba
4.张国栋，“结构的模型分析”，大学出版社，123- 125,2005。gydF4y2Ba
5. Asundi A. K.和Sajan M.R.，“用于动态光弹性的低成本数字偏振片”，光学工程，33（9），3052-55,1994。gydF4y2Ba
6.杜瑞丽和赖利，“照相力学的介绍”，普伦提斯霍尔，纽约，33(9)，123- 135,1965。gydF4y2Ba
7.陈志强，“杨树的动态弹性模量与应力波速度”，中国林业科学，29(4):413 - 418,2008。gydF4y2Ba
8.ISO 11357-2 catalog -塑料，“差示扫描量热法(DSC) .第2部分:玻璃转变温度的测定”，1999gydF4y2Ba
9. Schawe J.E.K.，“解释调制温度DSC测量的原理。第1.玻璃过渡部分“，Thermochimica Acta，261,183 -194,1995。gydF4y2Ba
10.陈志强，陈志强，陈志强，“支链淀粉的玻璃化转变及其影响因素的研究”，高分子材料学报，18(2)，77-88,1992。gydF4y2Ba
11.韦东克，“调制温度差示扫描量热法(MTDSC)的原理和应用”，国际医药杂志，192(1)，3- 20,1999。gydF4y2Ba
12.陈建平，“红外灰场偏振镜在微电子材料和器件中的应用”，《科学仪器评论》，76,045108,2005。欧洲杯足球竞彩gydF4y2Ba
13.Dally J.W.和Riley w.f.，“实验应力分析”，McGraw Hill，纽约，1991。gydF4y2Ba
14.王志强，“基于相位偏移偏振法的激光损伤检测”，光子学报，2008。gydF4y2Ba
15. Khan A.S.王X.，“应变测量和应力分析”，Prentice Hall，149-170,2001。gydF4y2Ba

详细联系方式gydF4y2Ba

Soumen MandalgydF4y2Ba

中央机械工程研究所-科学和工业研究理事会-印度。gydF4y2Ba

微系统技术实验室,gydF4y2Ba

CMERI-CSIR,gydF4y2Ba

Durgapur、印度- 713209gydF4y2Ba