熔融沉积PLA材料动态力学行为及本构模型研究

为分析低、高应变率下增材制造熔融沉积材料聚乳酸（PLA）的静、动态力学性能,利用万能材料试验机和分离式霍普金森压杆（SHPB）实验装置分别对3种打印速度（40、80、120 mm/s）的PLA材料进行加载应变率为0.000 5、1 000、1 500、2 000 s^-1的静、动态力学性能测试,并观测了试样表面微观形貌。结果表明,PLA材料的弹性模量、屈服应力随应变率的增加而显著增加;微观形貌分析发现,打印速度为80 mm/s的材料缺陷较少,相同应变率下,该打印速度材料的弹性模量和屈服应力明显高于40 mm/s和120 mm/s 2种打印速度材料;静态载荷下,PLA材料会出现明显的弹性和塑性阶段,且塑性段呈现出了应变软化现象;动态载荷下,PLA材料具有显著的黏弹性特征,选取朱-王-唐（ZWT）模型建立了材料的黏弹性本构,该本构模型拟合曲线与实验曲线吻合较好。     

熔融沉积工艺参数对热塑性聚氨酯弹性体静动态力学性能的影响

为揭示通过熔融沉积成型（FDM）工艺制备的热塑性聚氨酯弹性体（TPU）的静动态力学性能及工艺参数对其力学性能的影响,采用万能材料试验机和分离式霍普金森压杆（SHPB）实验装置对使用3种打印速率（10、40、70 mm/s）和3种喷头温度（200、220、240 ℃）制备的TPU开展准静态（0.01 s^-1）和动态（1 000 s^-1）加载下的力学性能试验,并进行工艺参数优选,同时进一步获取了材料在较宽应变率范围（0.001~2 500 s^-1）的应力?应变样本空间数据。结果表明,准静态和动态加载下,喷头温度220 ℃、打印速率40 mm/s为最优工艺参数;试样在准静态和动态下均具有应变率效应;准静态下试样超弹性特征显著,动态下结合朱?王?唐（ZWT）方程构建的材料黏弹性本构模型拟合曲线与实验曲线吻合较好;采用最优工艺参数制备的试样出现明显“微相分离”现象。     

基于SHPB的塑料动态压缩力学性能实验研究进展

从塑料类聚合物软材料目前力学性能研究现状及性能表征的不足,讨论了塑料类软材料在高应变率动态加载条件下霍普金森杆(SHPB)实验装置及实验用杆系的选取、应力应变信号的采集方式以及目前对塑料材料在高应变率加载条件下动态力学性能的实验研究,总结了SHPB高应变率动态实验时塑料材料的特性、提高实验数据精度的方式等方面。     

透水聚酯纤维沥青混合料动力学特性研究

聚酯纤维透水沥青混合料是国内透水沥青路面材料的主要研究方向。目前相关研究主要集中在聚酯纤维透水沥青混合料静态、准静态条件下的力学性能研究,缺少冲击、撞击作用下的动态性能分析。该研究通过SHPB试验系统,成型试件后开展冲击压缩试验与劈裂试验,分析了混合料的动力学特性及规律。结果表明：（1）混合料存在明显的冲击抗压强度应变率效应,属于应变率敏感性材料,冲击抗压强度随应变率增大而提高;冲击压缩应力-应变曲线分为弹性变形、塑性变形、破坏三个阶段。（2）冲击劈裂强度随着冲击气压的增大而增大;（3）聚酯纤维的掺入可以显著提升透水沥青混合料的动力学特性,最佳掺量为0.4%,过量掺入会导致混合料抗劈裂强度下降;（4）集料断裂是聚酯纤维透水沥青混合料动态破坏的重要原因。     

聚甲醛动态力学性能及本构行为研究

基于分离式一维霍普金森压杆(SHPB)试验技术,研究了聚甲醛(POM)塑料在室温和高温下的动态压缩力学性能,结合试验数据,对POM塑料的本构方程进行了拟合。研究发现,POM塑料在动态压缩过程中不仅出现材料的应变硬化现象,同时也存在着绝热变形引起的应变软化现象;通过分析所建立的方程预测数据与实验数据在试样应变5%前拟合程度较好。     

