Полидиметилсилоксан (PDMS) эластомер из - за его гибкости, оптической прозрачности, негорюмости, химической стабильности, нетоксичности, биосовместимости и низкой стоимости и других отличных характеристик, в гибких датчиках, электронных элементах оптических систем и биомеханики и других областях широко используется. В этих приложениях компоненты PDMS часто находятся в сложном состоянии многоосного напряжения и сопровождаются большими деформациями. Для достижения разумного выбора мягкого материала в реальных условиях важно точно определить и предсказать реакцию напряжения - деформации PDMS в различных режимах деформации. С этой целью Satya Pal и Abir Bhattacharyya из Индийского технологического института использовали технологию бесконтактной цифровой корреляции изображений (DIC) для точного измерения поля деформации поверхности образца при ограниченной деформации, обсудили влияние режима деформации на его реакцию напряжения - деформации и на этой основе определили эволюцию отношения Пуассона к деформации в PDMS.

Эта статья начинается с механических испытаний в режиме одноосного сжатия, одноосного растяжения и простой деформации сдвига. Модель образца показана на рисунке 1, а эволюция поля деформации PDMS в этом процессе получена через DIC, как показано на рисунках 2 - 4. Результаты показывают, что технология DIC может лучше описать эволюцию поля деформации PDMS с временем загрузки в разных режимах деформации.

Рисунок 1 Образец модели

Рисунок 2 Эволюция осевой деформации со временем в условиях одноосного сжатия

Рисунок 3 Эволюция удлинения при одноосном растяжении

Рисунок 4 Эволюция деформации сдвига со временем в условиях простого сдвига

Основываясь на вышеуказанных измерениях поля деформации, в настоящем исследовании далее получены кривые соотношения напряжения и деформации PDMS для различных отвердителей в условиях одноосного сжатия, одноосного растяжения и простого сдвига, как показано на рисунке 5. Результаты показывают, что чем выше доля отвердителя, тем больше кажущийся модуль PDMS. Существуют большие различия в механическом поведении PDMS в разных режимах деформации, нелинейное поведение значительно в условиях одноосного сжатия, преобладает поведение затвердевания деформации; В условиях простого сдвига PDMS показывает соотношение напряжения - деформации, приближенное к линейной упругости; При одноосном растяжении, когда доля отвердителя относительно высока (10: 1), PDMS демонстрирует нелинейную реакцию первого размягчения, а затем затвердевания, в то время как доля отвердителя относительно низка, проявляется только смягчение деформации. Это явление может быть связано со средним диапазоном деформаций, рассматриваемым в настоящем документе.

Рисунок 5 Отношение напряжения - деформации PDMS в различных режимах деформации

Наконец, эта статья непосредственно получает эволюцию отношения Пуассона к деформации PDMS с помощью данных поля деформации в одноосном испытании на растяжение, как показано на рисунке 6. Результаты показывают, что отношение Пуассона не связано со скоростью деформации, долей отвердителя, среднее значение около 0,44. Эта статья основана на предположении линейной упругости, чтобы получить модуль Янга и модуль упругости PDMS, соответственно, и выводит значение отношения Пуассона, аналогичное результату отношения Пуассона, полученному непосредственно через поле деформации. PDMS проявляется как несжимаемое твердое тело при малых деформациях и может описывать его механическое поведение с помощью линейной эластичной модели.

Рисунок 6 Эволюция отношения Пуассона к растяжению

Подводя итог, эта статья использует DIC для измерения поля поверхностной деформации PDMS в трех типичных режимах деформации и определяет размер отношения Пуассона на основе предположения линейной упругости и измерения прямой деформации соответственно. Результаты показывают, что механическое поведение PDMS в разных режимах деформации значительно различается и может рассматриваться как линейно - эластичное твердое тело в условиях небольшой деформации. Следует отметить, что, поскольку диапазон исследований деформации в этой статье не превышает 40%, поведение затвердевания деформации PDMS не было полностью продемонстрировано. Таким образом, при построении нелинейной модели структуры в условиях большой деформации все еще необходимо проводить экспериментальные исследования с более высоким уровнем деформации, в которых применимость метода DIC может быть ограничена.

Статья опубликована в журнале Polymer Testing под названием « Measurement of axial and shear mechanical response of PDMS elastomers and determination of Poisson 's ratio using digital image correlation».