摘 要:為深入研究植物纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料的力學(xué)行為特性,基于熱壓法制備了黃麻織物/聚乙烯復(fù)合材料,對其反復(fù)應(yīng)力松弛行為進(jìn)行研究,分析了初始松弛應(yīng)力和應(yīng)力松弛次數(shù)對應(yīng)力松弛行為、應(yīng)力松弛量、累積應(yīng)變與應(yīng)變增量的影響規(guī)律。采用定參數(shù)和變參數(shù)Zener模型對應(yīng)力松弛實(shí)測值進(jìn)行擬合,比較了預(yù)測精度,并分析了變參數(shù)Zener模型擬合參數(shù)的變化趨勢。研究結(jié)果表明:應(yīng)力松弛量、累積應(yīng)變與各次應(yīng)變增量受初始松弛應(yīng)力的影響,同時還與反復(fù)應(yīng)力松弛次數(shù)密切相關(guān);相對于定參數(shù)Zener模型,變參數(shù)Zener模型表現(xiàn)出較高的擬合優(yōu)度,且可較好地描述黃麻織物/聚乙烯復(fù)合材料的黏彈特性參數(shù)的變化規(guī)律。
關(guān)鍵詞:黃麻;織物;聚乙烯;熱塑性復(fù)合材料;應(yīng)力松弛;變形;Zener模型
現(xiàn)有研究表明,以黃麻纖維為代表的植物纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料,具有加工工藝簡單、密度小、耐沖擊、可回收等優(yōu)點(diǎn),在交通運(yùn)輸和建筑等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景[1-2]。為科學(xué)制備和合理使用麻纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料,研究人員就麻纖維及其與異種纖維混雜增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料的纖維類型、規(guī)格參數(shù)、制備工藝、測試條件等因素對其基本力學(xué)性能的影響規(guī)律進(jìn)行了較為全面的研究[3-7]。
麻纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料作為一種典型的黏彈性材料,應(yīng)力松弛特性是其黏彈性的重要體現(xiàn)之一,也是麻纖維增強(qiáng)熱塑復(fù)合材料力學(xué)特性的重要基礎(chǔ)。楊香蓮等[8]研究發(fā)現(xiàn),對劍麻纖維進(jìn)行阻燃和偶聯(lián)劑處理,可增強(qiáng)纖維與基體材料之間的界面黏結(jié)性能,從而提高劍麻纖維增強(qiáng)酚醛樹脂熱塑性復(fù)合材料的抗應(yīng)力松弛性能。Siengchin等[9]研究發(fā)現(xiàn),相對于斜紋織物和±45°雙軸向織物,以單向織物為增強(qiáng)體制備的熱塑性復(fù)合材料表現(xiàn)出更高的松弛模量;此外,納米SiO2顆粒填料的加入可進(jìn)一步提高復(fù)合材料的應(yīng)力松弛模量。韋春等[10]研究發(fā)現(xiàn),劍麻纖維素微晶的加入可顯著提高復(fù)合材料的應(yīng)力松弛性能。劉鈺馨等[11-12]就增強(qiáng)體纖維含量、應(yīng)力松弛應(yīng)變、加載速率對劍麻纖維/聚苯乙烯/丁苯熱塑性彈性體復(fù)合材料的應(yīng)力松弛性能及應(yīng)力松弛后的拉伸強(qiáng)度進(jìn)行了研究;Mohanty等[13]考慮非線性彈性系數(shù)行為、黏性效應(yīng)和塑性應(yīng)變,并基于流變元件構(gòu)建了應(yīng)力松弛本構(gòu)方程。此外,汪澤幸等對黃麻織物/聚乙烯復(fù)合材料在反復(fù)應(yīng)力松弛下的變形規(guī)律[14]、能量耗散規(guī)律[15]進(jìn)行了研究。
