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有機(jī)纖維力學(xué)測(cè)試簡(jiǎn)介
有機(jī)纖維是指纖維材質(zhì)為有機(jī)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(jī)纖維具有密度低、強(qiáng)度高的特點(diǎn)，廣泛用于航空、航天、國(guó)防、軍工、交通、建材和醫(yī)療等工業(yè)領(lǐng)域。
有機(jī)纖維憑借其優(yōu)異的力學(xué)特性，熱穩(wěn)定性及其特種功能性，成為高性能復(fù)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(duì)其力學(xué)性能進(jìn)行測(cè)試是不可少的，本文簡(jiǎn)要介紹有機(jī)纖維材料常見(jiàn)的幾種力學(xué)測(cè)試。
◆ 靜態(tài)測(cè)試
纖維材料靜態(tài)力學(xué)測(cè)試包括拉伸、彎折、剪切等，其中拉伸強(qiáng)度是其力學(xué)特性中的重要參數(shù)，拉伸測(cè)試亦不可少。纖維拉伸可以單絲或多絲測(cè)試，可采用不同的制樣方法及測(cè)試夾具。為避免不同操作人員手動(dòng)操作時(shí)夾緊力不同，宜采用氣動(dòng)夾具，夾緊力受氣源壓力控制。氣動(dòng)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(shí)樣品端部可做加強(qiáng)片，標(biāo)距的控制較為便捷；纏繞夾具有弧度機(jī)構(gòu)，拉伸時(shí)樣品不打滑，制樣便捷，但樣品是纏繞在夾具上，其受力長(zhǎng)度增加，標(biāo)距的控制上需按標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。
為實(shí)現(xiàn)制樣方便，并且拉伸時(shí)不打滑，可改進(jìn)氣動(dòng)平推夾具，夾具面采用波浪紋形式，材質(zhì)為聚四氟乙烯或硬質(zhì)橡膠。如采用硬質(zhì)橡膠，機(jī)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(jī)制作；相比硬質(zhì)橡膠，聚四氟乙烯可機(jī)械加工，采用專(zhuān)業(yè)的機(jī)床及制作方法，可實(shí)現(xiàn)不同半徑波浪紋的加工。這兩種材質(zhì)的夾持面，均可安裝在氣動(dòng)平推夾具上，標(biāo)距控制較為靈活。
◆ 多信號(hào)測(cè)試
纖維材料具備熱穩(wěn)定性、電學(xué)性能及化學(xué)性能(耐腐蝕、抗氧化)等，關(guān)注材料力學(xué)性能同時(shí)，這些參數(shù)的變化也須紀(jì)錄。這需要材料測(cè)試儀器具備多信號(hào)集成功能，能夠?qū)崟r(shí)采集力值、溫度、電信號(hào)等模擬量，具備鹽霧環(huán)境，可多維度曲線顯示及數(shù)據(jù)分析，為最終產(chǎn)品的設(shè)計(jì)及使用提供數(shù)據(jù)支持。
◆疲勞斷裂
疲勞斷裂是指材料在受到循環(huán)載荷作用下逐漸發(fā)生破裂的過(guò)程。疲勞斷裂是一種特殊的斷裂形式，其破裂與材料的應(yīng)力歷史和循環(huán)載荷的幅值有關(guān)。 纖維材料的疲勞測(cè)試包括拉伸、扭轉(zhuǎn)、復(fù)合及高頻等方式。
1)拉伸試驗(yàn)：施加往復(fù)拉伸載荷，模擬材料在實(shí)際應(yīng)用中受到的拉伸循環(huán)加載條件。通過(guò)監(jiān)測(cè)試樣的應(yīng)力-應(yīng)變響應(yīng)和循環(huán)壽命，評(píng)估材料的疲勞性能和耐久性。
2)扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)：施加往復(fù)扭轉(zhuǎn)載荷，模擬材料在實(shí)際應(yīng)用中受到的扭轉(zhuǎn)循環(huán)加載條件。通過(guò)監(jiān)測(cè)試樣的扭轉(zhuǎn)角度、扭轉(zhuǎn)力和循環(huán)壽命，評(píng)估材料在扭轉(zhuǎn)加載下的疲勞性能。
3)復(fù)合試驗(yàn)：在試驗(yàn)中將多個(gè)加載模式(拉扭一體式)結(jié)合，模擬材料在實(shí)際應(yīng)用中可能遇到的多種復(fù)合循環(huán)加載條件。通過(guò)綜合評(píng)估不同加載模式下的循環(huán)壽命和破壞機(jī)制，更全面地了解材料的疲勞性能。
4)高頻試驗(yàn)：在較高頻率下進(jìn)行疲勞試驗(yàn)，頻率超過(guò)100Hz。該試驗(yàn)主要用于評(píng)估材料在高頻應(yīng)力加載條件下的耐久性能。
有機(jī)纖維中具代表性的是芳綸纖維，具有高強(qiáng)高模、耐高溫、阻燃等特性，在航空航天、防護(hù)裝備、交通運(yùn)輸、環(huán)境保護(hù)、體育器材等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用。近年來(lái)，聚乙烯纖維和聚酰亞胺纖維在各個(gè)領(lǐng)域也開(kāi)始逐步使用，因其優(yōu)秀的耐熱性和高強(qiáng)度，可做為優(yōu)質(zhì)的復(fù)合基體。
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