3D打印连续芳纶纤维/聚乳酸波纹夹层结构复合材料的压缩性能研究

以连续芳纶纤维(Kevlar)为增强体,热塑性聚乳酸(PLA)为基体,采用熔融沉积成型(FDM)工艺,设计并制备了一体成型的Kevlar/PLA波纹夹层结构复合材料。研究了Kevlar/PLA波纹夹层结构复合材料在压缩载荷下的断裂模式,分析了结构参数、工艺参数对试样的压缩性能和结构密度的影响。结果表明,随着芯层波纹数量的增加,试样的压缩性能与结构密度均呈增大趋势;随着芯层波纹高度的增大,试样的压缩强度先增大后减小,结构密度不断减小;随着打印层高的增大,试样中的纤维体积含量不断减少,试样的压缩强度略有下降。     

侧限压缩过程中散体矸石变形及破碎特征研究

散体矸石宏观变形的主要来源是侧限加载过程中对试样初始孔隙的直接压缩,以及压实压密阶段粗矸破碎后对孔隙的再次充填。采用加载设备与声发射装置相结合的试验系统,以加载速率为影响因素,基于理论推导和试验数据分析,对侧限压缩过程中散体矸石的宏观变形、孔隙率和破碎程度等特征进行了系统研究。研究结果表明:直接压缩初始孔隙对宏观变形的影响最为明显;孔隙率随着应变的减小而增大,与应力呈单调递减的反比例型复合函数关系;对散体矸石破碎分形函数进行了重新推导,比较双对数曲线拟合斜率得出,加载速率越大,破碎程度越小;声发射定位数随着试验力的增大而不断增加,随加载速率的增大而减少,试样中部颗粒破碎最为密集;颗粒的破碎程度越大,对孔隙的二次填充率越高,孔隙不容易被进一步压缩,试样抗变形能力增强。     

PP/PA/TPEg共混高聚物材料动态力学性能的研究

本文用霍布金生压杆装置（简称SHPB）试验技术研究了两种不同配比的PP/PA／TPEg共混高聚物材料在高应变率（10^2-10^3s^-1）下的动态力学行为。实验表明，准静态下的应力一应变曲线与高应变率下的有较大差别，其动态的杨氏模量、屈服应变随应变率的增大而增大，PP／PA共混材料是一种应变率敏感的高聚物材料。     

温度对MF塑料动态压缩性能试验研究

采用静态压缩试验机及分离式霍普金森压杆(SHPB)试验系统,在不同处理温度下对三聚氰胺甲醛(MF)塑料进行了不同应变率的压缩试验,研究温度变化对MF塑料压缩性能的影响。分析研究表明,MF塑料随着加载应变率的提高,其破坏强度逐渐增大,呈现出显著的应变率效应,低温下的应变率效应更为明显,MF塑料的动态冲击压缩性能呈现出对温度不敏感的特性。     

RDX基含铝炸药的剪切试验及损伤模式

利用分离式霍普金森压杆(SHPB)试验设备及剪切装置,对RDX基含铝炸药进行剪切试验,获得了剪切力随时间的变化规律以及剪切应力,结合工业CT图像及电镜扫描(SEM)图像分析,探讨了剪切加载条件下,炸药试样破坏的宏观及微观损伤模式。结果表明,在剪切作用下,炸药装药的轴向应力-应变曲线出现两个阶段:第一阶段,较小的应变下,应力快速增加,最大值为50~60MPa;第二阶段,随着应变的增加,应力先增大后卸载。试验加载过程中的剪切应力为38~73kN;剪切应力小的试样,剪切带主要集中于加载面的中部,剪切应力大的试样,剪切带主要集中于剪切面附近;试样厚度较小时,损伤模式主要是晶体的微裂纹及晶体与黏结剂基体的脱粘,试样厚度增加时,损伤模式主要为晶体的多种形态。     