目前,對麻纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料應(yīng)力松弛性能的研究,多考慮復(fù)合材料制備因素對應(yīng)力松弛性能的影響、應(yīng)力松弛性能預(yù)測模型的構(gòu)建及循環(huán)應(yīng)力松弛條件下的變形和能量演化規(guī)律。但現(xiàn)有研究多集中在單次應(yīng)力松弛行為,而對反復(fù)應(yīng)力松弛行為及應(yīng)力松弛行為預(yù)測模型的研究較少?；诖?本文以黃麻織物為增強(qiáng)體,聚乙烯為基體,采用熱壓制備工藝獲得黃麻織物/聚乙烯復(fù)合材料,并對其在反復(fù)應(yīng)力松弛條件下的應(yīng)力松弛行為、變形特性及預(yù)測模型進(jìn)行探討和分析。
1 試樣制備與試驗(yàn)方法
1.1 試驗(yàn)材料
以商購黃麻機(jī)織平紋織物為增強(qiáng)織物,實(shí)測經(jīng)、緯紗的線密度為242tex,經(jīng)、緯密度分別68和58根/10cm,單位面積質(zhì)量為323.60g/m2。
熱壓制備復(fù)合材料前,采用YG747型通風(fēng)式快速八籃烘箱將黃麻織物在90℃條件下烘干2h,以去除黃麻織物中的水分,避免水分高溫汽化,在復(fù)合材料內(nèi)部產(chǎn)生氣泡等缺陷。采用SY-6210-B-30PLC程序控制壓片機(jī)制備黃麻織物/聚乙烯復(fù)合材料。雙層黃麻織物經(jīng)緯向交替鋪層,并在雙層黃麻織物上下兩面及之間鋪設(shè)厚度為0.56mm的聚乙烯膜。在180℃條件下對其預(yù)熱10min,在180℃、1.0MPa條件下熱壓5min,然后保壓自然冷卻至室溫,獲得雙層黃麻織物/聚乙烯復(fù)合材料。實(shí)測成品厚度為2.43mm,黃麻織物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為28.92%,換算可知黃麻織物的體積分?jǐn)?shù)為24.21%。
1.2 試樣制備與試驗(yàn)方法
因機(jī)織物為典型的正交各向異性材料,以其為增強(qiáng)體制備的熱塑性復(fù)合材料,經(jīng)、緯向力學(xué)性能相似,變形機(jī)理一致。為減少工作量,本文僅對經(jīng)向試樣進(jìn)行測試和分析。沿黃麻織物的經(jīng)紗方向制備矩形試樣,試樣寬度為(30±0.5)mm,長度為250mm,有效夾持隔距為(150±0.5)mm。
為合理確定初始松弛應(yīng)力σ0,以5mm/min的加載速率對復(fù)合材料的拉伸斷裂強(qiáng)度進(jìn)行測試,5次測試結(jié)果的平均值為26.63N/mm2,屈服強(qiáng)度σy約為11.19N/mm2。以此設(shè)定初始松弛應(yīng)力σ0分別約為5.49、10.97與16.46N/mm2,約為拉伸斷裂強(qiáng)度的20.61%、41.21%與61.82%。反復(fù)應(yīng)力松弛試驗(yàn)過程中,先以5mm/min的加載速率將試樣加載至設(shè)定的初始松弛應(yīng)力σ0,并保持該應(yīng)力對應(yīng)的應(yīng)變,保持時間t∗設(shè)定為7200s。此后反復(fù)進(jìn)行加載-應(yīng)力松弛,設(shè)定反復(fù)應(yīng)力松弛次數(shù)N為10次,即反復(fù)應(yīng)力松弛10次,每次應(yīng)力松弛時間為7200s。全試驗(yàn)過程的應(yīng)力應(yīng)變曲線見圖1。
圖1 試驗(yàn)過程的應(yīng)力應(yīng)變曲線示意圖
所有試驗(yàn)均在溫度(22±3)℃的室溫條件下,在WDW-20C型微機(jī)控制電子萬能試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行,選取代表性試樣的實(shí)測曲線為后續(xù)分析對象。
2 試驗(yàn)結(jié)果與分析
2.1 應(yīng)力松弛曲線特性
3個不同初始松弛應(yīng)力σ0下的反復(fù)應(yīng)力松弛曲線繪于圖2中。
圖2 反復(fù)應(yīng)力松弛全過程曲線
