Właściwości mechaniczne oraz zmiany temperatury polimeru z pamięcią kształtu w procesie rozciągania

• Autorzy: Staszczak M , Pieczyska E. A. , Maj M. , Urbański L. , Tobushi H.

Warianty tytułu

EN

Mechanical properties and temperature changes of shape memory polymer subjected to tension test

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy zawarto opis podstawowych właściwości, przykłady zastosowań oraz wyniki badań efektów sprzężeń termomechanicznych poliuretanu z pamięcią kształtu w procesie rozciągania. Otrzymane charakterystyki mechaniczne i temperaturowe wskazują na dużą wrażliwość tego polimeru na prędkość deformacji. Wykorzystując efekt termosprężysty wyznaczono granice odwracalnego odkształcenia (plastyczności) dla różnych prędkości odkształcania. Pokazano, że metoda bazująca na minimum temperatury próbki pozwala na wyznaczenie granicy plastyczności z dużą dokładnością, w tym materiałów wykazujących nieliniową sprężystość.

EN

Mechanical properties and temperature changes of a new multifunctional material - polyurethane shape memory polymer (PU-SMP) subjected to tension at room temperature with various strain rates are presented (Figs. 1-3), [1, 2]. The stress and strain data were recorded by an MTS 858 testing machine. The temperature changes were measured by a fast and sensitive infrared camera ThermaCam PhoenixTM. Basing on the obtained mechanical and corresponding temperature data, experimental effects of thermomechanical couplings occurring in the SMP during loading were studied (Figs. 4-7). The stress and temperature changes vs. strain obtained for tension with strain rates 2x10-1s-1 and 2x100s-1 until the sample rupture show that the SMP exhibits a hardening-like behavior and its elongation limit is over 180 % in case of the true strains (Figs. 4, 5). The higher strain rate, the higher temperature changes were recorded, since the mechanisms of deformation occurred very fast and the process was more close to adiabatic conditions. The significant temperature changes, accompanying the SMP loading with higher strain rate, influence the SMP mechanical behavior. Namely, a maximum of the stress value was recorded at the advanced loading stage, followed by its drop and increase preceding the sample rupture (Fig. 5). The initial reversible tension of any solids is accompanied by a temperature decrease, called thermoelastic effect, whereas the following plastic deformation is always related to energy dissipation and increase in the sample temperature [3-5]. Thus, the maximum drop in temperature of the sample subjected to tension indicates a limit of the reversible material deformation. The higher strain rate, the higher drops in temperature for the SMP were recorded and the larger values of the yield point for the polymer were obtained (Figs. 6, 7), [9, 10].

Słowa kluczowe

PL

poliuretan z pamięcią kształtu; sprzężenia termomechaniczne; próba rozciągania; kamera termograficzna

EN

polyurethane shape memory polymer; thermo-mechanical couplings; tension test; infrared camera

• Wydawca: Wydawnictwo PAK
• Czasopismo: Pomiary Automatyka Kontrola
• Rocznik: 2013
• Tom: R. 59, nr 9
• Strony: 1002--1005
• Opis fizyczny: Bibliogr. 10 poz., rys., tab., wykr., wzory

Twórcy

autor

Staszczak M

• Instytut Podstawowych Problemów Techniki PAN, Pawińskiego 5B, 02-106 Warszawa

autor

Pieczyska E. A.

• Instytut Podstawowych Problemów Techniki PAN, Pawińskiego 5B, 02-106 Warszawa

autor

Maj M.

• Instytut Podstawowych Problemów Techniki PAN, Pawińskiego 5B, 02-106 Warszawa

autor

Urbański L.

• Instytut Podstawowych Problemów Techniki PAN, Pawińskiego 5B, 02-106 Warszawa

autor

Tobushi H.

• AICHI Institute of Technology, 1247 Yachigusa, Yakusa Cho, Toyota City, Aichi Prefecture 470-0392, Japan

Bibliografia

• [1] Huang W. M., Young B. and Fu Y. Q.: Polyurethane Shape Memory Polymers, CRC Press Taylor & Francis Group, 2012.
• [2] Tobushi H., Pieczyska E. A., Ejiri Y., Sakuragi T.: Thermomechanical Properties of Shape Memory Alloy and Polymer and their Composite. Mech. Advanced Mater. Struct., 2009, 16, 236-247.
• [3] Thomson W. (Lord Kelvin): On the thermoelastic and thermomagnetic properties of matter. Transactions of the Royal Society of Edinburgh; 20 (161): 57-77, 1853.
• [4] Nowacki W.: Teoria sprężystości – PWN, Warszawa, 1970.
• [5] Pieczyska E. A.: Thermoelastic effect in austenitic steel referred to its hardening. J. Theor. Appl. Mech., 2, 37, 1999; (Ph. D thesis).
• [6] Pieczyska E. A, Gadaj S. P., Nowacki W. K.: Thermoelastic and thermoplastic effects investigated in steel, polyamide and shape memory alloys; Proc. of SPIE, Thermosense XXIV, 1-4 April 2002, Orlando, USA, vol. 4710, 479-497, 2002.
• [7] Pieczyska E. A., Gadaj S. P., Nowacki W. K.: Temperature changes in polyamide subjected to tensile deformation, Infrared Physics and Technology, Vol. 43/3-5,183-186, 2002.
• [8] Pieczyska E. A.: Termomechaniczne aspekty przemiany fazowej w stopie TiNi z pamięcią kształtu indukowanej naprężeniem, Pomiary Automatyka Kontrola, 55, 958-961 ; 9, 2009.
• [9] Pieczyska E. A., Nowacki W. K., Tobushi H., Hayashi S.: Thermomechanical properties of shape memory polymer subjected to tension in various conditions, QIRT Journal, Vol. 6 189-205, 2010.
• [10] Oliferuk W., Maj M., Litwinko R., Urbański L.: Thermomechanical coupling in the elastic regime and elasto-plastic transition during tension of austenitic steel, titanium and aluminium alloy at strain rates from 10-4 to 10-1 s-1, European Journal of Mechanics A-Solids, 35, 111-118, 2012.