聚己内酯/聚乳酸共混体系的相形态及其流变行为

通过熔融共混制备了生物可降解的聚己内酯（PCL）/聚乳酸（PLA）共混体系,采用扫描电镜（SEM）和旋转流变仪分别研究了共混体系不相容的相形态及结构流变学。结果表明,共混体系的相形态强烈依赖于组分比。随PCL组分含量的增加,体系内部球形分散的形态逐渐向纤维状和部分双连续的相形态转变。两相界面的存在增加了体系动态弹性响应,并使体系出现了动态形状松弛。但从共混物模量对频率的依赖性仅能够判断体系是否存在不相容的相界面,相形态的差异则需通过松弛曲线来反映。     

EVA熔体流动速率对PLA/EVA共混物性能的影响

通过熔融共混法制备了聚乳酸（PLA）/乙烯-乙酸乙烯酯共聚物（EVA）共混物,采用SEM、DSC、旋转流变仪等研究了VA质量分数为28%,熔体流动速率（MFR）不同的EVA对PLA/EVA共混物性能的影响。结果表明,EVA熔体流动速率越小,其在PLA基体中分散越均匀,EVA颗粒粒径也越小。共混物的结晶度随EVA熔体流动速率的增大而增大,但PLA的玻璃化转变温度（Tg）基本不受EVA的影响。PLA/EVA共混物的复数黏度和储能模量均随EVA的熔体流动速率的增高而减小。力学性能测试结果表明,当EVA的质量分数为15%时,PLA的断裂伸长率明显升高,冲击强度约是纯PLA的2倍。     

注射成型立构复合聚乳酸的热变形性能分析

采用左旋聚乳酸（PLLA）和右旋聚乳酸（PDLA）为原料,采用熔融共混法制备了立构复合聚乳酸（SC?PLA）粉末,再通过注射成型制备了SC?PLA样条,并通过差示量热扫描仪（DSC）和热变形温度测定仪对SC?PLA粉末和样条的熔融、结晶情况和热变形性能进行了表征分析。结果表明,SC?PLA粉末的结晶能力与初始熔融状态直接相关;当熔融温度为220~230 ℃时,SC?PLA粉末的熔融稳定时间增加,有助于SC?PLA体系结晶,该温度适合SC?PLA的注射成型加工;SC?PLA样条中SC?PLA结晶度越高,均聚物PLA结晶度越低,越有助于样条热变形性能的提高;低注射温度和以SC?PLA粉末、PLLA、PDLA为原料成型有助于SC?PLA样条在220 ℃下加热再退火后获得较高的SC?PLA结晶度,其热变形温度最高可达到150 ℃以上;注射成型过程中,有利于保留更多SC?PLA晶体和提高SC?PLA结晶度的方式,有助于提高样条在退火后的热变形性能。     

增塑剂ATBC对聚乳酸膜性能的影响

采用熔融共混法,以乙酰柠檬酸三正丁酯（ATBC）作为增塑剂改性聚乳酸（PLA）,讨论了增塑剂用量对改性PLA膜性能的影响。研究发现：当增塑剂ATBC的含量增加时,PLA膜的拉伸强度下降,伸长率先增加后降低,撕裂强度先降低后增加,并逐渐由脆性向韧性转变;随着ATBC的含量增加,改性PLA的熔点（Tm）、玻璃化转变温度（Tg）以及结晶温度均有所下降,PLA的结晶能力增强;ATBC的增加使改性PLA的吸水率有所降低,降解率有所上升。     

Plastic deformation of low‐density polyethylene reinforced with biodegradable polylactide,Part 1: Microstructural analysis and tensile behavior at constant true strain‐rate

Blends of low‐density polyethylene (LDPE) and polylactide (PLA) were prepared by melt coextrusion. The plastic behavior of the LDPE/PLA blends was investigated at room temperature under uniaxial tension by means of a video‐controlled system. The constitutive behavior was analyzed in terms of the variations of true stress vs. true strain at constant true strain rate. With increasing concentrations of PLA, the blend show: (i) higher Young's modulus, (ii) stiffer viscoelastic response, (iii) increase of elastic limit stress, and (iv) earlier fracture. Particular attention was paid to the evolution of the volume strain with the applied strain. While dilatation begins very lately for the neat LDPE, the LDPE/PLA blends show increasing deformation damage as the PLA content is increased. Scanning electron microscopy of deformed specimens shows that cavitation occurs preferentially at the poles of the PLA particles whose adhesion to the LDPE matrix seems very weak despite the partial grafting of polyethylene chains with maleic anhydride. POLYM. ENG. SCI., 2011. © 2010 Society of Plastics Engineers.     

