Ushbu tadqiqot zarba ostida qattiqlasha oladigan kesish qalinlashuvchi gelni uglerod tolasi va manfiy Puasson koeffitsiyentiga ega uch o‘lchamli hujayraviy karkas bilan birlashtirgan ko‘p komponentli sendvich kompozitni ishlab chiqdi. Tizimning yumshoq yadro komponenti bo‘lgan kesish qalinlashuvchi gel past yuklash tezliklarida deformatsiyalana oladi; yuqori tezliklarda esa yanada elastik va chidamli xatti-harakat namoyon etadi. Tadqiqotchilar gelning past tezlikdagi oqishi va cheklangan yuk ko‘tarish muammolarini kamaytirish maqsadida sirti polidopamin bilan qoplangan qisqa uglerod tolalaridan foydalangan va hosil bo‘lgan kompozitni uch o‘lchamli bosib chiqarish orqali tayyorlangan manfiy Puasson koeffitsiyentli karkas ichiga joylashtirgan.

Uglerod tolalarini polidopamin bilan qoplash sirtida yanada g‘adir-budur, zarrachali qatlam hosil qilgan. Ushbu qatlam uglerod tolasi bilan gel o‘rtasidagi ho‘llanuvchanlik va kuchlanish uzatilishini yaxshilashi baholangan. Turli tola nisbatlari ichida massa bo‘yicha %2 CF@PDA tutgan 2CFP-STG past chastotadagi eng yuqori saqlash modulini ko‘rsatgan. 0,01 Hz da saqlash moduli 0,186 MPa ga yetgan; bu qo‘shimchasiz gelning 0,0162 MPa qiymatiga nisbatan taxminan %1.048 oshishdir.

Uch o‘lchamli bosib chiqarilgan yadrolarda ikki xil geometriya taqqoslangan. Manfiy Puasson koeffitsiyentli, ya’ni auksеtik NPR hujayralari siqish paytida yon tomonga ichkariga qarab torayadi va to‘ldiruvchi materialni zarba hududi tomon siqadi. Musbat Puasson koeffitsiyentli PPR nazorat hujayralari esa an’anaviy tarzda yon tomonga kengayadi. %5,32 siqish deformatsiyasida NPR-2CFP-STG hujayrasining kuchlanishi 0,151 MPa, PPR-2CFP-STG hujayrasining kuchlanishi esa 0,067 MPa sifatida o‘lchangan. Shunday qilib NPR tizimi bir xil deformatsiyada taxminan 2,25 baravar ko‘proq yuk ko‘targan.

10 J tushuvchi og‘irlik sinovida NPR-2CFP-STG PPR analogiga nisbatan yuqoriroq javob kuchi va pastroq cho‘kishni ko‘rsatgan. Cho‘qqi kuch 1.861,1 N dan 3.122,9 N gacha oshgan, maksimal siljish 8,83 mm dan 5,98 mm gacha, kontakt davomiyligi esa 14,70 ms dan 9,83 ms gacha kamaygan. Bunga qarshi PPR namunasi uchun ko‘rinadigan energiya so‘ndirish qiymati 8,44 J va samaradorligi %85,21; NPR namunasi uchun esa mos ravishda 8,32 J va %78,94 bo‘lgan. Bu natija NPR energiyani albatta ko‘proq sarflashidan ko‘ra, yuqoriroq konstruktiv tayanch ta’minlab mahalliy cho‘kish va kirib borishni cheklashini ko‘rsatadi.

30 J zarba ostida ikki geometriya o‘rtasidagi shikastlanish farqi yaqqolroq bo‘lgan. PPR-2CFP-STG da qayd etilgan siljish 41,21 mm ga yetgan va taxminan 27 mm qalinlikdagi namuna butunlay ikki bo‘lakka ajralgan. NPR-2CFP-STG da siljish 23,43 mm da qolgan; yadroda yorilish yuz berganiga qaramay, kompozit umumiy yaxlitligini saqlab qolgan. Bir xil nuqtaga qo‘llangan ketma-ket uchta 10 J zarbadan so‘ng NPR tizimi ko‘rinadigan energiya so‘ndirish qiymatini 7,97–8,34 J oralig‘ida saqlagan, biroq uchinchi zarbada cho‘qqi kuchning pasayishi va siljishning ortishi qattiqlik yo‘qolishi boshlanganini ko‘rsatgan.

Tadqiqotning asosiy xulosasi shuki, polidopamin bilan qoplangan uglerod tolasi gelning yuk ko‘tarish xatti-harakatini yaxshilaydi; manfiy Puasson koeffitsiyentli karkas esa zarbada geometrik siqilish, siljishni cheklash va shikastlanishni kechiktirish jihatidan hal qiluvchi rol o‘ynaydi. Shu bilan birga, yuqori cho‘qqi kuch har bir himoya qo‘llanmasida istalgan natija emas. Tizim kuchni izolyatsiyalashdan ko‘ra teshilish qarshiligi, sirt tayanchi va cheklangan siljish talab qilinadigan qo‘llanmalar uchun mosroq ko‘rinadi.

Turkiya nuqtai nazaridan: Ushbu yondashuv Turkiyada aviatsiya va kosmik komponentlar, avtomobil batareya korpuslari, temir yo‘l tizimi panellari, sanoat mashinalari himoya qoplamalari, nozik jihozlar qadoqlari va yengil zarbaga chidamli kompozitlarni ishlab chiqish uchun tadqiqot qiymatiga ega. Turkiyada qo‘llash uchun mahalliy smola, uglerod tolasi va qo‘shimcha ishlab chiqarish materiallari bilan qayta ishlab chiqarish; hujayra massasi va nisbiy zichligi tenglashtirilgan NPR-PPR taqqoslashlari; turli harorat va namlik sharoitlari; qaritish, charchash va ko‘p nuqtali zarba; kattaroq namunalar; chekli element modellashtirishi va mustaqil laboratoriya takrorlari talab etiladi. Ushbu tadqiqotdan ballistik himoya, portlash xavfsizligi, inson tanasiga uzatiladigan kuchning xavfsizligi, seriyali ishlab chiqarish xarajatlarining maqbulligi yoki haqiqiy samolyot va transport qismlarida sertifikatsiya natijasi chiqarib bo‘lmaydi.