由圖2可以發(fā)現(xiàn),同等初始松弛應(yīng)力下,各次循環(huán)的應(yīng)力松弛曲線形態(tài)相似,均呈現(xiàn)先快后慢,之后趨于穩(wěn)定的變化趨勢。該種現(xiàn)象在低初始松弛應(yīng)力高次循環(huán)時表現(xiàn)得尤為明顯。此外,即使在較低的應(yīng)力水平下,試樣中的殘余應(yīng)力也未衰減至0,表明黃麻織物/聚乙烯復(fù)合材料的應(yīng)力松弛行為屬于典型的非完全衰減型應(yīng)力松弛。
為對比連續(xù)與反復(fù)應(yīng)力松弛的異同,以初始松弛應(yīng)力σ0為10.97N/mm2時的連續(xù)和反復(fù)應(yīng)力松弛為代表做進(jìn)一步分析。其全應(yīng)力松弛過程的應(yīng)力-時間曲線以及應(yīng)變-時間曲線繪于圖3中?？梢?相對于連續(xù)應(yīng)力松弛過程中試樣應(yīng)變保持恒定,反復(fù)應(yīng)力松弛時,應(yīng)變隨著反復(fù)應(yīng)力松弛次數(shù)的增加而呈現(xiàn)階梯式逐級遞增。圖3還表明:在初始松弛應(yīng)力相同的條件下,反復(fù)應(yīng)力松弛過程中首個循環(huán)的應(yīng)力松弛曲線與連續(xù)應(yīng)力松弛曲線高度重合;而在隨后各次循環(huán)中,試樣中的殘余應(yīng)力明顯高于連續(xù)應(yīng)力松弛。這表明相對于連續(xù)應(yīng)力松弛,反復(fù)應(yīng)力松弛時,黃麻織物/聚乙烯復(fù)合材料表現(xiàn)出較好的抗應(yīng)力松弛性能。
圖3 反復(fù)與連續(xù)應(yīng)力松弛對比(σ0=16.46N/mm2)
為更清晰地表達(dá)不同初始松弛應(yīng)力σ0下,應(yīng)力松弛次數(shù)對應(yīng)力松弛行為的影響規(guī)律,本文提取了各次循環(huán)中的應(yīng)力松弛曲線,見圖4?？梢?不同初始松弛應(yīng)力σ0下,各次循環(huán)的應(yīng)力松弛曲線的形態(tài)高度相似,隨應(yīng)力松弛時間t∗延長,曲線均表現(xiàn)出先快后慢的衰減趨勢。這表明在反復(fù)應(yīng)力松弛過程中,黃麻織物/聚乙烯復(fù)合材料的應(yīng)力松弛機(jī)理一致。
圖4 不同初始松弛應(yīng)力下的各次應(yīng)力松弛曲線
一個完整的應(yīng)力松弛循環(huán),包含應(yīng)力松弛前的加載拉伸階段及隨后的應(yīng)力松弛階段(圖1)。
試樣處于加載拉伸階段時,隨著外加應(yīng)力的增加,增強(qiáng)體織物和基體聚合物中大分子鏈發(fā)生伸直、伸長;當(dāng)大分子鏈的受力超過大分子鏈間的結(jié)合力時,大分子鏈發(fā)生相對位移并產(chǎn)生不可逆的塑性變形;同時,在外加載荷作用下,增強(qiáng)體織物中紗線的纖維發(fā)生伸直、伸長、斷裂和纖維間滑移,宏觀表現(xiàn)為增強(qiáng)體織物結(jié)構(gòu)相的改變。
在隨后的應(yīng)力松弛階段,外加應(yīng)變保持恒定,在內(nèi)應(yīng)力作用下,隨著應(yīng)力松弛時間的延長,增強(qiáng)體織物和熱塑性基體的大分子鏈可逆彈性變形逐漸回復(fù)且可回復(fù)量逐漸減少。宏觀表現(xiàn)為試樣中殘余應(yīng)力呈現(xiàn)快速降低后趨于穩(wěn)定的變化趨勢。
此外,反復(fù)應(yīng)力松弛次數(shù)增加,增強(qiáng)體織物和熱塑性基體的大分子鏈可回復(fù)的彈性變形量亦逐漸減少。宏觀表現(xiàn)為在同等應(yīng)力松弛時刻(t∗>0),隨著反復(fù)應(yīng)力松弛次數(shù)增加,試樣中的殘余應(yīng)力亦隨之增加。故而對于黃麻織物/聚乙烯復(fù)合材料,當(dāng)各次松弛時間t∗為7200s時,各次應(yīng)力松弛循環(huán)的應(yīng)力松弛量Δσ(Δσ=σ0-σt∗)隨初始松弛應(yīng)力σ0的增加而增加,隨應(yīng)力松弛次數(shù)N的增加而減少(圖5)。
圖5 反復(fù)應(yīng)力松弛時應(yīng)力松弛量曲線(t∗=7200s)
