熱塑性碳纖維復(fù)合材料在加工便捷性、損傷容限度和可回收性方面都具備不錯(cuò)的優(yōu)勢(shì)，在汽車制造產(chǎn)業(yè)中可以發(fā)揮出不錯(cuò)的應(yīng)用效果。不過(guò)在汽車零部件的設(shè)計(jì)上需要充分考慮高應(yīng)變率下的載荷條件，如車身主體結(jié)構(gòu)等。另外汽車沖擊和碰撞場(chǎng)景的模擬需要制造材料的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)做支撐，需要對(duì)其材料進(jìn)行動(dòng)態(tài)和靜態(tài)的多項(xiàng)測(cè)試。本文中，智上新材料將結(jié)合專業(yè)論文，介紹單向熱塑性CF/PA6復(fù)合材料在高應(yīng)變率縱向壓縮載荷下的性能表征。
　　
 
　　針對(duì)單向CF/PA6的準(zhǔn)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)測(cè)試
　　
　　1、材料選擇：選擇重量比為60%的單向熱塑性CF/PA6復(fù)合材料，纖維體積含量為49%。為了確保試樣穩(wěn)定性并防止在加載端發(fā)生過(guò)早失效，在加載端通過(guò)粘合玻璃-環(huán)氧復(fù)合材料的兩層片材增加了截面積。試樣在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)前被真空干燥，以避免水分吸收。
　　
 
　　2、準(zhǔn)靜態(tài)測(cè)試：隨機(jī)選擇5個(gè)CF/PA6試樣，使用機(jī)電試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行準(zhǔn)靜態(tài)測(cè)試，位移率為0.5mm/min，利用兩個(gè)物體透鏡，獲得試樣前表面的三維準(zhǔn)靜態(tài)應(yīng)變場(chǎng)，采用數(shù)字圖像相關(guān)軟件計(jì)算應(yīng)變數(shù)值，并制成壓縮應(yīng)力-應(yīng)變響應(yīng)曲線圖。
　　
 
　　3、動(dòng)態(tài)測(cè)試：隨機(jī)選擇5個(gè)CF/PA6試樣，使用分裂霍普金森壓力棒（SHPB）進(jìn)行了高應(yīng)變率動(dòng)態(tài)測(cè)試，使用脈沖整形器提供一個(gè)三角形的彈性波，模擬接近實(shí)際工況的線性應(yīng)力-應(yīng)變行為失效的動(dòng)態(tài)過(guò)程，使用高速攝像機(jī)監(jiān)測(cè)試樣變形和失效模式。
　　
　　高應(yīng)變率縱向載荷下CF/PA6的性能表征
　　
 
　　1、準(zhǔn)靜態(tài)測(cè)試結(jié)果：在恒定的位移速率下，加載5個(gè)試樣直到失效，準(zhǔn)靜態(tài)測(cè)試的5個(gè)試樣的縱向壓縮應(yīng)力-應(yīng)變響應(yīng)曲線如上圖所示。每條曲線的終點(diǎn)表示失效載荷，并與準(zhǔn)靜態(tài)縱向抗壓強(qiáng)度 Xqs C 和最終的失效應(yīng)變 εu C 相關(guān)，5個(gè)試樣的平均縱向壓縮強(qiáng)度為604.86MPa。
　　
 
　　2、動(dòng)態(tài)測(cè)試結(jié)果：動(dòng)態(tài)測(cè)試的5個(gè)試樣的縱向壓縮應(yīng)力-應(yīng)變響應(yīng)曲線如上圖所示，所有數(shù)據(jù)是基于光學(xué)測(cè)量的應(yīng)變和通過(guò)分裂霍普金森壓力棒（SHPB）分析計(jì)算出的應(yīng)力。由于條形應(yīng)變信號(hào)的數(shù)字化和從數(shù)字圖像相關(guān)性中接收到的應(yīng)變值的離散數(shù)，應(yīng)力-應(yīng)變曲線會(huì)有些噪聲。每條曲線的終點(diǎn)表示失效載荷，并與準(zhǔn)靜態(tài)縱向抗壓強(qiáng)度 Xqs C 和最終的失效應(yīng)變 εu C 相關(guān)，5個(gè)試樣的平均縱向壓縮強(qiáng)度為974.93MPa。
　　
 
　　實(shí)驗(yàn)研究表明，與準(zhǔn)靜態(tài)參考測(cè)試相比，單向熱塑性CF/PA6復(fù)合材料的縱向壓縮強(qiáng)度在高應(yīng)變率下增加了61%，說(shuō)明單向熱塑性CF/PA6復(fù)合材料可應(yīng)用于汽車主體結(jié)構(gòu)的制造，在設(shè)計(jì)合理的前提下，可以發(fā)揮出較好的性能優(yōu)勢(shì)，為未來(lái)汽車產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展提供助力。