Kesish qalinlashuvchi gel nima?

Kesish qalinlashuvchi gel qo‘llanadigan deformatsiya tezligiga qarab mexanik xatti-harakatini o‘zgartiradigan yumshoq materialdir. Past yuklash tezliklarida suyuq yoki moslashuvchan tuzilma kabi tutishi mumkin, yuqori tezlikdagi siqish, cho‘zish yoki kesish ostida esa ichki qarshiligi tez ortadi. Shu sababli material odatiy foydalanishda moslashuvchan va deformatsiyalanuvchi, to‘satdan zarba paytida esa qattiqroq javob berishi mumkin.

Tadqiqotda STG dimetil silikon moyi bilan bor kislotasini massa bo‘yicha 10:1 nisbatda aralashtirib, 240 °C da reaksiyaga kiritish orqali tayyorlangan. Ushbu tizimda bor atomlari bilan silikon moyi zanjirlaridagi kislorod tutuvchi guruhlar o‘rtasida dinamik bog‘lar hosil bo‘lishi taxmin qilinadi. Bog‘lar sekin deformatsiyada ajralib qayta hosil bo‘lishi mumkin, tez yuklashda esa molekulyar zanjirlar harakati cheklanib, vaqtincha qattiqroq tarmoq paydo bo‘ladi.

STG ning o‘zi ikki asosiy cheklovga ega:

• Past tezliklarda vaqt o‘tishi bilan oqishi va shaklini saqlay olmasligi.
• Sendvich tuzilma ichida yuqori konstruktiv yuklarni yolg‘iz o‘zi ko‘tara olmasligi.

Tadqiqotchilar birinchi muammoni uglerod tolasi bilan mustahkamlash, ikkinchi muammoni esa uch o‘lchamli hujayraviy karkasdan foydalanish orqali kamaytirishni maqsad qilgan.

Uglerod tolasi nima uchun polidopamin bilan qoplangan?

Uglerod tolasi yuqori elastiklik moduli, yuqori mustahkamlik va past zichlik tufayli kompozitlarni mustahkamlashda keng qo‘llanadigan materialdir. Biroq uglerod tolasi sirtining kimyoviy faolligi nisbatan past. Tola bilan yumshoq gel o‘rtasida yetarli interfeys ta’siri hosil bo‘lmasa, yukning matritsadan tolaga uzatilishi cheklanishi va tolalar o‘zining to‘liq mustahkamlash salohiyatini namoyon qila olmasligi mumkin.

Polidopamin midiyalarning sirtlarga yopishishini ta’minlaydigan kimyoviy tuzilmalardan ilhomlangan, turli materiallar ustiga cho‘ka oladigan yopishqoq qoplama materialidir. Katexol, amin va boshqa qutbli guruhlari tufayli uglerod tolasi sirtini faolroq qilishi mumkin.

Tadqiqotda ishlatilgan qisqa uglerod tolalarining:

• Uzunligi 1 mm,
• Diametri 7 µm,
• Mahsulot sinfi Toray T700.

Qoplash jarayonida uglerod tolalari Tris-HCl bufer eritmasida 10 daqiqa tarqatilgan. So‘ng dopamin eritmasi tomchi-tomchi qo‘shilgan, 2 mL va 0,5 mol/L konsentratsiyadagi NaOH eritmasi bilan ishqoriy muhit tayyorlangan va aralashma 24 soat aralashtirilgan. Olingan polidopamin bilan qoplangan uglerod tolasi “CF@PDA” yoki qisqacha “CFP” deb nomlangan.

Matnda eritmaning pH qiymati 8 deb berilgan bo‘lsa, 7-sahifadagi 3-rasm tayyorlash sxemasida pH 8,5 deb yozilgan. Bundan tashqari dopamin va Tris-HCl eritmalarining konsentratsiyalari bildirilmagan. Ushbu ikki kamchilik boshqa laboratoriyada xuddi shu qoplama qalinligini qayta olishni qiyinlashtiradi.

SEM tasvirlari nimani ko‘rsatadi?

Tadqiqotning 7-sahifasidagi 3(b)-rasm ishlov berilmagan uglerod tolasi bilan polidopamin bilan qoplangan tolani taqqoslaydi. Ishlov berilmagan tola sirtida ishlab chiqarish yo‘nalishiga parallel silliq yivlar ko‘rinadi. Qoplamadan so‘ng sirt yanada qo‘pol bo‘lib, zich zarrachali qatlam bilan qoplangan.

Ushbu tasvirlar polidopamin qatlami hosil bo‘lganini qo‘llab-quvvatlaydi. Sirt g‘adir-budurligining ortishi gel bilan tola o‘rtasida ko‘proq mexanik ilashish maydoni yaratishi mumkin. Biroq tadqiqotda:

• Qoplama qalinligi,
• Sirt kontakt burchagi,
• Sirt kimyosi uchun XPS,
• Tola-gel interfeys kesish mustahkamligi,
• Qoplamaning siklik yuk ostidagi barqarorligi

bevosita o‘lchanmagan. Shu sababli “interfeys bog‘lanishi kuchaydi” degan xulosa sirt tasvirlari bilan makroskopik reologiya va siqish natijalarini birgalikda talqin qilishga asoslangan.

CFP-STG kompozitlari qanday tayyorlangan?

Qoplangan tolalar ikki valikli aralashtirgich yordamida STG ichiga tarqatilgan. Kompozitlar XCFP-STG shaklida nomlangan; X qiymati uglerod tolasi qo‘shimchasining massa foizini bildirgan. O‘rganilgan nisbatlar:

• 1CFP-STG: massa bo‘yicha %1 CF@PDA,
• 2CFP-STG: massa bo‘yicha %2 CF@PDA,
• 4CFP-STG: massa bo‘yicha %4 CF@PDA,
• 6CFP-STG: massa bo‘yicha %6 CF@PDA.