2.2 累積應(yīng)變與應(yīng)變增量
如圖3所示,在不同初始松弛應(yīng)力下,試樣應(yīng)變隨應(yīng)力松弛次數(shù)的增加而逐漸增加,該應(yīng)變?yōu)樵摯螒?yīng)力松弛循環(huán)中加載階段產(chǎn)生的應(yīng)變與之前循環(huán)中加載階段產(chǎn)生的應(yīng)變之和,見式(1):
式中:N———反復(fù)應(yīng)力松弛次數(shù);
εN———第N次應(yīng)力松弛階段時的累積應(yīng)變量;
εN-1———第N-1次應(yīng)力松弛階段時的累積應(yīng)變量。
3種初始松弛應(yīng)力下,試樣累積應(yīng)變N、各級應(yīng)變增量N與反復(fù)應(yīng)力松弛次數(shù)的關(guān)系曲線分別繪于圖6中。
圖6 累積應(yīng)變量與各次循環(huán)應(yīng)變增量曲線
如圖6所示:累積應(yīng)變εN隨初始松弛應(yīng)力σ0和應(yīng)力松弛次數(shù)N的增加而增加;應(yīng)變增量ΔεN隨初始松弛應(yīng)力σ0的增加而增加,隨應(yīng)力松弛次數(shù)N的增加呈現(xiàn)先快速降低后趨于0的變化趨勢。
在同等初始松弛應(yīng)力的情況下,第1個應(yīng)力松弛過程(N=1)中,試樣應(yīng)力松弛時保持的應(yīng)變量為加載階段產(chǎn)生的應(yīng)變量;在隨后的應(yīng)力松弛階段,雖外加應(yīng)變保持恒定,但增強(qiáng)體和基體內(nèi)大分子鏈在內(nèi)應(yīng)力的作用下發(fā)生構(gòu)象調(diào)整,大分子鏈中的彈性變形部分回復(fù),大分子鏈之間產(chǎn)生相互滑動移動,增強(qiáng)體織物中紗線屈曲程度增加,基體部分開裂可能部分閉合。應(yīng)力松弛持續(xù)時間越長,大分子鏈的回復(fù)和大分子鏈之間的相對滑移亦越充分,增強(qiáng)體織物中紗線屈曲程度回復(fù)越充分,基體開裂閉合程度越高。在隨后的各次反復(fù)應(yīng)力松弛過程中,因前次應(yīng)力松弛階段中增強(qiáng)體和基體的大分子鏈均已發(fā)生部分回復(fù),大分子鏈之間已產(chǎn)生部分滑移,因此在該次應(yīng)力松弛過程的加載階段,試樣在外加載荷作用下其增強(qiáng)體和基體的大分子鏈被再一次拉伸伸長,大分子鏈之間再次產(chǎn)生相對滑移,增強(qiáng)織物中沿拉伸方向的紗線屈曲程度降低,基體再次開裂破壞。宏觀表現(xiàn)為試樣應(yīng)變量繼續(xù)增加,但應(yīng)變增加量顯著低于前次應(yīng)力松弛階段,累積應(yīng)變量呈現(xiàn)先快后慢的變化趨勢。
隨初始松弛應(yīng)力的增加,在各應(yīng)力松弛過程的加載階段,復(fù)合材料增強(qiáng)體和基體中大分子鏈被拉伸的程度越大,大分子鏈伸長程度和大分子鏈之間的相對滑移量越高,宏觀表現(xiàn)為在同等應(yīng)力松弛次數(shù)和相同應(yīng)力松弛時間的條件下,各應(yīng)力松弛過程中加載階段產(chǎn)生的應(yīng)變量和累積應(yīng)變量越高。
3 應(yīng)力松弛模型及其驗(yàn)證
3.1 應(yīng)力松弛模型與應(yīng)力松弛方程
圖4表明,在不同初始松弛應(yīng)力及其各次循環(huán)應(yīng)力松弛時,黃麻織物/聚乙烯復(fù)合材料的應(yīng)力松弛曲線的變化規(guī)律基本一致且曲線形態(tài)高度相似,應(yīng)力松弛機(jī)理一致。故而在反復(fù)應(yīng)力松弛條件下,可用同一模型描述本文黃麻織物/聚乙烯復(fù)合材料的應(yīng)力松弛曲線。
同時,在不同初始松弛應(yīng)力的各次應(yīng)力松弛階段,黃麻織物/聚乙烯復(fù)合材料瞬間產(chǎn)生應(yīng)力降低,表明元件模型中應(yīng)包含彈簧元件;隨應(yīng)力松弛時間的延長,松弛速率逐漸變緩,最終趨于恒定值,表明元件模型中應(yīng)包含黏壺元件,即黃麻織物/聚乙烯復(fù)合材料的應(yīng)力松弛具有明顯的黏彈性特征。因而可用含有表示彈性變形的彈簧和表達(dá)黏性的黏壺構(gòu)建適用于黃麻織物/聚乙烯復(fù)合材料的應(yīng)力松弛模型。
