導(dǎo)讀

隨著“2020年第七屆中國(guó)汽車(chē)輕量化峰會(huì)”的日益臨近及《國(guó)家第六階段機(jī)動(dòng)車(chē)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》的發(fā)布與實(shí)施,，在環(huán)境保護(hù)和節(jié)能降耗法規(guī)要求日趨嚴(yán)格的當(dāng)下,，輕量化已成為中國(guó)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要方向和必然趨勢(shì)。

其中對(duì)車(chē)身的輕量化更是提高汽車(chē)動(dòng)力性,、降低油耗,、保護(hù)環(huán)境的關(guān)鍵。車(chē)身輕量化與使用材料密切相關(guān),，如鎂合金,、鋁合金等金屬結(jié)構(gòu)材料、工程塑料及其復(fù)合材料在輕量化中起到重要作用,。采用工程塑料及其復(fù)合材料可減輕汽車(chē)零部件約40%的質(zhì)量,，可降低成本40%，因此開(kāi)發(fā)工程塑料和復(fù)合新材料是車(chē)身輕量化發(fā)展的趨勢(shì),，其中PP（聚丙烯）和PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯）應(yīng)用更為廣泛,。

塑料及其復(fù)合材料的應(yīng)用場(chǎng)景

為什么在汽車(chē)材料輕量化中大量應(yīng)用PP、PMMA?

今天,，我們要對(duì)PP,、PMMA做兩個(gè)有趣的試驗(yàn)：

1. 宏觀視界下的拉伸

PP、PMMA在常規(guī)的靜態(tài)測(cè)試外，可能會(huì)受到動(dòng)態(tài)變形的影響,，例如,，在涉及運(yùn)輸設(shè)備的碰撞和產(chǎn)品掉落時(shí)。因此,，為了保證可靠性,，還必須進(jìn)行沖擊試驗(yàn)。特別是,，由于聚合物塑料具有粘彈性,，（既有粘性又有彈性），其力學(xué)特性表現(xiàn)出對(duì)環(huán)境溫度,、時(shí)間和變形速率的依賴(lài)性,。

采用島津AGX-V電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)和HITS-TX高速拉伸試驗(yàn)機(jī)可以研究PMMA/PP與試驗(yàn)速度關(guān)系。

應(yīng)力-行程曲線

試驗(yàn)結(jié)果

高速拉伸試驗(yàn)中PMMA和PP的拉伸強(qiáng)度均高于靜態(tài)拉伸試驗(yàn),，證實(shí)了這兩種塑料材料拉伸強(qiáng)度的試驗(yàn)速度依賴(lài)性,。

2. 微觀視界下的斷口

當(dāng)發(fā)生損壞、故障事故或劣化時(shí),，我們通常迫切需要調(diào)查原因和提出對(duì)策,。塑料的失效形式多種多樣，包括靜態(tài)斷裂,、沖擊斷裂,、疲勞斷裂,、蠕變斷裂,、環(huán)境引起的斷裂等,。根據(jù)分析不同類(lèi)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(guò)斷口觀察來(lái)確定損傷的原因,，并研究解決損傷的方法。拉伸試驗(yàn)后,，我們選擇對(duì)PP試樣的斷口進(jìn)行鍍金,，并用光學(xué)顯微鏡和EPMA進(jìn)行觀察,。

電子探針EMPA8050G

在PP斷裂表面鍍金,，并用光學(xué)顯微鏡和EPMA進(jìn)行觀察,。靜態(tài)拉伸試驗(yàn)和高速拉伸試驗(yàn)后的聚丙烯斷裂表面分別如下圖所示,。（a）為光學(xué)顯微鏡圖像，（b）-（d）為電子探針二次電子像,。

對(duì)比PP靜態(tài)拉伸微觀圖（a）與PP動(dòng)態(tài)拉伸微觀圖（a）可見(jiàn),，與高速拉伸試驗(yàn)的斷口面積相比,，靜態(tài)拉伸試驗(yàn)的斷口面積明顯較小，這應(yīng)該是由于靜態(tài)拉伸斷裂時(shí),，塑性變形伴隨著頸縮而導(dǎo)致的。

靜態(tài)拉伸微觀圖

在PP靜態(tài)拉伸微觀圖（b）中的斷裂面中部，可見(jiàn)纖維斷裂面以韌性方式伸長(zhǎng),。對(duì) PP靜態(tài)拉伸微觀圖（b）的中心區(qū)域及其左側(cè)區(qū)域進(jìn)一步放大，結(jié)果見(jiàn)PP靜態(tài)拉伸微觀圖（c）及（d）,。由PP靜態(tài)拉伸微觀圖（c）可見(jiàn)樹(shù)脂纖維伸長(zhǎng)的情況,。PP靜態(tài)拉伸微觀圖（d）顯示斷面上有許多孔，這是由樹(shù)脂（如低分子量物質(zhì)）或雜質(zhì)等微觀缺陷等形核長(zhǎng)大而導(dǎo)致的,。

高速拉伸微觀圖

在高速拉伸試驗(yàn)中,，斷裂處沒(méi)有出現(xiàn)頸縮現(xiàn)象，整個(gè)斷口呈扁平,、粗糙的片狀,。對(duì)斷面中心及邊部進(jìn)一步放大,，結(jié)果見(jiàn)PP動(dòng)態(tài)拉伸微觀圖（c）及PP動(dòng)態(tài)拉伸微觀圖（d），可見(jiàn),，中部和邊部的斷口形貌無(wú)明顯差異,。據(jù)此可推斷,，隨著試驗(yàn)速度的提高會(huì)導(dǎo)致無(wú)塑性變形的脆性斷裂。

結(jié) 論

島津具有豐富的產(chǎn)品線,，在宏觀方面：擁有各種靜態(tài)試驗(yàn)機(jī)與動(dòng)態(tài)試驗(yàn)機(jī),，可以提供力學(xué)測(cè)試,，并進(jìn)行定制化夾具設(shè)計(jì),；從微觀方面：擁有電子探針EMPA等各種微觀測(cè)試儀器,，可以提供表面分析數(shù)據(jù),，為客戶(hù)提供一整套服務(wù)與方案。島津?yàn)槠?chē)改性塑料的快速發(fā)展提供幫助,，在汽車(chē)安全性的基礎(chǔ)之上實(shí)現(xiàn)汽車(chē)輕量化,，為營(yíng)造和諧綠色的環(huán)境做出貢獻(xiàn),，創(chuàng)造嶄新的明天。