扩链剂增容PLA/PBAT共混物流变性能

通过熔融共混法制备了Joncryl ADR 4370F扩链剂增容聚乳酸/聚对苯二甲酸/己二酸丁二酯(PLA/PBAT)共混物,采用旋转流变仪分别研究了扩链剂和PBAT含量对PLA/PBAT共混物动态流变行为的影响。通过动态应变扫描确定了PLA/PBAT共混物的线性黏弹区,应变选取1%;PLA/PBAT共混物的储能模量和损耗模量随着角频率的增加而增大,但复数黏度却降低,共混物熔体呈现剪切变稀行为,是典型的假塑性流体流动特征;随着扩链剂和PBAT含量的增加,共混物的储能模量、损耗模量和复数黏度增大;Han曲线分析表明,扩链剂的加入改善了共混物的相容性;动态时间扫描表明,时间对纯PLA和PBAT的储能模量基本没有影响,PLA/PBAT共混物的储能模量随时间的延长而降低,扩链剂和PBAT含量不同,使得时间对共混物储能模量的影响不同。     

Fabrication of nanocrystalline copper by explosive loading and its dynamic mechanics properties

Nanocrystalline (NC) copper is fabricated by the method of severe plastic deformation of coarse-grained copper under explosive dynamic loading at high strain rates. The dynamic mechanical properties of NC copper are studied by the split Hopkinson pressure bar method. The results show that it is feasible to fabricate nanocrystalline copper by explosive dynamic plastic deformation of coarse-grained copper and the grain size of NC copper can be smaller than 100 nm. Twinning and formation of dislocations are the main mechanisms of grain refining. The dynamic yield strength of NC copper increases with decreasing average grain size and increasing strain rate.     

Thermal,mechanical, and rheological properties of polylactide/poly(1,2‐propylene glycol adipate)

Polylactide (PLA) was melt blended with poly(1,2‐propylene glycol adipate) (PPA) in a Thermo‐Haake mixer. Thermal, mechanical, and rheological properties of the blends were investigated by means of differential scanning calorimetry, dynamic mechanical analysis, tensile test, and small amplitude oscillatory shear rheometry. PPA lowered the glass transition temperature and increased the ability of PLA to cold crystallization. With the increase in PPA content (5–25 wt%), the blends showed decreased tensile strength and Young's modulus; however, impact strength and elongation‐at‐break along were dramatically increased due to the plastic deformation. Morphological results of PLA/PPA blends showed that PPA was good compatible with PLA. The plasticization effect of PPA was also manifested by the lowering of dynamic storage modulus and viscosity in the melt state of the blends compared with neat PLA. POLYM. ENG. SCI., 2013. © 2012 Society of Plastics Engineers     

Large tensile deformation behavior of PC/ABS alloy

Large tensile deformation behavior of the alloy of polycarbonate (PC) and acrylonitrile butadiene styrene (ABS) are experimentally investigated in this paper. Based on the adaptations of digital image correlation (DIC) method suitable for large inhomogeneous deformation in three dimensions, a new displacement measurement system is developed. Using the new displacement measurement system, we obtain the displacement fields in PC/ABS alloy. Such that variations of the strain and strain rate during tension process, and the true stress strain curves for PC/ABS alloy are derived. Also, volume variation of PC/ABS alloy is also discussed. Moreover, in situ scanning electron microscopic (SEM) observation is carried out to study the micro-mechanism of large inhomogeneous deformation of PC/ABS alloy. It is seen that contraction rate of specimen thickness is bigger than that of the width of specimen during plastic deformation. The axial tensile strain rate is much higher in the necking region. It should be noted that the local volume increases with the increase of axial true strain to a certain value, after that it decreases. Initiation and growth of crazes are the main mechanism of tensile deformation of PC/ABS alloy after yielding.