Abstract

In this paper, we analyze a large dataset (300 measurements) on the statistical distribution of σ strength values of oriented samples of ultrahigh-molecular-weight polyethylene (UHMWPE), nylon-6 (PA-6), and polypropylene (PP) using the Weibull model. By varying the chain conformation (in-plane trans-zigzag in UHMWPE and PA-6 and helical conformation in PP), draw ratio λ (from λ = 10 for PA-6 and PP to λ = 120 for UHMWPE), and the sample type (monofilament and multifilament), it is possible to analyze the tensile strengths in a wide range of values, from 0.2 GPa (PP) to 6 GPa (UHMWPE), i.e., at their significant, 30-fold difference. The Weibull model, which was previously proposed to describe the statistical distributions of σ in brittle high-strength inorganic materials (glass and quartz fibers, etc.), is shown to be useful to correctly describe the statistical distributions of σ in all studied oriented polymer monofilament and multifilament fibers when processing a large dataset (at least 50 parallel measurements for each studied material). The identity of the regularities of statistical distributions of σ according to Weibull is revealed for quasi-brittle high-molecular-weight polymer and brittle inorganic materials (according to published data). This may indicate a single fracture mechanism of high-strength materials of varying nature.

中文翻译：

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链结构和构象对取向聚合物材料统计强度分布特征的影响

摘要

在本文中，我们分析了超高分子量聚乙烯 (UHMWPE)、尼龙-6 (PA-6) 和聚丙烯 (PP) 定向样品的 σ 强度值统计分布的大型数据集（300 次测量），使用威布尔模型。通过改变链构象（UHMWPE 和 PA-6 中的平面内反之字形和 PP 中的螺旋构象）、拉伸比 λ（从 PA-6 和 PP 的 λ = 10 到 UHMWPE 的 λ = 120）和样品类型（单丝和复丝），可以分析从 0.2 GPa (PP) 到 6 GPa (UHMWPE) 的广泛数值范围内的拉伸强度，即在它们显着的 30 倍差异处。Weibull 模型，之前提出用于描述脆性高强度无机材料（玻璃和石英纤维等）中 σ 的统计分布，在处理大型数据集（每种研究材料至少 50 次平行测量）时，已证明有助于正确描述所有研究的定向聚合物单丝和复丝纤维中 σ 的统计分布。对于准脆性高分子量聚合物和脆性无机材料（根据已发表的数据），揭示了根据 Weibull 的 σ 统计分布规律的同一性。这可能表明不同性质的高强度材料的单一断裂机制。对于准脆性高分子量聚合物和脆性无机材料（根据已发表的数据），揭示了根据 Weibull 的 σ 统计分布规律的同一性。这可能表明不同性质的高强度材料的单一断裂机制。对于准脆性高分子量聚合物和脆性无机材料（根据已发表的数据），揭示了根据 Weibull 的 σ 统计分布规律的同一性。这可能表明不同性质的高强度材料的单一断裂机制。