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標(biāo)題: 了解聚合物中的應(yīng)變率敏感性 [打印本頁(yè)]
作者: 中國(guó)注塑網(wǎng)    時(shí)間: 2022-8-31 08:10
標(biāo)題: 了解聚合物中的應(yīng)變率敏感性
材料行為從根本上由時(shí)間和溫度的等效性決定。但處理器和設(shè)計(jì)人員往往會(huì)忽略這一原則。這里有一些指導(dǎo)。
粘彈性行為的一個(gè)基本原理是時(shí)間和溫度在確定材料行為方面的等效性。由于所有聚合物本質(zhì)上都是粘彈性的，因此該原理適用于所有塑料的機(jī)械性能。不幸的是，這些原則通常只在提供非常嚴(yán)格的數(shù)學(xué)處理的教科書中得到解決。實(shí)際意義往往會(huì)迷失在數(shù)學(xué)中；因此，設(shè)計(jì)塑料部件和指定原材料的工程師仍然沒有意識(shí)到這一非常重要的原則。

簡(jiǎn)單地說，在負(fù)載下，溫度升高的影響也可以通過延長(zhǎng)時(shí)間而不增加溫度的影響來(lái)觀察。例如，聚丙烯的模量可以從室溫下的 1600 MPa (232 kpsi) 降低到 60 C (140 F) 下的 800 MPa (116 kpsi)。模量是剛度的量度，定義為應(yīng)力除以應(yīng)變。如果我們?cè)谑覝叵聦?duì)這種 PP 梁施加 4 MPa (580 psi) 的應(yīng)力，我們會(huì)立即觀察到 0.25% 的應(yīng)變。如果我們?cè)?60 C 對(duì)材料執(zhí)行相同的操作，我們會(huì)觀察到 0.50% 的更高應(yīng)變，這反映在由溫度升高引起的模量降低中。然而，如果我們?cè)谑覝叵率┘酉嗤?4 MPa 應(yīng)力，然后將該應(yīng)力保持 10 小時(shí)，我們將觀察到相同的總應(yīng)變?yōu)?0.50%。
在不增加溫度的情況下延長(zhǎng)時(shí)間的影響也可以觀察到溫度升高的影響。

第一個(gè) 0.25% 會(huì)在我們施加壓力的那一刻發(fā)生，剩下的 0.25% 會(huì)在接下來(lái)的 10 小時(shí)內(nèi)發(fā)生，這種現(xiàn)象我們稱之為蠕變。在此示例中，時(shí)間-溫度等值是增加 40° C (104° F) 等于 10 小時(shí)。這種等效的細(xì)節(jié)因材料而異，甚至可以根據(jù)感興趣的溫度范圍對(duì)給定的材料有所不同。


應(yīng)變率是時(shí)間的倒數(shù)。較長(zhǎng)的時(shí)間與較低的應(yīng)變率有關(guān)，而較短的時(shí)間與較高的應(yīng)變率有關(guān)。因此，較低的應(yīng)變率模擬了在較高溫度下觀察到的行為，而較高的應(yīng)變率反映了較低溫度下的行為。圖 1 顯示了該原理的一個(gè)示例。使用三種不同的應(yīng)變率在相同溫度下對(duì) PP 材料進(jìn)行拉伸測(cè)試，這由拉伸測(cè)試儀的十字頭移動(dòng)的速度表示。在最慢的十字頭速度下，材料的屈服強(qiáng)度和模量處于最低值。

隨著速度的增加，屈服強(qiáng)度和模量也增加。僅僅由于應(yīng)變率的增加，材料似乎變得更堅(jiān)固和更硬，這種效果也可以通過保持應(yīng)變率恒定并逐漸降低測(cè)試溫度來(lái)實(shí)現(xiàn)。

塑料材料和許多其他類型材料的一個(gè)重要行為原則是，隨著強(qiáng)度和剛度的增加，延展性降低。在拉伸試驗(yàn)中，斷裂伸長(zhǎng)率或極限伸長(zhǎng)率被認(rèn)為是延展性的相對(duì)量度。雖然圖 1 沒有顯示拉伸試驗(yàn)的全尺寸，但觀察到在 5 毫米/分鐘的最慢十字頭速度下，極限伸長(zhǎng)率超過 300%，而在 50 毫米/分鐘的斷裂值是 125 %，并以 500 mm/min 的速度進(jìn)一步降低到 30%。

沖擊試驗(yàn)是使用更高應(yīng)變率譜評(píng)估延展性的另一種方法。圖 2 和圖 3 顯示了在室溫下使用兩種不同的速度對(duì) PVC 材料進(jìn)行的儀表沖擊測(cè)試結(jié)果：分別為 15 英尺/秒和 5 英尺/秒。紫線表示樣品上的負(fù)載，而藍(lán)線表示在產(chǎn)生故障的過程中收集的能量。


圖 2 中的高速測(cè)試顯示負(fù)載在大約 3 毫秒的時(shí)間內(nèi)迅速增加。一旦測(cè)試達(dá)到最大值，負(fù)載就會(huì)迅速下降，這表明發(fā)生了脆性故障。幾乎所有產(chǎn)生故障所需的能量（總共 21 焦耳）都用于引發(fā)故障的過程，而產(chǎn)生最終故障所需的額外工作很少。


圖 3 所示的低速測(cè)試看起來(lái)像是在不同且更堅(jiān)韌的材料上進(jìn)行的。負(fù)載逐漸增加，部分原因是初始沖擊的速度較低。但是當(dāng)達(dá)到峰值負(fù)載時(shí)，可以觀察到最重要的區(qū)別。這種材料不會(huì)立即失效，而是繼續(xù)管理事件的能量，將測(cè)試的時(shí)間范圍延長(zhǎng)到 20 毫秒以上，這對(duì)于沖擊測(cè)試來(lái)說是永恒的。導(dǎo)致完全失效所需的總能量增加了大約 50% 至 32 焦耳。但最重要的是，由于沖擊速度的變化，破壞模式從脆性轉(zhuǎn)變?yōu)檠有浴?br />
這里說明的兩種變化，在 PP 的拉伸試驗(yàn)和 PVC 的沖擊試驗(yàn)中，也可以通過保持應(yīng)變速率相同并改變進(jìn)行測(cè)試的溫度來(lái)產(chǎn)生。降低溫度與提高應(yīng)變率具有相同的效果，而提高溫度與降低應(yīng)變率具有相同的效果。如果您沒有被告知測(cè)試是如何執(zhí)行的，您將無(wú)法知道選擇了哪個(gè)更改。這就是重點(diǎn)——塑料也不行。
作者: zetvxthg    時(shí)間: 2022-8-31 09:08
幫幫頂頂??！
作者: 注塑機(jī)廠家    時(shí)間: 2022-8-31 10:01
沙發(fā)！沙發(fā)!
作者: zkesedqm    時(shí)間: 2022-8-31 10:40
路過，學(xué)習(xí)下
作者: fytqqbom    時(shí)間: 2022-8-31 10:42
找到好貼不容易，我頂你了，謝了
作者: 廖@@    時(shí)間: 2022-8-31 10:49
有道理。。。



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