Asosiy matnda qo‘shimcha foizi faqat STG massasiga nisbatanmi yoki umumiy kompozit massasiga nisbatanmi hisoblangani aniq ta’riflanmagan. Ikki valikli aralashtirish davomiyligi, valik tezligi, valik oralig‘i va harorati ham berilmagan.

STG ning chastotaga bog‘liq xatti-harakati

Tadqiqotning 7-sahifasidagi 3(c)-rasm STG ning saqlash moduli G′ va yo‘qotish moduli G″ qiymatlarini 0,01–100 Hz chastota oralig‘ida ko‘rsatadi.

• Saqlash moduli G′: Materialning elastik tarzda saqlaydigan energiyasini va qattiq jismga o‘xshash xatti-harakatini ifodalaydi.
• Yo‘qotish moduli G″: Viskoz oqim va ichki ishqalanish orqali sarflanadigan energiyani ifodalaydi.

Chastota oshgani sari STG ning saqlash moduli ortgan. Taxminan 3 Hz dan yuqorida G′ qiymati G″ qiymatidan oshib, material viskoz xatti-harakat ustun bo‘lgan holatdan elastik xatti-harakat ustun bo‘lgan holatga o‘tgan.

3(d)-rasmdagi makroskopik ko‘rsatish ham ushbu tezlikka bog‘liqlikni tasvirlaydi. Material sekin tortilganda uzun tasma hosil qiladigan darajada cho‘zilishi mumkin, tez tortilganda esa osonroq sinadi. Bu kuzatuv molekulyar tarmoq tez deformatsiyada qayta tashkil topish uchun yetarli vaqtga ega emasligini anglatadi.

Uglerod tolasi miqdori saqlash modulini qanday o‘zgartirgan?

8-sahifadagi 4-rasm qo‘shimchasiz STG bilan to‘rtta CFP-STG kompozitining saqlash modullarini taqqoslaydi. Uglerod tolasi qo‘shilgan barcha namunalar o‘rganilgan chastota oralig‘ining butun qismida qo‘shimchasiz geldan yuqori saqlash modulini ko‘rsatgan.

Past chastotadagi o‘zgarish chiziqli bo‘lmagan. Eng yuqori tola ulushi emas, balki %2 qo‘shimchali 2CFP-STG eng yuqori past chastota modulini bergan.

Past chastotadagi xatti-harakat materialning uzoq muddatli yoki sekin yuk ostida shaklini saqlab qolishi bilan bog‘liq. 2CFP-STG ning ushbu sohada yuqori modul ko‘rsatishi tolalar samarali mustahkamlash tarmog‘i hosil qilganini anglatadi.

%4 va %6 qo‘shimcha o‘rta va yuqori chastotalarda yuqoriroq modullar hosil qilgan bo‘lsa-da, past chastotadagi yutuq xuddi shu tarzda davom etmagan. Tadqiqotchilar buni yuqori tola miqdorida tarqatish qiyinlashishi, tolalarning aglomeratsiyasi yoki samarali tarmoq samaradorligining pasayishi bilan izohlaydi. Biroq tola taqsimotining uch o‘lchamli tasviri yoki aglomerat o‘lchami tahlili o‘tkazilmagan.

Siqish xatti-harakatida qaysi tola nisbati kuchliroq?

9-sahifadagi 5-rasm 100 mm/daqiqa siqish tezligida turli tola nisbatlarining kuchlanish-deformatsiya egri chiziqlarini ko‘rsatadi. Barcha CFP-STG namunalari qo‘shimchasiz geldan yuqori kuchlanish ko‘targan.

Tola ulushi %1 dan %6 gacha oshgani sari siqish kuchlanishi umuman oshgan; %4 va %6 qo‘shimchali namunalar deformatsiya oralig‘ining katta qismida eng yuqori qiymatlarni ko‘rsatgan. Bu natija eng yuqori past chastota barqarorligi bilan eng yuqori qisqa muddatli siqish mustahkamligi bir xil formulatsiyada yuzaga kelmaganini ko‘rsatadi:

• 2CFP-STG past chastotadagi shakl barqarorligida ajralib turgan.
• 4CFP-STG va 6CFP-STG siqish yukini ko‘tarishda yuqoriroq qiymatlarni bergan.

Tadqiqotchilar sendvich tuzilma tajribalari uchun 2CFP-STG ni tanlagan. Tanlov past chastota moduli, sekin oqishga qarshilik va hujayra bo‘shliqlariga 24–48 soat ichida kirib borish muvozanatiga asoslanganga o‘xshaydi. Biroq barcha tola nisbatlari sendvich zarba tajribalarida taqqoslanmagani sababli %2 nisbat umumiy zarba samaradorligi bo‘yicha mutlaq optimum ekani isbotlanmagan.

Yuklash tezligi siqish xatti-harakatiga qanday ta’sir qilgan?

10-sahifadagi 6-rasmda STG va 2CFP-STG 50, 100 va 200 mm/daqiqa siqish tezliklarida taqqoslangan. Har ikki materialda ham siqish tezligi oshgani sayin bir xil deformatsiyada hosil bo‘lgan kuchlanish ortgan.

2CFP-STG barcha tezliklarda qo‘shimchasiz STG dan yuqori kuchlanish ko‘targan. Shunday qilib uglerod tolasi bilan mustahkamlash faqat bitta yuklash tezligida emas, balki o‘rganilgan barcha tezliklarda yuk ko‘tarish qobiliyatini yaxshilagan.

Shunga qaramay 200 mm/daqiqa haqiqiy zarbadagi mahalliy deformatsiya tezliklaridan ancha past bo‘lishi mumkin. Ushbu siqish sinovlari tezlik sezgirligini ko‘rsatadi, biroq tushuvchi og‘irlik paytidagi to‘liq dinamik material qonunini bermaydi.

