聚碳酸酯板材高-低温拉伸力学行为.pdf

现代塑料加工应用2
011年第23卷第1期
MODERN PI
TICS PROCESSING AND APPLICATIONS
聚碳酸酯板材高-低温拉伸力学行为
张定国张官理郭新涛厉蕾颜悦
(北京航空材料研究院,北京,100095)
摘要:利用中国科学院长春科新测试仪器研究所自主研发的WDW万能试验机,对聚磯酸酯(PC)进行单向拉伸试验,
得到PC的真应力-真应变曲线。
关键词:聚碳酸酯真应变率真应力真应变
Tensile Mechanical Behavior of PC Sheet at High-low Temperature
Zhang Dingguo Zhang Guanli Guo Xingtao Li Lei Yan Yue
( Beijing Institute of A
ling
Abstract: The uniaxial tensile of PC was tested by the WDW mechanics experimental
machine invented by Changchun Kexin Institute of Chinese Academy of Sciences. The PC
curve of relation between real stress and real strain was gained
Key words: polycarbonate; real strain velocity; real stress; real strain
聚碳酸酯(PC)透明材料具有低密度、良好变率试验和实际的成型工艺比较相近。
力学性能、高的玻璃化转变温度、好的透光性能1.2真应变-真应力曲线介绍
等优秀性能,它的成型结构件被广泛地运用于航
因为涉及到PC的大变形,所用的应力为真
空、航天等领域。而在PC的成型过程中,板材应力,应变为真应变,应变率为真应变率。它们
通过加热、成型和冷却3个阶段,其中受力以拉定义「2如下。
力为成型过程的主要特点。传统的成型方法依
PE(P/A0)(L/L)
靠试验“试凑法”。本研究是PC在玻璃态、玻璃
化转变区和高弹态下,用WDW万能试验机对
e=In (L/Lo
2
它进行单向拉伸试验,得出真应力-真应变曲线,
de
3
为下一步拟合出PC本构关系,准确模拟成型过
其中,o为应力,e为应变,e为应变率,P为
程寞定了基础。
试验拉力,A为试样实时横截面积,A。为试样初
始横截面积;L为试样实时长度,Lo。为试样初始
1试验部分
长度
1.1原料与系统介绍
2结果与讨论
试验原材料采用美国GE公司PC产品,型
号 Lexan sheet;力学试样尺寸参考高分子材料2.1PC玻璃态下的拉伸力学行为
拉伸力学试验试样标准。
在试样刚开始拉伸时,试验真应力急刷上
本试验采用中国科学院长春科新测试仪器
研究所自主研发的WDW型万能试验拉伸机。
收稿日期:2010-10-13;修政稿收到月期:2010-12-21
试验通过视频采集系统采集信号转化成数
作者简介:张定国,硕土,工程师,主要研究方向航空用高分
字信号反馈到控制系统,通过控制系统的调节完
子材料性能与其成型工艺研究。E- mail; zhangenrik@ya
成拉伸过程的恒定真应变率控制,通过恒定真应
hoo,com,cn。
现代塑料加工应用
2011年2月
升,当真应变率达0.002s,在试样的正中间开2.2PC玻璃化转变区的拉伸力学行为
始出现斜45°屈服带,随着拉伸试验过程的进
当湿度达到130C时,PC开始由玻璃态向
行,屈服带由试样的中间向两端逐步扩展,同时高弹态转变,此时PC进人玻璃化转变区。随着
试验真应力在进一步加大。直至最后扩展到整温度的增加,相同真应变对应的真应力值减小幅
个试样,试样最后拉断。
度比较大。同时,屈服峰也开始减小,当温度达
如图1,在玻璃态下,PC的真应变-真应力到143℃的时候,屈服峰基本消失,试样拉伸变
曲线属于弹性不均匀塑性均匀塑性型曲线。形方式过渡到黏弹性变形
同时,随着温度的升高,屈服峰对应的真应力值
明显减小。玻璃态下的真应变-真应力曲线是典
30r--135℃
25140℃
型的非结晶型高分子材料拉伸力学曲线。这是
由于在开始拉伸时,分子链固有结构被破坏,随
之出现屈服,随着拉伸过程的进行,分子链节开
始在拉伸方向运动,分子链被在拉伸方向重新有
00.10.20.30.40.50.6
一定的取向度,试验真应力因此伴随着真应变的
真应变
增大而大幅度增大。
5.0
4,0
150℃
8.0
3.0
155℃
20
30℃
2.0
90℃
0.10.20.30.40.50.6
真应变
00.10.20.30.40.50.60.7
真应变
图3不同温度下的真应变-真应力曲线
80
110℃
注:真应变率0.001s'。
70
60
120℃
从图3可以看出,135C时,真应变-真应力
R50
30℃
40限
曲线与玻璃态下的真应变-真应力曲线属于同
20
类型。随着温度的升高,屈服峰逐渐减小,直至
100.10.203040.50.6
147C时,曲线接近于直线,直到153C时为典
真应变
型的高弹态曲线。在这个转化过程中,拉伸过程
图1不同温度的真应变-真应力曲线
注:真应变率0.001s2。
材料的运动单元由链节逐步转化为链段的运
除了温度以外,真应变率的大小也影响真应
力真应变曲线的1个重要因素。图2为选定70C
在玻璃化转变范围内,由于拉伸试验中材料
时不同真应变率的真应变真应力曲线。如图3随运动单元处在一个由链节向链段转化的过程,不
着真应变率的增大,相同真应变值对应的真应力也同温度下真应变率对真应变-真应力曲线的影响
増大,増大幅度不十分明显。这主要是因为在玻璃不同。但是由于运动单元进一步増大,真应变率
态下,PC的分子链相互作用力比较大
对曲线的影响比玻璃态下大,图4为140℃不同
真应变率下的真应变-真应力曲线。
60
30r真应变*率0.00
25上一真应变率0.05s
F40
20真应变率0.010
?
真应变率0.001s
20
真应变0.005
真应变率0.010s
0
00.10.20.30.40.50.6
真应变
00.10.20.30.40.50.6
真应变
图270℃时不同真应変率下真应変一真应力曲线
图4140℃不同真应变率下的真应变-真应力曲线