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有機纖維力學測試簡介

來源:北京創恒科捷科技有限公司   2024年08月21日 09:55  
  有機纖維是指纖維材質為有機物的纖維,包括芳綸、超高分子量聚乙烯纖維、聚酰亞胺纖維等。有機纖維具有密度低、強度高的特點,廣泛用于航空、航天、國防、軍工、交通、建材和醫療等工業領域。
  有機纖維憑借其優異的力學特性,熱穩定性及其特種功能性,成為高性能復合材料的理想骨架材料。為了確保纖維材料的可靠性和性能,對其力學性能進行測試是不可少的,本文簡要介紹有機纖維材料常見的幾種力學測試。
  ◆ 靜態測試
  纖維材料靜態力學測試包括拉伸、彎折、剪切等,其中拉伸強度是其力學特性中的重要參數,拉伸測試亦不可少。纖維拉伸可以單絲或多絲測試,可采用不同的制樣方法及測試夾具。為避免不同操作人員手動操作時夾緊力不同,宜采用氣動夾具,夾緊力受氣源壓力控制。氣動夾具包括平推和纏繞式兩種,平推夾具一般采用橡膠面,為方便夾持,制樣時樣品端部可做加強片,標距的控制較為便捷;纏繞夾具有弧度機構,拉伸時樣品不打滑,制樣便捷,但樣品是纏繞在夾具上,其受力長度增加,標距的控制上需按標準執行。
  為實現制樣方便,并且拉伸時不打滑,可改進氣動平推夾具,夾具面采用波浪紋形式,材質為聚四氟乙烯或硬質橡膠。如采用硬質橡膠,機加難度較大,波浪紋均勻性不好控制,可制作模具,利用平板硫化機制作;相比硬質橡膠,聚四氟乙烯可機械加工,采用專業的機床及制作方法,可實現不同半徑波浪紋的加工。這兩種材質的夾持面,均可安裝在氣動平推夾具上,標距控制較為靈活。
 
◆ 多信號測試
 
  纖維材料具備熱穩定性、電學性能及化學性能(耐腐蝕、抗氧化)等,關注材料力學性能同時,這些參數的變化也須紀錄。這需要材料測試儀器具備多信號集成功能,能夠實時采集力值、溫度、電信號等模擬量,具備鹽霧環境,可多維度曲線顯示及數據分析,為最終產品的設計及使用提供數據支持。
  ◆疲勞斷裂
  疲勞斷裂是指材料在受到循環載荷作用下逐漸發生破裂的過程。疲勞斷裂是一種特殊的斷裂形式,其破裂與材料的應力歷史和循環載荷的幅值有關。 纖維材料的疲勞測試包括拉伸、扭轉、復合及高頻等方式。
  1)拉伸試驗:施加往復拉伸載荷,模擬材料在實際應用中受到的拉伸循環加載條件。通過監測試樣的應力-應變響應和循環壽命,評估材料的疲勞性能和耐久性。
  2)扭轉試驗:施加往復扭轉載荷,模擬材料在實際應用中受到的扭轉循環加載條件。通過監測試樣的扭轉角度、扭轉力和循環壽命,評估材料在扭轉加載下的疲勞性能。
  3)復合試驗:在試驗中將多個加載模式(拉扭一體式)結合,模擬材料在實際應用中可能遇到的多種復合循環加載條件。通過綜合評估不同加載模式下的循環壽命和破壞機制,更全面地了解材料的疲勞性能。
  4)高頻試驗:在較高頻率下進行疲勞試驗,頻率超過100Hz。該試驗主要用于評估材料在高頻應力加載條件下的耐久性能。
  有機纖維中具代表性的是芳綸纖維,具有高強高模、耐高溫、阻燃等特性,在航空航天、防護裝備、交通運輸、環境保護、體育器材等領域具有廣泛應用。近年來,聚乙烯纖維和聚酰亞胺纖維在各個領域也開始逐步使用,因其優秀的耐熱性和高強度,可做為優質的復合基體。

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