Manfiy Puasson koeffitsiyenti nima?

An’anaviy material vertikal yo‘nalishda siqilganda yon tomonlarga kengayadi. Bu xatti-harakat musbat Puasson koeffitsiyenti bilan ifodalanadi. Manfiy Puasson koeffitsiyentli yoki “auksetik” hujayraviy tuzilma esa vertikal siqilganda yon yo‘nalishda ham ichkariga qarab torayishi mumkin.

Tadqiqotning 5-sahifasidagi 1-rasm ichkariga kirgan bitta hujayraning aylantirilib uch o‘lchamli hujayraviy tuzilma hosil qilinishini ko‘rsatadi. 2-rasm esa NPR hujayrasi bilan PPR nazorat hujayrasini taqqoslaydi.

NPR xatti-harakatining zarba himoyasidagi kutilgan ta’sirlari quyidagilar:

• Zarba hududi tomon yonlamasiga torayish.
• Gel to‘ldiruvchini mahalliy siqish.
• Zarba yukini karkasning kattaroq hududiga uzatish.
• Cho‘kish va kirib borishni cheklash.
• Hujayra va to‘ldiruvchi o‘rtasida birgalikda deformatsiya.

NPR va PPR yadrolari qanday ishlab chiqarilgan?

NPR tuzilmasi tekislikda 6×6 hujayradan va qalinlik yo‘nalishida uch qatlamdan tashkil topgan. PPR tuzilmasida hujayra burchagi 60° dan 120° gacha o‘zgartirilgan. Burchakning o‘zgarishi umumiy tashqi o‘lchamni kattalashtirgani uchun PPR namunasi 5×5×3 hujayra tartibida tayyorlangan.

Har ikkala karkas Future 7500 neylon materialidan selektiv lazer sinterlash usuli bilan ishlab chiqarilgan. 2CFP-STG karkas ustiga joylashtirilgan va uning sekin oqish xususiyatidan foydalanib, 24–48 soat davomida bo‘shliqlarga kirishi kutilgan. Yuqori va pastki sirtlarga 1 mm qalinlikdagi uglerod tolasi bilan mustahkamlangan polimer plastinalar yopishtirilib, sendvich namunalar olingan.

Aniq hujayra uzunliklari, sterjen qalinliklari, tashqi o‘lchamlar va nisbiy zichliklar yuklangan faylda mavjud bo‘lmagan S7-rasm va S1-jadvalda berilgan. Bundan tashqari NPR va PPR ning:

• Umumiy massasi,
• Neylon hajmi,
• To‘ldiruvchi miqdori,
• Nisbiy zichligi,
• Sirt plastinasiga bog‘langan umumiy maydoni

tenglashtirilgani haqida ma’lumot berilmagan. Shu sababli taqqoslashda faqat Puasson koeffitsiyenti emas, balki hujayra soni va material taqsimoti ham ta’sir qilishi mumkin.

To‘ldirilgan va to‘ldirilmagan hujayralarning siqish xatti-harakati

11-sahifadagi 7-rasm qo‘shimchasiz 2CFP-STG, yalang‘och NPR va PPR hujayralari hamda gel bilan to‘ldirilgan NPR va PPR hujayralarini taqqoslaydi.

Faqat 2CFP-STG eng past kuchlanishni ko‘targan. Yalang‘och hujayraviy karkaslar yuqoriroq qattiqlik ko‘rsatgan. To‘ldirilgan tuzilmalar geldan kuchliroq, biroq mos yalang‘och hujayralardan pastroq kuchlanishli xatti-harakat namoyon etgan.

%5,32 deformatsiyada:

Juda past deformatsiyalarda PPR asosidagi tuzilmalar biroz yuqoriroq kuchlanish ko‘rsatgan. Deformatsiya oshgani sayin NPR hujayralari PPR hujayralaridan oshib ketgan va farq tobora kattalashgan. Ushbu tendensiya NPR hujayrasi dastlabki aloqa lahzasidan ko‘ra keyingi siqish bosqichida samaraliroq geometrik cheklash hosil qilishini anglatadi.

To‘ldirilgan hujayralarning yalang‘och karkaslardan pastroq kuchlanish ko‘tarishi to‘ldiruvchining statik qattiqlikni bevosita oshirmaganini ko‘rsatadi. Tadqiqotga ko‘ra gel asosan mahalliy deformatsiyada ishtirok etadi, hujayralar o‘rtasidagi yuk uzatilishini o‘zgartiradi va dinamik yukda tezlikka bog‘liq so‘ndirishni ta’minlaydi.

Tushuvchi og‘irlik sinovi qanday o‘tkazilgan?

Zarba sinovlari Instron 9350 qurilmasida o‘tkazilgan. Asosiy tajriba shartlari quyidagilar:

Tadqiqotda kuch-vaqt va kuch-siljish egri chiziqlari qayd etilgan. Ko‘rinadigan so‘ndirilgan energiya kuch-siljish egri chizig‘idan hisoblangan va ko‘rinadigan energiya yutish samaradorligi quyidagicha ta’riflangan:

\[ \eta_{\mathrm{app}} = \frac{E_{\mathrm{diss}}} {E_{\mathrm{imp,act}}} \times 100\% \]

Bu yerda \(E_{\mathrm{diss}}\) egri chiziqdan hisoblangan ko‘rinadigan so‘ndirilgan energiyani; \(E_{\mathrm{imp,act}}\) esa qurilma ma’lumotidan olingan haqiqiy kiruvchi zarba energiyasini bildiradi.

Tadqiqotchilarning ayniqsa “ko‘rinadigan” atamasidan foydalanishi muhim. Hisoblangan qiymat kompozit ichida issiqlik, yorilish va viskoz yo‘qotish orqali sarflangan energiyani to‘liq ajratmaydi; u zarb beruvchining o‘lchangan kuch-siljish xatti-harakatidan chiqarilgan umumiy ko‘rsatkichdir.

