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                從宏觀到微№觀:汽車要”瘦身”更要安全

                發布時間:2020-10-28 閱讀次數:75次

                導讀

                隨著“2020年第七屆中國汽車輕量化國際峰會”的日益╳臨近及《國家第六階段機動車汙染╱物排放標準》的發布與實施,在環境保護和節能降耗法規要求日趨嚴格的當下,輕量化已成為中國汽車產業發展的重要方向和必然趨勢。

                 

                其中『對車身的輕量化更是提高汽車動力性、降低油耗、保護環境的關鍵。車身輕量化與使用材料密切相關〓,如鎂合金、鋁合金等金屬結構材料、工程塑料及其復合材料≡在輕量化中起到重要作〓用。采用工程塑料及其復合材料可減輕汽車零部←件約40%的質量,可降低成本40%,因此開發●工程塑料和復合新材料是車身輕量╲化發展的趨勢,其中PP(聚丙烯)和PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)應用最為廣泛。

                 

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                塑料及其復合材料的應用場〒景

                 

                為什麽在汽車材料輕量化中大量應用PP、PMMA?

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                今天,我們要對PP、PMMA做兩個有趣的試ξ 驗:

                 

                1. 宏觀視界下的拉伸卐

                 

                PP、PMMA在常規的靜態測試外,可能會受到動態◆變形的影響,例如,在涉及運輸設備的碰撞和產品掉落時。因此,為了保證↘可靠性,還必須進行∏沖擊試驗。特別是,由於聚合物塑料具有粘彈性,(既有Ψ 粘性又有彈性),其力學特性表現出對環境溫度、時間和變形速率的依▃賴性。

                 

                采用島津AGX-V電子↓萬能試驗機和HITS-TX高速拉伸試驗機可以研究PMMA/PP與試驗速度關系。

                 

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                應力-行程曲線

                 

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                試驗結果

                 

                高速拉伸試驗∞中PMMA和PP的拉伸強度均高於靜態拉伸試驗,證實了這兩種塑ζ 料材料拉伸強度的試驗速度依賴☉性。

                 

                2. 微觀視界下的斷口

                 

                當發生◇損壞、故障事故或劣化時,我們︽通常迫切需要調查原因和提出對策。塑料〖的失效形式多種多樣,包括靜態斷裂、沖擊斷裂、疲勞斷裂、蠕變斷裂、環∩境引起的斷裂等。根據分析不同類型的斷裂原因,可以觀察到具有不同特◣征的斷裂面,這表明可以通過斷口觀察☆來確定損傷的原因,並研究解決損傷的方法。拉伸試驗後,我們選擇①對PP試樣的斷口進行鍍金,並用光→學顯微鏡和EPMA進行觀察。

                 

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                電子探針EMPA8050G

                 

                在PP斷裂表♀面鍍金,並用光學顯微鏡和EPMA進行觀察。靜※態拉伸試驗和高速拉伸試驗後的聚丙烯斷裂表面分別如下圖所示。(a)為光學顯微鏡圖↙像,(b)-(d)為電子探針二次電子像【。

                 

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                對比PP靜態拉伸微觀◆圖(a)與PP動態拉伸微」觀圖(a)可見,與高速拉伸試驗的斷口面積相比,靜態拉伸試驗的斷口面積明顯較小,這應該是由於靜◤態拉伸斷裂時,塑性變形伴隨著頸縮而導致的。

                 

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                靜態ω拉伸微觀圖

                 

                在PP靜態拉伸微觀圖(b)中的斷裂面中部,可見纖維斷裂面以韌性方式①伸長。對 PP靜態拉伸微觀圖(b)的中心區域及其左側區域進一步放大,結果見PP靜態拉伸微觀圖(c)及(d)。由PP靜態拉伸微觀圖(c)可見樹脂纖維伸長的情況。PP靜態拉伸微觀圖(d)顯示斷面上有許多孔,這是由『樹脂(如低分子量物質)或雜質等微觀缺陷等形核長大而導致的。

                 

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                高速∑ 拉伸微觀圖

                 

                在高速拉伸試驗中,斷裂處沒有出現頸縮現象,整▼個斷口呈扁平、粗糙的片狀。對斷面中心及邊部進一〖步放大,結果見PP動態拉伸微觀圖(c)及PP動態拉伸微觀圖(d),可見,中部和邊部的斷口形貌無】明顯差異。據此可推斷,隨著試驗速度ぷ的提高會導致無塑性變形的脆性斷裂。

                 

                結 論

                 

                島津具有豐富的產品線,在√宏觀方面:擁有各種靜態試驗機與動態試驗機,可以提供力學測試,並進行定制化夾具設計◤;從微觀方面:擁有電子▆探針EMPA等各種微觀測■試儀器,可以提供表面分析數據,為客戶提供一整套〗服務與方案。島津為汽車改性塑料的快速發展提供幫助,在汽車安□ 全性的基礎之上實現汽車輕量化,為營造和諧綠色的環境做出貢獻,創造嶄新的明天。