此外,在構(gòu)建應(yīng)力松弛模型時,不僅需要考慮模型的物理含義,模型的結(jié)構(gòu)還應(yīng)盡可能簡單、擬合精度高且待定擬合參數(shù)少。因此,本文基于1個虎克彈簧和1個Maxwell單元構(gòu)建了Zener模型,見圖7。
圖7 Zener 模型示意圖
當(dāng)模型中各元件其黏彈性參數(shù)為常數(shù)時,即定參數(shù)Zener模型的應(yīng)力松弛方程可表示為:
式中:E、E0———彈簧元件的彈性模量,N/mm2;
η———黏壺的黏滯系數(shù),Ns/mm2;
τc———松弛時間,s,τc=η/E;
ε0———應(yīng)力松弛階段材料的應(yīng)變值,%。
當(dāng)t=0時,ε(0)=Eε0+E0ε0=σ0;當(dāng)t→∞時,即材料應(yīng)力松弛達(dá)到平衡狀態(tài)時,σ(∞)=E0ε0=σ∞。由此,式(2)可改寫為式(3):
考慮到初始松弛應(yīng)力σ0為設(shè)定值,因而定參數(shù)Zener模型中的待定擬合參數(shù)可由式(2)中的3個(E、E0與τc)減少到式(3)中的2個(σ∞與τc)。待定擬合參數(shù)的減少,不僅可減少待定參數(shù)初值賦值的難度和運(yùn)算時間,還可提高應(yīng)力松弛曲線初始段的預(yù)測精度。
在外加應(yīng)力作用下,聚合物及其復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)將發(fā)生較為復(fù)雜的變化,某些力學(xué)性能參數(shù)亦隨時間的延長而變化。因而,在模型構(gòu)建時需考慮力學(xué)參數(shù)的時間效應(yīng)[16-17]。為簡化模型和擬合參數(shù)數(shù)量的控制,本文僅考慮Maxwell單元中黏壺的黏滯系數(shù)隨時間的變化函數(shù),見式(4):
式中:η0———非線性黏滯體的初始黏滯系數(shù),η0>0;
a———與外加初始松弛應(yīng)力和應(yīng)力松弛時間相關(guān)的常數(shù),a≥0。
對式(4)進(jìn)行求導(dǎo),可得式(5):
上式中:0≤a0,η(t)為單調(diào)遞增函數(shù),表明應(yīng)力松弛過程中黏滯系數(shù)逐漸增加;a=1時,dη(t)/dt=0,η(t)=η0,應(yīng)力松弛過程中黏滯系數(shù)保持不變,即為定黏滯系數(shù);a>1時,dη(t)/dt>0,η(t)為單調(diào)遞減函數(shù),表明應(yīng)力松弛過程中黏滯系數(shù)逐漸降低。
當(dāng)Zener模型中Maxwell單元中黏壺為變參數(shù)黏滯系數(shù)時,對應(yīng)的變參數(shù)Zener模型的應(yīng)力松弛方程可表示為式(6):
當(dāng)t=τm時,則有式(7):
式中:τm———試樣中殘余應(yīng)力衰減至其理論可松弛應(yīng)力量(σ0-σ∞)的1/e時所需要的時間,即該修正Zener模型的松弛時間,s,τm=(η0a/E)-a。
3.2 模型驗(yàn)證與擬合參數(shù)分析
基于定參數(shù)和變參數(shù)Zener模型的簡化表達(dá)式,選取初始松弛應(yīng)力σ0為10.97N/mm2時的實(shí)測各次應(yīng)力松弛數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合分析,擬合曲線繪于圖8中。
圖8 定參數(shù)及變參數(shù)Zener模型擬合曲線(σ0=16.46N/mm2)
從圖8可以看出,相對于定參數(shù)Zener模型,變參數(shù)Zener模型表現(xiàn)出較高的擬合精度,擬合相關(guān)系數(shù)R2均超過0.99,表明變參數(shù)Zener模型可較好地描述黃麻織物增強(qiáng)聚乙烯熱塑性復(fù)合材料的反復(fù)應(yīng)力松弛行為特性。