Uglerod tolasi qo‘shimchasining 10 J zarbadagi ta’siri

12-sahifadagi 8(a-b)-rasm karkassiz sendvichlarda qo‘shimchasiz STG va 2CFP-STG yadrolarini taqqoslaydi.

Uglerod tolasi qo‘shimchasi cho‘qqi kuchni taxminan %4 oshirgan, maksimal siljishni esa taxminan %6,7 kamaytirgan. Demak CF@PDA mustahkamlashining o‘zi sezilarli ta’sirga ega bo‘lsa-da, hujayraviy karkas hosil qilgan o‘zgarishdan ancha kichikdir.

NPR karkasining 10 J zarbadagi ta’siri

Karkassiz STG sendvichi bilan NPR-STG taqqoslanganda cho‘qqi kuch 1.579,6 N dan 3.034,3 N gacha oshgan, maksimal siljish 12,52 mm dan 6,42 mm gacha kamaygan.

Karkassiz 2CFP-STG bilan NPR-2CFP-STG taqqoslanganda esa cho‘qqi kuch 1.642,7 N dan 3.122,9 N gacha oshgan, maksimal siljish 11,68 mm dan 5,98 mm gacha kamaygan.

Ushbu natijalar zarba paytida siljishni cheklovchi asosiy omil uglerod tolasi qo‘shimchasidan ko‘ra NPR karkasi ekanini ko‘rsatadi. Uglerod tolasi qo‘shimchasi yadroning tayanch qobiliyatini yaxshilar ekan, hujayraviy tuzilma yukni ko‘taradi va to‘ldiruvchining yonlama harakatini cheklaydi.

NPR va PPR tuzilmalarining 10 J taqqoslanishi

13–14-sahifalardagi 9-rasm bir xil 2CFP-STG to‘ldiruvchisi va bir xil nominal zarba energiyasida ikki hujayra geometriyasini taqqoslaydi.

NPR tuzilmasi taxminan %67,8 yuqoriroq cho‘qqi kuch hosil qilgan va maksimal siljishni taxminan %32,3 kamaytirgan. Bu uning zarb beruvchiga ertaroq va kuchliroq javob berganini ko‘rsatadi.

PPR tuzilmasi esa uzoqroq harakat masofasi va kontakt vaqti davomida biroz ko‘proq ko‘rinadigan energiyani so‘ndirgan. Ikki tuzilma turli himoya strategiyalarini ifodalaydi:

• NPR: Yuqori tayanch, past cho‘kish, mahalliy kirib borishni cheklash.
• PPR: Kattaroq deformatsiya orqali energiya sarfi.

Agar himoya mezoni faqat “yutilgan energiya” bo‘lsa, 10 J natijasida PPR kichik ustunlikka ega. Agar himoya mezoni orqa sirt harakatini, teshilishni yoki ichki bo‘shliqdagi nozik komponentga yaqinlashishni cheklash bo‘lsa, NPR afzalroq.

Yuqori cho‘qqi kuch nima uchun har doim ustunlik emas?

Panelning zarb beruvchiga yuqori kuch bilan qarshilik ko‘rsatishi teshilish va cho‘kish masofasini kamaytirishi mumkin. Biroq ayni yuqori kuch panel ortidagi tayanchga, qurilmaga yoki insonga yuqoriroq tezlanish uzatishi mumkin.

Ushbu tadqiqotda orqa sirt kuchi, tayanch reaksiyasi, himoyalanayotgan obyekt tezlanishi yoki inson xavfsizligi o‘lchanmagan. Shu sababli NPR-2CFP-STG uchun eng to‘g‘ri ifoda “yuqoriroq yuk ko‘tarish va siljishni cheklash qobiliyati”dir. “Har bir sharoitda yaxshiroq zarba izolyatsiyasi” degan ifoda tadqiqot tomonidan qo‘llab-quvvatlanmaydi.

20 J zarba natijalari

14–15-sahifalardagi 10-rasm va 11-rasm zarba energiyasi 20 J gacha oshirilganda yuzaga kelgan kuch, siljish va shikastlanishni ko‘rsatadi.

NPR tuzilmasi maksimal siljishni taxminan %16 kamaytirgan. Zarba ortidan NPR yadrosi nisbatan yaxlit qolgan, PPR yadrosida esa aniqroq yoriqlar va chetlarga tomon material chiqishi kuzatilgan.

Bu natija NPR hujayralari faqat past energiyada qattiqlik bermasligini; zarba energiyasi ortganda yadro shikastlanishining rivojlanishini ham kechiktirishini anglatadi.

30 J zarba natijalari

PPR namunasining 41,21 mm harakati taxminan 27 mm boshlang‘ich qalinlikdan oshgan. Tadqiqotchilar bu natijani oddiy siqilish emas, balki mahalliy kirib borish yoki to‘liq konstruktiv sinish deb talqin qilgan.

NPR namunasida ham jiddiy yadro yoriqlari yuzaga kelgan. Biroq sirtlar va yadro to‘liq ajralmagan, sendvich tuzilma bir bo‘lak holida qolgan. NPR siljishi PPR ga nisbatan taxminan %43 past bo‘lgan.

30 J egri chiziqlaridagi ikki cho‘qqi quyidagi ikki bosqich bilan bog‘langan:

1. Yuqori sirt plastinasi, hujayraviy karkas va to‘ldiruvchining dastlabki yuk ko‘tarishi.
2. Keyingi cho‘kish yoki kirib borishdan so‘ng zarb beruvchining siqilgan yadro yoki pastki sirt plastinasi bilan ikkinchi marta aloqasi.

Ushbu mexanizm kuch egri chiziqlari va yakuniy shikastlanish fotosuratlariga mos keladi. Biroq yuqori tezlikdagi kamera, kesim tasvirlash yoki qurilma ichidagi kontakt tahlili bajarilmagani sababli ikkinchi cho‘qqining aniq manbai bevosita o‘lchanmagan.

