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有机纤维力学测试简介

更新时间:2024-08-21      点击次数:651
  有机纤维是指纤维材质为有机物的纤维,包括芳纶、超高分子量聚乙烯纤维、聚酰亚胺纤维等。有机纤维具有密度低、强度高的特点,广泛用于航空、航天、国防、军工、交通、建材和医疗等工业领域。
  有机纤维凭借其优异的力学特性,热稳定性及其特种功能性,成为高性能复合材料的理想骨架材料。为了确保纤维材料的可靠性和性能,对其力学性能进行测试是不可少的,本文简要介绍有机纤维材料常见的几种力学测试。
  ◆ 静态测试
  纤维材料静态力学测试包括拉伸、弯折、剪切等,其中拉伸强度是其力学特性中的重要参数,拉伸测试亦不可少。纤维拉伸可以单丝或多丝测试,可采用不同的制样方法及测试夹具。为避免不同操作人员手动操作时夹紧力不同,宜采用气动夹具,夹紧力受气源压力控制。气动夹具包括平推和缠绕式两种,平推夹具一般采用橡胶面,为方便夹持,制样时样品端部可做加强片,标距的控制较为便捷;缠绕夹具有弧度机构,拉伸时样品不打滑,制样便捷,但样品是缠绕在夹具上,其受力长度增加,标距的控制上需按标准执行。
  为实现制样方便,并且拉伸时不打滑,可改进气动平推夹具,夹具面采用波浪纹形式,材质为聚四氟乙烯或硬质橡胶。如采用硬质橡胶,机加难度较大,波浪纹均匀性不好控制,可制作模具,利用平板硫化机制作;相比硬质橡胶,聚四氟乙烯可机械加工,采用专业的机床及制作方法,可实现不同半径波浪纹的加工。这两种材质的夹持面,均可安装在气动平推夹具上,标距控制较为灵活。
 
◆ 多信号测试
 
  纤维材料具备热稳定性、电学性能及化学性能(耐腐蚀、抗氧化)等,关注材料力学性能同时,这些参数的变化也须纪录。这需要材料测试仪器具备多信号集成功能,能够实时采集力值、温度、电信号等模拟量,具备盐雾环境,可多维度曲线显示及数据分析,为最终产品的设计及使用提供数据支持。
  ◆疲劳断裂
  疲劳断裂是指材料在受到循环载荷作用下逐渐发生破裂的过程。疲劳断裂是一种特殊的断裂形式,其破裂与材料的应力历史和循环载荷的幅值有关。 纤维材料的疲劳测试包括拉伸、扭转、复合及高频等方式。
  1)拉伸试验:施加往复拉伸载荷,模拟材料在实际应用中受到的拉伸循环加载条件。通过监测试样的应力-应变响应和循环寿命,评估材料的疲劳性能和耐久性。
  2)扭转试验:施加往复扭转载荷,模拟材料在实际应用中受到的扭转循环加载条件。通过监测试样的扭转角度、扭转力和循环寿命,评估材料在扭转加载下的疲劳性能。
  3)复合试验:在试验中将多个加载模式(拉扭一体式)结合,模拟材料在实际应用中可能遇到的多种复合循环加载条件。通过综合评估不同加载模式下的循环寿命和破坏机制,更全面地了解材料的疲劳性能。
  4)高频试验:在较高频率下进行疲劳试验,频率超过100Hz。该试验主要用于评估材料在高频应力加载条件下的耐久性能。
  有机纤维中具代表性的是芳纶纤维,具有高强高模、耐高温、阻燃等特性,在航空航天、防护装备、交通运输、环境保护、体育器材等领域具有广泛应用。近年来,聚乙烯纤维和聚酰亚胺纤维在各个领域也开始逐步使用,因其优秀的耐热性和高强度,可做为优质的复合基体。
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