PPPA共混高聚物在高应变率下的热粘弹性本构关系和时温等效性.pdf

第27卷第3期 爆炸与冲击 V01．27，No．3 EXPLOSIONAND 2007年5月 SHOCKWAVES May，2007 文章编号：1001—1455(2007)03一0210—07 PP／PA共混高聚物在高应变率下的 热粘弹性本构关系和时温等效性+ 施绍裘，喻炳，王礼立 (宁波大学工学院力学与材料科学研究中心，浙江宁波315211) 进行了应变率在10_4～103s-1宽广范围，温度为25、40、60、80℃下的一维应力力学性能试验。结果表明，这 类共混高聚物的力学响应对温度和应变率都是敏感的。以朱一王·唐非线性粘弹性本构方程来描述这类PP／ PA共混高聚物的力学响应，并拟舍得到了其热粘弹性本构参数．理论预言与试验结果在应变小于7％时吻合 良好。对113材料20～80℃温度范围内不同应变率下的试验结果进行分析，证明PP／PA共混高聚物存在率 温等效关系，提高温度和增加作用时间(减小应变率)的效果相当，反之，降低温度与减少作用时问(提高应变 率)的效果相当。通过引入量纲一参量Z，使应变率÷、温度T这2个参量归结为统一的z参量，从而得到了 体现时温等效性的统一曲线。 关键词：固体力学；热粘弹性本构响应；SHPB技术l共混高聚物I应变率；率温等效 中图分类号：0345 国标学科代码：130-1520文献标志码：A 1 引 言 众所周知，应变率￡和温度T是影响高聚物材料力学性能的2个重要的因素。由高聚物力学性能 对时间￡(或应变率￡)和温度T的的相关性研究出发，发展了一系列热粘弹性本构理论。高聚物在不 同温度下或不同外力作用时间(频率或应变率)下都显示出同样的3种力学状态(玻璃态、橡胶态和粘流 态)和2个相应转变区域。已有对高聚物大量研究结果表明，温度和时间对高聚物的力学松弛过程，从 而对粘弹性的影响具有某种等效的作用。高聚物在较低温度下的力学性能相当于在较短作用时问(或 较高应变率、较高作用频率)下的力学性能，提高温度与延长作用时间(或降低应变率、降低作用频率)相 当。即高聚物的时间相关性和温度相关性之间存在某种转换或等价关系。通过移位因子口T，引入归一 化时间r一￡屈丁后，不同温度下的模量函数E(T，￡)可归化为参考温度t下，以r为单变量的统一函数 有关试验，发现有些热塑性塑料在大应变时也具有某种时温等效性，但限于低应变率条件下。朱兆祥 等[31对热固性塑料一环氧树脂研究了其高应变率下的时温等效规律。对共混高聚物在高应变率和大变 形下时温等效性至今未见报道。 对PP／PA共混高聚物进行了不同温度下的高／低应变率试验研究。共进行了4组恒定高温(20、 s_1)及 准静态试验(应变率为10～、10_2 s-1)。发现该新型强韧化共混高聚物材料在从准静态到冲击动态的 横跨数个量级的应变率范围，可用ZWT非线性热粘弹性本构方程来描述其本构力学响应。 在上述zwT非线性热粘弹性本构方程基础上，研究了这类共混高聚物的率温等效规律，表明即使 ·收稿日期：2006-03—10}修回日期：2006一07—11 基金项目：国家自然科学基金项目 作者简介：施绍裘(1946一)，男，教授。 万方数据 第3期 施绍裘等：PP／PA共混高聚物在高应变率下的热粘弹性本构关系和时温等效性 21l 在非线性大应变条件下，其应变率效应和温度效应之间也存在内蕴的等价性或互换性，从而用量纲一的 归一化的率一温等效参数来统一刻划其力学响应的应变率效应和温度效应，即将应变率；和温度T这 2个参量归结为统一的z参量，从而得到了体现时温等效性的(‰／z)一(e／z)的统一的应力应变曲线。 2试验方法和结果 对中国科学院化学研究所提供的新型的4种