Takroriy zarba xatti-harakati

16-sahifadagi 12-rasmda bir xil NPR-2CFP-STG namunasining bir nuqtasiga ketma-ket uchta 10 J zarba berilgan.

Birinchi va ikkinchi zarbaning kuch darajalari bir-biriga yaqin qolgan. Uchinchi zarbada cho‘qqi kuchning kamayishi, cho‘kish va kontakt vaqtining ortishi tuzilma qattiqligini yo‘qota boshlaganini ko‘rsatadi.

Uch zarba davomida ko‘rinadigan so‘ndirilgan energiya 7,97–8,34 J, ko‘rinadigan energiya yutish samaradorligi esa %74,70–%78,93 oralig‘ida qolgan. Shu tariqa tuzilma shikastlanish to‘planishiga qaramay energiyani sarflash qobiliyatining katta qismini saqlab qolgan.

Birinchi zarbaning kuch egri chizig‘i ko‘proq tebranish ko‘rsatgan, keyingi egri chiziqlar esa silliqroq bo‘lgan. Bu o‘zgarish birinchi zarbada hujayralarning mahalliy sinishi, to‘ldiruvchining qayta taqsimlanishi yoki yuk uzatish yo‘llarining doimiy o‘zgarishi bilan bog‘liq bo‘lishi mumkin.

Biroq bu tajriba uchta mustaqil namunaning taqqoslanishi emas. U bitta namunaning bir xil nuqtasidagi ketma-ket shikastlanishni ko‘rsatadi. Natijalarning statistik takrorlanuvchanligi uchun bir nechta namunalarda xuddi shu tajriba ketma-ketligini bajarish kerak.

Taklif etilgan qo‘shma himoya mexanizmi

Tadqiqotchilar taklif qilgan mexanizm uch darajada tushuntirilishi mumkin:

1. Material darajasi: STG tez kesish ostida qattiqlashadi va viskoelastik energiya sarfini ta’minlaydi.
2. Interfeys darajasi: Polidopamin bilan qoplangan uglerod tolalari gel ichida yuk ko‘taradi va deformatsiyaga qarshilik ko‘rsatadi.
3. Tuzilma darajasi: NPR hujayralari zarba paytida ichkariga yopilib, gelni cheklaydi, mahalliy siqishni oshiradi va zarb beruvchining harakatini qisqartiradi.

NPR hujayrasining ichkariga torayishi 2CFP-STG ni oldinroq bosqichda siqilgan va yuqori kesish tezligiga duchor bo‘lgan holatga keltirishi mumkin. Natijada gel tezda qattiqroq tutishni boshlaydi va hujayraviy karkas bilan birgalikda yuk uzatish yuzaga keladi.

Ushbu mexanizm statik siqish egri chiziqlari, zarba kuchlari, pastroq cho‘kish va shikastlanish fotosuratlari bilan qo‘llab-quvvatlanadi. Biroq tajriba davomida hujayra deformatsiyasi ichkaridan tasvirlanmagan; raqamli tasvir korrelyatsiyasi, rentgen tomografiyasi yoki tasdiqlangan chekli element modeli ishlatilmagan. Geometrik siqish mexanizmi tajribalar bilan mos keladi, ammo to‘liq maydon o‘lchovi bilan bevosita tasdiqlanmagan tushuntirishdir.

Tadqiqotning kuchli jihatlari

• Material interfeysi bilan hujayraviy tuzilma dizaynini bir xil sendvich kompozitda birlashtiradi.
• Polidopamin bilan qoplangan uglerod tolasi sirtini SEM orqali ko‘rsatadi.
• To‘rtta turli uglerod tolasi nisbatini chastota va siqish sinovlari bilan taqqoslaydi.
• NPR va PPR hujayralarini bir xil gel to‘ldiruvchisi ostida o‘rganadi.
• Karkassiz, qo‘shimchasiz, tola bilan mustahkamlangan va hujayraviy namunalarni bosqichma-bosqich taqqoslaydi.
• 10, 20 va 30 J bo‘lgan uchta zarba energiyasidan foydalanadi.
• Kuch, siljish, kontakt vaqti, ko‘rinadigan energiya so‘ndirish va jismoniy shikastlanishni birgalikda baholaydi.
• Bir xil nuqtadagi ketma-ket uch zarba bilan shikastlanish to‘planishini o‘rganadi.
• 30 J tajribasida NPR tuzilmasining to‘liq ajralishni kechiktirishini aniq ko‘rsatadi.

Tadqiqotning cheklovlari

• Tadqiqot hakamlik baholashidan o‘tmagan preprintdir.
• S1–S7 rasmlar va S1 jadval yuklangan faylda mavjud emas.
• STG ning 240 °C dagi aniq reaksiya davomiyligi tushuntirilmagan.
• Tris-HCl va dopamin eritmalarining konsentratsiyalari berilmagan.
• Qoplama pH qiymati matnda 8, tayyorlash sxemasida 8,5 deb ko‘rsatilgan.
• Ikki valikli aralashtirishning jarayon parametrlari tushuntirilmagan.
• Tola nisbatining hisoblash bazasi to‘liq ta’riflanmagan.
• Polidopamin qoplamasining qalinligi va kimyoviy tarkibi o‘lchanmagan.
• Interfeys mustahkamligi bevosita sinovdan o‘tkazilmagan.
• Tola taqsimoti va aglomeratsiyasi miqdoriy tasvirlanmagan.
• %2 tola nisbati barcha zarba sharoitlarida boshqa nisbatlar bilan taqqoslanmagan.
• NPR va PPR namunalarida hujayra soni bir xil emas.
• NPR va PPR tuzilmalarining massasi hamda nisbiy zichligi hisobot qilinmagan.
• Aniq hujayra geometriyalari faqat yetishmayotgan qo‘shimcha ma’lumotlarda mavjud.
• Namunaning barcha tashqi o‘lchamlari asosiy matnda tushuntirilmagan.
• Sirt plastinalarining yopishtiruvchisi va yopishtirish tartibi berilmagan.
• Zarba sinovlarining mustaqil takror sonlari ko‘rsatilmagan.
• Natijalarda xato chiziqlari, standart og‘ish yoki statistik ahamiyat testi mavjud emas.
• Takroriy zarba faqat bitta namunaning bir xil nuqtasida amalga oshirilgan.
• Orqa sirt deformatsiyasi va uzatilgan tayanch kuchi alohida o‘lchanmagan.
• Zarba paytidagi ichki hujayra harakati tasvirlanmagan.
• Maxsus energiya yutish yoki birlik massa uchun samaradorlik hisoblanmagan.
• Harorat, namlik, UV, suv, kimyoviy muhit va uzoq muddatli qarish o‘rganilmagan.
• Yong‘in xatti-harakati va tutun xavfsizligi tadqiq qilinmagan.
• Yuqori tezlikdagi, ballistik yoki portlash yuklari sinovdan o‘tkazilmagan.
• Ishlab chiqarish xarajati, ta’mirlanuvchanlik va qayta ishlash baholanmagan.