3種不同初始松弛應(yīng)力下,對變參數(shù)Zener模型對各次應(yīng)力松弛循環(huán)的應(yīng)力松弛曲線進(jìn)行擬合分析,擬合參數(shù)σ∞、a、τm隨應(yīng)力松弛次數(shù)N的變化曲線如圖9所示。圖9(a)表明,應(yīng)力松弛平衡態(tài)殘余應(yīng)力隨著初始松弛應(yīng)力的提高和應(yīng)力松弛次數(shù)的增加而增加。從圖9(b)可以發(fā)現(xiàn),對于黃麻織物增強(qiáng)聚乙烯熱塑性復(fù)合材料,其在3種初始松弛應(yīng)力、10次反復(fù)應(yīng)力松弛的條件下,擬合參數(shù)a均為0~1。這表明在本文試驗(yàn)條件下,黃麻織物增強(qiáng)聚乙烯復(fù)合材料在應(yīng)力松弛過程中的黏滯系數(shù)非常數(shù),而呈現(xiàn)逐漸增加的變化趨勢。此外,隨初始松弛應(yīng)力和應(yīng)力松弛次數(shù)的增加,松弛時間τm亦呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢。值得關(guān)注的是,當(dāng)初始松弛應(yīng)力低于屈服強(qiáng)度時,隨著反復(fù)應(yīng)力松弛的進(jìn)行,松弛時間τm變化較為緩和;而初始松弛應(yīng)力高于屈服強(qiáng)度時,特別應(yīng)力松弛次數(shù)超過4次時,松弛時間τm快速增加。
圖9 修正Zener模型擬合參數(shù)曲線
4 結(jié)語
本文以熱壓法制備的雙層黃麻織物/聚乙烯復(fù)合材料為研究對象,對其反復(fù)應(yīng)力松弛性能進(jìn)行了測試和分析,主要結(jié)論如下:
(1)對于黃麻織物/聚乙烯復(fù)合材料,反復(fù)應(yīng)力松弛的各次應(yīng)力松弛階段與連續(xù)應(yīng)力松弛的應(yīng)力松弛機(jī)理一致。黃麻織物/聚乙烯復(fù)合材料的反復(fù)應(yīng)力松弛行為不僅與初始松弛應(yīng)力相關(guān),同時還與應(yīng)力松弛次數(shù)密切相關(guān)。
(2)反復(fù)應(yīng)力松弛過程中,黃麻織物/聚乙烯復(fù)合材料的累積應(yīng)變隨初始松弛應(yīng)力和反復(fù)松弛次數(shù)的增加而增加,各次循環(huán)的應(yīng)變增量隨初始松弛應(yīng)力的降低和反復(fù)應(yīng)力松弛次數(shù)的增加而減少。
(3)相對于定參數(shù)Zener模型,變參數(shù)Zener模型可較好地預(yù)測黃麻織物/聚乙烯復(fù)合材料的應(yīng)力松弛行為,并可表達(dá)反復(fù)應(yīng)力松弛過程中黃麻織物/聚乙烯復(fù)合材料的黏彈特性參數(shù)的變化規(guī)律。
本文僅對黃麻織物/聚乙烯復(fù)合材料反復(fù)應(yīng)力松弛各階段的應(yīng)力松弛行為,各階段累積應(yīng)變與應(yīng)變增量以及變參數(shù)Zener模型對試驗(yàn)時間范圍內(nèi)的預(yù)測精度進(jìn)行分析和討論。為全面把握以麻纖維為代表的植物增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料的長期力學(xué)行為特性,有必要就復(fù)雜受力過程中的應(yīng)力松弛、蠕變等力學(xué)性能變化規(guī)律及影響因素做深入研究和分析。此外,還需就黏彈性模型的構(gòu)建及其對長期黏彈性能的預(yù)測精度做進(jìn)一步研究。
參考文獻(xiàn)
[1] ALY N M, SEDDEQ H S, ELNAGAR K, et al. Acoustic and thermal performance of sustainable fiber reinforced thermoplastic composite panels for insulation in buildings[J]. Journal of Building Engineering, 2021, 8(40): 102747. 1-102747. 12.
