不同湿度下尼龙6棘轮行为的实验研究

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尼龙6(以下简称PA6)作为一种综合性能优良的热塑性材料在汽车行业、电子电器、微机械等领域得到了广泛的应用。在日常工作环境中,PA6会不可避免地承受循环载荷的作用,在非对称的循环载荷下产生的累积的循环变形称之为棘轮变形,而棘轮变形的累积量过大将会导致材料产生不可预期的破坏。特别地,尼龙类材料内部有不同于其他高聚物材料的亲水基团酰胺基,使其极易受到湿度的影响,所以对PA6在湿度影响下的棘轮变形行为研究显得非常重要。近年来,已有众多学者对高聚物材料的棘轮变形行为进行了大量的研究,但是仍存在以下几点不足:(1)对不同相对吸湿度PA6材料的循环变形行为研究不够系统,特别是时相关棘轮行为以及循环软硬化特性;(2)对不同吸湿度PA6的非比例多轴棘轮行为尚未见报导。因此,本文在室温下对不同吸湿度PA6进行了较为系统的实验研究,包括单调拉伸卸载保持实验、蠕变实验、单轴应力/应变循环实验以及非比例多轴应力循环实验。主要讨论PA6棘轮行为的湿度相关性、时相关性以及路径相关性,另外,还讨论了不同吸湿度对尼龙6的应变循环软硬化特性及循环变形的影响。结果如下:0相对吸湿度下,PA6在常温下有明显的轴向蠕变变形产生,变形大小与应力水平有关,应力水平越高,蠕变变形越大,并且不可回复的残余应变越多;在非对称应力循环实验中,PA6产生了较明显的单轴棘轮变形,当峰值应力水平越高、峰值保持时间越长、应力率越小时,棘轮应变越大;在单轴对称应变循环实验中,当加载速率越大、应变幅值越大时,材料温升越明显,循环软化效应也越明显;在单轴非对称应变循环实验中,平均应变越大平均应力松弛越明显。另外PA6材料的非比例多轴棘轮变形还与非比例加载路径、轴向谷值应力水平、加载速率等因素有关,在不同非比例路径下产生的棘轮变形均要高于相同加载工况下单轴循环变形。非0相对吸湿度下,PA6在单调拉伸、蠕变、单轴循环、非比例多轴循环变形过程中均呈现明显的湿度依赖性;在单调拉伸实验中,随着相对吸湿度的增大,应力响应值越低,蠕变变形越大;对称应变循环中,随着相对吸湿度的增大,温升越不明显,响应应力幅值也越低;非对称应变循环中,随着相对吸湿度的增大,温升越不明显,应力松弛越不明显;多轴实验中,湿度改变了非比例加载路径的依赖性。在零应力保持状态下,随着相对吸湿度的增大,应变回复比例越大,即材料的粘弹性效应越明显。
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