Tadqiqot nimani qo‘llab-quvvatlaydi?

Tadqiqot polidopamin bilan qoplangan qisqa uglerod tolalari STG ning past chastotadagi shakl barqarorligi va turli yuklash tezliklaridagi siqish qarshiligini yaxshilashi mumkinligini qo‘llab-quvvatlaydi. Shuningdek, 3D bosib chiqarilgan manfiy Puasson koeffitsiyentli hujayralar o‘rganilgan kichik o‘lchamli sendvich namunalarda 10–30 J past tezlikdagi zarbalar ostida siljishni cheklashi va yuqori energiyada PPR nazorat tuzilmasiga nisbatan to‘liq konstruktiv ajralishni kechiktirishini ko‘rsatadi.

Tadqiqot nimani isbotlamaydi?

Tadqiqot NPR-2CFP-STG har qanday zarba himoyasi uchun eng yaxshi tuzilma ekanini isbotlamaydi. Yuqori cho‘qqi kuch kuch izolyatsiyasi kerak bo‘lgan ilovalarda nomaqbul bo‘lishi mumkin. Natijalar ballistik chidamlilik, portlashdan himoya, inson xavfsizligi, transport to‘qnashuvi xavfsizligi yoki sertifikatlangan aviatsiya qo‘llanmasini anglatmaydi. Bundan tashqari kuzatilgan farqlarning barchasi faqat manfiy Puasson koeffitsiyentidan kelib chiqqan deb bo‘lmaydi; NPR va PPR namunalarining hujayra soni, ehtimoliy massasi va nisbiy zichligi to‘liq tenglashtirilmagan.

Tadqiqot usuli va natijalari

Materiallar qisqacha tavsifi

Namuna tayyorlash bosqichlari

1. Dimetil silikon moyi va bor kislotasi 10:1 massa nisbatida aralashtirilgan.
2. Aralashma 240 °C da reaksiyaga kiritilib, sovitish orqali STG tayyorlangan.
3. Qisqa uglerod tolalari Tris-HCl buferida tarqatilgan.
4. Dopamin va NaOH qo‘shilib, 24 soatlik qoplash amalga oshirilgan.
5. CF@PDA STG ichiga ikki valikli aralashtirgich bilan %1, %2, %4 yoki %6 nisbatda qo‘shilgan.
6. NPR karkasi 6×6×3, PPR karkasi 5×5×3 hujayra tartibida bosib chiqarilgan.
7. 2CFP-STG karkas bo‘shliqlariga 24–48 soat davomida sekin kirib borgan.
8. Yuqori va pastki sirtlarga 1 mm uglerod tolali kompozit plastinalar yopishtirilgan.

Tavsiflash va tajriba tartibi

Asosiy material natijalari

10 J zarba natijalarining umumiy taqqoslanishi

NPR-PPR yuqori energiya taqqoslanishi

Natijalarning muhandislik ma’nosi

Maydon yoki mahsulotda foydalanishdan oldin zarur tasdiqlashlar

• Yetishmayotgan qo‘shimcha ma’lumotlar va barcha ishlab chiqarish parametrlari e’lon qilinishi kerak.
• NPR va PPR namunalari bir xil massa va nisbiy zichlikda qayta loyihalanishi kerak.
• Zarba tajribalari har bir shart uchun bir nechta mustaqil namunalarda takrorlanishi kerak.
• Standart og‘ish, ishonch oralig‘i va ahamiyat testlari berilishi kerak.
• Orqa sirt siljishi, tayanch reaksiyasi va himoyalanayotgan obyekt tezlanishi o‘lchanishi kerak.
• Yuqori tezlikdagi kamera va raqamli tasvir korrelyatsiyasi bilan hujayra deformatsiyasi kuzatilishi kerak.
• Zarbadan keyingi ichki shikastlanish rentgen tomografiyasi yoki ultratovush yordamida o‘rganilishi kerak.
• %1, %2, %4 va %6 tola tutgan sendvichlarning zarba samaradorligi bevosita taqqoslanishi kerak.
• Turli zarb beruvchi geometriyalari va chegara shartlari qo‘llanishi kerak.
• Ko‘p nuqtali va turli intervaldagi takroriy zarbalar sinovdan o‘tkazilishi kerak.
• Harorat, namlik, qarish va yong‘in xatti-harakati aniqlanishi kerak.
• Chekli element modeli bilan hujayra-to‘ldiruvchi-sirt o‘zaro ta’siri tasdiqlanishi kerak.
• Massa birligiga energiya yutish va xarajat-samaradorlik tahlili bajarilishi kerak.
• Pilot ko‘lamdagi avtomobil, aviatsiya yoki sanoat panel sinovlari o‘tkazilishi kerak.

