kyiregong@yousantape.com
+86 19168512075
Отслаивание упаковочной ленты часто представляет собой трудную задачу: сначала лента отказывается сдвинуться с места; тогда он раскручивается слишком далеко. Исследователи узнали, что даже когда лента разматывается равномерно, она продолжает останавливаться и начинаться с высокой частотой в микроскопическом масштабе. Теперь исследователи разработали теорию, основанную на наблюдениях за отслаиванием клейкой ленты, которая объясняет, как энергия, обеспечиваемая силой отслаивания, преобразуется в кинетическую энергию движущейся ленты. Определение этого эффекта может привести к снижению шума, возникающего при отслаивании ленты (серьезная проблема для промышленности, где звук может быть оглушительным), а также к усовершенствованию будущих клейких лент.
Клейкие ленты используются в тысячах отраслей промышленности и постоянно совершенствуются, но исследователи до сих пор не до конца понимают, как они действуют на микроскопическом уровне, включая процесс отслаивания. Когда вы снимаете ленту с рулона, она может начинаться и останавливаться каждые несколько миллиметров — явление, известное как макроскопическое прерывистое скольжение. Но в 2010 году исследователи, используя высокоскоростную камеру для наблюдения за отделением ленты от поверхности, обнаружили, что внутри каждого скольжения в миллиметровом масштабе происходит множество так называемых микропрерывистых событий, разделенных несколькими сотнями микрометров или меньше [1]. . Исследователи также обнаружили, что фронт разделения — линия, отделяющая прикрепленную ленту от отделенной ленты — не является прямой линией во время микроскольжения. Вместо этого разделение происходит в каждом микроскольжении как волна, быстро движущаяся по ширине ленты перпендикулярно основному направлению отслаивания. Как видно сверху, эта боковая волна отрыва создает движущийся излом на прямолинейном фронте.
Прогресс вперед от движения вбок. Три последовательных фотографии, разделенные 20 микросекундами, показывают, что фронт разделения на изображении продвигается вниз. С каждым событием микроприлипания появляется новая горизонтальная линия, но не вся сразу — вторая линия на двух нижних изображениях формируется справа налево, когда волна отрыва движется вбок.
В 2015 году Стефан Сантуччи из Высшей нормальной школы в Лионе, Франция, и его коллеги обнаружили, что эти микроприлипания контролируются высвобождением энергии изгиба в ленте вблизи фронта разделения [2]. Но исследователи не полностью объяснили механизм микроскольжения.
В своем последнем исследовании Сантуччи и его коллеги повторили свою предыдущую технику, в которой двигатель отделяет один слой скотча от другого слоя, приклеенного на прозрачную поверхность. Исследователи варьировали несколько параметров, таких как угол и скорость отделения, а также жесткость ленты на изгиб. Высокоскоростная видеокамера, установленная на микроскопе, зафиксировала шелушение.
Команда измерила время между микроскольжениями и расстояние, на которое фронт отрыва продвигался при каждом скольжении. Они обнаружили, что чем дольше продолжительность «палки», тем большее расстояние было преодолено во время следующего скольжения. «Чем больше вы ждете, тем длиннее должны быть прыжки», — говорит Сантуччи. «За это время вы накапливаете упругую энергию при сгибании ленты». Но связь между этими двумя величинами не была прямой пропорциональностью: расстояние скольжения было пропорционально кубическому корню из времени между скольжениями.
В их модели упругая потенциальная энергия хранится в клее и изгибе ленты — оба действуют как пружины, которые накапливают энергию при растяжении. В момент скольжения накопленная потенциальная энергия преобразуется в кинетическую энергию. Такое описание энергетического баланса приводит к уравнению, показывающему кубическую зависимость между расстоянием и продолжительностью микроскольжения. Уравнение также включает в себя влияние жесткости ленты на изгиб и плотности массы, что согласуется с экспериментами группы по сравнению одно- и многослойных лент. Кроме того, модель предсказывает, что быстрые волны, движущиеся вбок, которые команда называет фронтами трещин, распространяются со скоростью 650–900 метров в секунду, что согласуется с данными.
Сантуччи и его коллеги проводят параллели между движением фронта отделения ленты и распространением трещин в материалах, поскольку оба процесса по мере своего развития создают новые поверхности. Эта аналогия имеет смысл, говорит Джей Файнберг, физик мягкого вещества из Еврейского университета в Иерусалиме. «Я постоянно удивляюсь тому, что широкий спектр, казалось бы, не связанных друг с другом вопросов физики оказывается весьма связанным с быстрыми процессами разрушения», — говорит он. «Эти проблемы варьируются от проблем отслаивания до основ физики трения и распространения землетрясений». Он предполагает, что последнее исследование — это «еще одна часть этой довольно разнообразной головоломки» переломов.
