PTFE ist ein sehr nützliches Material, da es eine einzigartige Kombination von Eigenschaften aufweist.PTFE ist chemisch inert, witterungsbeständig, verfügt über eine hervorragende elektrische Isolierung, eine hohe Temperaturbeständigkeit, einen niedrigen Reibungskoeffizienten und nicht klebende Eigenschaften.
Polymere werden häufig in der Fertigung und im Ingenieurwesen verwendet. Allerdings sind veröffentlichte Forschungsergebnisse, die ihre mechanischen Eigenschaften beschreiben, angesichts ihrer Bedeutung offenbar unterrepräsentiert.Viele der präsentierten Daten geben allzu häufig nur unzureichende Informationen über den genauen Stammbaum des getesteten Polymers und seine Verarbeitungsgeschichte.Dies liegt möglicherweise daran, dass die Festlegung der grundlegenden Materialcharakterisierung oft genauso schwierig ist wie die Durchführung der eigentlichen mechanischen Tests.Darüber hinaus steckt die genaue Computermodellierung der mechanischen Reaktion von Polymeren noch in den Kinderschuhen.Viele empirische Methoden werden häufig eingesetzt, neigen jedoch dazu, außerhalb eines engen Parameterbereichs ungenau zu sein.Ein Grund dafür liegt neben der Komplexität der Polymerreaktion darin, dass außerhalb eines engen experimentellen Parameterbereichs häufig keine Daten verfügbar sind, um die Robustheit empirischer oder phänomenologisch basierter Stoffmodelle in Frage zu stellen und zu erweitern.Hier präsentieren wir die ersten Ergebnisse einer konzertierten multidisziplinären Anstrengung, die darauf abzielt, die mechanische Reaktion eines gut charakterisierten Polymers sowohl aus experimenteller Sicht als auch später zu verstehen, verbunden mit der Erstellung eines robusten theoretischen Modells, das in Computercodes implementiert werden kann .
Das in dieser Studie beschriebene Polymer ist Poly(tetrafluorethylen) (PTFE).Die Wahl fiel aus mehreren Gründen, unter anderem wegen seiner Verwendung als allgemeiner technischer Werkstoff für kleine Hochleistungsteile und seiner Verfügbarkeit bei mehreren Herstellern.Obwohl es in der Vergangenheit ausführlich untersucht wurde, hat es in der öffentlichen Literatur in den letzten 25 Jahren wenig Beachtung gefunden.Aufgrund seiner strukturellen Komplexität und des Mangels an mechanischen Daten haben wir uns entschieden, dieses Material noch einmal zu untersuchen.PTFE ist in vielerlei Hinsicht ein bemerkenswertes Material.Es weist über den größten Temperaturbereich aller Polymere nützliche Eigenschaften auf;PTFE behält bei 4 K ein gewisses Maß an Duktilität bei und wird in manchen Situationen bei Anwendungen bei 540 °C eingesetzt. Es ist in allen gängigen Lösungsmitteln unlöslich und beständig gegen fast alle sauren und ätzenden Materialien.PTFE verfügt über den höchsten spezifischen Widerstand aller Materialien, eine sehr hohe Durchschlagsfestigkeit und einen geringen dielektrischen Verlust.Der Gleitreibungskoeffizient zwischen PTFE und vielen technischen Materialien ist extrem niedrig, und wenn es mit verschleißmindernden Verbindungen gesintert wird, entsteht eine industriell wichtige Klasse von Lagermaterialien.In Verbindung mit seinem niedrigen Reibungskoeffizienten und seiner chemischen Stabilität ist PTFE für andere Materialien nahezu unmöglich zu haften.Diese Eigenschaft wird häufig in der industriellen Verfahrenstechnik genutzt, wo eine einfache Reinigung wichtig ist.Ein Aspekt von PTFE, der es von einer umfassenderen industriellen und technischen Verwendung abhält, ist seine hohe Schmelzviskosität (1011 P bei 380 8C).Dies verhindert, dass Spritzguss und Blasformen möglich sind und für die Teileproduktion nur teure Sinter- und Extrusionsfertigungsverfahren zur Verfügung stehen.
Dieser Artikel konzentriert sich auf die grundlegende Materialcharakterisierung und die Druckreaktion der reinen PTFE-Materialien bei unterschiedlichen Dehnungsraten und Temperaturen.Zukünftige Arbeiten werden sich mit der Zug- und Scherreaktion, detaillierten Auswirkungen der Polymerkristallinität, dem ballistischen und Stoßverhalten und der Entwicklung eines anwendbaren theoretischen Stoffmodells befassen.
Bisher wurden nur sehr wenige Forschungsergebnisse zu den Druckeigenschaften von PTFE veröffentlicht.Es gibt zwar einige Untersuchungen zu den Kriecheigenschaften, aber im Hinblick auf die technische Verformung sind den Autoren nur sechs Referenzen bekannt geworden.Im Jahr 1963 veröffentlichte Davies einen Artikel über die Entwicklung eines Split-Hopkinson-Riegelsystems.Als Teil dieses Berichts wurde eine einzelne Spannungs-/Dehnungskurve für PTFE bei Raumtemperatur bei z1700 sK1 vorgestellt.Die maximale Belastung in diesem System betrug nur 3 %.Weitere Hochdehnungsratendaten zum Polymer im Verhältnis zur Temperatur wurden von Gray und Walley veröffentlicht.Koo veröffentlichte 1965 Spannungs-/Dehnungsdaten für ein PTFE-Produkt von Imperial Chemical Industries namens Halon G-80.Auch die Auswirkungen der Temperatur auf die mechanische Reaktion wurden kurz diskutiert.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 16. August 2016