Manba va usul qaydi

Tadqiqotning to‘liq asl nomi:Polydopamine-Functionalized Carbon Fiber Reinforced Shear Thickening Gel/NPR Sandwich Composites for Impact Resistance

Mualliflar va ularning tartibi: Haonan Suo; Ke Zhang; Kaifa Wang; Sheng Wang; Yao Li.

Teng hissa qo‘shgan muallif ma’lumoti: Tadqiqotda teng hissa qo‘shgan yoki birgalikdagi birinchi muallif bayonoti mavjud emas.

Mas’ul muallif ma’lumoti: Mualliflar ro‘yxatidagi yulduzcha Ke Zhang ni mas’ul muallif sifatida ko‘rsatadi. Biroq yozishmalar satrida Ke Zhang va Yao Li ga tegishli ikki elektron pochta manzili birga berilgan. Yao Li ning birgalikdagi mas’ul muallif ekani aniq belgilab qo‘yilmagan.

Yozishma manzillari: zhangke@hit.edu.cn; liyao@hit.edu.cn.

Muallif-muassasa mosligi:

1. Haonan Suo: MIIT Key Laboratory of Critical Materials Technology for New Energy Conversion and Storage; School of Chemistry and Chemical Engineering, Harbin Institute of Technology, Harbin, Xitoy.
2. Ke Zhang: MIIT Key Laboratory of Critical Materials Technology for New Energy Conversion and Storage; School of Chemistry and Chemical Engineering, Harbin Institute of Technology, Harbin, Xitoy.
3. Kaifa Wang: School of Science, Harbin Institute of Technology, Shenzhen, Guangdong, Xitoy.
4. Sheng Wang: CAS Key Laboratory of Mechanical Behavior and Design of Materials; Department of Modern Mechanics, University of Science and Technology of China, Hefei, Anhui, Xitoy.
5. Yao Li: Center for Composite Materials and Structure, Harbin Institute of Technology, Harbin, Xitoy.

Manba turi: Material sintezi, sirt funksionallashtirish, reologiya, siqish va past tezlikdagi tushuvchi og‘irlik tajribalarini o‘z ichiga olgan eksperimental preprint tadqiqot maqolasi.

Mavzu sohasi: Kesish qalinlashuvchi gellar, uglerod tolali kompozitlar, polidopamin interfeyslari, auksetik metamateriallar, sendvich tuzilmalar va zarbaga chidamlilik.

Hakamlik holati: Tadqiqot hakamlik baholashidan o‘tmagan. Yuklangan faylning har bir sahifasida preprint va hakamlik ogohlantirishi mavjud.

Nashr platformasi: SSRN.

Platforma ta’minotchisi: Elsevier SSRN Preprint Services.

SSRN ro‘yxat raqami: 7203447.

DOI:10.2139/ssrn.7203447

Rasmiy havola:SSRN ro‘yxat sahifasi

Nashr yili: 2026.

Jurnal: Hakamlik ilmiy jurnalida nashr etilgani tasdiqlanmagan.

Asl jurnal nashriyoti: Tasdiqlangan hakamlik jurnali yoki jurnal nashriyoti mavjud emas. SSRN preprint platformasi bo‘lib, hakamlik jurnali sifatida taqdim etilmasligi kerak.

Moliyalashtirish: Tadqiqot Aeronautical Science Foundation of China va Chinese Aeronautical Establishment Project tomonidan 2023Z055077007 raqamli loyiha bilan qo‘llab-quvvatlangan.

Manfaatlar to‘qnashuvi: Yuklangan asosiy matnda alohida va aniq manfaatlar to‘qnashuvi bayonoti mavjud emas.

Muallif hissalari: CRediT yoki shunga o‘xshash batafsil muallif hissasi bayonoti mavjud emas.

Ma’lumot va kodga kirish: Ochiq ma’lumotlar ombori, xom reometr ma’lumotlari, zarba qurilmasi ma’lumot fayli, uch o‘lchamli model fayli yoki tahlil kodi havolasi berilmagan.

Yetishmayotgan qo‘shimcha ma’lumotlar: Asosiy matnda havola qilingan S1–S7 rasmlar va S1 jadval yuklangan faylda mavjud emas. Shu sababli STG reaksiya davomiyligini optimallashtirish, ayrim spektroskopik tasdiqlashlar, balandlikni saqlash tajribasi va hujayralarning aniq geometrik o‘lchamlarini mustaqil ko‘rib chiqish imkoni bo‘lmagan.

Asosiy hisobot nomuvofiqligi: Polidopamin qoplama muhitining pH qiymati usul matnida 8, 3-rasmdagi tayyorlash sxemasida esa 8,5 deb ko‘rsatilgan. Takrorlanuvchanlik nuqtai nazaridan bu qiymat tuzatilishi kerak.

Ushbu o‘zbekcha tushuntirish yuklangan tadqiqotning barcha asosiy matni, 12 ta asosiy rasmi, material tayyorlash tartiblari, reologik egri chiziqlari, siqish tajribalari, 10–30 J zarba ma’lumotlari, shikastlanish fotosuratlari va takroriy zarba natijalari ko‘rib chiqilib tayyorlangan. Ilmiy mazmun faqat tadqiqotda keltirilgan tajriba va talqinlar bilan cheklangan. Tashqi manbalar faqat SSRN ro‘yxati, DOI, platforma, elektron pochta va muassasa identifikatsiyasi kabi bibliografik ma’lumotlarni tekshirish maqsadida ishlatilgan.

Natijalar tadqiqotning hakamlikdan o‘tmaganligi, qo‘shimcha ma’lumotlar mavjud emasligi, NPR-PPR namunalarining hujayra soni va ehtimoliy massa bo‘yicha to‘liq tenglashtirilmagani, tajriba takrorlari va statistik noaniqliklarning tushuntirilmagani, yuqori cho‘qqi kuch har bir himoya maqsadi uchun ustunlik anglatmasligi hamda natijalar faqat kichik o‘lchamli past tezlikdagi zarba sharoitlariga tayanganini hisobga olib talqin qilinishi kerak.