[2] 秦輝.麻纖維增強(qiáng)熱塑性樹脂基電子封裝材料的研究[D].西安:西安工程大學(xué),2012.
[3] 周穎,羅陽,郭建兵,等.麻纖維增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料研究進(jìn)展[J].工程塑料應(yīng)用,2018,46(7):142-145.
[4] 盛旭敏.麻纖維/異種纖維/聚合物復(fù)合材料研究進(jìn)展[J].化工新型材料,2018,46(12):238-241.
[5] 趙鑫,孫占英.超支化聚合物對聚丙烯/劍麻纖維復(fù)合材料性能影響[J].工程塑料應(yīng)用,2021,49(1):120-124.
[6] SHEN J, LI X, YAN X. Mechanical and acoustic properties of jute fi-ber-reinforced polypropylene composites[ J]. ACS Omega, 2021, (46):31154-31160.
[7] GANESAN K, KAILASANATHAN C, RAJINI N, et al. Assessment on hybridjute / coir fibers reinforced polyester composite with hybrid fillers under different environmental conditions[ J]. Construction and Building Materials, 2021, 301(9): 124117. 1-124117. 9.
[8] 楊香蓮,韋春,呂建,等.劍麻纖維處理方法對SF/PF共混復(fù)合材料動態(tài)力學(xué)性能的影響[J].高分子材料科學(xué)與工程,2010,26(2):95-98.
[9] SIENGCHIN S, DANGTUNGEE R. Polyethylene and polypropylene hybrid composites based on nano silicon dioxide and different flax structures[ J]. Journal of Thermoplastic Composite Materials, 2014, 27(10):1428- 1447.
[10] 韋春,曾思華,黃紹軍,等.劍麻纖維素微晶增強(qiáng)酚醛樹脂復(fù)合材料的制備及性能[J].復(fù)合材料學(xué)報,2013,30(S1):306-310.
[11] 劉鈺馨,梁澤升,吳傲,等.拉伸作用對劍麻纖維增強(qiáng)SBS/PS復(fù)合材料的影響[J].現(xiàn)代塑料加工應(yīng)用,2021,33(2):1-4.
[12] 吳傲.SBS/PS/劍麻纖維復(fù)合材料的制備?結(jié)構(gòu)與性能研究[D].南寧:南寧師范大學(xué),2019.
[13] RUBIO-LÓPEZ A, HOANG T, SANTIUSTE C. Constitutive model to predict the viscoplastic behaviour of natural fibres based composites[J]. Composite Structures, 2016,155:8-18.
[14] 汪澤幸,吳波,李帥,等.反復(fù)應(yīng)力松弛下黃麻織物/聚乙烯復(fù)合材料的變形特性[J].湖南工程學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版),2020,30(3):63-67.
[15] 汪澤幸,吳波,李帥,等.循環(huán)應(yīng)力松弛下黃麻織物/聚乙烯復(fù)合材料能量耗散演化規(guī)律[J].紡織學(xué)報,2020,41(10):74-80.
[16] 梁娜,朱四榮,陳建中.一種新的聚合物基復(fù)合材料應(yīng)力松弛經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ蚚J].復(fù)合材料學(xué)報,2017,34(10):2205-2210.
[17] 康永剛,張秀娥,張華明.聚合物應(yīng)力松弛的非定常微分型本構(gòu)模型[J].高分子材料科學(xué)與工程,2013,29(4):178-182.
文章摘自:汪澤幸,姚航,譚冬宜.黃麻織物/聚乙烯復(fù)合材料反復(fù)應(yīng)力松弛行為[J].上海紡織科技,2025,53(02):78-83+110.DOI:10.16549/j.cnki.issn.1001-2044.2025.02.032。
